مقاله جوشکاری

دانلود مقاله جوشکاری

مقدمه:
انقلاب الکترونیک بر زندگی در کشورهای صنعتی تاثیر شگرفی گذاشته است. نتایج این انقلاب به همه فعالیتهای ما در خانه، در اداره و در کارگاه رسوخ کرده است. تاثیر این انقلاب در متالوژی در دو عرصه مهم دیده می‌شود. اسبابهای کنترل الکترنیکی قابلیتهای منابع تغذیه جوشکاری را تغییر داده‌اند و اینک می‌توان در بسیاری از کاربردها از الگوی جریان بهینه استفاده کرد، روشهای خودکار و مبتنی بر استفاده از روبات نیز توسعه یافته اند. علاوه بر این، ساخت وسایل الکترونیکی خود سبب پیدایش نیازهای کاملا جدیدی در تکنولوژی اتصال شده است. از سویی می‌خواهیم نامحتملترین ترکیبهای سرامیکی و سایر غیر فلزها را به خودشان و به قطعات فلزی دیگر متصل کنیم و از سوی دیگر برای ساخت اتصالات الکتریکی بیشمار، با سرعت زیاد و قابلیت اعتماد بسیار بالا، به ابداع روشهای لحیمکاری انبوه نیاز داریم..

در دهه های اخیر، با پیشرفت فنون فولاد سازی، و به ویژه با استفاده از کنورتر اکسیژنی قلیایی و به کارگیری روشهای نوین گوگرد زدایی و فسفر زدایی، تولید فولاد پاکیزه در مقیاس تجارتی تحقق یافته است. در عین حال، با نورد کاری کنترل شده، تولید فولادهایی با فاق نرمی بیشتر امکانپذیر شده است. در پرتو چنین پیشرفتهایی ساخت سازه های بزرگ جوشکاری شده، با قابلیت اعتماد بسیار بالا، عملی شده است.
تاریخچه جوشکاری با قوس الکتریکی بوسیله اکترودهای پوشش دار ( Metal arc welding with covered electrode)

جوشکاری با شعله برق (قوس الکتریکی ) عبارت است از ذوب کردن و به سیلان در آوردن لبه های قطعه کار و سپس متصل کردن آنها به یکدیگر. این عمل بوسیله درجه حرارتی بسیار زیاد که توسط قوس الکتریکی بین الکترود دو قطعه کار بوجود می‌آید، انجام می‌شود.

استفاده از قوس الکتریکی برای جوشکاری حاصل زحمات و تجربیات Henry Missan شیمی دان فرانسوی می‌باشد که ابتدا یک کوره الکتریکی اختراع کرد و بوسیله این کوره فلز را بین دو الکترود کربنی قرار داده و ذوب می‌کرد. البته سطحی که در مسیز جریان برق الکترود قرار داشت ذوب می‌شد. فرض مخترع این بود، حرارتی که در این کوره بوجود می‌آید در اثر مقاومتی است که در موقع عبور جریان برق از الکترود ایجاد می‌شود.

شکل ۱- دستگاه جوشکاری قوس کربنی مطابق طرح ارائه شده در سال ۱۸۸۱

به هر حال وی مشاهده نمود، موقعی که ذرات مذاب پایین می‌ریزند، قوس تندتر شده و به نظر می‌رسد که مقدار بیشتری حرارت ایجاد می‌شود و این امر باعث تسریع در عمل ذوب می‌گردد. مدتی بعد شخصی به نام Slavianoff بجای الکترودها کربنی از الکترودهای فلزی استفاده نمود. اختراع وی به سال ۱۸۸۹ در ایالات متحده آمریکا به ثبت رسید که به نام جوشکاری با قوس الکتریکی و الکترود فلزی موسوم گردید.

در مرحله نخست که قوس جوشکاری به عنوان عامل اتصال دهنده و ذوب کننده معرفی شد، چندان مورد توجه صنعتگران قرار نگرفت زیرا خواص مکانیکی اتصالات که بدین وسیله بوجود می‌آمد ضعیف بود تا اینکه پس از گذشت سالها جوشکاری با قوس و الکترود به اهمیت امروزی رسید.

