up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله جوشکاري PDF
QR code - جوشکاري

جوشکاري

فرآيندهاي جوشکاري

جوشکاري يکي از روشهاي توليد مي باشد. هدف آن اتصال دايمي مواد مهندسي (فلز، سراميک، پليمر، کامپوزيت) به يکديگر است به گونه اي که خواص اتصال برابر خواص ماده پايه باشد.
● پيشينه
موسيان در ۱۸۸۱ قوس کربني را براي ذوب فلزات مورد استفاده قرار داد.
اسلاويانوف الکترودهاي قابل مصرف را در جوشکاري به کار گرفت.
ژول در ۱۸۵۶ به فکر جوشکاري مقاومتي افتاد
لوشاتليه در ۱۸۹۵ لوله اکسي استيلن را کشف و معرفي کرد.
اليهوتامسون آمريکائي از جوشکاري مقاومتي در سال ۷-۱۸۷۶ استفاده کرد.
در جريان جنگهاي جهاني اول و دوم جوشکاري پيشرفت زيادي کرد. احتياجات بشر به اتصالات مدرن – سبک – محکم و مقاوم در سالهاي اخير و مخصوصاً بيست سال اخير سبب توسعه سريع اين فن شده است.
● فرآيندهاي جوشکاري با قوس الکتريکي
جريان الکتريکي از جاري شدن الکترونها در يک مسير هادي به وجود مي آيد. هرگاه در مسير مذکور يک شکاف هوا(گاز)ايجاد شود جريان الکتروني و در نتيجه جريان الکتريکي قطع خواهد شد. چنانچه شکاف هوا باندازه کافي باريک بوده و اختلاف پتانسيل و شدت جريان بالا، گاز ميان شکاف يونيزه شده و قوس الکتريکي برقرار مي شود. از قوس الکتريکي به عنوان منبع حرارتي در جوشکاري استفاده مي شود.روشهاي جوشکاري با قوس الکتريکي عبارتند از:
۱) جوشکاري با الکترود دستي يا MAW
۲) جوشکاري زير پودري SMAW
جوشکاري زيرپودري يا SAW يکي از فرآيند هاي جوشکاري قوسي است. در اين روش نوک الکترود داخل پودري از مواد معدني ويژه قرار مي گيرد و قوس در زير اين پودر در امتداد مسير جوشکاري تشکيل مي شود. در اين روش قوس قابل مشاهده نيست.درسيستم زيرپودري از سيم بدون روکش استفاده مي شود:طوري که سيم به طور متوالي از قرقره مخصوص رها مي گردد و ضمن تشکيل قوس نقش واسطه اتصال را نيز بر عهده دارد.
۳) جوشکاري با گاز محافظ يا GMAW يا MIG MAG
اساس روش GMAW بر برقراري قوس الکتريکي ميان الکترود (سيم جوش) مصرف شدني و قطعه کار مي باشد و قوس و حوضچه جوش توسط گاز بي اثر محافظت مي گردد. اين روش به دو صورت اتوماتيک و نيمه اتوماتيک قابل انجام مي باشد.تمام فلزات و آلياژهاي مهم صنعتي مانند فولادهاي کربني، فولادهاي کم آلياژ، فولادهاي زنگ نزن، آلياژهاي آلومينيم، مس، نيکل، در تمام وضعيتها با اين روش قابل جوشکاري مي باشند.
- مزايا
سرعت جوشکاري در اين روش بالاست.
نرخ رسوب بالاتر از روش زير پودري SMAW است.
استفاده از سيم جوش امکان جوشکاري طويل و بدون توقف را فراهم مي سازد.
امکان نفوذ بيشتر از روش زيرپودري فراهم است که در اين صورت امکان ايجاد گرده کوچکتر با استحکام مشابه فراهم است.
احتياج به توانايي هاي شخصي کمتري براي جوشکاري دارد.
به دليل عدم وجود سرباره احتياج به تميزکاري کمي دارد.
- محدوديتها
تجهيزات اين روش به نسبت گران و حمل و نقل آن مشکل تر از SMAW است.
استفاده ار اين روش براي مقاطعي که دسترسي به آنها مشگل است با محدوديت در زمينه محافظت گاز مواجه است.
استفاده از اين روش در فضاي باز به دليل امکان وزش باد و اخلال در محافظت گاز با محدوديت مواجه است.
به دليل عدم وجود گل جوش و به تبع آن عدم کاهش نرخ انجماد در فولادهاي سختي پذير امکان ترک خوردن در فلز جوش وجود دارد.
۴) جوشکاري با گاز محافظ و الکترود تنگستني يا GTAW يا TIG
در اين فرآيند براي ايجاد قوس الکتريکي از الکترود مصرف نشدني تنگستن استفاده مي شود و الکترود و حوضچه مذاب به وسيله گاز خنثي محافظت مي شود. اين روش با نام جوش آرگون نيز ناميده مي شود که اشتباه است. چون مي توان براي مثال از هليوم نيز به عنوان محافظ استفاده کرد.
۵) جوشکاري پلاسما
