انواع روش‌های جوشکاری

بررسی انواع روشهای جوشکاری

انواع فرایند ها و روشهای جوشکاری را میتوان به دو بخش کلی ذوبی و حالت جامد تقسیم کرد. در جوشکاری حالت جامد همانطور که از نام آن پیداست دو قطعه با روشهای غیر ذوبی مانند جوش اصطکاکی، جوش سرد، جوش انفجاری و روشهای دیگر اتصال پیدا میکنند.

در جوش قوس، پیوند دائمی دو یا چند قسمت فلزی با ذوب کردن ماده با یا بدون پرکننده، دو فلز به طور دائم اتصال می یابند. در این روش جوشکاری، فرایند ذوب فلز به دو روش ذوب از طریق نیروی الکتریکی و ایجاد قوس فلزی و ذوب توسط گاز سوختنی به همراه اکسیژن انجلم می شود. روش ذوبی عمدتا شامل فرایندهای جوش قوس الکترود، جوش co2، جوش تیگ یا آرگون، جوش زیرپودری و توپودری میگردد.  البته در روش ذوبی و با استفاده از نیروی الکتریکی روشهای دیکری مانند روش لیزری و پرتو انکترونی نیز وجود دارند.

مهم‌ترین عوامل در تعیین بهترین روش از بین انواع روش‌ های جوشکاری عبارت‌اند از:

سازگاری مواد:  نوع ماده‌ای که جوش می‌دهید (آهنی، غیر آهنی، جوشکاری استیل، آلومینیوم و غیره) را در نظر بگیرید. هر یک از این مواد با روش‌های مخصوص به خود جوش داده می‌شوند.

ضخامت مواد: روش جوشکاری باید بر اساس مقدار ضخامت قطعه کار انتخاب شود تا قطعه دچار دفرمگی ناشی از ضخامت کم یا عدم ایجاد جوش مناسب به دلیل ضخامت زیاد نشود.

الزامات کیفیت و استحکام جوش : برخی از فرآیندها ممکن است جوش‌هایی با کیفیت بالاتر با حداقل اعوجاج تولید کنند، درحالیکه برخی دیگر ممکن است برای کاربردهایی که استحکام یک عامل مهم است مناسب نباشند.

ملاحظات هزینه: تجهیزات و هزینه‌های مصرفی مربوط به هر فرآیند جوشکاری را در نظر بگیرید. برخی از روش‌ها ممکن است به تجهیزات یا مواد مصرفی گران‌تری نسبت به روش‌های دیگر نیاز داشته باشند.

سرعت فرآیند: سرعت جوشکاری موردنظر و بهره‌وری کلی را در نظر بگیرید. برخی از فرآیندها، مانند روش‌ های جوشکاری خودکار یا نیمه اتوماتیک که سرعت بالاتری دارند ممکن است برای تولید در حجم بالا مناسب‌تر باشند.

سطح مهارت جوشکار: انواع روش‌ های جوشکاری فلزات باید بر اساس سطح توانایی و مهارت اپراتور جوشکار انتخاب شوند.

شرایط محیطی: شرایط محیطی محل جوش را ارزیابی کنید. برخی فرآیندها ممکن است  به عواملی مانند باد، رطوبت یا دما حساس باشند.

موقعیت جوشکاری: الزامات موقعیت جوش مانند صاف، افقی، عمودی یا سربالا باید در نظر گرفته شود. برخی از فرآیندها برای موقعیت‌های خاص مناسب‌تر هستند.

ملاحظات پس از جوشکاری: در مورد هر فرآیند پس از جوشکاری که ممکن است موردنیاز باشد، مانند عملیات حرارتی یا ماشین‌کاری اضافی باید فکر شود. برخی از روش‌ های جوشکاری ممکن است تنش‌هایی به مواد وارد کنند.

رعایت مقررات  باید اطمینان حاصل کنید که فرآیند جوشکاری انتخاب‌شده با هر صنعت مرتبط یا استانداردهای ایمنی مطابقت دارد.