اولین کاری که باعث شد این نوع جوشکاری اهمیت زیادی پیدا کند مورد استفاده قرار گرفتن آن در صنعت کشتی سازی بود. احتمالا جوشکاری با قوس الکتریکی موقعی توسعه زیادی پیدا کرد که الکترودهای پوشش دار ساخته شدند و اولین عاملی که امکان بالا بردن خواص ناحیه جوش را موجب شد، الکترودی بود که توسط Elelberge سوئدی تهیه و مطرح گردید.

ارزش واقعی این نوع الکترودها موقعی آشکار می‌شود که ملاحظه کنیم چقدر در مراحل مختلف جوشکاری (جوشکاری عمودی از پایین به بالا، از بالا به پایین و نیز جوشکاری بالای سر) عمل جوشکاری را آسانتر می‌نماید.

پوشش الکترود در ابتدا فقط به عنوان حفاظت فلز مذاب مورد استفاده قرار می‌گرفت اما از سال ۱۹۱۴ به بعد این پوشش ها دارای ترکیباتی شدند که به برقراری قوس کمک کرده و مواد ناخالصی را نیز از فلز مذاب دور می‌سازند.

نتیجتا کشف دانشمندان سوئدی بزودی صنعت جوشکاری را به دو نمونه اساسی الکترودهای پوشش دار و بدون پوشش تقسیم کرد.

۱- الکترودهای با روپوش مواد معدنی
۲- سیستم محافظتی توسط گازهای محافظ

استفاده از الکترودهای پوشش دار ظرف ۵۰ سال اخیر توسعه زیادی یافته و جای الکترودهای بدون پوشش را گرفته اند. عامل مهم دیگری که در پیشرفت علم جوشکاری تاثیر بسزایی داشت، وقوع جنگ جهانی دوم تو در نتیجه ساختن مقادیر متنابهی کشتی ، خودرو، مخازن، موشکها، هواپیما و هزاران وسیله دیگر جنگی بود که احتیاج به جوشکاری با دقت زیاد داشتند و تنها وسیله ای که می‌توانست با سرعت به این اجتیاجات پاسخ دهد، جوشکاری بوسیله قوس الکتریکی بود.

شکل ۲- قوس الکتریکی در جوشکاری با جریان متناوب(سمت راست) و شکل قوس الکتریکی با جریان مستقیم (سمت چپ)

الکترودها (Electrode)
چنانچه بخواهیم دو قطعه فلز را به هم جوش داده و یا شکافی را بوسیله عمل جوشکاری پر کنیم از فلز دیگری استفاده می‌شود که آنرا الکترود یا سیم جوش می‌نامند.

الکترود در جوشکاری با قوس الکتریکی عبارت است از یک فلزی که اطراف آنرا پوششی از ترکیبات شیمیایی بخصوصی متناسب با نوع مصرف آن احاطه کرده است. انواع پوشش ها بسته به نوع فلز مورد جوشکاری و نیز مراحل مختلف جوشکاری متفاوت می‌باشند و برای جوشکاری ضروری است که آنها را شناخته و موارد استفاده صحیح آنها را نیز از همدیگر تمیز دهد.

طبقه بندی الکترودها
طبقه بندی الکترودها از لحاظ جنس فلز:

بطور کلی الکترودها از نظر جنس فلز به ۵ گروه تقسیم بندی می‌شوند

۱- الکترودهای آهنی     Hild steel

۲- الکترودهای چدنی    Cast Iron

۳- الکترودهای آلیاژهای فولادی       Spacial Alloy Steel

۴- الکترودهای فولادهای پر کربن     High Carbon Steel

۵- الکتردهای غیر آهنی              none ferrouse

از آنجاییکه اکثر جوشکاری روی آهن و آلیاژ های آن انجام می‌گیرد لذا الکترودهاییکه برای آهن مصرف می‌شوند نسبت به انواع دیگر زیادترند. آلیاژهای فولاد در جوشکاری فولادهای مختلف و الکترودهای غیر آهنی برای جوشکاری فلزات مختلف از قبیل: آلومینیم- مس- برنز- برنج و … مورد مصرف دارند. برای جوشکاری دو قطعه فلز به یکدیگر معمولا از الکترودهایی استفاده می‌شود که جنس آنها با فلز مبنا یکی باشد.

