جوشکاری و تکنیک های مرسوم جوشکاری

در این مقاله قصد داریم تا با یکی از روش های ایجاد اتصالات دائم آشنا شویم. پیشتر گفته بودیم که اتصالات دائم را زمانی بکار می گیریم که نیازی به جداسازی نباشد. مرسوم ترین روش برای ایجاد اتصال دائم جوشکاری است. بنا به یک تعریف ساده جوشکاری اتصال دو یا چند قطعه فلزی همجنس(هم خانواده) در حالت مایع یا نیمه جامد و جامد می باشد. ماده اتصال دهنده می تواند به صورت اضافی به محل اتصال قطعات وارد شده و یا اینکه توسط مواد موجود در خود قطعات اتصال داده شده تامین گردد در جوشکاری، محل جوش از لحاظ خواص مانند دیگر بخش های قطعات جوش داده شده است

از آنجائیکه قطعات مختلف شرایط مختلفی از قبیل جنس، شکل و ابعاد دارند روش های جوشکاری نیز متنوع می باشد تا بتواند نیازهای مختلفی را فراهم نماید. برای ایجاد اتصال جوشکاری نیاز است تا انرژی لازم به محل اتصال برسد. انرژی می تواند با تحریک ماده امکان اتصال جوش را فراهم نماید. یکی از تقسیم بندی های مرسوم روش های مختلف جوشکاری، تقسیم بندی بر اساس منبع تامین انرژی است. برای انجام عمل جوشکاری چهار منبع اصلی انرژی وجود دارد که عبارتند از:

·  انرژی الکتریکی

·  انرژی شیمیایی

·  انرژی مکانیکی

·  انرژی تشعشعی

انرژی الکتریکی:

از انرژی الکتریکی به سه شکل برای تامین انرژی جوشکاری استفاده می شود. یکی از شکل های مورد استفاده بهره گیری از انرژی الکتریکی به صورت قوس الکتریکی است. قوس الکتریکی جهش الکترون ها در فضای نارسانا می باشد. این کار از طریق اعمال ولتاژ و جریان مناسب در یک فاصله فضایی که موجب یونیزه شدن فضای میان قطب های الکتریکی می گردد، انجام می پذیرد. جوش برق یا جوش قوس الکتریکی از این ویژگی برای تامین انرژی استفاده می کند.

یکی دیگر از روش های بکارگیری انرژی الکتریکی برای جوشکاری استفاده از خاصیت حرارت مقاومتی است. وقتی جریان الکتریکی از یک رسانا عبور داده شود متناسب با مقاومت الکتریکی رسانا در محل عبور جریان گرما تولید می شود که این گرما می تواند برای جوشکاری مورد استفاده قرار بگیرد.جوش مقاومتی که به نقطه جوش معروف است از این ویژگی برای تامین دمای مورد نیاز جوشکاری استفاده می کند.

روش سوم بکارگیری انرژی الکتریکی به منظور جوشکاری، استفاده از ویژگی القاء الکتریکی است. در این روش جریان الکتریکی از یک سیم پیچ عبور داده می شود و یک میدان الکتریکی ایجاد می کند که این میدان اگر متغییر باشد می تواند جریانی را در رساناهای اطراف میدان القاء نماید. برای جوشکاری با این روش میدان الکتریکی ایجاد شده در محل جوش کاری جریان القاء کرده و موجب گرم شدن محل مورد نظر می شود. جوش های القایی به دلیل هزینه بالا کاربرد های محدودی دارند و بیشتر در شرایط خاص مورد استفاده قرار می گیرند.

انرژی شیمیایی:

انرژی شیمیایی به دو صورت مورد استفاده قرار می گیرد که مرسوم ترین آن استفاده از واکنش های ترکیب با اکسیژن یا سوختن است. در این روش ها یک ماده سوختنی که میل ترکیبی زیادی با اکسیژن دارد در مجاورت اکسیژن قرار داده می شود و با ایجاد واکنش سوختن گرمای مورد نیاز جوشکاری تامین می گردد. روش دیگر بکارگیری واکنش های گرمازای جدای از سوختن می باشد. در این واکنش ها با ترکیب دو ماده، اختلاف انرژی پیوندی اولیه و ثانویه به صورت گرما بروز می کند و از این گرما می توان برای عمل جوشکاری بهره گرفت.

انرژی مکانیکی:

دو روش معمول برای استفاده از انرژی مکانیکی به عنوان منبع تامین انرژی جوشکاری وجود دارد. یکی از این روش ها روش آهنگری است. عامل اتصال در این روش فشار ناشی از ضربه است این فشار موجب امتزاج مکانیکی مواد می شود. در این روش محل های اتصال دو قطعه را بر روی هم قرار داده و با استفاده از ضربه های مکانیکی بر روی محل اتصال موجب اتصال قطعات به یکدیگر می گردند.

روش آهنگری به دو صورت گرم و سرد مورد استفاده قرار می‌گیرد. در روش گرم نواحی اتصال را وابسته به نوع مواد تا رسیدن به نرمی مناسب گرم کرده سپس با اعمال ضربه موجب اتصال دو قطعه می شوند. روش دیگری که از انرژی مکانیکی برای اتصال قطعات استفاده می‌کند، جوش اصطکاکی است. این روش با گرداندن یکی از قطعات و سرعت دادن به آن قطعه انرژی مکانیکی را در آن ذخیره می کند که در زمان برخورد با فشار قطعه گردنده به قطعه دیگر به دلیل وجود اصطکاک پیش آمده میان قطعات انرژی مکانیکی ذخیره شده به گرما تبدیل شده و با کمک فشار می تواند موجبات اتصال را فرهم نماید.

