کاربردهای جوش‌کاری
از جمله کاربردهای جوش‌کاری طراحی سازه فولادی باضخامت‌های بالا، ساخت پل‌های عظیم فلزی، سوپر تانکرها، سازه‌های آبی، پالایشگاه‌ها، خطوط عظیم نفت و گاز، مخازن تحت‌فشار، نیروگاه‌های دریایی‌ها، ماهواره‌های فضایی، ژنراتورها و توربین‌ها و …
روش‌های مختلف جوش‌کاری امروزه جوش‌کاری روش ابتدایی نیست بلکه به روشی مدرن با خودکارسازی بالا و مبدل شده و چیزی بالغ 100 روش جوش‌کاری وجود دارد.
اولین موارد استفاده از جوش‌کاری به‌طور عملی:
1-ساخت اولین قایق به کمک جوش‌کاری برای اتصال قطعات در سوئد در سال 1919.
2- ساخت اولین پل‌های فلزی و کشتی‌های اقیانوس‌پیما در سال 1930.
ازنظر مکانیکی انتقال بار در سازه‌های مختلف تحت بار از طریق اتصالات بین اجزای آن صورت می‌گیرد که به 2 گروه اتصالات مکانیکی و غیر مکانیکی تقسیم می‌شوند.
الف) اتصالات مکانیکی:
نام دیگر آن اتصال موقت است چون بعد از ایجاد اتصال امکان جدا کردن قطعات از هم هست. مثل برج و پیچ، نیروهای اصطکاکی (بین مهره و قطعه کار) و استحکام مکانیکی برج یا میخ باعث استحکام اتصال می‌شود.
ب) اتصالات یا روش غیر مکانیکی:
از طریق پیوند بین اتم‌ها یا (مولکول‌ها) در سطوح بین قطعات حاصل می‌شود و شامل روش‌های متالوژیکی (جوش‌کاری و لحیم‌کاری) و روش‌های شیمیایی (چسبی) است.
تاریخچه جوش‌کاری و اصول آن
تحولات جوش‌کاری و اصول آن در اواخر قرن 19 آغاز شد و آنچه امروز در جوش‌کاری و اصول آن مطرح است و جایگاه خود را در صنعت یافته قدمتی تقریباً 100 ساله دارد که به شرح زیر است:
1-الکترود زغالی:
کشف‌شده توسط Bernardo در سال 1885 که کاربرد آن نقطه عطف جوش‌کاری است.
2-قوس الکتریکی:
کشف آن به سال 4 قبل از کشف الکترود در سال 1885 برمی‌گردد و در ذوب قطعات فلزی کاربرد دارد.
3-جوش‌کاری قوس الکتریکی زغالی:
اولین روش بدون جوش‌کاری کشف‌شده توسط Bernardo در سال 1887.
4-الکترود فلزی کشف‌شده توسط Siavjanov:
جایگزین الکترود زغالی است چند سال بعد از 1887 و زمینه توسعه روش‌های جوش‌کاری وابسته به الکترودهای ذوبی را فراهم کرد –معایب—ایجاد ناخالص‌های فراوان در فلز جوش به‌صورت خلل و فرج که باعث کاهش کیفیت جوش‌کاری می‌شود چون قطعات مذاب الکترود از بین هوا به هنگام نشستن روی قطعه کار عبور می‌کند – ناپایداری قوس الکتریکی مربوط و ایجاد مشکلات زیاد.
5-الکترودهای پوشش‌دار کشف‌شده توسط Kgellberg:
در سال 1907 مزایا – از بین بردن 2 ایراد بزرگ جوش‌کاری یعنی ناپایداری قوس و کیفیت پایین جوش / محافظت قطرات مذاب و حوضچه جوش در مقابل آثار نامطلوب تماس یا اتمسفر اطراف به دلیل وجود ترکیبات معدنی و عناصر آلیاژی موجود دران که در حین جوش‌کاری باعث ایجاد گاز و سرباده جوش می‌شود./ به وجود آمدن اتصالات جوشی ازنظر استحکام که با فولادهای ساختمانی آن زمان قابل قیاس نبود.
6- جوش‌کاری با گاز استیلن :
به دنبال توسعه مشعل جهت آمیزش گاز استیلن و اکسیژن و سوزاندن آن‌ها برای ایجاد حرارت لازم برای جوش‌کاری.
