جوشکاری

مقدمه
با نگاهی به پیرامونمان و سازه‌های موجود دراطرافمان، پی به وجود ماده‌ای به نام فولاد که کاربرد گسترده‌ای درانواع سازه‌ها دارد می‌بریم و از آنجا که این ماده به واسطه نورد و جوش قابل تبدیل به سازه‌های مختلف می‌گردد بایستی استحکام وتافنس و مقاومت و خوردگی و خستگی لازم را داشته باشد. وعلاوه براین، این ماده باید جوش پذیری خوبی (Good Weldability) نیز داشته باشد.
معنی جوش پذیری خوب چیست؟

بعضی‌ها معتقدند که همه فلزات و آلیاژها قابلیت جوشکاری را دارند که واقعیت خلاف آن است، متریال هایی از جوش پذیری خوبی برخوردارند که بتوانیم درعمل آنها را به طورساده و مطمئن در مقیاس کارگاهی جوشکاری نمائیم. و از آنجا که در صنعت امکان ساخت سازه‌ها به طورکامل وجود ندارد لذا سازه‌های بزرگ به اجزای کوچکتری تقسیم می‌شوند که در کارگاه‌های متعدد ساخته شده و سپس برروی یکدیگر نصب و مونتاژ می‌شوند. دراتصال دادن این اجزاء برای دستیابی به اجزای بزرگ تر، روشهای زیر به کار می‌رود

 اتصال به روشهای مکانیکی: استفاده از پیچ و مهره و میخ و گیره و خارو کشو  (1

اتصال به روشهای متالوژیکی

بهره گیری از عملیات جوشکاری (Welding)، لحیم کاری سخت (Brazing) 2) نقطه ذوب فلزپرکننده زیر فلزپایه، لحیم کاری نرم (Soldering) فلزپرکننده نقطه ذوب زیر
oc400 دارا می‌باشد).
 الحاق قطعات به روشهای شیمیایی با استفاده ازچسب‌های معدنی و آلی و غیره (3.

بعضی اوقات اتصال فلزات و آلیاژهای مختلف را از نظر بعد زمان به صورت زیر تقسیم بندی می‌کنند:
 اتصال موقت پیچ و مهره و خارو کشو و غیره-1
 اتصال نیمه وقت (استفاده از پرچها و لحیم کاری نرم-2

 (soldering) واستفاده از بعضی چسب های)- 3-اتصال دائم، فرآیند جوشکاری و لحیم کاری سخت و استفاده از چسب‌های معدنی و آلی
نکته: اتصال موقت بیشتربدین منظور می‌باشد که قطعات قابلیت دمونتاژو مونتاژ را داشته باشد.

جوش ایده آل به جوشی گفته می‌شود که نتوان آن موضع را از محل‌های دیگرفلزات کیفیت جوش را بالا برده تا اینکه برآورد نیازهای صنعتی و تحمل تنش‌ها و بارهای تحمیلی را بنماید.
عوامل مؤثربرکیفیت جوش
 نوع فلزات و آلیاژها
 روش جوشکاری
 مواد معرفی (Filler Metal)

تکنیک عملیات جوشکاری
 نوع اتصال (Joint Design)
پارامترهای جوشکاری و عوامل جنبی دیگر

جوش پذیری خوب به عوامل زیر بستگی دارد:
 نوع فرآیند جوشکاری (Type of welding process)
محیط (Environment)
ترکیب شیمیایی آلیاژ(Allay Composition)
 طراحی اتصال و اندازه آن (Joint design and size)

تقسیم بندی روشهای جوشکاری
روشهای جوشکاری برحسب منبع حرارتی و نحوه حفاظت محل جوش از اتمسفر محیط و نوع الکترود (مصرفی و غیر مصرفی) روشهای جوشکاری به هفت گروه تقسیم می‌شوند.
روشهای جوشکاری:
 جوشکاری درحالت جامد (sold state welding)
ـ جوشکاری اصطکاکی (friction welding)
ـ جوشکاری آهنگری (forge welding)
ـ جوشکاری انفجاری (explosine welding)

ـ جوشکاری دیفوزیونی (diffousion welding)
ـ جوشکاری فشاری (pressure welding)
 جوشکاری حرارتی – شیمیایی (therma chrmical welding) در این گروه منبع حرارتی به طریق شیمیایی حاصل می‌شود یعنی اینکه حرارت مورد نیاز از طریق ترکیب اکسیژن با یک ماده شیمیایی حاصل می‌شود مثل جوشکاری با کاربید و…. و در عمل دراین روش حرارتی معادل oc 2480 تولید می‌شود.
جوشکاری مقاومتی (Resistance welding): دراین گروه از روشهای جوشکاری از مقاومت الکتریکی جهت عملیات جوشکاری استفاده می‌شود.
مانند:
ـ جوشکاری نقطه‌ای (spot re Resistance welding)

ـ جوشکاری درزی (seam Resistance welding)
ـ جوشکاری با سرباره الکتریکی (electroslay welding)
ـ جوشکاری سربه سر با تخلیه جرقه الکتریکی (flash welding)

