جوشکاری یکی از فرآیندهای اتصال دائمی قطعات (فلزی یا غیرفلزی)، به روش ذوبی یا غیر ذوبی، با بکارگیری یا بدون بکارگیری فشار، با استفاده از ماده پرکننده می‌باشد. فرآیندهای جوشکاری به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: فرآیندهای جوشکاری ذوبی و فرآیندهای جوشکاری غیر ذوبی

جوش قوس

جوشکاری یکی از روش‌های تولید می‌باشد. هدف آن اتصال دایمی مواد مهندسی (فلز، سرامیک، پلیمر، کامپوزیت) به‌یک‌دیگر است؛ به‌گونه‌ای که خواص اتصال، برابر خواص مادهٔ پایه باشد.

تعریف [ویرایش]

جوشکاری رامی توان اتصال دائم متالورژیکی دانست که می تواند در حالت مذاب یا جامد، با استفاده از واسطه (مواد پرکننده) یا بدون واسطه و با ایجاد فشار یا بدون استفاده از فشار صورت گیرد. در واقع جوشکاری به اتصالی گفته می شود که نتوان محل اتصال را از قسمت های دیگر قطعات مجزا نمود و به عبارتی دیگر خواص جوش ایجاد شده با قطعات مورد اتصال یکسان یا نزدیک به هم باشد. جوشکاری یکی از روش‌های تولید می‌باشد زیرا هدف از آن اتصال دایمی مواد مهندسی از جمله فلز، پلیمر، کامپوزیت و سرامیک به‌یک‌دیگر است؛ به‌گونه‌ای که خواص اتصال، برابر خواص مادهٔ پایه باشد.

تاریخچه [ویرایش]

شاید بتوان زمان استفاده از اولین فرآیند جوشکاری را زمانی دانست که بشر برای ساخت یک سلاح ابتدایی از یک نوع اولیه این فرآیند (جوشکاری آهنگری) استفاده می کرد. جوشکاری آهنگری قدیمی ترین فرآیند جوشکاری می باشد، که انسان قطعات فلز را به صورت سرد یا گداخته بر روی یکدیگر قرار می داد و در اثر کوبیدن موجب اتصال آنها می شد. در سال ۱۸۵۶ دانشمندی به نام ژول به فکر جوشکاری مقاومتی افتاد، و بعد از او الیهو تامسون آمریکائی در بین سا ل های ۱۸۷۶ تا ۱۸۷۷ به طرحهای او جامه عمل پوشاند و از جوشکاری مقاومتی استفاده کرد. امروزه یکی از روش های جوشکاری مقاومتی به نام REW به طور گسترده ای برای تولید لوله های درز دار استفاده می شود. اما زمان پیدایش قوس الکتریکی به سال ۱۸۰۲ بر می گردد که دانشمندی روسی به نام واسیلی ولادیمیروویچ پتروف پی برد که اگر دو تکه زغال چوب را به قطب های باتری بزرگی وصل کنیم و آنها را به هم تماس دهیم و سپس کمی از هم جدا کنیم شعله روشنی بین دو تکه زغال دیده می شود. و انتهای آنها که از شدت گرما سفید شده است نور خیره کننده ای گسیل می دارد. هفت سال بعد دیوی (H.Davy) فیزیکدان انگلیسی این پدیده را مشاهده نمود و پیشنهاد کرد که این پدیده به احترام ولادیمیروویچ قوس ولتا نامیده شود. سر انجام در سال ۱۸۸۱ یعنی حدود ۷۹ سال پس از کشف پتروف، موسیان قوس کربنی را برای ذوب فلزات مورد استفاده قرار داد. و در حدود 5 سال بعد در سال ۱۸۸۶ یک دانشمندان روسی بنام برناندوز اختراع متدی را به ثبت رساند که به وسیله آن قادر بود تا یک قطعه فلزی را با الکترود ذغالی به صورت موضعی با ایجاد قوس الکتریکی بین قطعه و الکترود ذوب نماید برناندوز در این روش دو قطعه فلزی را در فاصله مشخص از یکدیگر قرار داده و با استفاده از پدیده قوس و حرکت الکترود ذغالی در طول شکاف بین دو قطعه و وارد نمودن همزمان میله ای فلزی از جنس قطعه در داخل قوس الکتریکی، حمام مذابی به وجود آورد که بعد از منجمد شدن شکاف موجود را پر نموده و باعث به هم پیوستن این قطعات گردید و در سال ۱۸۹۱ دانشمند دیگر روسی بنام اسلاویانوف، روش الکترود ذوب شونده را اختراع نمود. او در این روش الکترود فلزی را جایگزین الکترود ذغالی کرد که همزمان علاوه بر ایجاد قوس وظیفه فلز پرکننده را نیز به عهده داشت. در روش الکترود ذوب شونده مذاب حاصل از الکترود فلزی در فاصله بین نوک الکترود و شکاف دو قطعه در معرض هوا قرار می گرفت که این امر باعث اکسیده شدن مذاب و در نتیجه ایجاد اشکال در جوش می گردید. از طرف دیگر قوس الکتریکی به دلیل تماس با اتمسفر هوا نیز ناپایدار بود که خود به خود غیر یکنواختی جوش را به دنبال داشت.