انرژی تشعشعی:

از انرژی تشعشعی نیز برای تامین انرژی مورد نیاز جوشکاری استفاده می شود. از آنجاییکه عموم این روش ها بسیار گران قیمت هستند و به تجهیزات خاصی نیاز دارند بسیار محدود و در کاربردهای ویژه مورد استفاده قرار می گیرند. در تمامی این روش ها یک پرتو پر انرژی مانند پرتو الکترونی تولید شده توسط یک تفنگ الکترونی و یا یک پرتو الکترومغناطیس مانند اشعه لیزر مورد استفاده قرار می‌گیرد و گرمای لازم برای انجام جوشکاری را فراهم می نماید.

تکنیک های مرسوم جوشکاری

پیشتر با اصول و انواع روش های جوشکاری آشنا شدیم. اما همانطور که قبلا گفته شد به دلیل خصوصیات، نیازمندی ها، مسائل و مشکلات موجود همه روش های گفته شده به یک میزان مورد استفاده قرار نمی گیرند. برخی از روش های نام برده شده کاربردهای خاص و محدودی دارند و برخی به صورت عام و گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. در این مقاله سعی می کنیم تا دو روش مرسوم جوشکاری را بیشتر توصیف کرده و با تاکید بر ابزار و تکنیک پیاده سازی آن را تشریح کنیم.

جوش قوس الکتریکی:

 یکی از این دو روش مرسوم، انواع جوش های قوس الکتریکی است که در میان عوام موسوم به جوش برق است. این نوع جوشکاری از انرژی الکتریکی استفاده می نماید. در جوش برق، از یک مفتول که همجنس با قطعات است برای اتصال و پر کردن فضای میان قطعات استفاده می شود این مفتول الکترود نامیده می شود. میان الکترود و قطعاتی که قرار است به یکدیگر متصل شوند اختلاف پتانسیل و جریان الکتریکی مناسب ایجاد می گردد. این اختلاف پتانسیل معمولا از دو طریق فراهم می گردد. یکی از این روش ها بکار گیری ترانسفورماتور است که می تواند با استفاده از برق شهر و یا برق صنعتی اختلاف پتانسیل و جریان الکتریکی مورد نیاز جوشکاری را تامین نماید. روش دیگر تامین اختلاف پتانسیل و جریان الکتریکی مورد نیاز استفاده از ژنراتورها است. ژنراتور با استفاده از انرژی سوختی انرژی الکتریکی لازم را فراهم می کند.

برای انجام عمل جوشکاری یکی از قطب های الکتریکی به قطعات و قطب دیگر به الکترود وصل می شود. با نزدیک کردن الکترود به قطعات، هوای میان الکترود و قطعات یونیزه شده و پدیده قوس الکتریکی (جهش الکترون ها میان دو قطب) صورت می گیرد. از آنجاییکه این پدیده به شدت گرما زا است، دمای قطعات و الکترود بسیار بالا می رود. این گرما دمای قطعات و الکترود را تا نقطه ذوب بالا می برد و موجب ذوب شدن محل اتصال قطعات و الکترود می شود. در حالت مذاب امکان امتزاج میان مذاب های قطعات به وجود می آید و الکترود ذوب شده نیز به امتزاج و پر شدن فضای میان قطعات کمک می کند. پس از سرد شدن مذاب، محل اتصال یکپارچه و محکم شده و جوش شکل می گیرد.

جوش گاز:

یکی دیگر از روش های مرسوم جوشکاری، جوش گاز است. این نوع جوش از انرژی شیمیایی برای تامین انرژی استفاده می نماید. در این روش با استفاده از یک گاز سوختنی در کنار گاز اکسیژن، فرایند سوختن شکل می گیرد و شعله حاصل از سوختن به عنوان منبع گرما مورد استفاده قرار می گیرد.

یکی از گازهایی که به صورت فراوان برای انجام عمل جوشکاری گاز مورد استفاده قرار می گیرد گاز استیلن است. دو مخزن گاز استیلن و اکسیژن توسط شیرها و فشار سنج های تعبیه شده بر روی مخزن ها فشار لازم هر گاز را تامین می کنند و از طریق شلنگ های مجزا گاز را به یک مشعل می رسانند. گازها درون مشعل با هم مخلوط شده و به صورت مخلوط از آن خارج می گردند. گاز خارج شده قابلیت اشتعال دارد. گاز خارج توسط یک فندک مشتعل شده و با تنظیم نسبت گازهای استیلن و اکسیژن بر روی بدنه مشعل می توان ویژگی های شعله را که وابسته به کاربرد می تواند بسیار مهم باشد تنظیم نمود.

با ایجاد شعله مناسب می توان محل اتصال را گرم نمود. در این روش جوشکاری از مفتول های همجنس با قطعات برای کمک به شکلگیری جوش و پرکردن فضای خالی میان قطعات استفاده می شود. شعله مفتول و محل اتصال قطعات را ذوب نموده و با امتزاج مذاب ها اتصال را ممکن می نماید. بدیهی است که پس از سرد شدن مذاب ها، یک اتصال محکم شکل خواهد گرفت.