فرآیند جوشکاری و روش ذوب

معرفی فرآیند جوشکاری و روش های ذوب تا غیر ذوب

صنعت جوشکاری یک فرآیند جوشکاری و روش ذوب ساخت میباشد که دو یا چند فلز را با استفاده از گرما، فشار یا هر دو به یکدیگر متصل می کند تا یک پیوند قوی و دائمی ایجاد کند. مواد قابل جوش به طور کلی شامل فلزات و ترموپلاستیک ها هستند، اما جوشکاری مواد دیگری مانند چوب نیز امکان پذیر است.جوشکاری مدرن در سال 1800 زمانی که سر همفری دیوی با استفاده از یک باتری و دو الکترود کربن به قوس الکتریکی برخورد کرد، پیشگام شد. از آن زمان، جوشکاری به اشکال بسیار متنوعی تبدیل شده است و راه را برای استفاده از آن در کاربردهای مختلف، از پروژه های کوچک DIY گرفته تا مجموعه های تولیدی در مقیاس بزرگ، هموار کرده است.

فرایند جوشکاری و روش ذوب در اکثر بخش‌های صنعت یک عنصر اصلی هستند بیایید نحوه کار و اصول فرآیند جوشکاری و روش های ذوب تا غیر ذوب را توضیح دهیم.

جوشکاری چگونه میباشد؟

جوشکاری فرآیندی با حرارت بسیار بالا است که مواد پایه را ذوب می کند. این همچنین عامل اصلی تمایز از لحیم کاری و لحیم کاری است که در آن فقط مواد پرکننده ذوب می شوند و هیچ ادغامی بین مواد اصلی رخ نمی دهد.

جوشکاری با اتصال دو یا چند قطعه کار به یکدیگر در دمای بالا انجام می شود. گرما باعث ایجاد حوضچه جوشی از مواد مذاب می شود که پس از سرد شدن به صورت یک تکه جامد می شود و یک جوش ایجاد می کند. جوش حتی می تواند قوی تر از فلزات اصلی باشد.

انواع مختلف جوشکاری وجود دارد، اما همه آنها شامل حرارت یا فشار برای ذوب فلزات برای ایجاد اتصالات جوشی هستند. منبع حرارت یا فشار ممکن است بسته به کاربرد و ماده مورد استفاده متفاوت باشد.

فلزات با توجه به اصول جوشکاری آسان و ساده به عنوان متداول ترین مواد جوش داده شده شناخته می شوند. جوشکاری پلاستیک نیز بسیار گسترده است، اما جوشکاری چوب تازه در مرحله نوپایی خود است.

فرآیند جوشکاری تحت تأثیر عوامل زیادی است، مانند نیاز به ابزار اضافی خاص، گازهای محافظ، الکترودهای جوشکاری و مواد پرکننده. بیایید نگاهی دقیق‌تر به برخی از رایج‌ترین روش‌های فرایند جوشکاری و روش ذوب که امروزه استفاده می‌شود داشته باشیم و دریابیم که چه چیزی هر یک از آنها را منحصر به فرد می‌کند.

انواع مختلف جوش

اگرچه مفهوم اساسی جوشکاری نسبتاً ساده است، ما آنها را بر اساس منبع انرژی مورد استفاده دسته بندی می کنیم. همانطور که این زیرمجموعه‌ها را حتی بیشتر می‌شکنیم، می‌توانیم عمیق‌تر به اصول عملیاتی پشت هر روش جداگانه بپردازیم.و به معرفی فرآیند  جوشکاری و روش ذوب بپردازیم.

جوش قوس الکتریکی

جوشکاری قوس الکتریکی شامل برخی از شناخته شده ترین فرآیندهای جوشکاری است و اینها به احتمال زیاد هنگام تجسم فرآیند جوشکاری به طور کلی به ذهن می رسد. در این فرآیندها، قوس الکتریکی بین الکترود و فلزی که قرار است جوش داده شود، گرما ایجاد می کند. الکترود ممکن است مصرفی یا غیر قابل مصرف باشد و منبع تغذیه آن می تواند از جریان متناوب (AC) تا جریان مستقیم (DC) متفاوت باشد.