برای برطرف نمودن عیوبی مانند کیفیت پایین فلز جوش از لحاظ مکانیکی و اکسید شدن آن همچنین ناپایداری قوس در سال 1905 یک صنعتگر سوئدی بنامOscar Kjellberg الکترود فلزی پوشش دار را اختراع نمود. پوشش این الکترود را مخلوطی از مواد معدنی مختلف از جمله آهک تشکیل می داد که قادر بود با تولید گاز و ایجاد سرباره، مذاب حاصل از ذوب الکترود را در مقابل آثار نامطلوب تماس با هوا محافظت نماید. علاوه بر این، پوشش الکترود باعث پایداری قوس الکتریکی و یکنواخت شدن جوش می گردید. پس از سال 1905 با اختراع الکترود پوشش دار، صنعت این امکان را یافت تا جوش هایی با استحکام معادل فلز پایه بوجود آورد. در جریان جنگ‌های جهانی اول و دوم، جوشکاری پیشرفت زیادی کرد. احتیاجات بشر به‌اتصالات مدرن، سبک، محکم و مقاوم در سال‌های اخیر و مخصوصاً بیست سال اخیر، سبب توسعه سریع این فن شده‌است. در سال 1930 به طور همزمان در آمریکا و اتحاد جماهیر شوروی سابق تحقیقاتی برای مخفی ساختن قوس الکتریکی و دست یابی به قوسی پایدار صورت گرفت که نتیجه آن اختراع جوشکاری زیر پودری بود اما نه به شکل امروزی بلکه با استفاده از الکترود کربن؛ در حدود سال 1935 این روش تقریبا به شکل امروزی خود در آمد و تبدیل به روشی مناسب از لحاظ اقتصادی برای جوشکاری شد. در جنگ جهانی اول پس از جوش خوردن ترکش های ناشی از متلاشی شدن گلوله توپ به بدنه جنگ افزار ها فرآیند جوشکاری انفجاری کشف شد. در سال 1958 L.R.Calr این فرایند را بر روی آلیاژ برنج به کمک مواد منفجره قوی آزمایش کرد. در سال 1960 Dupont اطلاعات بدست آمده تجربی این فرآیند را به صورت بین المللی ثبت کرد و در سال 1962صنعت روکش دهی انفجاری را به صورت تجاری در تولید سکه های سه لایه برای دولت آمریکا در آورد. در سال 1950 بطور همزمان در کشورهای آمریکا و آلمان غربی جوشکاری پرتو الکترونی(EBW) توسعه یافت.

در سال 1965 سیستمهای متنوع لیزری به منظور جوشهای مدارهای الکتریکی وداخل محفظه های خلاء، و همچنین در سایر کاربردهای تخصصی که در آنها تکنولوژی های مرسوم قادر به ایجاد اتصالات مطمئن نمی باشند، توسعه داده شده است .