7- جوش‌کاری مقاومتی:
کشف‌شده توسط Thomson در سال 1886
فلزات موادی چند کریستالی‌اند که بلوره‌هایش (دانه‌ها) از قرار گرفتن منظم اتم‌ها در شبکه‌های مشخص ایجادشده. و در شبکه یون‌های فلزی در نظمی 3 بعدی باهم در تماس‌اند. در فلزات نیروی بین‌اتمی (Metallic binding) عامل استحکام است و امکان انتقال بار بین قسمت‌های مختلف جسم را امکان‌پذیر می‌کند. انجماد فلزمذاب راحت‌ترین روش برای تهیه یک جسم جامد دارای بلوره‌های منظم است. در مذاب فلز اتم‌های آزادی عمل برای جابجایی دارند که در حین انجماد این عاملی است برای قرار گرفتن منظم اتم‌ها (شبکه) کنارهم.
می‌توان بین 2 قطعه فلزی از طریق ایجاد مذاب موضعی مشترک بینشان اتصال به وجود آورد که با انجماد مذاب، شبکه فلزی از حوضچه ذوب به‌طرف مرکز ذوب حرکت می‌کند و اتصالی که به وجود می‌آید اتصال جوشی نام دارد. به این روش جوش‌کاری ذوبی (Fusion Welding) می‌گویند.
تفاوت بین جوش‌کاری و لحیم‌کاری
در لحیم‌کاری اتصال ذوب یک فلز با درجه حرارت ذوب پایین‌تر از دمای ذوب قطعه اصلی است در محل اتصال و نفوذ این مذاب در منافذ سطح (مویینگی) حاصل می‌شود اما در جوش‌کاری اتصال به‌وسیله ذوب موضعی بین سطوح قطعه کار و مخرج شدن آن‌ها در یکدیگر (با استفاده ز مواد اضافی از طریق الکترود مصرفی) به وجود می‌آید. در ضمن جوش‌کاری یک فرآیند متالوژی‌ای است و ذوب فلزات (در؟؟؟؟ کوچک) است به این دلیل باید آن را ازنظر متالورژیکی موردبررسی قرارداد.
جوش‌کاری ذوبی: با قرار دادن 2 قطعه کار در کنار هم و ایجاد حوضچه مذاب در بین آن‌ها اتصال جوشی می‌شود جوش‌کاری فشاری (Pressurw welding): با مسطح کردن سطوح قطعه کار (صیقلی نمودن) و فشردن آن‌ها به هم (بعضاً با ایجاد حرارت موضعی) حوضچه برش، پیوند اتمی و اتصال جوشی را به وجود آورد.
نکته – Fasion welding گروه‌های مختلفی دارد که مهم‌ترین آن روش‌های قوس الکتریکی است.
تفاوت‌های مهم بین اتصالات جوشی و لحیمی
1-پیوند بین‌اتمی در این نوع اتصالات در حد استحکام پیوند اتمی (قطعات کار) می‌باشد صرف‌نظر از آنکه اتصال جوشی از طریق ذوب موضعی با فشاری به وجود آمده باشد.
2- در اتصال لحیمی فلز پایه ذوب نمی‌شود و اتصال به‌وسیله ذوب فلز مصرفی (الکترود) و نفوذ در پایه انجام می‌شود و پیوند اتمی مشابه پیوند اتمی فلز پایه در محل اتصال به وجود نمی‌آید و اتصالی ضعیف‌تر از اتصال جوشی داریم ازنظر استحکام.
نکات :
اتصالات ایده آل اتصالی است که همان خواص فلز پایه را دارد حتی می‌تواند یک اتصال جوشی ازنظر خواص یعنی استحکام مکانیکی ضربه، انعطاف‌پذیری (چغرمگی) از فلز پایه بهتر باشد.
آیا می‌توان از جوش‌کاری به‌عنوان پوشش قطعات فلزی استفاده کرد؟
بله با این تفاوت که الکترود مربوطه روی سطح کار ذوب می‌شود و یک‌لایه رسوب جوش ایجاد می‌کند و ازجمله مزیت آن بالا رفتن خواص خوردگی و سختی سطح فلز است و یک قطعه قابل جوش‌کاری به قطعه دیگر می‌شود.
تقسیم‌بندی الکترودهای جوش‌کاری ذوبی برحسب ذوب یا عدم ذوب
1-الکترودهای ذوبی یا مصرفی conSumable:
در حین جوش‌کاری ذوب می‌شوند و همراه ذوب موضعی فلز پایه فلز جوش را تشکیل داده کاربرد – جوش‌کاری‌های قوس الکتریکی دستی – زیر پودری و محافظ گاز (MiG/MAG).
2-الکترودهای غیر مصرفی (non- donSumable):
فقط قوس الکتریکی درست می‌کنند و ذوب نمی‌شوند.
