جوشکاری میگ

جوشکاری میگ در مواقعی استفاده می شود که الکترود مصرفی یا قطعه کار از فلزات و آلیاژهای فعال در برابر اکسیژن مانند تیتانیوم ، آلومینیوم و منیزیم تشکیل شده باشد. فولادهای زنگ نزن و فولادهای آلیاژی از جمله آلیاژهای آهنی هستند که به این روش اتصال داده می شوند. برای بیشتر فلزات آهنی از قبیل فولادهای ساده کربنی و فولادهای کم آلیاژ معمولا از جوشکاری CO2 استفاده می شود. جوش میگ پر کاربرد ترین فرآیند جوشکاری قوسی برای آلیاژهای آلومینیوم است.

تجهیزات جوشکاری میگ

تجهیزات فرآیند جوشکاری میگ شامل موارد زیر می باشد.

منبع قدرت یا مولد نیرو

در جوشکاری میگ اغلب از ترنسفورماتور و یکسوکننده استفاده می شود و شدت جریان بین 50 تا 1200 آمپر در نظر گرفته می شود.

سیستم های کنترل کننده

سیستم های کنترل کننده جوشکاری میگ که در انواع مدل های مختلف عرضه می شوند قابلیت کنترل طیف وسیعی از متغیر ها را دارند. اغلب این سیستم ها توانایی کنترل دستی شدت جریان، ولتاژ و سرعت راندن سیم جوش را دارند. دریچه های گاز محافظ و سیستم قطع و وصل آبگرد نیز در این کنترل کننده ها تعیین می شوند. سیستم های کنترل کننده کاملا خودکاری نیز وجود دارند که  در آنها حرکت مشعل به دست وابسته نیست و قابلیت تشخیص شرایط و تنظیم خودکار متغیرهای جوشکاری را دارند.

سیستم تامین گاز محافظ

در جوشکاری میگ این سیستم ها از سیلندر گاز محافظ ، رگولاتور تنظیم فشار و خواندن فشار داخل سیلندر و فشار خروجی، دبی سنج برای کنترل میزان دبی گاز محافظ دمیده شده به جوش و شیلنگ هدایت گاز تشکیل شده اند.

سیستم خنک کننده

بر خلاف فرآیندهای جوشکاری دیگری همچون تیگ در فرآیند جوشکاری میگ وظیفه سیستم آبگرد جلوگیری از ذوب الکترود نیست. در جوشکاری MIG سیستم های خنک کننده وظیفه جلوگیری از گرم شدن مشعل توسط حرارت قوس و آسیب دیدن آن را دارند.

در سیستم های زیر 250 آمپر این خنک کنندگی به وسیله گاز محافظ تامین می شود اما سیستم های بالای 250 آمپر نیاز به سیستم آبگرد برای خنک کنندگی دارند.

مشعل جوشکاری میگ

مشعل های جوشکاری میگ به دو صورت دستی و اتوماتیک می باشند. از داخل بدنه مشعل ها لوله انتقال گاز محافظ، لوله های رفت و برگشت آب و کابل جریان الکتریکی عبور می کند. کلیدی روی مشعل قرار دارد که با روشن شدن آن چندین مکانیسم شروع به کار میکنند. این مکانیسم ها شامل دمش گاز محافظ، شروع موتور راندن سیم جوش، اتصال جریان الکتریکی برای شروع قوس و در انتها باز شدن دریچه های آبگرد می شود. موتور و کلاف سیم در مشعل های جوشکاری ظریف و حساس روی مشعل سوار می شود. در دستگاه های خودکار با آمپر بالا مجموعه سیستم کنترل کننده رانش سیم روی چرخ یا گاری سوار شده و کلاف سیم و موتور جدا از مشعل در کنار آن قرار دارد.

برخلاف جوشکاری تیگ در جوشکاری میگ از جریان مستقیم و الکترود با قطب مثبت (DCEP) استفاده می شود. به وسیله این نوع جریان انتقال فلز با پاشش خوب و نفوذ بسیار مناسب به دست می آید. استفاده از جریان مستقیم و الکترود منفی (DCEN) یا جریان متناوب موجب ایجاد قوس نامناسبی می شود. میزان شدت جریان در این فرآیند بر نحوه انتقال قطرات، مقدار پاشش، شکل مقطع جوش، نفوذ و حرارت ورودی جوش و ساختار آن تاثیر دارد.