تجهیزات جوش ذوبی

کلیه فرآیندهای جوشکاری ذوبی، صرف نظر از نوع تکنولوژی مورد استفاده، بر چند اصل اساسی استوار هستند و اجزای مشترکی دارند. اولین و حیاتی‌ترین جزء، منبع تغذیه (Power Source) است که انرژی الکتریکی مورد نیاز برای ایجاد و حفظ قوس جوشکاری را تامین می‌کند.

دومین جزء سیستم انتقال جریان شامل کابل‌ها و اتصالات است که جریان برق را به ناحیه جوش منتقل می‌کنند.

سوم منبع و سیستم تغذیه ماده پرکننده (سیم جوش یا الکترود) است که در اکثر روش‌ها به صورت مکانیزه انجام می‌شود.

چهارم سیستم محافظت از حوضچه مذاب است که ممکن است به صورت گاز محافظ، سرباره یا خلاء باشد. در نهایت، سیستم خنک‌کاری و کنترل‌کننده‌های پارامترهای جوش از دیگر اجزای مشترک هستند که البته بسته به نوع فرآیند جوشکاری، طراحی و پیچیدگی متفاوتی دارند.

 این اجزای پایه در تمامی روش‌های جوشکاری از MIG/MAG و TIG گرفته تا جوشکاری زیرپودری (SAW) و جوشکاری قوس با فلز محافظ (SMAW) وجود دارند.

انواع اصلی جوش ذوبی قوس الکتریکی

در جدول پایین روشهای مختلف جوشکاری قوس مورد بررسی قرار گرفته است:

دسته‌بندی کلی روش‌های جوشکاری

روش جوشکاری	نام رایج	عملکرد خلاصه	کاربرد اصلی
SMAW	جوش قوس الکترود دستی (جوش آهنگری)	ایجاد قوس بین الکترود روکش‌دار و قطعه کار. روکش الکترود گاز محافظ تولید می‌کند.	تعمیرات، ساخت سازه‌های فلزی، لوله‌کشی، کار در فضای باز (مقاوم در برابر باد)
GMAW/MIG	جوش قوس با گاز محافظ (سیم جوش)	ایجاد قوس بین سیم مصرفی وقطعه کار. گاز (آرگونCO₂/) از خارج محافظت می‌کند.	صنعت خودروسازی، تولید انبوه، ورق‌های نازک، فولاد، آلومینیوم (با گاز مناسب)
GTAW/TIG	جوش قوس تنگستن با گاز محافظ (جوش آرگون)	ایجاد قوس بین یک الکترود تنگستن (غیرمصرفی) و قطعه کار. از سیم جوش جداگانه و گاز محافظ (آرگون) استفاده می‌شود.	جوشکاری ظریف و با کیفیت بالا: لوله‌های استنلس استیل، صنایع غذایی، هوا فضا، آلومینیوم
FCAW	جوش سیم توپودری	مشابه MIG، اما سیم حاوی فلاکس (مواد محافظ) است. یا با گاز یا بدون گاز کار می‌کند.	ساخت‌وسازهای سنگین، کشتی‌سازی، پروژه‌های بزرگ با بهره‌وری بالا
SAW	جوش زیرپودری	ایجاد قوس زیر لایه‌ای از پودر محافظ. قوس دیده نمی‌شود و دود بسیار کمی دارد.	خطوط تولید طولانی و اتوماتیک: مخازن فشار بسیار بزرگ، ساخت لوله

تشریح عملکرد انوع جوشکاری قوس الکتریکی

جوشکاری با الکترود دستی (SMAW):

جوشكارى SMAW يا MMA جوشكارى قوسى با الكترود روكشدار است كه در آن قوس الكتريكى بين الكترود روكشدار و قطعه كارايجاد مى شود. فرآيند جوشكارى الكترودى يكى از كاربردى ترين و فراگيرترين فرآيندهاى جوشكارى قوسى مى باشد. دستگاه جوش، جریان برق AC یا DC را ایجاد می‌کند. وقتی الکترود به قطعه کار نزدیک می‌شود، قوس تشکیل شده و حرارت لازم برای ذوب فلز پایه و خود الکترود را فراهم می‌کند. روکش الکترود ذوب شده و هم گاز محافظ تولید می‌کند و هم سرباره ای ایجاد می‌کند که روی جوش مذاب را می‌پوشاند و آن را محافظت می‌کند. برای شروع آسان و کارهای عمومی استقاده می شود