ویژگی—از جنس آلیاژ تنگستن و دارای درجه حرارت ذوب بالاتر نسبت به درجه حرارت ذوب فلز پایه
کاربرد – جوش‌کاری با محافظ گاز TIG و پلاسما
وضعیت و پخ‌های جوش‌کاری
اتصالات جوشی در هر وضعیتی ممکن است ولی برخی از وضعیت‌ها مشکلاتی دارد اما کلاً وضعیت‌های مختلف جوش‌کاری 4 دسته‌اند:
1- مسطح (Flat)
2-افقی (Horisontal)
3-قائم (Vertical)
4-زیر سقفی یا بالی سر (Overhead) ((نسبت به بقیه ارجحیت دارد و زمان کمتری می‌برد. به‌وقت و هزینه بیشتری نیاز دارند نسبت به سطح و زمان بیشتری بیشتری می‌برد. در صورت امکان در طراحی باید سعی شود که اتصالات از نوع مسطح یا افقی باشد.))
انواع وضعیت و نوع قرار گرفتن قطعات در اتصالات مختلف جوشی:
1-اتصال لب‌به‌لب (Buttweld):
لبه‌های قطعات کار به‌صورت صاف یا یخ‌زده در کنار هم‌اند و نوع یخ و زاویه یا انحنای آن بستگی به شرایط کار (ضخامت قطعه) و روش جوش‌کاری دارد.
2-اتصال نبشی (Fillet weld):
2 قطعه با زاویه در کنار هم‌اند.
3- اتصال لبه‌ای روی‌هم (Lap weld):
قطعات مربوطه (روق ها) روی‌هم‌اند و جوش‌کاری روی لبه‌ها صورت می‌گیرد و این اتصال خیلی شبیه به اتصال نبشی است.
نکته: بستگی به ضخامت کار و روش جوش‌کاری لبه‌های قطعه کار یخ‌زده می‌شود.
محاسن و معایب اتصال جوشی – نسبت به سایر اتصالات جوشی برتری ویژه‌ای دارد.
محاسن:
1- در بارگذاری استاتیکی اتصالات جوشی ازنظر استحکام می‌توانند در سطح یا حتی بالاتر از استحکام فلز پایه باشند و استحکام اتصالات پرچی و پیچی پایان‌تر از استحکام فلز پایه است.
2- اتصالات جوشی باعث کاهش وزن سازه نسبت به سایر اتصالات دیگر می‌شوند مثلاً وزن کشتی با اتصالات جوشی بین 10 تا 20 درصد نسبت به کشتی با اتصال پرچی کمتر است.
3-اتصالات جوشی کاملاً بسته یا به‌اصطلاح آب‌بندی‌شده‌اند (Tight) و برای سازه‌هایی مثل مخازن، کشتی‌ها، زیردریایی خطوط لوله مناسب‌اند و ایجاد اتصال آب‌بندی‌شده با پرچ یا پیچ سخت است.
4- ازنظر ضخامت و قطعه در اتصال جوشی محدودیتی وجود ندارد و اتصال برجی عملاً برای ضخامت‌های بالای 50mm کاربرد دارد.
5-در اتصال جوشی طراح برای طراحی قطعه و اتصالات اجزا در مقایسه با اتصالات دیگر (پیچ و پرچ) منعطف‌تر است.
6- کاهش زمان تولید در اتصالات جوشی نسبت به دیگر اتصالات. سازه‌هایی مثل کشتی‌ها یا اسکله‌های دریایی را می‌توان در واحدهای کوچک‌تری تولید کرد و با جوش‌کاری مونتاژ نهایی کرد مثلاً ساخت کشتی مدرن 000/200 تنی از طریق جوش‌کاری حدود 3 ماه و از طریق برج کاری بیش از یک سال طول می‌کشد.
معایب:
عیوبی همچون حباب هوا – ذرات سرباده (slags) –ناخالصی‌ها- ترک را دارات که خطرناک‌اند. اگر شکست تردی (رشد کنترل نشده ترک) در یک سازه جوشی شروع بشود بدون ممانعت از اتصال جوشی می‌گذرد و با سرعت سرایت می‌کند درحالی‌که در اتصال پرچی و پیچی عدم پیوستگی کامل بین اجزا سازه رشد ترک در محل اتصال قطع می‌شد. به‌طورکلی در اتصالات جوشی نمی‌توان به‌راحتی این عیوب را شناسایی کرد و نیاز به روش ویژه دارد. (تست‌های غیر مخرب) در اتصال جوشی تنش‌های پسماند جوشی و تغییر شکل‌های پلاستیکی به وجود می‌آید که می‌تواند منجر به خمش عمودی (Buckling) و ترک‌خوردگی در قطعه کار شود و ایجاد مشکل در مونتاژ نهایی با قطعات.