جوشکاري پلاسما يکي از روش هاي جوشکاري است که در آن با کاربرد گازهاي خنثي درجه حرارت به بالاي ۲۰۰۰۰ درجه سانتيگراد ميرسد و و انرژي قوس بسيار متمرکز تر و پايدار تر از روش جوشکاري با گاز محافظ و الکترود تنگستني TIG است.
پلاسما به معني گاز يونيزه شده مي باشد. به دليل اينکه اين گاز در اين درجه حرارت و حالت از قانون گازها پيروي نمي کند، حالت چهارم وجود ماده به آن گفته مي شود (جامد، مايع، گاز، پلاسما) چنانچه هوا يا گاز در قوس الکتريکي شرايط گذار به حالت پلاسما را بيابد قوس مربوط داراي انرژي حرارتي بسيار زيادي خواهد شد.
● فرآيندهاي جوشکاري مقاومتي
در جوشکاري مقاومتي براي ايجاد آميزش از فشار و گرما هردو استفاده مي شود.گرما به دليل مقاومت الکتريکي قطعات کار و تماس آنها در فصل مشترک به وجود مي آيد. پس از رسيدن قطعه به دماي ذوب و خميري فشار براي آميختن دو قطعه بکار مي رود. در اين روش فلز کاملاً ذوب نمي شود.
گرماي لازم از طريق عبور جريان برق از قطعات بدست مي آيد. روشهاي جوشکاري مقاومتي عبارت اند از:
جوش نقطه اي
درز جوشي
جوش تکمه اي
● فرآيندهاي جوشکاري حالت جامد
دسته اي از فرآيندهاي جوشکاري هستند که در آنها، عمل جوشکاري بدون ذوب شدن لبه ها انجام مي شود. در واقع لبه ها تحت فشار با حرارت يا بدون حرارت در همديگر له مي شوند. فرآيندهاي اين گروه عبارت اند از:
جوشکاري اصطکاکي
جوشکاري نفوذي
جوشکاري با امواج مافوق صوت
ثابت شده است که فلزات در دماي اتاق هم قابل اتصالند. اين عمل توسط ايجاد پيوندهاي فلزي در دو سطح مورد اتصال ، انجام مي گيرد . بطور ايده آل ، تشکيل اتصال فلزي بوسيلهٔ جوشکاري سرد ، و يا پيوند ( Bonding ) بطريق زير متصور است :
دو قطعهٔ بسيار صيقلي و تميز در اختيار است . هرکدام از ايندو، مجموعه اي از بارهاي (+) و (-) مي باشد به گونه اي که هر قطعه بدون عيب و با استحکام کافي داراي پايداري است. اگر دو قطعه کاملاً نزديک هم قرار گرفته و به هم بچسبند ، الکترونهاي فرار از هر قطعه ، بين آندو مشترک مي شود و در نتيجه نيروي عکس العمل بين سطوح زياد مي گردد . بنابراين وقتي دو سطح تماس کامل داشته باشند ، نيروهاي عکس العملي بين اتمها ، خود به خود زياد شده و يک اتصال محکم و قدرتمند بوجود مي آيد .
ولي در عمل ، يک فلز هرگز صيقل کامل نمي خورد و همواره اعوجاج ماکروسکوپي در سطح دارد.
Ultra Mic or Macroscopic و همين ناهمواريها ، مساحت واقعي تماس را چند برابر مقدار واقعي مي کند.
بدليل وجود نقاط ناهموار ميکروسکوپي ، لايه هاي سطحي فلز داراي انرژي سطحي قابل ملاحظه اي در اثر پيوندهاي فلزي اشباع نشده ، جاهاي خالي و نيز نابجائي ها Vacancies & Dislocations مي باشد . بنابراين عکس العمل هاي شديدي بين انتهاي سطح فلز و محيط ايجاد مي شوند .
دقيقاٌ بلافاصله پس از سطح فلز ، يک ابر پيوسته از الکترونهاي متحرک موجود است که متناوباً از سطح جدا و به آن مجدداً مي پيوندند (dipole ۷ Double electric ) دانسيته بار اين لايه که شامل دو قطب + و – مي باشد ، ثابت نمي ماند و به هندسهٔ ميکروسکوپي و سطح وابسته است . به همين دليل لايه هاي سطحي فلز بسيار فعالند . سطح فلز هميشه با اکسيدهاي مايع و گاز پوشانيده شده و هرگاه اين سطح بطور ايده آل و در فشار کمتر از mmhg ۹- ۱۰ کاملاً تميز شود ، سطح فلز عاري از اين اضافات مي شود .
اين سطح تميز ، مدت زيادي نمي تواند دوام داشته باشد . تشکيل اتصال قوي مابين فلزات ، در متد پيوند سرد ، با تغيير شکل دو جانبه و طي سه مرحله انجام مي پذيرد .
در طي مرحلهٔ اول؛ سطوح مورد اتصال بايستي بطور کامل به هم نزديک شوند .
در مرحلهٔ دوم ؛ metallic contact يا اتصال بين فلزي شکل مي گيرد .