شاید بتوان گفت جدید ترین روش جوشکاری فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی باشد.جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی برای اولین بار برای آلیاژهای AL ابداع گشت و یک روش جوش کاری حالت جامد است . این روش در سال 1991 توسط انستیتو جهانی جوش و اتصالات (TWI)در کمبریج تحت عنوان روش FSW Friction Stir Welding)) به صنعت دنیا معرفی شد

پیشینه [ویرایش]

• موسیان در ۱۸۸۱ قوس کربنی را برای ذوب فلزات مورد استفاده قرار داد.
• اسلاویانوف الکترودهای قابل مصرف را در جوشکاری به‌کار گرفت.
• ژول در ۱۸۵۶ به‌فکر جوشکاری مقاومتی افتاد.
• لوشاتلیه در ۱۸۹۵ لولهٔ اکسی‌استیلن را کشف و معرفی کرد.
• الیهو تامسون از جوشکاری مقاومتی در سال ۱۸۷۶ استفاده کرد.
• در جریان جنگ‌های جهانی اول و دوم، جوشکاری پیشرفت زیادی کرد. احتیاجات بشر به‌اتصالات مدرن، سبک، محکم و مقاوم در سال‌های اخیر و مخصوصاً بیست سال اخیر، سبب توسعهٔ سریع این فن شده‌است.

فرآیندهای جوشکاری [ویرایش]

فرآیندهای جوشکاری با قوس الکتریکی [ویرایش]

جریان الکتریکی از جاری‌شدن الکترون‌ها در یک مسیر هادی به‌وجود می‌آید. هرگاه در مسیر مذکور یک شکاف هوا(گاز)ایجاد شود، جریان الکترونی و در نتیجه جریان الکتریکی قطع خواهد شد. چنان‌چه شکاف هوا به‌اندازهٔ کافی باریک بوده و اختلاف پتانسیل و شدت جریان بالا، گاز میان شکاف یونیزه‌شده و قوس الکتریکی برقرار می‌شود. از قوس الکتریکی به‌عنوان منبع حرارتی در جوشکاری استفاده می‌شود. روش‌های جوشکاری با قوس الکتریکی عبارت‌اند از:

• جوشکاری با الکترود دستی پوشش‌دار (SMAW)
• جوشکاری زیرپودری (SAW)
• جوشکاری با گاز محافظ (GMAW یا MIG/MAG)
• جوشکاری با گاز محافظ و الکترود تنگستنی (GTAW یا جوشکاری TIG)
• جوشکاری پلاسما

فرآیندهای جوشکاری مقاومتی [ویرایش]

در جوشکاری مقاومتی برای ایجاد آمیزش از فشار و گرما استفاده می‌شود. گرما به‌دلیل مقاومت الکتریکی قطعات کار و تماس آن‌ها در فصل مشترک به‌وجود می‌آید. پس از رسیدن قطعه به‌دمای ذوب و خمیری فشار برای آمیخته دو قطعه به‌کار می‌رود. در این روش فلز کاملاً ذوب نمی‌شود. گرمای لازم از طریق عبور جریان برق از قطعات به‌دست می‌آید. روش‌های جوشکاری مقاومتی عبارت‌اند از:

• جوش نقطه‌ای
• درز جوشی
• جوش تکمه‌ای
• با استفاده از قالب

فرآیندهای جوشکاری حالت جامد [ویرایش]

دسته‌ای از فرآیندهای جوشکاری هستند که در آن‌ها عمل جوشکاری بدون ذوب‌شدن لبه‌ها انجام می‌شود. در واقع لبه‌های تحت فشار با حرارت یا بدون حرارت در همدیگر له می‌شوند. فرآیندهای این گروه عبارت‌اند از:

• جوشکاری اصطکاکی

در این روش به‌جای استفاده از انرژی الکتریکی برای تولید گرمای مورد نیاز ذوب فلزات از انرژی مکانیکی استفاده می‌گردد. به‌این ترتیب که یکی از دو قطعه که با سرعت درحال دوران است به‌قطعهٔ دوم که ثابت نگه داشته‌شده تماس داده می‌شود. در اثر اصطکاک بین دو قطعه و تولید حرارت، محل تماس دو قطعه ذوب‌شده و لبه‌های تحت فشار با حرارت در همدیگر له می‌شوند.

