از دیدگاه فنی عامل اصلی اتصال دو قطعه در جوشکاری ذوبی تولید مذاب است. دلیلش نیز واضح است، اتم ها و مولکول ها در حالت مذاب آزادی حرکتی بیشتری نسبت به قبل دارند و زمانی که فلز پرکننده و دو قطعه در حالت مذاب باشند، نفوذ و درهم تنیدگی ساختاری به اوج خودش می رسد.اینجاست که در اثر گرما یک ماده یکدست شامل قطعه و مذاب تشکیل می شود.با گذشت زمان و روی دادن فرایند انجماد (جامد شدن مذاب)، دو قطعه به شکل دائمی به هم متصل می شوند.
انواع روش های جوشکاری ذوبی شامل موارد زیر است:
🔶 جوشکاری قوسی : در جوشکاری های قوسی از قوس برای ایجاد حرارت لازم برای تولید مذاب استفاده می شود.
🔶 اکسی گاز : در روش اکسی گاز از احتراق گاز سوختنی برای تولید حرارت و تولید مذاب استفاده می شود.
🔶 جوشکاری الکترونی : در این روش پرتوی الکترونی که انرژی بسیار بالایی نیز دارد، گرمای لازم برای جوشکاری را انتقال می دهد.
🔶 جوشکاری لیزری : در جوشکاری لیزری گرمای لازم برای جوشکاری توسط پرتوهای لیزر ایجاد می شود و مذاب در ناحیه جو تولید می شود.
بررسی روش های جوشکاری قوسی (AW)
متداول ترین انواع جوشکاری قوسی عبارتند از :
🔶 الکترود دستی
🔶 جوشکاری زیرپودری
🔶 جوشکاری توپودری
🔶 جوشکاری کربنی
🔶 جوشکاری الکترود تنگستنی
🔶 جوشکاری الکترود تحت پوشش گاز
🔶 پلاسما
جوشکاری قوسی با الکترود دستی « روکش دار » (SMAW)
در میان انواع جوشکاری، جوشکاری با الکترود دستی روکش دار، پرکاربردترین و رایج ترین روش جوشکاری قوسی محسوب می گردد. در این روش قوس الکتریکی ایجاد شده بین الکترود روکش دار و قطعه حرارت لازم برای ذوب منطقه کوچکی از سطح فلز پایه و الکترود تأمین می شود و عملیات جوشکاری آغاز می شود.
در ادامه با دور شدن قوس – که همان منبع گرماست – از محل حوضچۀ مذاب، مخلوط فلز مذابی که شامل مغز الکترود و فلز اتصالی است، شروع به سرد شدن و انجماد می کند. با سرد شدن کامل مذاب اتصال کامل می شود.
از آنجایی که این روش بسیار ارزان، آسان و با تجهیزات قابل حمل انجام می شود، برای فلزات آهنی بهترین گزینه به حساب می آید. اما برای جوشکاری فلزات غیرآهنی مناسب نیست. یک نکته مهم دیگر این است که شاید فلز جوش تولید شده با این روش به عملیات حرارتی مختلفی مانند آنیل (بازپخت) نیاز داشته باشد.
جوشکاری زیرپودری (SAW)
جوشکاری قوسی زیر پودری از انواع جوشکاری ذوبی است که در آن حرارت لازم برای جوشکاری توسط قوس ایجاد شده بین قطعه کار و سیم جوشی که به صورت پیوسته تغذیه می گردد، تامین می شود. نکته اساسی این است که قوس الکتریکی در این فرایند در زیر تودۀ پودر محافظ ایجاد می شود.
لازم به ذکر است بخشی از تودۀ پودری این روش در اثر گرما ذوب می شود و باعث تشکیل سرباره روی فلز مذاب جوش می گردد. در صنعت از جوشکاری زیر پودری بیشتر برای جوشکاری قطعات ضخیم و خط جوش های نسبتاً طولانی لوله ها استفاده می شود.
این روش به دلیل لزوم وجود پودر محدود به حالت سطحی یا افقی است، چرا که در غیر این صورت پودر خواهد ریخت.