در مرحلهٔ سوم ؛ يک اتصال جوش قوي توليد مي گردد . اکنون اين مراحل به تفصيل مورد بحث قرار مي گيرد :
زمانيکه دو سطح کنار هم قرار داده مي شوند ، ناهمواري هاي ميکروسکوپي و نقاط موجي شکل تشکيل مي يابند . ابتدا اين دو قطعه يکديگر را در نقاط منفرد بالاتر از سطح ، لمس مي کنند . براي تماس بيشتر به مساحت زيادتري نياز است . اين عمل بوسيلهٔ وارد آوردن نيرو انجام مي شود .
به دليل وجود لايه هاي سخت و نازک اکسيدي ( Fragile ) ميزان نيرو بسيار بالا خواهد بود .
البته اگر نيرو کافي نباشد اتصالي بدست مي آيد که پلاستيستهٔ آن کم و استحکام ضربه اي آن ناکافيست . لايه هاي نازک روغني يا ارگانيک آلي ، اثر به مراتب زيان آورتري دارند و اگر مقدارشان زياد شود بطور کامل از ايجاد پيوند جلوگيري مي کند و حتماً بوسيلهٔ حلال هاي قوي بايستي آنها را زدود .
مرحلهٔ دوم هنگامي رخ مي دهد که مساحت اتصال فلزي بين دو قطعه زياد مي شود و بلورهاي مشترکي بين دو سطح توليد مي گردد.
زمانيکه تماس فلزي کاملاً شروع به شکل گيري مي کند ، بلورها و شبکه هاي کريستالي ، توسط لايه هاي نازک از يک ترکيب پيچيده جدا مي شوند .
در حين اين تغيير ، سطح فشرده شده در تماس با اتمسفر نيستند و هيچ گونه لايهٔ نازک ديگري نمي تواند شکل بگيرد . بنابراين فيلم هاي شکننده از ميان رفته و لايه هاي مايع و گاز بخشي به بيرون رفته و بخشي جذب فلز شده به آن نفوذ مي کنند .
در مرحلهٔ سوم ، پروسه شامل حرکتهاي مختلف ذرات ناشي از نفوذ است و به زمان کافي جهت تکميل اين مرحله ،احتياج است .
● فرآيندهاي اکسي فيول
گروه فرآيندهاي جوشکاري است که در آن، اتصال با ذوب شدن توسط يک يا چند شعله گاز، با اعمال فشار يا بدون آن، با کاربرد فلز پر کننده يا بدون آن انجام مي شود.
● فرآيند جوشکاري با ليزر
در اين روش از پرتوي ليزر براي جوشکاري استفاده مي شود.در جوشکاري ليزري دانسيته انرژي فراهم شده بسيار بيشتر از جوشکاري با قوس آرگون يا با مشعلهاي اکسي اسيتيلن است.
از ليزرهاي مختلفي مي توان براي جوشکاري استفاده کرد مانند ليزر گاز کربنيکي يا ليزر ياقوتي ولي بايد دقت کرد که انرژي پرتو آنقدر زياد نباشد که باعث تبخير فلز شود.
به طور عمده از دو نوع ليزر در جوشکاري و برشکاري استفاده مي شود،ليزرهاي جامد مثل Ruby و ND:YAG و ليزرهاي گاز مثل ليزر CO۲ .
ليزر Ruby از يک کريستال استوانه اي شکل Ruby (يک نوع اکسيد آلومينيوم است که ذرات کرم در آن پخش شده اند) تشکيل شده است . دو سر آن کاملا صيقلي و آينه اي شده و در يک سر آن يک سوراخ ريز براي خروج اشعه ليزر وجود دارد . در اطراف اين کريستال لامپ گزنون قرار دارد که لامپ فوق براي کار در سرعت حدود ۱۰۰۰ فلاش در ثانيه طراحي شده است . لامپ گزنون با استفاده از يک خازن که حدود ۱۰۰۰ بار در ثانيه شارژ و تخليه شده فلاش مي زند و هنگامي که کريستال Ruby تحت تاثير اين فلاش ها قرار بگيرد اتمهاي کرم داخل شبکه کريستالي تحريک شده و در اثر اين تحريک امواج نور از خود ساطع مي کنند و با باز تابش اين اشعه ها در سطوح صيقلي و تقويت آنها اشعه ليزر شکل مي گيرد . اشعه ليزر شکل گرفته از سوراخ ريز خارج شده و سپس به وسيله يک عدسي بر روي قطعه کار متمرکز شده که بر اثر برخورد انرژي بسيار زيادي در سطح کوچکي آزاد مي کند که باعث ذوب و بخار شدن قطعه و انجام عمل ذوب مي شود .
محدوديت ليزر Ruby پيوسته نبودن اشعه آن است در حاليکه انرژي خروجي ان بيشتر از ليزر هاي گاز مانند ليزر CO۲ است که در آنها اشعه حاصله پيوسته است، از ليزر CO۲ بيشتر به منظور برش استفاده مي شود و از ليزر ND:YAG بيشتر براي جوشکاري آلومينيوم استفاده ميشود .
از انجا که در اين روش مقدار اعظمي از انرژي مصرف شده به گرما تبديل مي شود اين سيستم بايد به يک سيستم خنک کننده مجهز باشد .