الکترودهای سیم جوشکاری میگ

سیم جوش در جوشکاری میگ مصرفی بوده و فلز جوش ترکیبی از سیم جوش و قطعه کار می باشد. بنابراین نوع سیم مصرفی روی خواص ناحیه جوش تاثیر دارد. اغلب سعی می شود که ترکیب سیم جوش مشابه قطعه کار انتخاب شود، اما ممکن است که این مسئله به دلایل متالورژیکی ممکن نباشد. قطر سیم جوش نیز بر روی چگالی جریان، عمق نفوذ جوش و پهنای جوش تاثیر دارد.

سیم جوش های جوشکاری میگ اغلب به دو دسته توپر یا پودری تقسیم می شوند. سیم جوش های توپر در قطرهای 0.6 تا 2.4 میلی متر عرضه میشوند و اغلب با لایه نازکی از مس پوشانده می شوند. چسبندگی و کیفیت لایه مسی در کیفیت سیم جوش تاثیر گذار است. سیم جوش های پودری انواع جدیدتر و گرانتر سیم جوش هستند و در مقایسه با سیم جوش های توپر فواید زیادی دارند. سیم جوش های پودری قابلیت جوشکاری مقاطع ضخیم تر را دارند، نرخ رسوب بیشتری دارند و به طور کلی موجب افزایش بازدهی تولید می شوند. پودر این سیم جوش ها شامل عناصر اکسیدزدا مثل منگنز یا سیلیکون، عناصر سرباره ساز و پایدار کننده قوس و عناصر آلیاژی متفاوت دیگر می شود.

از بین سیم جوش های معمول در فرآیند جوشکاری میگ می توان به الکترود ER3016L مناسب برای فلزات زنگ نزن گرید های 304 و 316 اشاره کرد. الکترودهای ER4043 و ER5350 نیز الکترودهای معمول جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم هستند که در کنار گاز محافظ آرگون خالص استفاده می شوند.

گاز محافظ در جوشکاری میگ

در جوشکاری میگ از گازهای آرگون ، هلیوم و ترکیبات آن ها استفاده می شود. توزیع گرمایی انرژی قوس در جوشکاری با گاز آرگون ناهمگن تر از جوشکاری با گاز هلیوم است. این مسئله به این دلیل رخ می دهد که هدایت گرمایی آرگون کم تر است. در نتیجه در قوس پلاسمای ناشی از گاز آرگون مرکز قوس انرژی گرمایی بیشتری نسبت به لایه بیرونی قوس دارد. در جوش میگ با گاز آرگون انتقال قطره های فلزی در محوری مستقیم و به صورت پایدار رخ می دهد. در نتیجه، ظاهر جوش در جوشکاری با گاز آرگون الگویی انگشتی به خود می گیرد. جوشکاری با گاز هلیوم خالص موجب ایجاد جوشی پهن با ظاهر سهموی می شود.

به طور کلی در جوش میگ ، انتخاب گاز محافظ بر اساس جنس قطعه، شکل جوش مد نظر و همچنین هزینه جوشکاری MIG انجام می شود. در فلزات آهنی اضافه کردن پنج تا ده درصد اکسیژن به گاز آرگون موجب انتقال آرامتر قطرات و حوضچه جوش روانتر و مسطح تر و صاف تر می شود. در کار با گاز محافظ حاوی اکسیژن استفاده از اکسیدزداها اهمیت زیادی پیدا می کند. گاز هلیوم بیشتر در جوشکاری مس و آلیاژهای آلومینیوم منیزیم استفاده می شود.

فشار گاز محافظ نیز در کیفیت جوش اهمیت دارد. فشار کمتر از حد لازم موجب احتمال پاشش مذاب، ایجاد جریانات اغتشاشی در دهانه نازل و محافظت ضعیف و افزایش هزینه جوشکاری میگ می شود. فشار کم نیز عمل محافظت را به طور مناسب انجام نمیدهد.

