فرآیند جوشکاری: تعریف، انواع، فرآیندها

و همچنین می توانید فایل PDF این مقاله را در انتهای آن دانلود کنید.

جوشکاری چیست؟

جوشکاری یک فرآیند اتصال دائمی است که در آن دو قطعه فلز به یکدیگر و با حرارت دادن فلزات تا نقطه ذوب آنها یک قطعه را تشکیل می دهند. فلز اضافی که به آن فلز پرکننده نیز می‌گویند در طول فرآیند گرمایش اضافه می‌شود تا به اتصال دو قطعه به یکدیگر کمک کند.

به طور کلی، این فرآیندی است که در آن دو قطعه فلزی مشابه (یا) غیرمشابه ممکن است با حرارت دادن آنها به دمای کافی بالا برای ذوب فلزات با (یا) بدون اعمال فشار و با (یا) بدون کمک مواد پرکننده به یکدیگر متصل شوند.

دستگاه جوش

برای ایجاد گرما و اعمال فلز پرکننده از دستگاه جوش استفاده می شود. فلز پرکننده برای تشکیل اتصال، یا از خود الکترود (یا) توسط مواد پرکننده تامین می‌شود. دمای حرارت تولید شده از درجه 6000 تا 7000 درجه سانتیگراد است. بنابراین، بیایید در مورد انواع مختلف فرآیندهای جوشکاری و نحوه استفاده از آنها در صنایع بحث کنیم؟

انواع فرآیندهای جوشکاری

انواع فرآیندهای جوشکاری با توجه به روش گرمای تولید شده به شرح زیر است:

1. جوشکاری MIG

2. جوشکاری چوبی

3. جوشکاری TIG

4. جوشکاری قوس پلاسما

5. جوشکاری پرتو الکترونی

6. جوشکاری پرتو لیزر

7. جوشکاری گاز

8. جوشکاری با طناب شار

9. جوش هیدروژنی اتوماتیک

10. جوشکاری الکتروسرلاگ

1. MIG Welding

جوشکاری MIG برای جوشکاری با گاز بی اثر فلز نگه می دارد. این فرآیند جوشکاری MIG به عنوان جوشکاری قوس فلزی گازی (GMAW) نیز شناخته می‌شود که می‌توانید آن را جوشکاری سیم نیز نامید.

در این نوع جوشکاری، یک سیم نازک به عنوان الکترود عمل می کند که از یک قرقره متصل به یک تفنگ از طریق یک لوله قابل انعطاف تغذیه می شود و از نازل روی تفنگ جوش یا مشعل خارج می شود. هنگامی که ماشه روی آن کشیده می شود، سیم به طور مداوم تغذیه می شود تفنگ جوشکاری.

2. جوشکاری قوس فلزی محافظ (SMAW)

همچنین به عنوان جوشکاری قوس فلزی با دست، جوش قوس الکتریکی محافظ شار یا جوشکاری چوبی شناخته می شود. در این نوع فرآیند جوشکاری که در آن قوس بین میله یا الکترود فلزی (روکش شار) و قطعه کار زده می شود، سطح میله و قطعه کار ذوب می شوند و حوضچه جوش ایجاد می شود.

ذوب همزمان پوشش شار روی میله باعث تولید گاز و سرباره می شود که از اتصال جوش در برابر محیط محافظت می کند. جوشکاری قوس فلزی محافظ یک فرآیند ایده آل برای اتصال مواد آهنی و غیر آهنی با ضخامت مواد در همه موقعیت ها است.

3. جوشکاری TIG

جوشکاری TIG مخفف جوشکاری قوسی با گاز بی اثر تنگستن است که از انجمن جوشکاری آمریکا نیز به عنوان (GTAW) شناخته می شود. این فرآیند جوشکاری نیز به عنوان جوش گازی نامیده می شود.

جوشکاری TIG از الکترود تنگستن استفاده می کند زیرا تنگستن نقطه ذوب بالایی دارد. وقتی ما را می گیریم الکترود جوش تیگ داغ می شود اما ذوب نمی شود و می گوییم الکترود غیر مصرفی است. الکترودهای غیر مصرفی به این معنی نیست که برای همیشه دوام نمی آورد و به این معنی است که ذوب نمی شود و بخشی از جوش می شود.

4. جوشکاری قوس پلاسما (PAW)

جوشکاری قوس پلاسما (PAW) یک فرآیند جوشکاری قوس الکتریکی است که از گرمای تولید شده توسط یک قوس فشرده بین یک الکترود غیر مصرفی تنگستن و قطعه کار (فرآیند قوس انتقالی) یا نازل منقبض کننده با آب خنک (فرایند قوس غیرانتقالی) تولید می شود.

پلاسما ترکیبی گازی از یون های مثبت، الکترون ها و مولکول های گاز خنثی است. فرآیند قوس انتقالی جت های پلاسما با چگالی انرژی بالا ایجاد می کند و می تواند برای جوشکاری و برش سریع سرامیک، آلیاژهای مس، فولادها، آلومینیوم، آلیاژهای نیکل و آلیاژهای تیتانیوم استفاده شود.

