جوشکاری CO2

فرایند جوشکاری CO₂

در فرایند جوشکاری CO₂ یک قوس بین سیم الکترود فیلر متال، که به صورت مداوم تغذیه می شود، و قطعه کار برقرار می شود. بعد از تنظیم مشخصات اولیه فرایند توسط اپراتور، طول قوس برقرار شده توسط تمهیداتی ثابت نگه داشته می شود. مجموعه این تمهیدات برای ثابت نگه داشتن کیفیت فرایند در طول جوشکاری CO₂ اتوماتیک یا نیمه اتوماتیک به یکی از این دو حالت انجام می شود.

حالت اول، استفاده از سرعت ثابت (و تغذیه الکترود قابل تنظیم) به همراه جریان متغیر یا ولتاژ ثابت در دستگاه جوشکاری CO₂ است. احتمال دارد فاصله مشعل با قطعه کار، به دلیل ناهمواری های احتمالی قطعه کار، عوض شود.  در اینصورت، منبع برق چنانچه قطعه از مشعل دور شده باشد، جریان را افزایش داده و چنانچه قطعه به مشعل نزدیک شده باشد، جریان را کاهش می دهد. تغییر جریان، موجب تغییر در نرخ ذوب الکترود شده و در نهایت طول قوس را تنظیم می کند.

حالت دوم، استفاده از منبع برق جریان ثابت و سرعت متغیر – ولتاژ متغیر در دستگاه جوشکاری CO₂ است. در این حالت، به محض تغییر طول قوس، ولتاژ بین قطعه و الکترود تغییر می کند. در صورت تغییر ولتاژ، سرعت دستگاه به طور خودکار تنظیم شده تا تغذیه الکترود به حوضچه جوش به وسیله سرعت تنظیم شود. این حالت، بیشتر مناسب الکترود های بزرگ با سرعت تغذیه پایین است.

دستگاه جوشکاری CO₂

دستگاه جوشکاری CO₂ در اشکال متفاوتی شامل نیمه اتومات، مکانیزه، اتومات و دارای بازوی رباتیک تولید می شود. در این بخش تجهیزات دستگاه جوشکاری Co2 مورد بررسی قرار میگیرند.

مشعل یا تفنگ دستگاه جوشکاری CO2 وظیفه انتقال جریان به الکترود، هدایت مسیر الکترود روی قطعه کار و دمش گاز محافظ به روی سطح قطعه کار را انجام می دهد. در جریان های بالای جوشکاری، استفاده از مشعلی توصیه می شود که سیستم خنک کننده داشته بشد. به طور کلی، تفنگ ها یا مشعل های دستگاه جوشکاری CO₂ بر اساس ظرفیت انتقال جریان طبقه بندی می شوند.

سیستم های تغذیه سیم ، بخش دیگری از تجهیزات دستگاه جوشکاری CO₂ هستند که وظیفه انتقال سیم به محل اتصال را انجام می دهند. این تجهیزات شامل موتور الکتریکی، شفت و ابزاری برای حفظ جهت قرارگیری سیم و اعمال فشار سیم روی حوضچه جوش می شوند. موتور الکتریکی سیستم تغذیه دستگاه جوشکاری CO₂ از نوع جریان مستقیم است و انرژی مکانیکی برای حرکت سیم درون تفنگ و به سمت قطعه کار را تامین می کند.

مکانیسم های کنترلی دستگاه جوشکاری CO₂ وظیفه کنترل سرعت تغذیه سیم و قطع و وصل کردن تغذیه را انجام می دهند. معمولا، سیستم های کنترلی عمل تنظیم گاز محافظ، مایع خنک کننده و برق جوشکاری را نیز به واسطه سوییچ مشعل یا به طور خودکار انجام میدهند.

منبع برق دستگاه جوشکاری CO2 نیروی الکتریکی مناسب (20 تا 80 ولت) را به الکترود و قطعه کار اعمال می کند تا قوس شکل بگیرد. از آنجایی که اغلب فرایند های GMAW در حالت DCEP (جریان مستقیم – الکترود مثبت) انجام می شوند، معمولا قطب مثبت به الکترود و قطب منفی به قطعه کار وصل می شود. منبع برق دستگاه جوشکاری CO2 می تواند به صورت جریان ثابت یا ولتاژ ثابت باشد یا هر دوی این تنظیمات را داشته باشد.

مد انتقال قطرات در فرایندهای GMAW

معمولا انتقال قطرات از نوک الکترود به حوضچه جوش به سه روش انجام می شود که دانستن آنها در درک ساز و کار جوشکاری CO₂ اهمیت دارد.

در مود انتقال اتصال کوتاه ، از کمترین قطر الکترود و جریان ممکن در فرایند استفاده می شود. این مود انتقال، حوضچه جوش کوچکی ایجاد می کند که به سرعت سرد می شود و برای اتصال مقاطع نازک مناسب است. در این حالت، انتقال در صورتی انجام می شود که الکترود با حوضچه جوش مستقیما در تماس باشد. این اتصال و برداشتن قوس 20 تا 200 بار در ثانیه تکرار می شود.

در مود انتقال قطره ای، قطره هایی با ابعاد بزرگ تر از قطر الکترود ایجاد می شوند که به وسیله نیروی جاذبه به حوضچه منتقل می شوند. این مود انتقال قطرات، معمولا پاشش زیاد ایجاد می کند. به خصوص اگر پیش از جدا شدن کامل قطره از نوک الکترود، قطره به قطعه کار بچسبد و ایجاد اتصال کوتاه کند. معمولا در این حالت طول قوس زیاد در نظر گرفته می شود که این مشکل پیش نیاید.

