اصول اولیه جوشکاری

جوش را می توان به عنوان ادغام فلزات تولید شده در اثر حرارت دادن به دمای مناسب با یا بدون اعمال فشار و با یا بدون استفاده از مواد پرکننده تعریف کرد.

در جوشکاری ذوبی، یک منبع حرارتی گرمای کافی برای ایجاد و نگهداری یک حوضچه مذاب از فلز با اندازه مورد نیاز تولید می کند. گرما ممکن است از طریق برق یا شعله گاز تامین شود. جوشکاری با مقاومت الکتریکی را می توان جوشکاری ذوبی در نظر گرفت زیرا مقداری فلز مذاب تشکیل می شود.

---

فرآیندهای فاز جامد بدون ذوب مواد پایه و بدون افزودن فلز پرکننده، جوش ایجاد می کنند. فشار همیشه مورد استفاده قرار می گیرد و به طور کلی مقداری گرما ارائه می شود. گرمای اصطکاکی در اتصالات اولتراسونیک و اصطکاکی ایجاد می‌شود و گرمایش کوره معمولاً در پیوند انتشار استفاده می‌شود.

قوس الکتریکی مورد استفاده در جوشکاری یک تخلیه با جریان بالا و ولتاژ پایین است که عموماً در محدوده 10-2000 آمپر در ولتاژ 10-50 ولت است. یک ستون قوس پیچیده است، اما، به طور کلی، شامل یک کاتدی است که الکترون ساطع می کند، یک پلاسمای گاز برای هدایت جریان، و یک ناحیه آندی که به دلیل بمباران الکترونی نسبتاً گرمتر از کاتد می شود. معمولاً از قوس جریان مستقیم (DC) استفاده می‌شود، اما می‌توان از قوس‌های جریان متناوب (AC) استفاده کرد.

مجموع انرژی ورودی در تمام فرآیندهای جوشکاری بیش از مقدار مورد نیاز برای تولید اتصال است، زیرا نمی توان از تمام گرمای تولید شده به طور موثر استفاده کرد. بازدهی بسته به فرآیند از 60 تا 90 درصد متغیر است. برخی از فرآیندهای خاص به طور گسترده ای از این رقم منحرف می شوند. گرما با رسانش از طریق فلز پایه و تابش به اطراف از دست می رود.

بیشتر فلزات وقتی گرم می شوند با جو یا سایر فلزات مجاور واکنش می دهند. این واکنش ها می تواند به شدت برای خواص یک اتصال جوش داده شده مضر باشد. به عنوان مثال، بیشتر فلزات هنگام مذاب شدن به سرعت اکسید می شوند. یک لایه اکسید می تواند از اتصال مناسب فلز جلوگیری کند. قطرات فلز مذاب پوشیده شده با اکسید در جوش به دام افتاده و باعث شکننده شدن اتصال می شود. برخی از مواد با ارزش افزوده شده برای خواص خاص، در مواجهه با هوا چنان سریع واکنش نشان می‌دهند که فلز رسوب‌شده همان ترکیب اولیه را ندارد. این مشکلات منجر به استفاده از شارها و جوهای بی اثر شده است.

در جوشکاری ذوبی، شار نقش محافظتی در تسهیل واکنش کنترل شده فلز و سپس جلوگیری از اکسیداسیون با تشکیل پوششی بر روی مواد مذاب دارد. فلوکس ها می توانند فعال و کمک کننده در فرآیند باشند یا غیر فعال و به سادگی از سطوح در حین اتصال محافظت کنند.

اتمسفرهای خنثی نقش محافظتی شبیه به شارها دارند. در جوشکاری قوس تنگستن با محافظ گاز و قوس تنگستن محافظ گاز، یک گاز بی‌اثر - معمولاً آرگون - از حلقه‌ای که مشعل را احاطه کرده است در یک جریان پیوسته جریان می‌یابد و هوا را از اطراف قوس جابجا می‌کند. این گاز از نظر شیمیایی با فلز واکنش نمی دهد، بلکه آن را از تماس با اکسیژن موجود در هوا محافظت می کند.

متالورژی اتصال فلز برای قابلیت های عملکردی اتصال مهم است. جوش قوس الکتریکی تمام ویژگی های اساسی یک اتصال را نشان می دهد. سه ناحیه از عبور قوس جوش حاصل می شود: (1) فلز جوش یا منطقه همجوشی، (2) منطقه متاثر از حرارت و (3) منطقه بدون تأثیر. فلز جوش قسمتی از اتصال است که در حین جوشکاری ذوب شده است. منطقه متاثر از حرارت ناحیه ای در مجاورت فلز جوش است که جوش داده نشده است اما در اثر حرارت جوشکاری در ریزساختار یا خواص مکانیکی تغییر یافته است. ماده بدون تأثیر آن چیزی است که به اندازه کافی حرارت داده نشده است تا خواص آن تغییر کند.

ترکیب فلز جوش و شرایطی که تحت آن یخ می زند (جامد می شود) به طور قابل توجهی بر توانایی اتصال برای برآوردن نیازهای خدمات تأثیر می گذارد. در جوشکاری قوس الکتریکی، فلز جوش شامل مواد پرکننده به علاوه فلز پایه ای است که ذوب شده است. پس از عبور قوس، سرد شدن سریع فلز جوش اتفاق می افتد. یک جوش یک پاس دارای ساختار ریخته گری با دانه های ستونی است که از لبه حوضچه مذاب تا مرکز جوش امتداد می یابد. در یک جوش چند پاسی، این ساختار ریخته گری بسته به فلز خاصی که در حال جوشکاری است، ممکن است اصلاح شود.

فلز پایه مجاور جوش یا ناحیه متاثر از گرما تحت طیف وسیعی از چرخه‌های دما قرار می‌گیرد و تغییر ساختار آن مستقیماً با دمای پیک در هر نقطه معین، زمان قرار گرفتن در معرض و نرخ خنک‌سازی مرتبط است. انواع فلزات پایه برای بحث در اینجا بسیار زیاد است، اما می توان آنها را در سه دسته دسته بندی کرد: (1) موادی که تحت تأثیر حرارت جوشکاری قرار نمی گیرند، (2) موادی که توسط تغییرات ساختاری سخت می شوند، (3) مواد سخت شده توسط فرآیندهای بارش.

جوشکاری باعث ایجاد تنش در مواد می شود. این نیروها با انقباض فلز جوش و با انبساط و سپس انقباض ناحیه متاثر از حرارت القا می شوند. فلز گرم نشده محدودیتی را بر موارد فوق اعمال می کند و با غالب شدن انقباض، فلز جوش نمی تواند آزادانه منقبض شود و تنش در محل اتصال ایجاد می شود. این به طور کلی به عنوان تنش پسماند شناخته می شود، و برای برخی از کاربردهای حیاتی باید با عملیات حرارتی کل ساخت حذف شود. تنش پسماند در تمام سازه های جوشی اجتناب ناپذیر است و در صورت عدم کنترل، خمیدگی یا اعوجاج جوش ایجاد می شود. کنترل با تکنیک جوشکاری، جهش ها و فیکسچرها، روش های ساخت و عملیات حرارتی نهایی انجام می شود.