جوشکاری با قوس الکتریکی
یکی از متداول ترین روشهای اتصال قطعات کار می باشد، ایجاد قوس الکتریکی عبارت از جریان مداوم الکترون بین دو الکترود و یا الکترود و یا الکترود و کار بوده که در نتیجه آن حرارت تولید می شود. باید توجه داشت که برای برقراری قوس الکتریک بین دو الکترود و یا کار و الکترود وجود هوا و یا یک گاز هادی ضروری است. بطوریکه در شرایط معمولی نمی توان در خلاء جوشکاری نمود.
در قوس الکتریکی گرما و انرژی نورانی در مکانهای مختلف یکسان نبوده بطوریکه تقریباً 43% از حرارت درآند و تقریباً 36% در کاتد و 21% بقیه بصورت قوس ظاهر می شود. دمای حاصله از قوس الکتریکی بنوع الکترودهای آن نیز وابسته است بطوریکه در قوس الکتریکی با الکترودهای ذغالی تا 3200 درجه سانتیگراد در کاتد و تا 3900 در آند حرارت وجود دارد. دمای حاصله در آندو کاتد برای الکترودهای فلزی حدوداً 2400 درجه سانتیگراد تا 2600 درجه تخمین زده شده است. در این شرایط درجه حرارت در مرکز شعله بین 6000 تا 7000 درجه سانتیگراد می باشد از انرژی گرمائی حاصله در حالت فوق فقط 70% تا 60% در قوس الکتریک مشاهده گردیده که صرف ذوب کردن و عمل جوشکاری شده و بقیه آن یعنی 30% تا 40% بصورت تلفات گرمائی به محیط اطراف منتشر می گردد. طول قوس شعله Arc length بین 8/0 تا 6/0 قطر الکترود می باشد و تقریباً 90% از قطرات مذاب جدا شده از الکترود به حوضچه مذاب وارد می گردد و 10% باطراف پراکنده می گردد. برای ایجاد قوس الکتریکی با ولتاژ کم بین 40 تا 50 ولت در جریان مستقیم و 60 تا 50 ولت در جریان متناوب احتیاج می باشد ولی در هر دو حالت شدت جریان باید بالا باشد نه ولتاژ
قدرت قوس در جوشکاری
دمای قوس در فرآیند جوشکاری قوسی با الکترود تنگستن تا حدود ۲۰۰۰۰ درجه سانتيگراد و در فرآیند جوشکاری قوس با الكترود روپو‌ش‌دار تا حدود ۶۰۰۰ درجه سانتيگراد می‌رسد. این دما قادر است ترکیبات فلزی و غیر فلزی را به اتم‌های تشکیل دهنده آن تجزيه کند و يا يونيزه نماید. یاد آوری میشود که مركز ستون قوس بالاترين درجه حرارت را دارا بوده و هر چه از مركز دور شويم، دما كاهش پيدا مي‌كند. با این شرایط مي‌توان گفت در مركز قوس مقداری بخار فلز نیز تشکیل میشود که در تماس با الكترو‌ن‌های جاری در ستون قوس باعث يونيزه شدن اتم‌های فلزی مي‌شود و به آن پلاسمای فلزی می‌گویند. در ستون قوس جوشکاری چون الكترو‌ن‌ها از قطب منفی به قطب مثبت منتقل مي‌شوند، بنابراین برخورد الكترو‌ن‌ها به قطب مثبت باعث توليد حرارت میشود از این رو در قطب مثبت گرمای بيشتري توزيع مي‌شود. از حرارت توليد شده در قوس، حدود ۶۰ تا ۷۰ درصد صرف گرم شدن و ذوب شدن الکترود و فلز پایه میشود و بقيه به صور‌ت‌های مختلف زير تلف میشود.
- اشعه‌های مرئی و نامرئی قوس
- جابه‌جايی بوسيله گازهای موجود در قوس
- تشعشع حرارتی
- ذوب پوشش الکترود
نيروهای موجود در قوس
در قوس الكتریکی نيروهایی مختلفی مانند نيروی الكترومغناطيسی و نيروی هيدرودينامیکی (در اثر وجود میدان الکترومغناطیسی و حركت گازها در ستون قوس) وجود دارند كه باعث مي‌شوند مذاب از الكترود جدا شده و به قطعه كار منتقل شود. در جوشكاری حالت‌های عمودی یا سقفی نقش اين نيروها كاملاً مشهود است و جهت اين نيروها به طور معمول از طرف نوك الکترود به طرف سطح قطعه کار است. به این ترتیب نيروهای فوق در ستون قوس باعث راندن مذاب و سرباره الكترود به طرف جلو قوس می‌شوند و به عمليات جوشكاری كمك می‌كنند.
انتخاب صحیح الکترود برای کار
انتخاب صحیح الکترود برای جوشکاری بستگی به نوع قطب و حالت درز جوش دارد مثلاً یک درز V شکل با زاویه کمتر از ۴۰ درجه با ضخامت زیاد حداکثر با قطر اینچ که معادل ۲ میلیمتر است برای ردیف اول گرده جوش استفاده میشود، تا کاملاً در عمق جوش نفوذ نماید. ولی چنانچه از الکترود با قطر بیشتر استفاده شود مقداری تفاله در ریشه جوش باقی خواهد ماند. که قدرت و استحکام جوش را تقلیل می‌دهد.