جوشکاری MIG/MAG

فرآیند جوشکاری و روش ذوب

در جوشکاری قوس فلزی گازی (GMAW) که به عنوان جوشکاری MIG/MAG (گاز بی اثر فلز/گاز فعال فلز) نیز شناخته می شود، از یک الکترود سیم پیوسته که از طریق تفنگ جوش تغذیه می شود، استفاده می کند. همانطور که قوس الکتریکی سیم الکترود را ذوب می کند، سپس به همراه فلزات پایه در حوضچه جوش ذوب می شود.

گاز محافظ به طور همزمان به ناحیه جوش عرضه می شود تا یک لایه محافظ در برابر آلودگی جوی ایجاد کند.

سادگی این روش جوشکاری به آن اجازه می دهد تا یکی از انتخاب های ارجح برای جوشکاری صنعتی، تولید، ساخت و ساز و برای بخش خودرو باشد. GMAW تقریباً جایگزین جوشکاری هیدروژن اتمی (AHW) شده است، عمدتاً به دلیل در دسترس بودن گازهای بی اثر ارزان قیمت.

جوشکاری TIG

در جوشکاری گاز بی اثر تنگستن از یک الکترود تنگستن غیر مصرفی و یک گاز محافظ بی اثر استفاده می شود. برخلاف جوشکاری MIG/MAG، استفاده از فلز پرکننده جداگانه در جوش های TIG اختیاری است و بستگی به پروژه دارد.

فرآیند جوشکاری قوسی تنگستن گاز (GTAW) جوش‌های دقیق و باکیفیت با نفوذ زیاد ایجاد می‌کند و آن را برای چندین کاربرد مانند صنایع هوافضا و خودروسازی مناسب می‌کند. در حالی که جوشکاری TIG منحنی یادگیری تندتری نسبت به جوشکاری MIG دارد، بسیاری از ویژگی ها و عملکردهای قابل تنظیم جوشکار TIG آن را به یک فرآیند بسیار همه کاره تبدیل می کند.

جوشکاری قوس فلزی محافظ

جوشکاری قوس فلزی محافظ (SMAW) که به عنوان جوشکاری قوس فلزی دستی (MMAW/MMA) یا جوشکاری چوبی نیز شناخته می شود، از یک الکترود فلزی با روکش شار مصرفی برای اتصال فلزات استفاده می کند.

همانطور که الکترود را با فلز پایه برخورد می کنیم، قوسی ایجاد می کند که مواد موجود در حوضچه جوش را ذوب می کند. شار یک گاز محافظ آزاد می کند تا از فلز جوش در برابر آلودگی محافظت کند. رسوبات سرباره پس از فرآیند خنک سازی با استفاده از ابزارهای رایج فروشگاهی مانند برس سیمی حذف می شوند.

SMAW یک فرآیند جوشکاری قابل اعتماد است که تطبیق پذیری را در جوشکاری فلزات مختلف و شرایط مختلف ارائه می دهد. همچنین قابل حمل و سبک است، بدون نیاز به مخزن گاز مانند برخی از روش های جوشکاری دیگر که قبلا ذکر شد. الکترود جوشکاری به عنوان یک میله جوش ارائه می شود و آن را برای فضاهای تنگ و موقعیت های جوشکاری نامناسب می سازد.

جوشکاری قوسی با هسته شار

جوشکاری با هسته شار (FCAW) یک فرآیند خودکار یا نیمه اتوماتیک است که از یک الکترود جوشکاری استفاده می کند که حاوی یک هسته شار است که به عنوان یک عامل محافظ عمل می کند. حفاظت اضافی در برابر آلاینده ها FCAW دو محافظ نامیده می شود که در آن از یک گاز محافظ همراه با الکترود با هسته شار استفاده می شود.

FCAW برای فلزات آهنی و عملیاتی که نیاز به پیش تمیز کردن کمی دارند، مناسب است. بهترین کاربرد آن برای تعمیرات، لوله ها، کشتی سازی، جوشکاری در فضای باز و زیر آب است زیرا از آن در برابر شرایط خارجی محافظت می کند.