روش‌های متداول جوش‌کاری
اغلب بر اساس نوع کنار هم قرار گرفتن قطعات و منبع انرژی مورد مصرف دستورالعمل دسته‌بندی به 2 روش صورت می‌گیرد:
1-جوش‌کاری ذوبی (Fusion Welding)
2-جوش‌کاری فشاری (Pressure Welding)
1-اصول قوس الکتریکی
جریان الکتریکی از جاری شدن الکترون‌ها در مسیر هادی به وجود می‌آید. اگر در مسیر شکاف هوا (گاز) باشد جریان الکترونی و جریان الکتریکی قطع می‌شود. وقتی هوا در شکاف یونیزه می‌شود که گاز باریک باشد و اختلاف‌پتانسیل و شدت‌جریان بالا باشد آنگاه الکترون‌های تشکیل‌دهنده هوا از مدار اصلی خارج و به لایه‌هایی باانرژی پایین می‌رود انرژی آزاد می‌کند و تبدیل به امواج الکترومغناطیس می‌شود. به نوری که این روابط در شکاف هوا ایجاد می‌شود قوس الکتریکی می‌گویند که رنگ آن بستگی به عواملی مثل نوع گاز موجود در شکاف هوا دارد و … همچنین خواص قوس در روش‌های جوش‌کاری با قوس الکتریکی مهم است. برای ایجاد قوس به اختلاف‌پتانسیل حدود 500mm و حداکثر ولتاژ مجاز در دستگاه‌های جوش‌کاری جریان مستقیم 120v و جریان متناوب 80v مناسب است جهت ایمنی پس قوس الکتریکی را باید با روش‌های دیگری که شرح می‌دهیم ایجاد کرد.
قوس الکتریکی را به 2 صورت زیر ایجاد می‌کنند:
1-معمولی‌ترین روش آن است که بین نوک الکترود و قطع کار از طریق کشیدن الکترود روی قطعه کار اتصال کوتاه (صفر شدن اختلاف‌پتانسیل) ایجاد می‌شود که با توجه به نازک بودن نوک الکترود اتصال کوتاه باعث ذوب موضعی و ایجاد شکاف کوچک هوا شده و اتصال کوتاه از بین می‌رود که گرم شدن نوک الکترود و اجتماع الکترون‌ها اطراف آن با اختلاف‌پتانسیل سریع و زیاد همراه است (به دلیل قطع اتصال کوتاه) و همچنین یونیزه شدن هوا و ایجاد فرآیندی در جهت افزایش کا؟؟؟؟ و آند.
2- روشی که در جوش‌کاری مدرن کاربرد دارد. ترانسفورماتوری با فرکانس بالا درزمانی کوتاه اختلاف ولتاژ بالایی رابین نوک الکترود و قطعه ایجاد که باعث جرقه زدن و یونیزه شدن هوای شکاف و شروع فرآیند ایجاد قوس می‌شود و کاربرد آن در جوش‌کاری قوس الکتریکی با محافظ گاز (TIG) و جوش‌کاری پلاسما که الکترودهای آن غیر مصرفی‌اند. (پلاسما: گاز یونیزه شده)
درجه حرارت در طول قوس الکتریکی بستگی به شرایط پلاسمای ایجادشده دارد. برای فلزات آسان یونیزه شده سدیم و کلسیم (در الکترودهای مصرفی پوشش‌دار) حدود 6000c و برای گازهای خنثی مثل آرگون و هلیوم (در جوش‌کاری TIG و پلاسما) 20000c و حرارت ایجادشده در کاتد و آ«د به عواملی مثل نوع محافظ قوس (پوشش الکترود، پودر یا گاز) و قطبی الکترود دارد.
فاصله بین نوک الکترود و قطعه کار را به 3 ناحیه آند – کاتد و طول یا ستون قوس تقسیم می‌کنند که بیش‌ترین افت پتانسیل نزدیک آند و کاتد است و مجموع آنکه به افت کاتدی و آندی معروف است ربطی به طول قوس ندارد و حداقل اختلاف‌پتانسیل است که یک قوس الکتریکی می‌تواند دارا باشد. مجموع 2 افت به‌اضافه افت ناشی از طول الکتریکی اختلاف‌پتانسیل قوس را تشکیل می‌دهد.
افزایش طول قوس باعث افزایش Ub و افزایش پتانسیل قوس می‌شود uarc=ua1+ua2+ub—
انرژی توسعه‌یافته در قوس الکتریکی متناسب با اختلاف‌پتانسیل و شدت‌جریان است و در ایجاد جوش باکیفیتی مطلوب مهم است
2-جوش‌کاری قوس الکتریکی دستی ((MMA)Manual Mrtal Arc Welding):
این روش از مرسوم‌ترین روش‌های جوش‌کاری است و الکترود آن از نوع مصرفی (ذوب شونده) است و پرکاربرد تر از سایر روش‌هاست.