▪ در جوشکاري ليزر دو روش عمده براي جوشکاري وجود دارد:
الف) حرکت دادن سريع قطعه زير اشعه است تا که يک جوش پيوسته شکل بگيرد.
ب) جوش دادن با چند سري پرتاب اشعه که اين روش مرسوم تر است.
در جوشکاري ليزر تمامي عمليات ذوب و انجماد در چند ميکروثانيه انجام مي گيرد و به خاطر کوتاه بودن اين زمان هيچ واکنشي بين فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از اين رو گاز محافظ لازم ندارد .
بهترين طرح اتصال براي اين نوع جوشکاري طرح اتصال لب به لب مي باشد و با توجه به محدوديت ضخامت در آن مي توان ازطرح اتصال هاي T يا اتصال گوشه نيز استفاده نمود.
- مزاياي جوشکاري ليزر :
حوضچه مذاب مي تواند داخل يک محيط شفاف ايجاد شود ( باعکس روشهاي معمولي که هميشه حوضچه مذاب در سطح خارجي آنها ايجاد مي شود ) .
محدوده بسيار وسيعي از مواد را مانند آلياژها با نقاط ذوب فوق العاده بالا ، مواد غير همجنس و … را ميتوان به يکديگر جوش داد .
در اين روش ميتوان مکان هاي غير قابل دسترسي را جوشکاري نمود .
از آنجا که هيچ الکترودي براي اين منظور استفاده نمي شود نيازي به جريانهاي بالا براي جوشکاري نيست .
اشعه ليزر نياز به هيچگونه گاز محافظ يا محيط خلاء براي عملکرد ندارد .
به خاطر تمرکز بالاي اشعه منطقه HAZ بسيار باريکي در جوش تشکيل ميشود .
جوشکاري ليزر نسبت به ساير روشهاي جوشکاري تميز تر است .
- محدوديت ها و معايب جوشکاري ليزر :
سيستم هاي جوشکاري ليزر نسبت به ساير دستگاههاي سنتي جوشکاري بسيار گران هستند و در ضمن ليزرهايي مانند Ruby به خاطر پالسي بودن اکثر آنها از سرعت پيشروي کمي برخوردارند ( ۲۵ تا ۲۵۰ ميليمتر در دقيقه ) . همچنين اين نوع جوشکاري داراي محدوديت عمق نيز مي باشد .
از اشعه ليزر هم به منظور برش و هم به منظور جوشکاري استفاده مي شود . اين نوع جوشکاري در اتصال قطعات بسيار کوچک الکترونيکي و در ساير ميکرو اتصال ها کاربرد دارد . از اشعه ليزر ميتوان در جوش دادن آلياژها و سوپر الياژها با نقطه ذوب بالا و براي جوش دادن فلزات غير همجنس استفاده نمود . به طور کلي اين روش جوشکاري براي استفاده هاي دقيق و حساس استفاده ميشود . از اين روش ميتوان در صنعت اتومبيل و مونتاژ از آن براي جوش دادن درزهاي بلند استفاده نمود.
● فرآيند جوشکاري با باريکه الکتروني
کاربرد جرياني از الکترونها است که با ولتاژ زياد شتاب داده شده اند و به صورت باريکه اي متمرکز به عنوان منبع حرارتي جوشکاري به کار مي روند. به دليل دانسيته بالاي انرژي در اين پرتو منطقه تف ديده بسيار باريک مي باشد. و جوشي با کيفيت مناسب به دست مي آيد. اين فرآيند به عنوان اولين فرآيند جوشکاري بکار رفته براي ساخت بدنه جنگنده ها استفاده شد. بال جنگنده افسانه اي F۱۴ يا Tomcat با استفاده از اين فرآيند ساخته شده است.
● کنترل کيفيت و بازرسي
طبق طبقه بندي استانداردهاي مديريت کيفيت (ISO ۹۰۰۰ ) جوشکاري جزو فرآيندهاي ويژه طبقه بندي شده است. که اين نشان دهنده اين است که براي کنترل کيفيت و تضمين کيفيت اين فرآيند ويژه مي بايد پيش بيني هاي خاصي انجام داد.
● ايمني و بهداشت کار در جوشکاري
در مرحله اول استفاده از عينک محافظ تحت هيچ شرايطي نبايد فراموش شود. در صورت انجام عمليات جوش کاري در محيط بسته بخارات حاصل بايد به خوبي تهويه شود. در محيط باز هم بايد احتياط لازم در مورد اين بخارات به عمل ايد. جهت جلوگيري از آسيب چشم ديگران بهتر است در صورت امکان محل انجام جوشکاري بارتيشن بندي شود. کابل ها نبايد در مسير رفت و آمد يا در معرض ضربه باشد.
● مراکز و موسسه هاي جوشکاري
▪ انجمن جوشکاري آمريکا AWS
▪ انستيتو بين المللي جوشکاري IIW
▪ انيستيتو جوشکاري اديسون EWI
▪ مرکز جهاني اتصال مواد TWI
▪ انيستيتو جوشکاري هُبارت