• جوشکاری نفوذی
• جوشکاری با امواج مافوق صوت

جوش گاز.

گروه فرآیندهای جوشکاری است که در آن، اتصال با ذوب‌شدن توسط یک یا چند شعلهٔ گاز، با اعمال فشار یا بدون آن، با کاربرد فلز پرکننده یا بدون آن انجام می‌شود.

فرآیند جوشکاری با لیزر [ویرایش]

در این روش از پرتوی لیزر برای جوشکاری استفاده می‌شود. در جوشکاری لیزری دانسیتهٔ انرژی فراهم‌شده، بسیار بیش‌تر از جوشکاری با دیگر فرایندها است.

از لیزرهای مختلفی مانند «زر گاز کربنیکی» یا لیزر یاقوت برای جوشکاری می‌توان استفاده کرد. دقت می شود که انرژی پرتو، آن‌قدر زیاد نباشد که باعث تبخیر فلز شود.

فرآیند جوشکاری با اشعه الکترونی [ویرایش]

کاربرد جریانی از الکترون‌ها است که با ولتاژ زیاد شتاب داده شده‌اند و به‌صورت باریکه‌ای متمرکز به‌عنوان منبع حرارتی جوشکاری به‌کار می‌روند. به‌دلیل دانسیتهٔ بالای انرژی در این پرتو، منطقه تفدیده بسیار باریک می‌باشد و جوشی با کیفیت مناسب به‌دست می‌آید. این فرآیند به‌عنوان اولین فرآیند جوشکاری به‌کاررفته برای ساخت بدنهٔ جنگنده‌ها استفاده شد.

الکترودهای جوشکاری [ویرایش]

تعريف الكترود: الکترود مفتولی فلزی است که دورتادور آن با مواد شیمیایی پوشش داده شده‌است و ضمن هدايت جريان از انبر به فلز مبناپركننده درز جوش وتامين كننده مواد آليا‍ژي ميباشد. الكترود را ميتوان به چهارصورت دسته بندي كرد: 1-ازنظرقطر 2-ازنظرطول 3-از نظرمغزي فلزي 4-ازنظرپوشش

الكترود از نظرقطر: الكترود ها درقطرهاي 1 تا 10 ميليمتر وجود دارند اما پركاربردترين آنهاعبارتند از(2-3.2-4-5 ميليمتر)

الكترود از نظرطول: الكترودها در طول هاي 20تا50سانتيمتر وجوددارند.

الكترود ازنظرمغزي فلزي: 1-الكترود فولادي 2-الكترود آلياژي 3-الكترودچدني 4-الكترود فلزات رنگين 5-الكترود زغالي

الكترودازنظرپوشش: 1-روتيلي 2-قليايي 3-سلولوزي 4-اسيدي 5-مركب

موادتشكيل دهنده پوشش الكترود:

کنترل کیفیت و بازرسی [ویرایش]

طبق طبقه‌بندی استانداردهای مدیریت کیفیت (ایزو ۹۰۰۰)جوشکاری جزء فرآیندهای ویژه طبقه‌بندی شده‌است که این نشان‌دهندهٔ این است که برای کنترل کیفیت و تضمین کیفیت این فرآیند ویژه می‌باید پیش‌بینی‌های خاصی انجام داد. به این منظور پیش از عملیات جوشکاری تمام پارامترها دخیل در فرایند شامل مواد اولیه(آلیاژها)، دستگاه و تنظیمات آن، مواد مصرفی و جوشکار بر طبق استاندارد (ایزو 3834 ) مورد ارزیابی و بررسی و تایید قرار می گیرند

جستارهای وابسته [ویرایش]

• جوشکاری زیر آب
• جوشکاری انفجاری

منابع [ویرایش]

• ALTHOUSE، ANDEREW DANEL MODERN WELDING، ۱۹۷۶
• METAL HANDBOOK ۸th EDITION VOL.۶ WELDING&BRAZING، ۱۹۸۷

پیوند به‌بیرون [ویرایش]

وبلاگ مهندسی جوش _ محمدرضا فتحی

وب‌گاه تخصصی مهندسی جوش