اصول:
قوس الکتریکی در مدار جریان مستقیم یا متناوب بین الکترود پوشش‌دار و قطعه کار ایجاد می‌شود. الکترود آن از نوع ذوب شونده است که با لایه‌ای از مواد معدنی و.. پوشیده شده. قوس الکتریکی باعث گرم شدن و ذوب موضعی نوک الکترود و قطعه کار در محل اتصال می‌شود و حوضچه اتصال در اطراف نوک الکترود ایجاد می‌کند. به‌وسیله گازهای توسعه‌یافته ناشی از سوختن پوشش الکترود، قطرات مذاب الکترود و حوضچه جوش در مقابل اکسیژن و ناخالصی محیط اطراف جوش حفظ می‌شوند (اتمسفر). ذوب الکترود و پوشش آن و عبور آن و عبور آن‌ها از قوس، سرباره (Slag) ایجاد می‌کنند که دارای کشش سطحی و ویسکوزیتی است که روی حوضچه جوش جوع می‌شود و باعث محافظت جوش از تماس با اتمسفر و نفوذ اکسیژن و ناخالصی‌ها در آن می‌شود.
برای MMA حدود 35 تا 25% است—زمان روشن بودن قوس الکتریکی بر کل زمان جوش‌کاری =ضریب زمانی
منبع قدرت – منبع در این روش یا AC و یا DC است. جریان و پتانسیل اعمالی باید متناوب با نوع الکترود مصرفی انتخاب شود. ولتاژ برای الکترودهای معمولی 20-30v و برای الکترودهایی با ضریب نفوذ بالا به 70v می‌رسد. خصوصیات قوس الکتریکی (Are characteristics) یک دستگاه جوشی ناشی از منحنی ولتاژ – آمپر است که در انتخاب و کاربرد دستگاه‌های جوش‌کاری مهم است. تغییرات طول قوس الکتریکی باعث تغییرات ولتاژ و تغییر شدت‌جریان مدار است منحنی P حالت ایده آل را نشان می‌دهد که توان ماشین تابعی از قوس و طول آن نیست. داشتن P نیاز به ولتاژهای خیلی بالا و غیرمجاز است و منابع قدرت دستگاه‌های جوش‌کاری از نوع سراشیبی تند (Drooping)، منحنی D و یا مسطح (Flat) منحنی F هست. ولتاژ بازی F کمتر از D است.
و شدت‌جریان بسته F بیشتر از D است. ولتاژ باز خیلی پایین باعث روشن نشدن قوس و جریان بالای اتصال کوتاه باعث چسبیدن الکترود به قطعه کار می‌شود. تغییرات طول قوس (درنتیجه ولتاژ) باعث اختلالات کمتری درشدت جریان در D نسبت به نوع F می‌شود پس در جوش‌کاری قوس الکتریکی دستی که طول قوس به دلیل حرکت و ارتعاشات دست متغیر است از منحنی D استفاده می‌شود که قوس بهتری را نسبت به F ارائه می‌دهد این توضیحات فوق مربوط به مشخصات استاتیکی دستگاه در حین عمل جوش بود و علاوه بر آن انتخاب دستگاه جوش‌کاری توجه به مشخصات دینامیکی نیز لازم است که می‌تواند توانایی دستگاه در پذیرش تغییرات ناگهانی (قطع و وصل شدن قوس الکتریکی) را نشان دهد. از دیگر پارامترها برای انتخاب دستگاه جوش‌کاری توان دستگاه در ارائه جریان لازم برای جوش‌کاری مستمر درزمانی مشخص است که به ضریب تناوب (Duty cycle,Intermittents) دستگاه معروف است و می‌گوید در چه زمانی از یک پریود 10 دقیقه‌ای دستگاه می‌توان جریان مشخص را برای جوش‌کاری ارائه دهد. که معمولاً دستگاه‌های جوش‌کاری طبق حداکثر جریانی که در تناوب‌های مختلف 40 و 60 و 80 و 100 درصد می‌توانند ارائه کنند تجهیز می‌شوند.
در جوش‌کاری الکترود دستی جریان یا مستقیم و یا متناوب است. جریان مستقیم به‌وسیله ژنراتور جریان مستقیم و یا ترانسفورماتورهای کلیسوساز تأمین کرد. مهم‌ترین این دستگاه‌ها به شرح زیر است:
1-ژنراتور جریان مستقیم:
در این ماشین‌ها جریان شبکه باعث چرخش روتور ژنراتور جریان مستقیم می‌شود. کار ژنراتور تأمین ولتاژ و جریان مناسب جوش‌کاری است که ارزش محرکه ژنراتورها از طریق موتورهای احتراق داخلی تأمین می‌شود. راندمان این ماشین‌ها حدود 55-50% است. ولتاژ و جریان ماشین با تغییر تعداد حلقه‌های مربوطه در ترانسفورماتور و تغییر شدت‌جریان تغذیه‌ای موتور تنظیم می‌شود لازم به ذکر است که نوع بسیار این ماشین‌ها از نوع سوختنی (دیزلی) است و کاربران جایی است که دسترسی به انرژی الکتریکی مشکل است. این ماشین در جوش‌کاری تیرآهن‌های ساختمانی هم کاربرد دارد.