جوشکاری به کمک قوس الکتریکی بدون اعمال پوشش محافظ روی الکترود یا حوضچه محافظ جوش مثل (carbon Arc welding) وجوشکاری زائده‌ای یا گل میخی (Bare wine stud welding)
 جوشکاری به کمک قوس الکتریکی درزیرلایه سرباره و یا جوشکاری زیرپودری (Sabmerage Arc welding) و جوشکاری با الکترود روپوشدار (manual Arc welding)
جوشکاری به کمک قوس الکتریکی توسط گاز خنثی یا محافظ مانند جوشکاری با الکترود تنگستن درزیراتمسفرآرگون (tungsten luert GasTIG) که الکترود مصرفی نیست و یا جوشکاری با الکترود فلزی مصرفی تحت گاز خنثی (metal Inert GasMIG) که گاز خنثی حتی co2 می‌تواند باشد.
 جوشکاری به کمک انرژی تشعشعی

این گروه شامل جوشکاری با پرتوالکترونی (Electeron Beam welding) ویا جوشکاری با رزفانس الکترومگنتیت (Laser Beam welding) که براحتی با سرعتی حداقل ۶ برابر جوشکاری معمولی می‌توان با ضخامت‌های ۲۰mm فولاد و ۱۰mm آلومینیوم را بدون نیاز به اتمسفرخنثی و بدون تغییر درسختی و بوجود آمدن HAZ جوشکاری نمود.
اثرهای حرارتی (Thermal Effects)
جوشکاری بدون اعمال حرارت معمولاً مقدورنمی باشد واین گرمایش تأثیرات زیادی بر کیفیت جوش دارد.
کیفیت منطقه جوشکاری شده به عوامل زیر بستگی دارد:

نحوه نفوذ حرارت Thermal diffusivity
- میزان حرارت تلف شده Heat lost
 ضریب انتقال حرارت Thermal conductivity cocfficient
شدت انرژی اعمالی Energy intensity
 ضریب حرارتی Termal capacity

اثرهای حرارت فروکش (Heat sink Effects)
قطعات ضخیم قابلیت جذب حرارتی بیشتری نسبت به قطعات نازک دارند ولی افت حرارت درهرگرم از مذاب ریخته شده در حوضچه بیشتر است. از این رو امکان ترک خوردن قطعات ضخیم حین جوشکاری به علت بوجود آمدن فازهای ترد مثل مارتزیت بیشتر می‌باشد بخصوص در پاس اول جوشکاری اثرهای حرارت فروکش در موارد زیر بیشتر جلب نظر می‌کند:
درجوشکاری دوقطعه با ضخامت‌های متفاوت حوضچه جوش به طرف قطعه نازک تر متمایل می‌شود.
 درجوشکاری دوقطعه با جنس‌های متفاوت ولی با ضخامت، حوضچه جوش بطرف قطعه‌ای که ضریب انتقال حرارتی کمتری دارد متمایل می‌شود. بنابراین جوشکاری قطعات ضخیم به نازک ویا با ضریب انتقال حرارتی متفاوت، می‌تواند در حالت‌های خاص سبب ذوب ناقص در یک طرف (Incomplete Fusion) ودر طرف دیگر پیشروی بیش از حد حوضچه جوش را به همراه داشته باشد.
برای جلوگیری از چنین مشکلی می‌توان تدابیر زیر را اتخاذ نمود:
 پیشگیری قطعه‌ای که حرارت فروکش زیادی دارد.

کاهش ضخامت قطعه ضخیم‌تر به گونه‌ای که بتوان حرارت فروکش آن را پایین آورد.
 استفاده از برد درطرف قطعه نازک تر به گونه‌ای که حرارت فروکش قطعه نازک افزون گردد.دراین حالت میزان حرارت داده شده به جوش راباید افزایش داد.
 تغییر زاویه قوس یا Torch به طوری که بیشتر حرارت به طرف قطعه ضخیم منتقل شود.

افزایش شدت منبع حرارتی که سبب افزایش سرعت جوشکاری و کمتر شدن حساسیت به غیر متعادل بودن حرارت فروکش می‌گردد.
گاهی اوقات درمحاسبات سرد شدن از فاکتوری دیگربه نام Thermal severity Number یا عدد شدت حرارتی استفاده می‌کنند که این عدد برابر است با مجموع ضخامت ورق یا ورق هایی که درموضع اتصال حرارت از آنها به بیرون منتقل می‌شود.
موقعی که یک منبع حرارتی متحرک درسطح کاروجود دارد، حرارت ایجاد شده درهرلحظه از رابطه زیر محاسبه می‌شود.
ضریب راندمان (Efficiency) برحسب روش جوشکاری مقداری متفاوت است.

طبیعت قوس الکتریکی (Nature of the Arc)
قوس یک جریان الکتریکی است که بین دو الکترود وجود دارد و از میان یک ستون یونیزه شده گازی به اسم پلاسما عبور می‌کند.
قوس از لحاظ الکتریکی خنثی است بطوریکه می‌توان گفت تعداد الکترونها و ویونهای مثبتی که درهرحجم داده شده وجود دارد با یکدیگربرابر هستند. از آنجا که جرم الکترونها درحدود هزارم جرم سبکترترین یونها می‌باشد بنابراین تحرک الکترونها خیلی زیاد می‌باشد. لذا قسمت اعظم جریان توسط الکترونها عبورداده می‌شود.
اهمیت عملی نیروی قوس الکتریکی درنحوه جدا کردن و انتقال فلز مذاب از سرالکترود به سطح کار می‌باشد. قطره‌های فلز مذاب از الکترود بوسیله نیروی الکترومغناطیسی درنوک الکترود جمع و توسط کشش پلاسما جت جدا می‌شوند

علی اصغر سرابیان مقدم –مربی کارگاه جوشکاری مرکز 14 قوچان آذر ماه1399