جوشکاری قوسی توپودری (FCAW)
جوشکاری توپودری نسبت به دو روش قبل، پیشرفته تر و به روز تر به شمار می رود. در این نوع از جوشکاری، قوس الکتریکی بین قطعه مورد نظر ما و سیم جوشی که حاوی پودر مخصوص است، شکل می گیرد. حرارت حاصل از این قوس موجب تشکیل مذاب و در ادامه اتصال می گردد. تفاوت اصلی آن با روش قبلی – زیرپودری – این است که در این حالت، پودر درون سیم جوش وجود دارد.
در این روش می توان با دود حاصل از اکسید شدن پودر مخصوص و یا گاز خارجی از حوضچه ذوب محافظت کرد تا کیفیت جوش بالاتر برود. این روش نیازی توقف فرآیند جوشکاری و تعویض الکترود ندارد و سرعت بیشتری نسبت به دو روش قبلی دارد. البته این سرعت و کیفیت جوش نیاز به تجهیزات پیچیده و گران تری نسبت به روش ها مشابه و روش های مشابه خودش دارد.
جوشکاری قوسی کربنی (CAW)
این فرایند از روش های جوشکاری بسیار قدیمی در صنعت است که با وجود قدیمی بودن حتی امروز هم کاربرد فراوانی دارد. در این روش همانند جوش SMAW، حرارت به وسیله قوس الکتریکی میان قطعه کار و الکترود ایجاد می شود. از انواع الکترود جوشکاری گرافیتی یا کربنی در این روش استفاده می شود.
جالب است بدانید که اهل فن جوش CAW را Twin Carbon Arc Welding می نامند که از آن به صورت گسترده ای در صنایع کوچک و بزرگ هم استفاده می شود. در این نوع از جوشکاری قوسی که میان دو الکترود کربنی مقابل هم به وجود می آید، حرارت لازم برای فرآیند جوشکاری را تولید می کند. با تنظیم فاصلۀ الکترودها می توان میزان حرارت را در حالت کنترل شده قرار داد.
جوشکاری قوسی با الکترود تنگستنی با حفاظت گاز خنثی (GTAW/TIG)
جوشکاری قوسی با الکترود تنگستنی با محافظت گاز خنثی هم از انواع بسیار پرکاربرد جوشکاری است و با نام مخفف جوشکاری TIG نیز شناخته می شود. در جوش GTAW، قوس بین الکترود مخصوص که از نوع غیر مصرفی و دیر ذوب است – مانند تنگستن – و قطعه کار برقرار می گردد و باعث ذوب فلز پایه و در نهایت ایجاد حوضچه مذاب روی قطعه کار می شود.
باید به این نکته نیز توجه داشت که در فرآیند جوش GTAW گاز محافظ خنثی از کپسول توسط رگلاتور و شیلنگ های مخصوص به طرف تورچ جوشکاری فرستاده می شود. این روش ظاهر بسیار خوب و نسبتا منظمی را برای فلز جوش به جا می گذارد، اما در عین حال نرخ رسوب و سرعت کمتری نیز به نسبت روش های مشابه دارد و از نظر قیمتی نیز روشی گران تر به شمار می آید.
جوشکاری قوسی با الکترود فلزی تحت پوشش گاز محافظ (GMAW / MIG – MAG)
در جوش GMAW، به جای الکترود روکش دار از الکترود بدون روکش استفاده می شود. در این روش برای جلوگیری از آسیب رسیدن به مذاب فلز جوش که معمولاً به دلیل اثرات مخرب اتمسفر مانند اکسیژن و ازت ایجاد می شوند، از یک گاز بی اثر یا فعال در فضای قوس و اطراف حوضچه مذاب استفاده می گردد که این گاز در فرآیند جوشکاری جایگزین اتمسفر می شود.
اگر گاز استفاده شده در این جوشکاری از نوع بی اثر باشد، به آن جوشکاری میگ MIG و اگر گاز محافظ فعال و با اثر به کار گرفته شود، به آن جوشکاری مگ (MAG) گفته می شود. معمولا در این روش از جوشکاری گاز محافظ از طریق کپسول و لوله های انتقال به آرامی به اطراف قوس فرستاده شده و حفاظت مناسب را ایجاد می کند.
جوشکاری قوسی پلاسما (PAW)
جوشکاری با قوس الکتریکی پلاسما در واقع یکی از انواع روش های جوشکاری است که با الکترود تنگستنی انجام می شود. به طور خلاصه اگر در جوشکاری با الکترود تنگستنی (TIGیا GTAW)، از گاز یونیزه شده و مخصوص «پلاسما» استفاده گردد، روش جوشکاری از GTAW به PAW تبدیل خواهد شد.