2- یک‌سوسازها (Rectifier):
برای تبدیل جریان متناوب به مستقیم کاربرد دارد. راندمان این مبدل بین 70 تا 75% است به دلیل عدم انجام کار مکانیکی. ماهیت آن تشکیل‌شده از یک ترانسفورماتور و پل الکتریکی یکسو کننده است که ترانسفورماتور به برق شبکه (متناوب) وصل می‌شود و یکسو کننده جریان متناوب را به مستقیم تبدیل می‌کند همچنین یکسو سازها با تجهیزات اضافی برای ایجاد جریان پالسی در جوش‌کاری کاربرد می‌یابند.
3- ترانسفورماتور جوش‌کاری:
در 2 نوع تک فاز و 3 فاز وجود دارند. برای جوش‌کاری با جریان متناوب کاربرد دارند. دارای راندمان بالا با درصد 85 اند و به‌منظور کاهش ولتاژ شبکه در حد موردنیاز جوش‌کاری استفاده می‌شوند و جریان حاصله در این ماشین‌ها دارای خصوصیات سراشیبی تندات (Drooping). جریان الکتریکی در جوش‌کاری با هسته مغناطیسی متحرک و یا تغییر تعداد سیم‌پیچ‌ها در مدار کنترل ترانسفورماتور تنظیم می‌شود.
4- دستگاه جوش‌کاری دوگانه:
درازای یک‌سوساز و ترانسفورماتور تقلیل دهنده است در جوش‌کاری اگر جریان مستقیم باشد عملکرد آن مثل یکسو کننده است اگر جریان متناوب باشد و تک فاز جریان خروجی مستقیم دستگاه بشدت بالسی است که با لوبین (Inductor) می‌توان آن را کم کرد و یا جریان 3 ناز بهترین جریان ازنظر بالسی در این دستگاه‌ها ایجاد می‌شود.
5- دستگاه‌های چند انبره:
کاربرد آن در کارگاه‌هایی است که بزرگ‌اند و چندین جوشکار هم‌زمان (بستگی به قطر الکترود مصرفی) عملیات جوش‌کاری مشابهی انجام می‌دهند. هر جوشکار دارای یک تنظیم‌کننده است که با آن جریان را در حد نیاز تنظیم می‌کند. منبع جریان سیستم می‌تواند یک یا چند منبع جریان باشد که موازی در سیستم قرار می‌گیرند. این دستگاه‌ها در 2 نوع ثابت (با جریان A 2000) و یا سیار (جریان A1000) باشند برای انتخاب یک دستگاه چند انبری یا چند دستگاه تک انبری هزینه‌های مربوط به سرمایه‌گذاری اولیه. تعمیرات و نگهداری موردتوجه است الکترودهای مصرفی (Consuming Electrcdes) مواد مصرفی در جوش‌کاری قوس الکتریکی دستی به الکترود معروف است که متولی فلزی و نوعی پوشش آن را تشکیل داده. لازم به ذکر است که ترکیب شیمیایی مفتول فلزی شبیه فلز پایه است به‌جز مواردی خاص و پوشش الکترود متشکل از مواد فلزی و معدنی مختلف است که باعث دادن خواص مطلوب به الکترود می‌شود. پوشش الکترود ازنظر الکتریکی عایق است و باعث پایداری قوس و تنظیم فرآیندهای متالورژیکی می‌شود.
عوامل مؤثر در خواص جوشی الکترود و کیفیت اتصال جوش حاصله:
1-ترکیب شیمیایی مفتول فلزی
2- ترکیب شیمیایی پوشش الکترود و اندازه ذرات موجود در آن
3- نحوه تولید الکترود (پوشش)
4- بسته‌بندی و نگهداری الکترود
نقش‌های اساسی و خصوصیات ویژه پوشش الکترود:
1-پایدارکننده قوس است و به انجام فرآیندهای یونیزه شده در قوس کمک می‌کند.
2-ایجاد فضای گازی برای حفظ قطرات مذاب الکترود و حوضچه جوش در مقابل نفوذ ناخالصی‌ها از اتمسفر
3- کنترل واکنش‌های متالورژیکی مثل اکسیژن زدایی، تصفیه یا اضافه کردن عناصر آلیاژی
4- دارای خواص فیزیکی مثل ویسکوزیته و کشش سطحی تا شکل گرده جوش دارای برآمدگی و صافی باشد و سرباره جوش بعد جوش‌کاری ره راحتی از سطح جوش جدا شود.
