جوشکاری ذوبی

جوشکاری ذوبی^[۱] (به انگلیسی: fusion welding) یا جوشکاری حالت مایع (به انگلیسی: Liquid-state welding)^[۲] یکی از روش‌های جوشکاری است که بر طبق تعریف AWS به هر فرایند جوشکاری که از ذوب‌کردن فلز پایه به منظور ایجاد جوش استفاده کند، گفته می‌شود.^[۳]

در جوشکاری ذوبی برای اتصال دو فلز به یکدیگر، نقاط اتصال را ذوب کرده و به یکدیگر می‌چسبانند تا هنگام سرد شدن در اثر انجماد، اتصال برقرار شود. در عین حال ممکن است یک فلز دیگر (معمولاً در الکترود) نیز برای کنترل ضخامت محل اتصال مورد استفاده قرار بگیرد.^[۴]

جوشکاری ذوبی فراوانی بیشتری نسبت به جوشکاری حالت نیمه جامد دارد. هنگامی که برای انجام جوشکاری سراغ ذوب کردن کنترل شده فلزات می‌رویم، می بینیم که فلزات جامد زمانی که در نقطه ذوب خود هستند، از نظر ساختار اتمی و مولکولی تغییر می‌کنند. همین امر منجر می‌شود هر کدام از ذرات ریز درون ساختاری مانند اتم و مولکول قطعه بتوانند آزادانه تر در سطح مورد نظر برای جوشکاری جابجا شوند. این جابجایی به زبان ساده به شکستن لایه های اکسیدی که در سطح روی فلز تشکیل شده اند، کمک می کند و اجازه می‌دهد تا اتصال بین دو فلز به خوبی برقرار شود.در جوشکاری ذوبی دما را آنقدر بالا می‌بریم تا ذوب و مذاب فلز یا همان حوضچه مذاب تشکیل شود این درحالی است که در جوشکاری حالت نیمه جامد دما را بالا می‌بریم ولی در آن ذوب نداریم(مثل آلیاژ آلومینیوم به مس) چنانچه به حوضچه مذاب اجازه سرد شدن داده شود، انجماد صورت می‌گیرد و به صورت لایه لایه از مرز مشترک جامد-فلز مذاب به طرف مرکز گسترش می‌یابد. ملاحظه دقیق تر نشان خواهد داد که مکانیزم انجماد بسیار پیچیده است. هنگامی که دمای حوضچه مذاب شروع به کاهش می‌کند، اتم های مذاب انرژی خود را از دست می دهند. از آنجاکه گرما توسط جرم صفحه از حوضچه مذاب هدایت می‌شود، یعنی گرما در فصل مشترک جامد-مایع در جریان است، اتم های این ناحیه اولین اتم هایی هستند که در جستجوی وضعیت دائمی می باشند. ^[۵]

در ادامه به بررسی انواع روش های جوشکاری می‌پردازیم:

1- جوشکاری اکسی استیلن یا جوشکاری گاز

در این روش مخلوطی از اکسیژن و گاز اتین در انتهای شیپوره خاصی که به این منظور طراحی شده و به بدنه مشعلی متصل است، سوزانده می‌شود. جوشکار از شعله ایجاد شده برای ذوب نمودن فلز مبنا جهت حوضچه جوش استفاده می‌کند. اگر فلز پر کننده مورد نیاز باشد، یک سیم جداگانه به صورت دستی به لبه جلویی حوضچه جوش تغذیه می شود. برای تولید مذاب یکنواخت، جوشکار باید مشعل را حرکت دهد.کاربرد این روش، در اتصالات سبک مانند لوله های تهویه هوا، لوله های با قطر کم برای سیستم های گرمایشی و شیمیایی و تعمیرات موتور احتراق داخلی خودرو و … کاربرد دارد.

2- جوشکاری تنگستن- قوس الکتریکی در پناه گاز محافظ یا جوش تیگ(TIG)

در این روش (TIG) یک قوس الکتریکی در خط اتصال بین انتهای الکترود تنگستنی و فلز مبنا ایجاد می‌گردد. الکترود ذوب نمی شود و جوشکار فاصله قوس الکتریکی را ثابت نگه می دارد. کنترل جریان از طریق دستگاه مولد قدرت موتور است.در صورتیکه به ماده پر کننده نیاز باشد، این ماده که معمولا به صورت سیم های یک متری موجود است، به لبه جلویی حوضچه اضافه می‌گردد. در این نوع جوشکاری، گازخنثی از اکسیداسیون فلز و از حوضچه مذاب حفاظت می‌کند.گاز آرگون متداول ترین گاز خنثی استفاده شده است.(جوش آرگون به آن می‌گویند) همچنین قوس الکتریکی باعث ذوب می‌شود و در این نوع جوشکاری، الکترودها غیرمصرفی هستند و همچنین کنترل اتمسفر بسیار مهم است زیر دما بسیار بالاست و امکان اکسیداسیون های مختلف وجود دارد و بسیار محتمل است. جوش تیگ تحمل دمای بالا و ذوب نشدن را دارد.

