برش گوجینگ

فرایند گوجینگ

برش با الکترود گوجینگ ذغالی و هوا فرایندی است که از آن به طور گسترده ای در صنایع مختلف فلزی استفاده می شود. برای مثال، از این فرایند در صنایع جوشکاری به منظور آماده کردن پخ برای انجام اتصالات سر به سر استفاده می شود. اگر متغیرهای مناسبی برای این فرایند به کار گرفته شود، نیازی به تمیزکاری یا سنگ زنی شیار ایجاد شده وجود ندارد. از گوجینگ می توان برای پشت برداری اتصالات نیز استفاده کرد تا از نفوذ کامل جوش اطمینان به عمل آید. گوجینگ با الکترود ذغالی و هوا برای فلزات آهنی و غیر آهنی قابل انجام است و انعطاف پذیری بالایی در نوع مواد اولیه مورد استفاده دارد. پایین بودن هزینه گوجینگ با قوس کربنی نیز عامل مهمی در محبوبیت این فرایند در کاربردهای صنعتی و کارگاهی است.

پشت برداری اتصال جوشکاری

فرایند گوجینگ و برش با قوس کربنی ، فلز مذاب را از منطقه برش با استفاده از جریان پرفشار هوا کنار میزند. گرمای شدید قوس بین الکترود گوجینگ ذغالی و قطعه کار موجب ذوب بخشی از قطعه کار می شود. حجم و سرعت هوای فشرده به منطقه اعمال قوس اعمال شده تا فلز ذوب شده را دور کند. بر خلاف فرایند نسبتا مشابه برش هواگاز ، گوجینگ از اکسیداسیون برای انجام برش یا شیارزنی استفاده نمیکند. بنابراین فلزات قابل برش با این فرایند گستردگی بیشتری نسبت به برش هواگاز دارند. این فرایند روی طیف وسیعی از فلزات، از جمله آلومینیوم ، فولاد زنگ نزن و کربنی، آلیاژهای مس و چدن استفاده میشود. نرخ ذوب تابع جریان الکتریکی اعمال شده است و نرخ حذف مواد بستگی به نرخ ذوب و فشار هوای اعمال شده دارد.

تجهیزات گوجینگ

تجهیزات گوج با قوس کربنی شامل انبر الکترود، الکترود گوجینگ ، منبع برق و منبع هوای پرفشار میشود. سیستم انبر الکترود یا مشعل گوج مشابه سیستم های الکترود دستی ساخته می شود. بزرگترین تفاوت بین این دو سیستم، وجود دریچه های هوایی است که هوای پرفشار را هم راستا با الکترود گوجینگ به منطقه برش میدمند.

انبر گوجینگ

الکترود گوجینگ به دو دسته الکترودهای ذغالی ساده و دارای پوشش مس تقسیم میشوند که الکترودهای پوشش دار بیشتر در جریان های متناوب به کار میروند. الکترودهای پوشش دار عمر طولانی تری دارند، قوس پایداری تشکیل میدهند و شیارهای بهتری ایجاد میکنند. مغز الکترود ذغالی از ترکیب کربن و گرافیت پخته شده ساخته میشوند که مقاومت الکتریکی نسبتا پایینی دارد. گاهی اوقات در الکترودهای جریان متناوب، از عناصر نادر خاکی نیز استفاده می شود که پایداری قوس بهتر شود.

الکترود گوجینگ

منبع برق گوجینگ نیز تفاوت زیادی با فرایندهای جوشکاری ساده ندارد. ولتاژ مورد استفاده برای این منظور از 35 تا 55 ولت متغیر است که به اندازه الکترود و کاربرد مدنظر وابسته است. هوای دمیده شده به منطقه برش ، فشاری حدود 700 کیلو پاسکال باید داشته باشد. چنانچه استفاده از هوای فشرده میسر نباشد، می توان از کپسول های نیتروژن یا گازهای نجیب نیز استفاده کرد. هوای فشرده برای کاربردهای مختلف ، حداقلی دارد که کمتر از آن مقدار، سرباره و فلز کربونیزه به شیار یا منطقه برش میچسبد و سنگ زنی را دشوار تر می کند.

متغیرهای فرایند گوجینگ

متغیرهای مهم در فرایند گوجینگ با قوس کربنی شامل قطر و نوع الکترود، آمپر و ولتاژ مورد استفاده، فشار هوا و سرعت حرکت میشود. برای انجام این فرایند روی فلزات آهنی، بیرون زدگی الکترود گوجینگ از مشعل باید 178 میلی متر و برای فلزات غیر آهنی، 76.5 میلیمتر باشد.

فشار هوا در گوجینگ

فشار هوا باید قبل از برقراری قوس اعمال شود. در شرایط مناسب، هوای پرفشار زیر انتهای الکترود گوجینگ را جارو کرده و همه فلز مذاب را کنار می زند. پس از برقراری قوس، حداکثر تلاش باید برای حفظ طول قوس انجام شود. در غیر اینصورت حذف مواد ذوب شده از منطقه برش موجب افزایش فاصله بین الکترود و قطعه کار میشود و کیفیت فرایند کاهش میابد. چنانچه فرایند به شکل مناسبی انجام شود، سطح پخ ناشی از برش ، صاف میشود.