انتقال قطرات در جوشکاری میگ

در جوشکاری MIG فلز ذوب شده در نوک الکترود به حوضچه مذاب به سه روش قطره ای، اسپری و اتصال کوتاه انتقال می یابد.

در انتقال قطره ای در فرآیند جوشکاری میگ قطرات گسسته با ابعادی نزدیک به یا بزرگتر از قطر الکترود در راستای گپ قوس تحت تاثیر جاذبه حرکت میکنند. انتقال قطره ای در اغلب مواقع یکدست نیست و ایجاد پاشش می کند. در جریان های جوشکاری نسبتا پایین انتقال مذاب به صورت قطره ای رخ می دهد و مجزا از نوع گاز محافظ است. در جوشکاری با گاز هلیوم در تمام جریان های جوشکاری انتقال به صورت قطره ای انجام می شود.

انتقال اسپری در جوش میگ بالاتر از یک محدوده جریان بحرانی رخ می دهد. در این نوع انتقال، قطرات کوچک و گسسته در راستای قوس به وسیله نیروی الکترومغناطیس در فرکانس و سرعتی بالاتر از انتقال قطره ای رخ می دهد. انتقال قطرات به این روش پایدار تر و عاری از پاشش است. محدوده جریان بحرانی به جنس و ابعاد الکترود و ترکیب گاز محافظ بستگی دارد. عدم وابستگی انتقال قطرات به نیروی جاذبه در این روش، موجب مناسب بودن این روش برای وضعیت های جوشکاری بالای سر و قائم می شود.

انتقال اتصال کوتاه در جوشکاری میگ هنگامی رخ می دهد که فلز ذوب شده در نوک الکترود به محض تماس با حوضچه به حوضچه جوش منتقل می شود. در این حالت یک مدار اتصال کوتاه رخ می دهد و قوس خاموش می شود. در نتیجه عمده قطره مذاب نوک الکترود مستقیما به داخل حوضچه کشیده می شود. این نوع انتقال، باعث ایجاد حوضچه جوشی کوچک و با سرعت سرمایش بالا می شود که برای جوشکاری مقاطع نازک و وضعیت هایی از جمله جوشکاری بالای سر مناسب است.

مزایا و معایب جوشکاری میگ

از مهمترین مزایای جوشکاری میگ نسبت به سایر فرآیندهای جوشکاری می توان به عدم محدودیت در طول سیم جوش اشاره کرد. این فرآیند قابلیت جوشکاری مسافت های طولانی را بدون قطع فرآیند دارد و به این دلیل نسبت به سایر فرآیندهای جوشکاری سرعت بالایی دارد. فرآیند جوشکاری MIG بر خلاف فرآیند جوشکاری زیرپودری قابلیت جوشکاری در وضعیت های مختلف را دارد. فرآیند جوشکاری MIG در تمام پارامترهای فرآیند قابلیت اتوماسیون بالایی نیز دارد و در کارهای سری سازی قابل کاربرد است.

از سوی دیگر استفاده از گاز خنثی در این فرآیند موجب افزایش هزینه جوشکاری میگ می شود. از سوی دیگر، جوش میگ تجهیزات نسبتا پر هزینه ای نیز دارد. در صورت وزش شدید باد در فضاهای باز تاثیر گاز محافظ کمتر می شود و کیفیت جوشکاری MIG به شدت کاهش می یابد.

هزینه جوشکاری میگ

هزینه جوشکاری میگ در مقایسه با روش جوشکاری الکترود دستی بیشتر است اما سرعت بالاتر جوش میگ در مدت طولانی و نرخ های تولید بالاتر موجب به صرفه شدن این فرآیند می شود. بیشترین هزینه جوشکاری MIG مربوط به گازهای محافظ نجیب استفاده شده و الکترود مصرفی می شود. در بین گازهای محافظ نیز استفاده از آرگون هر چند مرسوم تر بوده اما به طور کلی آرگون گاز گرانتری نسبت به هلیوم است. از سوی دیگر در وضعیت های خاص مثل جوشکاری بالای سر هزینه جوشکاری میگ بیشتر می شود و استفاده از سیم جوش های توپودری نیز موجب افزایش هزینه جوشکاری می شود.