5-الکترودهای پوشش‌دار دارای ولتاژ مخصوص برای روشن کردن قوس و حفظ آن در دستگاه‌های جوش‌کاری‌اند که این را بدون پوشش ممکن نیست. این ولتاژ باید از ولتاژ باز دستگاه پایین‌تر باشد.
عناصر بکار برده شده در پوشش الکترودها:
معمول‌ترین عناصر برای جوش‌کاری فولادهای معمولی کاربرد دارند مثل: میزال ها نظیر اکسید تیتانیوم (اتیل)، اکسید آهن کربنات‌های مختلف، مواد اکسیژن زدا، سیلیکات، پودر آهن و در برخی موارد عناصر آلیاژی.
گروه‌های مختلف الکترودهای مصرفی با توجه به ترکیب شیمیایی پوشش آن‌ها :
1-قلیایی (بازی) 2- اتیلی
3- اسیدی 4-ترکیب هر 3
1-الکترودهای قلیایی (Basic electrodes):
مهم‌ترین الکترود ازنظر خواص متالورژیکی مکانیکی و پرمصرف‌ترین نوع الکترود است. هم برای جریان مستقیم و هم برای جریان متناوب از آن استفاده می‌شود. پوشش آن دارای مقدار زیادی کربنات، کلسیم، فلورید و آهک است.
کاربرد
به علت تولید فلز جوش با هیدروژن کم و خواص مکانیکی بالا برای جوش‌کاری فولادهای کم آلیاژی مناسب است همچنین در سازه‌های تحت بار که باید دارای خواص ضربه‌پذیری (چغرمگی) در درجه حرارت‌های پایین باشند کاربرد دارند.
ویژگی‌ها
5- الکترود با پوشش سلولزی (کاربرد می‌رود دارد)
کار با این الکترودها آسان نیست، به رطوبت حساس‌اند و باید دربسته بندی‌های مخصوص و جای خشک نگهداری شوند و چند ساعت قبل مصرف آن ه را در اجاق‌گاز مخصوص خشک کرد. زیرا در صورت وجود رطوبت باعث ایجاد خلل و فرج در جوش و ترک‌خوردگی ناشی از هیدروژن می‌شوند.
2-الکترودهای دیتلی (Rutile electrodes):
اکسید تیتانیوم به‌صورت طبیعی دیتل نامیده می‌شود که ماده اصلی تشکیل‌دهنده پوشش این الکترود است. مناسب برای جریان Ac,Dc.
کاربرد
جوش‌کاری در وضعیت افقی (جوش‌کاری فولادهای رنگ نزن).
مزیت
سهولت جوش‌کاری، آسان جدا شدن سرباره و ایجاد جوش با گرده یکنواخت.
ایراد
جوش حاصل از این الکترود به‌خوبی الکترودهای قلیایی نیست / وجود هیدروژن بالا در این الکترود باعث و ترک‌خوردگی است.
3- الکترودهای اسیدی (Acid electrodes):
پوشش این الکترود از اکسید منگنز و سیلیسیم است.
کاربرد
کارهای ساده جوش‌کاری در فولادهای غیر آلیاژی / جوش‌کاری جریان مستقیم
حسن
ایجاد پوشش سرباره حجیم و روان که از جوش جداشده و جوش دارای ظاهری صاف و تمیز می‌شود.
ایراد
حساس در برابر خلل و فرج و ترک‌خوردگی و دارای خواص مکانیکی پایین.
تقسیم‌بندی الکترودها ازنظر قدرت نفوذ و درجه جایگزینی بالا:
1-الکترودهای پرنفوذ (High Pentretraing):
دارای قدرت نفوذ بیشتری در قطعه کار در مقایسه با الکترودهای معمولی‌اند دلیل این نفوذ به دلیل وجود مواد کربناتی و سلولزی در پوشش آن‌های در باعث توسعه شدید جریان گازهای داغ در حین جوش‌کاری می‌شود.
2- الکترودهای با جایگزینی زیاد (High metal recovery):
راندمان یا درجه جایگزین الکترود= وزن الکترود مصرفی در فلز جوش ((وزن مفتول الکترود ذوب‌شده)) *100
درجه جایگزینی الکترودهای معمولی کمتر از 130% است، اضافه کردن پودر آهن (حداکثر 50%) در پوشش الکترود نرخ رسوب (Deposition rate) را بالا می‌برند. در الکترودهای با جایگزینی بالا جریان الکتریکی از طریق مفتول و پوشش عبور می‌کند و قوس الکتریکی نسبت به الکترودهای معمولی پهن‌تر می‌شود و رسوب در سطح بیشتر و بانفوذ کمتری انجام می‌شود. عبور این جریان الکتریکی اتصال کوتاه بین الکترود و قطعه کار را محدود می‌کند/ مقدار ترشح را کاهش می‌دهد/ باعث پایداری قوس شده / ایجاد جوش پهن با ظاهری صاف‌تر.