جریان مورد استفاده در گوجینگ

محدوده جریان مورد استفاده برای الکترود گوجینگ توسط استانداردهای مختلف مشخص شده است. برای مثال، استاندارد AWS برای الکترودی با قطر 4.8 میلیمتر محدوده جریان مناسب برای جریان متناوب و جریان مستقیم الکترود قطب مثبت، 150 تا 200 آمپر مشخص کرده است. با افزایش قطر الکترود، حداقل و حداکثر جریان قابل استفاده افزایش می یابد.

تجهیزات گوجینگ

الکترودهای با قطر زیاد، فقط از جریان مستقیم و الکترود قطب مثبت DCEP می توانند بهره ببرند. البته جریان واقعی قابل استفاده برای الکترودی با سایز معین توسط ماده در حال برش، نوع برش، سرعت و پوزیشن برش و نوع کیفیت مد نظر تعیین میشود. در نهایت، مطمئن ترین معیار برای انتخاب جریان برای الکترود خاص توسط سازنده الکترود ارائه میشود.

پوزیشن های گوجینگ

هنگامی که گوجینگ یک قطعه در پوزیشن عمودی انجام میشود، فرایند باید به سمت پایین پیشرفت کند تا نیروی جاذبه به حذف مواد از منطقه برش کمک کند. انجام این فرایند در پوزیشن افقی باید حتما  در وضعیت جوشکاری پیش دست انجام شود. در ضمن هدف از این فرایند، بر خلاف جوشکاری، حذف مواد از فلز پایه است. در نتیجه، به دلیل احتمال ریزش مذاب در وضعیت بالای سر بایستی به حفظ سلامت اپراتور و دستگاه دقت شود. عمق شیار ایجاد شده بوسیله سرعت حرکت کنترل میشود. سرعت های حرکت پایین شیاری عمیق و سرعت های حرکت بالاتر شیار کم عمقی ایجاد می کنند.

پیامدهای متالورژیکی گوجینگ

به منظور جلوگیری از مشکلات احتمالی ناشی از کربوراسیون فلز قطعه کار، در هنگام  کار با با الکترود گوجینگ ذغالی باید در کنترل پیامدهای متالورژیکی ناشی از فرایند دقت کرد. هنگامی که در فرایند، الکترود قطب مثبت است، جریان ایجاد شده، اتم های یونیزه کربن را از الکترود به قطعه کار منتقل میکنند. ذرات کربن آزاد به سرعت توسط سطح قطعه کار جذب می شوند. در نتیجه حین اعمال هوای پر فشار باید دقت شود که تمامی فلز مذاب از سطح قطعه دور شود. در غیر اینصورت، باید بعد از اتمام گوجینگ ، سطح قطعه را به دقت تمیز کرد. حرکت نامرتب  الکترود روی شیار، به خصوص در فرایندهای دستی، می تواند موج هایی در مذاب روی دیوار شیار ایجاد کند که موجب باقی ماندن فلز کربونیزه روی شیار شود.

عملیات گوجینگ

با وجود تمامی این تمهیدات، نشان داده شده است که انباشت درصد کمی کربن روی سطح شیار اجتناب ناپذیر است. هنگامی که استانداردهای جوشکاری روی استحکام و چقرمگی خاصی تاکید داشته باشند، تاثیر این میزان کربن نیز می تواند قابل توجه باشد. افزایش میزان کربن به خصوص در فولاد های کوئنچ تمپر شده میتواند چقرمگی جوش را تا حد قابل توجهی کاهش دهد. از سوی دیگر، نتایج به دست آمده نشان می دهد که کربن جذب شده روی سطح تاثیر قابل توجهی روی خوردگی فولادهای زنگ نزن نداشته است.

هزینه گوجینگ

همانطور که پیشتر گفته شد، گوجینگ با فرایند های برش با قوس پلاسما نیز قابل انجام است. هزینه گوجینگ به این روش، بسیار بالاتر اما کیفیت حاصل شده بسیار بهتر از گوجینگ با الکترود ذغالی است. شاید مهمترین عاملی که موجب مناسب تر بودن گوجینگ پلاسما نسبت به الکترود کربنی باشد، عدم نیاز به تمیزکاری گسترده بعد از فرایند و در نتیجه، کاهش هزینه گوجینگ است. در محاسبه هزینه گوجینگ باید به هزینه الکترود و هوای مصرفی نیز توجه کرد. الکترود کربنی مستهلک میشود و باید بعد از هر تعداد برش تعویض شود. در الکترودهای کربنی عادی این هزینه چندان بالا نبوده ولی چنانچه از الکترودهای کربنی با پوشش مس استفاده شود، هزینه گوجینگ بالاتر می رود.