5. جوشکاری پرتو الکترونی (EBW)

جوشکاری با پرتو الکترونی یک فرآیند جوشکاری است که گرمای ایجاد شده توسط پرتوهای الکترون های پر انرژی را اعمال می کند. الکترون ها به قطعه کار برخورد می کنند و انرژی جنبشی آنها به انرژی حرارتی تبدیل می شود و فلز را گرم می کند تا لبه های قطعه کار به هم متصل شود و پس از انجماد جوش ایجاد شود.

EBM همچنین یک فرآیند جوشکاری حالت مایع است. که در آن اتصال فلز به فلز به صورت مایع یا مذاب ساخته می شود. همچنین به عنوان یک فرآیند جوشکاری توصیف می شود زیرا انرژی جنبشی الکترون ها را برای اتصال دو قطعه فلزی می پذیرد.

6. جوشکاری پرتو لیزر (LBW)

جوشکاری پرتو لیزر (LBW) یک فرآیند جوشکاری است که در آن گرما توسط پرتو لیزر پرانرژی که روی قطعه کار قرار می گیرد تشکیل می شود. پرتو لیزر انتهای قطعه کار را گرم و ذوب می کند و یک اتصال ایجاد می کند.

در جوشکاری لیزری (LBM) اتصال به صورت دنباله ای از جوش های نقطه ای همپوشانی یا به صورت یک جوش پیوسته تشکیل می شود. جوشکاری لیزر در صنایع الکترونیک، ارتباطات و هوافضا برای تولید تجهیزات پزشکی و علمی با ترکیب اجزای کوچک استفاده می شود.

7. جوشکاری گاز

جوشکاری گازی با ذوب شدن طرفها یا سطوحی که قرار است توسط شعله گاز به هم متصل شوند و جریان فلز مذاب در کنار هم جریان یابد، انجام می شود، بنابراین پس از سرد شدن یک اتصال پیوسته جامد ایجاد می شود.

مخلوط های اکسیژن-استیلن به میزان بسیار بیشتری نسبت به سایرین مورد استفاده قرار می گیرند و جایگاه برجسته ای در صنعت جوشکاری دارند. دمای شعله اکسی استیلن در گرمترین ناحیه آن حدود 3200 درجه سانتیگراد است، در حالی که دمای شعله اکسی هیدروژن حدود 1900 درجه سانتیگراد است.

8. جوشکاری با هسته شار (FCAW)

این نوع جوش تقریباً مشابه است جوشکاری MIG . در واقع، جوشکارهای MIG اغلب می توانند جوشکاری با هسته شار را انجام دهند. در این جوش، سیم دارای یک هسته شار است که یک محافظ گاز در اطراف جوش تشکیل می دهد. این امر تقاضا برای عرضه گاز خارجی را کاهش می دهد.

FCAW برای فلزات خشن و سنگین مناسب تر است زیرا فرآیند جوشکاری با حرارت بالا است. معمولاً برای تعمیر تجهیزات سنگین برای این منظور استفاده می شود. این فرآیندی است که زباله زیادی تولید نمی کند. چون نیازی به گاز خارجی نیست هزینه کمتری هم دارد.

9. جوشکاری هیدروژن اتمی

جوشکاری هیدروژن اتمی یک نوع جوشکاری در دمای بسیار بالا است که به جوشکاری قوس اتمی معروف است. این نوع جوشکاری نیازمند استفاده از گاز هیدروژن برای محافظت از دو الکترود تشکیل شده از تنگستن است. این می تواند به دمای بالاتر از یک مشعل استیلن برسد و می توان آن را با یا بدون فلز پرکننده انجام داد.

10. جوشکاری الکتروسرلاگ

این یک فرآیند جوشکاری پیشرفته است که برای اتصال انتهای نازک دو قطعه فلزی به صورت عمودی به یکدیگر استفاده می شود. به جای استفاده از جوش در قسمت بیرونی اتصال، بین انتهای دو قطعه انجام می شود.

یک سیم الکترود مسی از طریق یک لوله فلزی هدایت می شود که به عنوان یک فلز پرکننده عمل می کند. هنگامی که نیرو اضافه می شود، قوس تولید می شود و یک جوش از زیر درز شروع می شود و به آرامی به سمت بالا حرکت می کند و در محل درز یک جوش ایجاد می کند.

انواع موقعیت های جوشکاری

در زیر چهار نوع اصلی از موقعیت های جوش آورده شده است:

1. موقعیت مسطح (1G و 1F)

2. موقعیت افقی (2G و 2F)

3. موقعیت عمودی (3F و 3G)

4. موقعیت بالای سر (4G و 4F)

1. موقعیت صاف

واضح ترین نوع برای انجام، وضعیت صاف است که گاهی اوقات به آن وضعیت دست پایین می گویند. این شامل جوشکاری در بالای اتصال است. در این حالت، فلز مذاب در محل اتصال به سمت پایین کشیده می شود. نتیجه جوش سریعتر و راحت تر است.