جوشکاری MIG/MAG (GMAW)

دستگاه شامل منبع قدرت، مکانیزم تغذیه سیم، تورچ و متعلقات و منبع گاز است. سیم جوش به طور مداوم و خودکار به سمت منطقه جوش تغذیه می‌شود. همزمان، نازل تورچ، گاز محافظ را روی حوضچه جوش می‌پاشد تا آن را از تماس با هوا حفظ کند. در این فرایند حرارت قوس، فلز پايه و سيم جوش را ذوب نموده و متصل می کند. در اين سيستم يك تغذيه كننده اتوماتيك، وظيفه تغذيه يكنواخت سيم جوش را بر عهده دارد. رايج ترين فرآيند در بین فرآيندهای جوشكارى صنعتی، جوشكارى MIG/MAG یا co2 میباشد.

جوشکاری TIG (GTAW)

مبناى فرآيند TIG (Tungsten Inert Gas)حضور دائمى قوس الكتريكى ميان الكترود غيرمصرفى و قطعه كار مى باشد. در این فرایند از سیم جوش مجزا استفاده می‌شود و گاز محافظ آرگون است.  یک الکترود تنگستن که ذوب نمی‌شود، قوس پایدار و متمرکزی ایجاد می‌کند.  جوشکار با دست دیگر، میله سیم جوش را به صورت جداگانه به حوضچه مذاب اضافه می‌کند. گاز آرگون خالص به طور کامل ناحیه جوش را عایق می‌کند. این روش نیاز به مهارت بسیار بالایی دارد اما کیفیت جوش آن بی‌نظیر است. برای فلزات غیرآهنی مانند آلومینیوم و استنلس استیل استفاده می‌شود.

جوشکاری سیم توپودری (FCAW)

عملکردی شبیه به MIG دارد، اما سیم مورد استفاده توخالی و پر از فلاکس است. وقتی سیم ذوب می‌شود، این فلاکس هم گاز محافظ تولید می‌کند و هم سرباره تشکیل می‌دهد که از جوش محافظت می‌کند. این روش برای کار در فضای باز که وزش باد، گاز محافظ MIG را پراکنده می‌کند، عالی است.

جوشکاری زیرپودری (SAW)

یک feeder، سیم جوش لخت را به طور مداوم تغذیه می‌کند. همزمان، یک لایه از پودر دانه‌ای روی مسیر جوش پاشیده می‌شود. قوس الکتریکی در زیر این لایه پودر تشکیل می‌شود و دیده نمی‌شود. پودر ذوب شده، سرباره ای تشکیل می‌دهد که هم از جوش محافظت می‌کند و هم حرارت را متمرکز نگه می‌دارد. این روش کاملاً اتوماتیک یا مکانیزه است و برای تولید انبوه و اتوماتیک استفاده می شود. گاز محافظ CO2 یا مخلوطی از آرگون و CO2 است

الکترود و سیم جوش

انواع مختلفی از الکترودهای سیمی موجود هستند و تا جهت جوشکاری فلزات مختلف مورد استفاده قرار گیرند. 

سیم سخت (Hard wire) سیمی است که در جوش میگ استفاده می‌شود این سیم معمولاً در قرقره‌های بزرگ عرضه می‌شود و همراه با گاز محافظ استفاده می شود.  

سیم روکش دار (Flux-cored wire) این سیم ها به گاز محافظ نیاز ندارند. در واقع، این در واقع نوع دیگری از فرآیند جوشکاری به نام جوشکاری قوس با سیم فلاکس‌کور (FCAW) است و می‌تواند روی همان تجهیزات جوشکاری انجام شود (قابلیت حمل) با سیم‌های فلاکس‌کور یک مزیت بزرگ است زیرا نیازی به حمل یک مخزن گاز نیست. عدم وجود یک گاز محافظ اضافی باعث می‌شود فلاکس‌کور برای کار در فضای باز و در شرایط باد خیز مناسب‌تر باشد. این  البته  مشکل  این سیم‌ها این است که در حین جوشکاری سرباره ایجاد می‌کنندو نیاز به تمیزکاری توسط برس دارند