براي انجام عمل جوشکاري چهار منبع اصلي انرژي وجود دارد که عبارتند از: ·انرژي الکتريکي ·انرژي شيميايي ·انرژي مکانيکي ·انرژي تشعشعي انرژي الکتريکي: از ان ...

جوشکاري و برشکاري با استفاده از اشعه ليزر از روشهاي نوين جوشکاري بوده که در دههاي اخير مورد توجه صنعت قرار گرفته و امروزه به خاطر کيفيت ، سرعت و قابلي ...

جوشکاري و برشکاري با استفاده از اشعه ليزر از روشهاي نوين جوشکاري بوده که در دههاي اخير مورد توجه صنعت قرار گرفته و امروزه به خاطر کيفيت ، سرعت و قابلي ...

محمد کريمي http: weld.blogfa.com ليزر يک نام اختصاري به معني تقويت نور با انتشار برانگيخته تابش است . فرآيند به برخورد يک اشعه نور تکرنگ همفاز جهت دا ...

مقصود از اين آلياژها، آلياژهايي است که اجزاي اصلي آن ها را آهن و کربن تشکيل مي دهند. در حدود ۰.۰۱ درصد از کربن حل شده در آهن، تشکيل محلول جامدي را مي ...

قوس برقي در سال ۱۸۰۷توسط سرهمفري ديوي کشف شد ولي استفاده از آن در فلزات به يکديگر هشتاد سال بعد از اين کشف يعني در سال ۱۸۸۱ اتفاق افتاد. فردي به نام آ ...

در نظر بگيريد در کارخانه اي بزرگ که تعداد زيادي پروژه در دست انجام است مسوول کنترل کيفي و يا ناظر هستيم. و با انواع و اقسام حالات جوشکاري برخورد ميکني ...

دي اکسيد کربن از گازهاي ديگري که در روش قوس الکتريکي استفاده مي شوند، ارزانتر است. اولين گازي که دردستگاه هاي تمام اتوماتيک بکار رفت دي اکسيد کربن بود ...

دانلود نسخه PDF - جوشکاري