انتخاب صحیح الکترود (از نظر قطر)
بایستی توجه داشت که همیشه قطر الکترود از ضخامت فلز جوشکاری کمتر باشد هر چند که در بعضی از کارخانجات تولیدی، عده‌ای از جوشکاران الکترود با ضخامت بیشتر از ضخامت فلز را به کار می‌برند. این عمل بدین جهت است که سرعت کار زیادتر باشد ولی انجام آن احتیاج به مهارت فوق‌العاده جوشکار دارد. همچنین انتخاب صحیح قطر الکترود بستگی زیاد به نوع قطب (+ یا -) و حالت درز جوش دارد مثلاً اگر یک درز V شکل با زاویه کمتر از ۴۰ درجه باشد بایستی حداکثر از الکترود با قطر پنج شانزدهم اینچ برای ردیف اول گرده جوش استفاده کرد تا کاملاً بتوان عمق درز را جوش داد. چنانچه از الکترود با قطر زیادتر استفاده شود مقداری تفاله در جوش باقی خواهد ماند که قدرت و استحکام جوش را به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش خواهد داد. در حین جوشکاری، گاهی اوقات، جرقه‌هائی به اطراف پخش میشود که دلایل آن موارد زیر است.
- جوشكاری قوسی روش اتصال دائم دو قطعه است كه در نتيجه تركيب مناسبی از فشار و درجه حرارت بالا به وجود می‌آيد.
- ممكن است در محل اتصال فقط درجه حرارت زياد بدون فشار تا فشار زياد بدون ازدياد درجه حرارت اعمال شود.
- به خاطر وجود حرارت و فشار در محل جوش، دو ماده به هم مخلوط شده و يک ساختمان متالوژی را به وجود می‌آورند.
- بنابراين برای آن كه كيفيت جوش خوب باشد بايستی حرارت و فشار به اندازه كافی وجود داشته و سطوح قطعه تميز شده و در طول عمل جوشكاری حفاظت شده باشد.
- هر ماشين از تعداد زيادی قطعه ساخته شده است اين قطعات به نحوی به يكديگر متصل شده‌اند كه بعضی از اتصالات متحرك بوده (Link)، اتصال شاتون به ميل لنگ و تعداد زيادی اتصالات ثابت وجود دارد. این اتصال به اين دليل است كه بتوان ماشين را از واحد‌های كوچكتر ساخته تا هم ساخت و حمل و نقل آنها آسان‌تر باشد و سپس به يكديگر در قسمت مونتاژ متصل می‌كنند.
- بنابراين جوشكاری مهمترين روش توليدی است كه اهميت زيادی دارد به طوری كه امروزه قسمت اعظم توليداتی فلزی بيشتر از يک يا چند جوش وجود دارد.
- اتصالات دائم امكان جدا كردن قطعات را يكديگر نمی‌دهند مگر آنكه آن قطعاتی را خراب كنيد. بنابراين اين نوع اتصالات در جايی به كار می‌رود كه احتياج به جدا كردن قطعات نبوده و احتمالاً از نظر راحتی يا اتصالی بودن در توليد به كار گرفته شود.
- فاكتور مهمی كه در جوشكاری بايستی در نظر داشت اثرات متالورژی است كه در حين حرارت دادن و سرد كردن در منطقه جوش به وجود می‌آيد.
- طبقه بندی انواع روشهای جوشكاری مشكل است، يك نوع طبقه بندی بر اساس منبع حرارتی با نوع روش پوشش و محافظ به كار برده شده و يا مثلاً استفاده از روش دستی، نيمه اتوماتيك و غيره… انجام شده است.
میله فلزی
وظيفه آن هدایت جریان الکتریکی، تشکیل، تداوم و پایداری قوس است که از آن به عنوان ماده پركننده درز اتصال یکپارچگی قطعات نیز استفاده میشود.
روپوش الکترود
وظيفه روپوش الكترود ايجاد فضای گازی مناسب در قوس و اطراف آن است، به طوری که در اثر ذوب یا تجزیه شدن از طریق تشکیل فضای گازی یونیزه ضمن کمک به تشکیل و پایداری قوس، حوضچه مذاب، قوس و نوک الکترود را نیز از آسيب در مقابل اتمسفر مصون سازد. ضمن اینکه وظیفه دیگر روپوش الکترود نقش سرباره سازی است که به حذف ناخالصی‌ها از فلز جوش، کنترل سرعت سرد شدن و ظاهر مطلوب فلز جوش کمک می‌کند. مغز فلزی الكترودهای روپوش دار از جنس متفاوت و در ابعاد مختلف ساخته می‌شوند و دارای دسته‌بندیهای متنوعی از نظر مواد تشکیل دهنده پوشش هستند که برای جوشكاری فلزات و آلیاژهای مختلف در وضعیت‌های متفاوت جوشکاری توليد و در بسته‌بند‌یهای گوناگون به بازار عرضه میشود.