در 1G و 1F، عدد 1 مربوط به موقعیت صاف است، در حالی که حرف G برای جوش شیاری و حرف F برای جوش فیله است.

2. موقعیت افقی (2G و 2F)

این وضعیت دشوارتر از موقعیت مسطح است و برای اصلاح آن به مهارت بیشتری از اپراتور جوش نیاز دارد.

2G یک موقعیت جوش شیاری است که شامل قرار دادن محور جوش در یک صفحه افقی یا تقریباً افقی است. برای رویه جوش، باید در یک صفحه عمودی قرار گیرد.

2F یک موقعیت جوش فیله ای است که در آن جوشکاری در سمت بالایی سطوحی که تقریباً افقی هستند در مقابل سطحی که تقریباً عمودی است انجام می شود. در این حالت، مشعل معمولاً در زاویه 45 درجه نگه داشته می شود.

3. موقعیت عمودی (3F و 3G)

در این موقعیت، هم قطعه و هم جوش به صورت عمودی یا تقریباً عمودی قرار می گیرند. 3F و 3G به موقعیت فیله عمودی و شیار عمودی منتهی می شوند.

هنگامی که جوشکاری به صورت عمودی انجام می شود، نیروی گرانش فلز مذاب را به سمت پایین هل می دهد و بنابراین تمایل به انباشتگی دارد. برای مقابله با این، می توانید از موقعیت عمودی رو به بالا یا پایین استفاده کنید.

برای بررسی آن در حالت عمودی رو به بالا، شعله را به سمت بالا بگیرید و آن را با زاویه 45 درجه نسبت به قطعه قرار دهید. به این ترتیب جوشکار فلزی را از قسمت های پایینی قطعه کار برای جوشکاری به سمت نیروی گرانش اعمال می کند.

4. موقعیت بالای سر (4G و 4F)

در این نوع از حالت جوشکاری، جوشکاری از پایین محل اتصال انجام می شود. پیچیده ترین و سخت ترین موقعیت را برای کار دارد. موقعیت های 4G و 4F برای جوش های شیار و فیله هستند.

در موقعیت بالای سر، فلز رسوب‌شده به محل اتصال به سوراخی روی قطعه منتهی می‌شود که در مهره‌ای با تاج بالاتر قرار دارد. برای جلوگیری از این امر، گودال مذاب را کوچک نگه دارید. اگر گودال جوش خیلی طولانی شد، شعله را برای لحظه ای از بین ببرید تا فلز مذاب خنک شود.

مزایای فرآیند جوشکاری

1. یک جوش خوب قوی تر از فلز اصلی یا پایه خواهد بود.

2. فرآیند سریعتر در مقایسه با پرچین و ریخته گری.

3. اتصالات سفت و سخت کامل را می توان با فرآیند جوشکاری فراهم کرد.

4. قابل استفاده برای تمام فلزات و آلیاژها.

5. اشکال دشواری را می توان با جوشکاری تولید کرد.

6. تجهیزات جوش قابل حمل هستند و به راحتی قابل نگهداری هستند.

7. در طول فرآیند جوشکاری مانند پرچ کردن هیچ صدایی تولید نمی شود.

8. فرآیند جوشکاری در مقایسه با پرچکاری به فضای کاری کمتری نیاز دارد.

9. هر فضای مفصلی را می توان به راحتی ساخت.

معایب فرآیند جوشکاری

1. تشعشعات مضر، بخار و بدون لکه (پاشیدن ناگهانی جرقه) را منتشر می کند.

2. اتصالات جوشی بیشتر شکسته می شوند و از این رو استحکام خستگی آنها کمتر از اعضای متصل شده است.

3. منجر به اعوجاج و ایجاد تنش های داخلی می شود.

4. برای نگه داشتن فلزات به درستی به قطعات و وسایل خاصی نیاز دارد.

5. برای جوشکاری به کارگران ماهر و برق نیاز است.

6. بازرسی کار جوشکاری دشوارتر و پرهزینه تر از کار پرچ است.

کاربردهای جوشکاری

کاربرد جوش به قدری متفاوت و گسترده است که بدون اغراق می توان گفت که هیچ صنعت فلزی و هیچ شاخه ای از مهندسی وجود ندارد که از جوشکاری به شکلی مانند صنعت خودرو، کشتیرانی، هوافضا و ساخت و ساز استفاده نکند. بیشتر برای ساخت استفاده می شود.

برخی از برنامه ها عبارتند از:

• کشتی سازی

• واگن های راه آهن

• شاسی خودرو و بدنسازی

• اجساد زمین خوار

• کرکره های پنجره

• درها، دروازه ها

• انواع کار ساخت و ساز.

---

نتیجه گیری

همانطور که می دانید جوشکاری یک فرآیند اتصال قوی است که در آن دو قسمت فلز با هم یک قسمت را با حرارت دادن فلزات تا نقطه ذوب آنها تشکیل می دهند. برخی از انواع جوش ها توسط ماشین آلات ساخته می شوند و نیاز به تجهیزات تخصصی پرهزینه دارند. جوشکاری روش سریع تری در ارتباط با پرچ کاری و ریخته گری است.