الکترودها نه تنها نسبت به فلزات مختلف متفاوتند بلکه نسبت به نوع جریان (مستقیم یا متناوب) و در حالتهای گوناگون جوشکاری و مقدار نفوذ جوش نیز انواع مختلف دارند. چنانچه الکترودها نسبت به نوع کار صحیح انتخاب نگردند ماکزیمم مقاومت و استقامت را در برابر فساد تدریجی نداشته و در بعضی موارد باعث شکنندگی فلز نیز خواهد شد. البته استثناهایی نیز وجود دارد که برای آنها الکترودهای ویژه ای تهیه شده است. مانند اتصال قطعات برنج و چدن یا برنج و آهن به یکدیگر.

فهرست مطالب
مقدمه: ۱
تاریخچه جوشکاری با قوس الکتریکی بوسیله اکترودهای پوشش دار ۱
الکترودها (Electrode) 4
طبقه بندی الکترودها ۴
طبقه بندی الکترودها از لحاظ جنس فلز: ۴
تقسیم بندی الکترودهای فلزی از نظر نوع پوشش: ۵
تقسیم بندی الکترودهای پوششدار بر اساس ترکیبات شیمیایی پوشش ها: ۷
تقسیم بندی الکترود ها از نظر ضخامت پوشش: ۹
نقش پوشش الکترودها ۱۰
جنس مفتول فلزی الکترود (مغزی الکتردود) ۱۱
مواد عمومی تشکیل دهنده پوشش الکترودها ۱۲
روشهای جوشکاری با برق (Electric welding) 13
شیوه اجرایی: ۱۶
وسایل مورد نیاز برای جوشکاری با پیستوله ۱۷
الف- نقطه جوش (spot welding): 17
ب- جوش قرقره ای: ۱۸
ج- جوش سربه سر بوسیله عمل جرقه زدن (flash butt welding): 19
د- جوش سربه سر بوسیله مقاومت الکتریکی (resistance butt welding): 20
هـ . جوش مقاومتی بوسیله فلاکس هادی (electroslag resistance welding): 20
۳- سایر روشهای جوشکاری ذوبی ۲۲
الف- روش جوشکاری بطریق آلومینوترمیک (thermit welding): 22
ب- روش جوش القایی (Induction welding): 22
ج- جوشکاری با فلاکس الکتروکنداکتور (Electroslag welding): 24
د- جوشکاری بوسیله بمباران الکترونیکی (Electron beam welding) 25
هـ جوشکاری بوسیله اشعه لیزر (Laser Welding) 27
و) سایر روشها ۳۰
جوشکاری به وسیله قوس الکتریکی (Arc Welding) 30
جوشکاری حالت جامد و اتصال چسبی ۳۷
جوشکاری در حالت جامد ۳۷
تشکیل پیوند ۴۰
فیلمهای سطحی ۴۱
تبلور مجدد ۴۲
پخش ۴۲
فرآیندهای جوشکاری حالت جامد ۴۳
جوشکاری اصطکاکی ۴۶
جوشکاری انفجاری ۴۸
جوشکاری فراصوتی ۴۹
پیوند پخشی ۵۰
شکل دادن ابر مومسان همراه با پیوند پخشی ۵۱
چسب ها ۵۳
روشهای اتصال ۵۴
آزمون ۵۵
جوشکاری ذوبی: فرایندها ۵۶
پیدایش و تکامل جوشکاری ذوبی ۵۶
ماهیت جوشکاری ۵۹
دسته بندی فرایندهای جوشکاری ذوبی ۵۹
شدت منبع گرما ۵۹
روشهای محافظت ۶۲
انتخاب فرایند جوشکاری ۶۵
منبع تغذیه ۶۶
انواع اتصالهای جوشکاری ذوبی ۶۷
آشنایی با گازهای محافظ مصرفی در جوشکاری ۶۸
مقایسه گازهای مصرفی در فرآیند جوشکاری‌های تحت محافظت گازهای محافظ ۶۹
آرگون(Argon) 69
هلیوم (Helium) 70
مخلوط گازهای آرگون- هلیوم ۷۳
مخلوط گازهای آرگون- هیدروژن ۷۳
مخلوط گازهای آرگون و اکسیژن نوزاد ۷۴
گاز نیتروژن ۷۴
اهمیت درجه خلوص گازهای محافظ ۷۵
آلودگی در سیلندر گاز ۷۶
جدا سازی هوا از گاز محافظ ۷۶
شدت جریان گاز (Gas Flow) 77
گاز دی اکسید کربن CO2 78