در جوشکاری PAW، یک نازل جوشکاری خاص پلاسما (که مانند یک عدسی است) گازهای یونیزه شده را از درون نازل به شکلی عبور می دهد که تمرکز انرژی حرارتی در محل جوش بسیار زیاد شود تا عملیات جوشکاری تکمیل شود.
به دلیل انرژی پایدارتر و بالاتر و همچنین قوس متمرکزتر از جوش پلاسما برای اتصال ورق های نازک تا ضخیم، به خصوص برای جوشکاری آلومینیوم استفاده می شود.
حالا به سراغ روش های جوشکاری ذوبی می رویم و به معرفی آنها خواهیم پرداخت.
جوشکاری ذوبی اُکسی گاز (OFW)
جوشکاری اکسی گاز یا جوشکاری اکسی استیلن، از انواع روش های جوشکاری ذوبی است که در آن از انرژی حرارتی ناشی از سوختن یک گاز سوختنی – مانند استیلن – برای ذوب کردن درز اتصال و سیم جوش فلزی بدون روپوش به صورت همزمان و انجام عملیات نهایی جوشکاری استفاده می شود.
نکته مهم این است که در جوشکاری به روش اکسی استیلن در روی دسته مشعل جوشکاری شیرهای کنترل جریان گاز هم تعبیه شده اند که توسط آنها مقدار جریان گاز خروجی به طرف سر مشعل کنترل می شود. این ویژگی کیفیت جوش در این روش را به طرز بسیار چشمگیری افزایش می دهد.
علاوه بر این شیر های کنترلی، مشعل های جوشکاری اکسی گاز دارای محفظه ای به منظور مخلوط شدن گازها نیز هستند. همگرایی سرشعله یا سرمشعل نیز باعث تمرکز شعله و گرما در سطح کوچکی از محل درز اتصال دو قطعه می شود تا جوشکاری به نحو احسن انجام شود، چرا که این موضوع سبب می شود تا محل جوش و انواع الکترود سریع تر به درجه حرارت ذوب برسند.
جوشکاری ذوبی با پرتوی لیزر (LBW)
جوشکاری ذوبی با پرتوی لیزر از انواع جوشکاری پیشرفته و نوین به شمار می رود. جوش حاصل از این روش نازک و بسیار عمیق است. این اتفاق در حالی رخ می دهد که انرژی ورودی به قطعه در این روش بسیار کمتر از روش های مشابه است.
در این روش جوشکاری با تابیدن لیزر به سطح قطعه کار، گرمای لازم برای تولید حوضچۀ مذاب و ایجاد اتصال تولید می شود. این روش تقریبا برای تمامی مواد مهندسی قابل استفاده است و جالب اینجاست که نیازی به فلز پرکننده نیز ندارد. از نکات منفی این نوع روش جوشکاری این است که افزایش سرعت جوش در آن ممکن است سبب ایجاد ترک در جوش و تخلخل در سطح کار شود.
جوشکاری ذوبی با پرتو الکترونی (EBW)
جوشکاری EBW چهارمین و به روزترین روش جوشکاری ذوبی است. جوشکاری با پرتوی الکترونی، پیشرفته تر و گران تر از حالت لیزری است و در میان روش های جوشکاری ذوبی بیشترین حرارت را نیز تولید می کند.
در جوش EBW با برخورد الکترون ها به قطعه کار، انرژی جنبشی الکترون ها تبدیل به گرما می شود. بنابراین سطح کار در کسری از ثانیه به دمایی در حدود ۲۵۰۰۰ درجه سانتی گراد می رسد که از همه نظر بسیار خارق العاده است.
از طرفی نفوذ حرارت در این روش آنقدر سریع و در عین حال عمیق است که می توان با بهره گیری از آن قطعاتی با ضخامت بسیار زیاد را جوش زد.
جنس قطعات نیز مانعی برای این نوع جوشکاری به حساب نمی آید. به دلیل کنترل دقیق روی جوش، این روش کمترین میزان اعوجاج و انحراف قطعه کار را ایجاد می کند و دقت بی نظیری را به شما ارائه می دهد. در عین حال گران بودن آن از معایب اصلی اش به شمار می آید که آن را به کاربری های خاص و ویژه محدود می کند.