جوش با الکترود تنگستن

3- جوشکاری فلز- قوس الکتریکی در پناه گاز محافظ یا جوش میگ(MIG)

قوس الکتریکی بین انتهای الکترود و فلز مبنا در طول خط اتصال ایجاد می شود. اکترود توسط یک موتور محرک با سرعت ثابتی تغذیه می گردد. میزان سرعت تغذیه الکترود مقدار جریان مورد لزوم را مشخص می نماید. طول قوس الکتریکی توسط مولد قدرت کنترل می شود و لازم است جوشکار شیپوره را در فاصله ثابتی (معمولا حدود 20 میلیمتر) بالای حوضچه جوش نگه دارد. ناحیه قوس الکتریکی و فلز جوش به وسیله گازی که برای فلز جوش دادنی مناسب باشد محافظت می شود. ر روش MIG از گاز خنثی و غیر فعال برای محافظت از حوضچه و قوس استفاده می شود. روش جوش میگ نسبتا گران قیمت است. در این نوع جوشکاری، الکترود ها مصرفی(مصرف شونده) هستند. ^[۶]

4-جوشکاری زیر پودری

روش ماشینی متداول جوشکاری ذوبی با قوس الکتریکی، جوشکاری زیر پودری (SAW) نام دارد که در آن، قوس الکتریکی تحت حفاظت نوعی پودر مخصوص (Flux) ایجاد می‌شود. سیم الکترود (فاقد پوشش) به‌طور خودکار و مداوم، از طریق یک سیستم مکانیکی، از میان لوله اتصال و پودر مخصوص محافظت، عبور کرده و به سمت حوضچه جوش هدایت می‌گردد. در هنگام جوشکاری، بخشی از پودر، ذوب‌شده و به شکل سرباره بر روی جوش باقی می‌ماند که پس‌ازآنجماد از روی جوش جدا می‌شود. در این روش، تشکیل قوس الکتریکی از نوع تماسی هست.قوس الکتریکی بین انتهای الکترود بدون پوشش و فلز مبنا ایجاد می‌شود. جریان از طریق دستگاه مولد قدرت کنترل می‌گردد. همراه با ذوب الکترود، از طریق یک موتور با کنترل خودکار، الکترود به درون قوس تغذیه می گردد. سرعت تغذیه الکترود برابر با سرعت ذوب است و بنابراین مقدار طول قوس الکتریکی ثابت خواهد ماند. الکترود و سیستم تغذیه و هادی آن در طول خط اتصال به کمک یک سیستم ماشینی حرکت می‌کنند. قوس الکتریکی در زیر لایه از دانه های گدازآور عمل می نماید. نسبت به MIG باردهی بیشتر و درز جوش های عمیق تری دارد. در این جوشکاری، به صورت نامحدود می‌توان از پودر استفاده کرد. معمولا جوش های طولانی تری می‌توان ایجاد کرد. محدودیت این روش، این است که این جوشکاری فقط در سطوح صاف و مسطح انجام می‌شود و در سایر سطوح، پودر می‌ریزد.^[۷]

5-جوشکاری با گاز

این روش جوشکاری ذوبی به جوشکاری گاز معروف است. زیرا فرایند جوشکاری بر پایه ترکیب اکسیژن با یک گاز سوختنی استوار است. عملیات ترکیب گازها در داخل تورچ صورت می‌گیرد. ممکن است از پودر محافظ (Flux) برای پاک‌سازی سطح فلزات از اکسیداسیون و محافظت حوضچه مذاب استفاده شود.معایب روش جوشکاری با گاز عبارت اند از سرعت پایین تر نسبت به سایر روش ها، عدم امکان جوشکاری قطعات ضخیم و فلزات واکنش‌پذیر و فعال، امکان آتش سوزی به دلیل حضور گاز های مشتعل کننده، جوشکاری ذوبی مزایای زیادی دارد که بهتر است قبل از استفاده از این روش جوشکاری با آنها آشنا شویم. در ادامه این موارد را با هم بررسی خواهیم کرد. برای شرایطی که قصد اتصال بین قطعات ضخیم را داریم، استفاده از انواع جوشکاری ذوبی به صورت چند لایه امکان پذیر است. ساختار نهایی قطعاتی که مورد جوشکاری ذوبی قرار گرفته اند، بسیار منظم است و نسبت به سایر روش های رایج جوشکاری، آلودگی یا اکسید کمتری تولید می کنند.^[۸]

جوشکاری ذوبی مزایای زیادی دارد که بهتر است قبل از استفاده از این روش جوشکاری با آنها آشنا شویم. در ادامه این موارد را با هم بررسی خواهیم کرد. برای شرایطی که قصد اتصال بین قطعات ضخیم را داریم، استفاده از انواع جوشکاری ذوبی به صورت چند لایه امکان پذیر است. تجهیزات و مواد اولیه مورد نیاز برای جوشکاری ذوبی قابلیت جابجایی دارند و در بخش های مختلف می توان از آنها استفاده کرد. کاربردهای جوشکاری ذوبی بسیار متنوع است، و برای قطعات، در شرایط گوناگون می توان از آن استفاده کرد. ساختار نهایی قطعاتی که مورد جوشکاری ذوبی قرار گرفته اند، بسیار منظم است و نسبت به سایر روش های رایج جوشکاری، آلودگی یا اکسید کمتری تولید می کنند.