انواع استاندارد برای تقسیم‌بندی خواص انواع الکترود:
1-استاندارد بین‌المللی ISO
2- استاندارد انجمن جوشکاران و انجمن مهندسین مکانیم آمریکا AWS/ASME
3-استاندارد DIN
تقسیم‌بندی کاربرد الکترودها در جوش‌کاری انواع فولادها:
1-فولادهای غیر آلیاژی 2-فولادهای کم آلیاژی
3- فولادهای زنگ نزن 4-فولادهای ابزاری
نکات مهم در انتخاب الکترود:
1-ترکیب شیمیایی فلز پایه
2-هزینه جوش‌کاری و مهارت جوش‌کاری در روابط با استفاده از الکترودهای مختلف
3-سطح کیفیت موردنظر حاصل از جوش مثل خواص استحکامی و ضربه‌پذیری (به‌ویژه در دماهای زیر صفر)، ظاهر جوش و تطابق رنگ
4- شکل و نوع اتصال و وضعیت جوش‌کاری در جوش‌کاری قائم و بالاسری از الکترودهای خالصی استفاده می‌شود.
5- میزان نفوذ جوش در این مورد شدت‌جریان مصرفی، قطر الکترود و به‌ویژه پوشش الکترود تأثیرگذار است.
3-قطبی الکترود (Electrode Polarity):
در جوش‌کاری قوس الکتریکی از 2 جریان AC,DC استفاده می‌شود که انتخاب نوع آ«به نوع الکترود مصرفی بستگی دارد که تابعی از روش‌های جوش‌کاری، جنس فلز پایه و وضعیت جوش‌کاری است. معمولاً جریان مستقیم رایج تراست و معمولی‌ترین نوع جریان است زیرا انتقال فلزمذاب از الکترود به قطعه کار به جریان مستقیم بهتر و یکنواخت‌تر انجام می‌شود و قوس الکتریکی پایدارتر است. اما لازم به تذکر است که در جوش‌کاری با جریان متناوب الکترود و قطعه کار به یک‌میزان گرم می‌شوند.
3-جوش‌کاری زیر پودری (Submerged arc welding(SAW)) خودکار /نیمه‌خودکار
اصول
قوس الکتریکی بین الکترود بی پوشش و قطعه کار زیر پودر مخصوص جوش‌کاری و حوضچه را ایجاد می‌کند و قطرات مذاب .
الکترود و حوضچه جوش توسط پودر جوش از اتمسفر محیط حفظ می‌شود. جریان الکتریکی حاصله از منبع قدرت (DC,AC) به‌وسیله سیم الکترود به قوس و قطعه کار هدایت می‌شود. حرارت حاصل از قوس باعث ذوب الکترود، پودر جوش و موضع جوش می‌شود و حوضچه جوش را ایجاد می‌کند. الکترود مصرفی مدام با یک سیستم مکانیکی به محل ذوب تغذیه می‌شود و بعد از ذوب در محل اتصال رسوب داده می‌شود. موضع جوش (قوس حوضچه) با پودر جوش پوشانده می‌شوند، پودر جوش جلوی قوس ریخته می‌شود و بعد جوش‌کاری و انجماد جوش قسمتی که ذوب نشده جمع‌آوری و مجدد استفاده می‌شود. وسط جوش‌کاری بخشی از پودر ذوب‌شده به‌صورت سرباده روی جوش باقی می‌ماند و بعد از انجماد از روی جوش جدا می‌شد.
اثرات فیزیکی و الکتریکی و متالورژیکی پودر یا فلاکس (Flux) روی خصوصیات قوس و جوش:
1-پوشاندن و محافظت نوک الکترود (قطرات مذاب(و حوضچه جوش از اتمسفر محیط
2-پایداری کردن قوس با حضور ترکیبات معدنی مناسب در پودر
3-کنترل شکل گرده جوش
4-واکنش سرباره –گاز – فلزمذاب که باعث تصفیه و تصحیح ترکیبات شیمیایی فلز جوش می‌شود
مزایا و معایب SAW
مزایا: استفاده هم‌زمان از 2 تا 3 الکترود/ عدم نیاز به پخزدن ورق‌های زیر 8mm در جوش‌کاری یک‌طرفه و زیر 16mm با جوش 2 طرفه به دلیل شدت‌جریان بالا و عمق نفوذ زیاد/ چون این روش با آجر بالا انجام می‌شود (سطح قطع الکترود mm2 در 30-40A) منجر به نرخ رسوبی بالاتر و عمق نفوذ بیشتر در مقایسه با سایر روش‌های دیگر می‌شود.
آخرین دیدگاه ها