مود انتقال قطرات به صورت اسپری، عاری از پاشش است و وقتی ایجاد می شود که اتمسفری غنی از آرگون وجود داشته باشد. به منظور رسیدن به این مود انتقال قطره، جریان باید از حد خاصی بیشتر باشد.

گاز دی اکسید کربن در جوشکاری CO2

دی اکسید کربن گاز فعالی است که به طور عمده در جوشکاری فولادهای کربنی و کم آلیاژ به کار می رود. گاز CO₂ تنها گاز فعالی است که به عنوان گاز محافظ در فرایند جوشکاری GMAW استفاده می شود. باقی گازهای مورد استفاده در فرایندهای مشابه شامل گازهای نجیب آرگون یا هلیوم می شوند که در فرایند های جوشکاری میگ به کار می روند. سرعت جوشکاری بیشتر، نفوذ بهتر جوش و هزینه پایین تر مشخصه های بسیار مهمی هستند که موجب پرکاربرد شدن این گاز در فرایندهای جوشکاری شده اند.

مدهای انتقال قطرات در فرایند جوشکاری CO₂ از نوع اتصال کوتاه یا قطره ای است. مد انتقال قطرات اسپری نیاز به گاز محافظ آرگون دارد و بنابراین تنها در فرایندهای جوشکاری با ارگون دیده می شود. استفاده از مود اتصال کوتاه در جوشکاری CO₂ نسبت به جوشکاری با گاز نجیب، پاشش را افزایش می دهد اما نفوذ عمیق تری ایجاد می کند. گاهی از ترکیب گاز نجیب با گاز CO2 نیز استفاده می شود تا تعادل مناسبی بین پاشش و نفوذ ایجاد شود.

در حالت انتقال قطره ای، قوس ایجاد شده به صورتی ناآرام است که احتمال ایجاد پاشش را زیاد می کند. به منظور کاهش پاشش، می توان از حالتی استفاده کرد که جریان بالا و ولتاژ پایین باشد تا قوسی بسیار کوتاه ایجاد شود. در این حالت نوک الکترود به میزان کمی زیر سطح قطعه کار قرار می گیرد. در این حالت، لایه نشانی بسیار تمیزی شکل می گیرد اما به دلیل خاصیت اکساینده قوس احتمال کاهش خواص مکانیکی وجود دارد. با این وجود، پاشش در جوشکاری CO₂ امری اجتناب ناپذیر است و از این گاز در جوشکاری زمانی استفاده می شود که استانداردهای جوشکاری مد نظر چندان سخت گیرانه نباشد.

الکترود مورد استفاده در جوشکاری CO₂

جوشکاری CO₂ فولادهای کربنی یا کم آلیاژ معمولا با الکترود های ER70s انجام می شود. گاز مناسب در جوشکاری این فلزات، کربن دی اکسید خالص یا ترکیبی از 25 درصد کربن دی اکسید و 75 درصد گاز آرگون است. برای گرید هایی که از فولاد کربنی که استحکام بیشتر از متوسط دارند از الکترود های ER90S استفاده می شود. نامگذاری این الکترود ها به این صورت است که دو حرف ER نماد سیم الکترود در فرایند های میگ مگ یا تیگ است. عدد 70 نشان دهنده 70 هزار پوند استحکام کششی در واحد اینچ مربع یا 480 مگا پاسکال است. حرف S نماد سیم توپر است و گاهی عدد تک رقمی نیز استفاده می شود که نماد عامل احیاکننده و تمیز کننده در الکترود است. عدد 6 نماد روکش مس روی الکترود است.

خدمات جوشکاری CO₂

خدمات جوشکاری CO₂ در ایران به همراه جوشکاری آرگون و در مجموعه های آهنگری و پرسکاری ارائه می گردد. نزدیک بودن مشخصات دستگاه جوشکاری CO₂ و جوشکاری آرگون موجب این می شود که خدمات جوشکاری CO₂ اغلب به همراه روش جوشکاری یاد شده ارائه گردد. در مجموعه های صنعتی مرتبط معمولا جوشکاری فولادها به وسیله خدمات جوشکاری CO₂ و جوشکاری دیگر فلزات به وسیله جوشکاری آرگون انجام می شود. در مواردی نیز خدمات جوشکاری CO₂ در محل ارائه شده است که در این موارد دستگاه به صورت سیار کار می کند.

هزینه جوشکاری CO₂

جوشکاری CO₂ فرایندی با نرخ رسوب نشانی بالا است. یکی از پارامترهای مورد استفاده برای مقایسه نرخ رسوب نشانی، محاسبه نسبت زمان رسوب نشانی به زمان کلی روشن بودن قوس است. در جوشکاری CO₂ ، این رقم نسبت به فرایندهای مشابه رقم بالاتری است. در ضمن، جوشکاری CO2 همانند جوشکاری های میگ مگ دیگر، توان اتوماسیون بسیار بالایی دارد. این دو عامل منجر می شوند که هزینه جوشکاری CO₂ ، با وجود هزینه بالاتر تجهیزات این فرایند، به صرفه باشد. هر چند هزینه جوشکاری CO₂ نسبت به فرایند های جوشکاری الکترود دستی بیشتر بوده اما این دو عامل، موجب صرفه جویی در هزینه هایی مثل هزینه نیروی انسانی می شود.

هزینه جوشکاری CO₂ در بین فرایند های دیگر میگ مگ به دلیل هزینه بسیار پایین گاز مصرفی پایین تر است. هر چند کیفیت جوشکاری نسبتا پایینتری نیز دارد. می توان در این فرایند از گاز CO₂ در ترکیب با گازهای نجیب استفاده کرد که هزینه جوشکاری CO₂ را بالا میبرند اما کیفیت نهایی بهتری ارائه می کنند.