روش‌های جوشکاری ذوبی

دسته‌بندی فرایندهای جوشکاری ذوبی بر پایهٔ منبع انرژی، منبع حرارتی، بارگذاری مکانیکی و محافظ^[۹]

جوشکاری با گاز اکسیژن و سوخت: در این روش برای ذوب کردن فلز از گاز اکسیژن و سوختی که همراه آن می‌سوزد استفاده می‌شود.
جوشکاری با قوس الکتریکی: در این روش برای ذوب کردن فلز از قوس الکتریکی استفاده می‌شود.
جوشکاری مقاومتی: در این روش برای ایجاد گرمای ذوب از مقاومت الکتریکی استفاده می‌شود، در حالی که دو فلز در کنار یکدیگر زیر فشار قرار دارند.^[۱۰]

جستارهای وابسته

منابع

↑ استاندارد ملی ایران ایزو ۳۸۳۴-۱، الزامات کیفیتی جوشکاری ذوبی مواد فلزی - قسمت اول: معیاری برای انتخاب سطح مناسب الزامات کیفیت، موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، ۱۳۸۱
↑ SINGH, RAJENDER (2006). Introduction to Basic Manufacturing Processes and Workshop Technology (به انگلیسی). New Age International (P) Ltd. p. 310.
↑ AWS A3.0:2001, Standard Welding Terms and Definitions Including Terms for Adhesive Bonding, Brazing, Soldering, Thermal Cutting, and Thermal Spraying, American Welding Society (2001), p. 18. ISBN 0-87171-624-0
↑ Dictionary of Engineering Terms, Butterworth-Heinemann, s.v. "fusion welding (in Mechanical engineering and manufacture)," accessed December 23, 2012, http://www.credoreference.com/entry/bhidet/fusion_welding_in_mechanical_engineering_and_manufacture
↑ https://arvatools.com/fusion-welding
↑ https://proeng.ir/%D8%AC%D9%88%D8%B4%DA%A9%D8%A7%D8%B1%DB%8C-%D8%B0%D9%88%D8%A8%DB%8C-fusion-welding
↑ https://gshtools.com/about-fusion-welding-and-its-types/
↑ https://sabzsaze.com/welding-methods/
↑ AWS A3.0:2001, Standard Welding Terms and Definitions Including Terms for Adhesive Bonding, Brazing, Soldering, Thermal Cutting, and Thermal Spraying, American Welding Society (2001), p. 116. ISBN 0-87171-624-0
↑ Marinov، Valery. Manufacturing Technology (PDF). ص. ۱۵۳. بایگانی‌شده از اصلی (PDF) در ۱۳ اوت ۲۰۱۲. دریافت‌شده در ۲۳ دسامبر ۲۰۱۲.

[1] استاندارد ملی ایران ایزو ۳۸۳۴-۱، الزامات کیفیتی جوشکاری ذوبی مواد فلزی - قسمت اول: معیاری برای انتخاب سطح مناسب الزامات کیفیت، موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، ۱۳۸۱

[2] SINGH, RAJENDER (2006). Introduction to Basic Manufacturing Processes and Workshop Technology (به انگلیسی). New Age International (P) Ltd. p. 310.

[3] AWS A3.0:2001, Standard Welding Terms and Definitions Including Terms for Adhesive Bonding, Brazing, Soldering, Thermal Cutting, and Thermal Spraying, American Welding Society (2001), p. 18. ISBN 0-87171-624-0

[4] Dictionary of Engineering Terms, Butterworth-Heinemann, s.v. "fusion welding (in Mechanical engineering and manufacture)," accessed December 23, 2012, http://www.credoreference.com/entry/bhidet/fusion_welding_in_mechanical_engineering_and_manufacture

[5] ttps://arvatools.com/fusion-welding

[6] ttps://proeng.ir/%D8%AC%D9%88%D8%B4%DA%A9%D8%A7%D8%B1%DB%8C-%D8%B0%D9%88%D8%A8%DB%8C-fusion-welding

[7] ttps://gshtools.com/about-fusion-welding-and-its-types/

[8] ttps://sabzsaze.com/welding-methods/

[9] AWS A3.0:2001, Standard Welding Terms and Definitions Including Terms for Adhesive Bonding, Brazing, Soldering, Thermal Cutting, and Thermal Spraying, American Welding Society (2001), p. 116. ISBN 0-87171-624-0

[10] Marinov، Valery. Manufacturing Technology (PDF). ص. ۱۵۳. بایگانی‌شده از اصلی (PDF) در ۱۳ اوت ۲۰۱۲. دریافت‌شده در ۲۳ دسامبر ۲۰۱۲.

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]

[۶]

[۷]

[۸]

[۹]

[۱۰]