اگرچه FCAW و GMAW دو نوع جوش جداگانه هستند، تنها تفاوت عمده در محافظت از ناحیه جوش با استفاده از الکترودها و گازهای محافظ نهفته است.

جوشکاری گازی یا جوشکاری با سوخت اکسیژن یکی از قدیمی ترین انواع جوشکاری حرارتی است که از اکسیژن و گازهای سوخت برای اتصال سطوح فلزی استفاده می کند. در این روش جوشکاری معمولاً از استیلن یا بنزین به عنوان گاز سوخت استفاده می شود که آن را به جوشکاری اکسی استیلن، اکسی بنزین معروف می کند. گازهای دیگر مانند هیدروژن و پروپان را می توان برای لحیم کاری و لحیم کاری فلزات غیرآهنی استفاده کرد اما گرمای کافی برای ذوب فولاد تولید نمی کنند.

یکی از ویژگی های منحصر به فرد جوشکاری گازی این است که با برق کار نمی کند و در صورت در دسترس نبودن آن را به گزینه ای مناسب تبدیل می کند. این روش جوشکاری امکان همجوشی بین فلزات آهنی و غیرآهنی را فراهم می کند و امکان جوشکاری بخش های فلزی نازک و صفحات فولادی را فراهم می کند. یادگیری این فرآیند نسبتاً آسان است و طبیعتاً کم هزینه است.

هنگام تنظیم جریان گاز برای دستکاری مشخصات شعله می توان از همین تجهیزات برای برش اکسی سوخت استفاده کرد.

جوش پلاسما
جوش قوس پلاسما جوش قوس پلاسما

جوشکاری قوس پلاسما در مفهومی مشابه با جوشکاری TIG عمل می کند، اما مشعل به گونه ای طراحی شده است که گاز بی اثر در مسیری باریک و فشرده با سرعت بالاتری از نازل خارج می شود. پلاسما زمانی ایجاد می شود که قوس با گاز بی اثر برخورد می کند و با جریان یافتن به منطقه یونیزه می شود. این منجر به دمای جوش تا 28000 درجه سانتیگراد می شود که می تواند هر فلزی را ذوب کند. دمای بالای کارکرد مشعل های پلاسما (همراه با مشعل های گازی)، امکان استفاده از فرآیندها را برای جوشکاری و برش می دهد.

جوشکاری پلاسما یکی از تمیزترین تکنیک‌های جوشکاری است زیرا گرمای بسیار متمرکز یک مهره باریک ایجاد می‌کند که منجر به کمترین پاشش می‌شود. برای کاربردهایی مانند ساخت هوافضا که نیاز به دقت دقیق دارند، عالی است. جوشکاری پلاسما یکی از پرطرفدارترین فرآیندهای جوشکاری خودکار است، زیرا با هزینه های جاری کم عمل می کند و در عین حال جوش های دقیق و منظمی را ارائه می دهد.

جوشکاری زیر آب

جوشکاری زیرپوستی (SAW) مشابه SMAW عمل می کند که با استفاده از شار از فلز جوش محافظت می کند. فناوری جوش در پشت این فرآیند جوشکاری خودکار یا نیمه اتوماتیک از یک قیف شار جداگانه استفاده می کند که فلز پرکننده دانه ای را به جوش می ریزد.

این روش جوشکاری جوش های پایدار و تمیزی را ایجاد می کند که آن را بهتر از اکثر فرآیندهای جوشکاری دستی معمولی می کند. این یک انتخاب عالی برای فلزاتی مانند نیکل، فولاد و فولاد ضد زنگ است و اغلب برای تولید لوله‌ها، مخازن تحت فشار و دیگهای بخار استفاده می‌شود.

جوشکاری مقاومتی

در جوشکاری مقاومتی یا فشاری از اعمال فشار و جریان بین دو سطح فلزی برای ایجاد همجوشی استفاده می شود. قطعات کار در فشار بالا با جریانی که از نقطه تماس می گذرد در تماس با هم قرار می گیرند. مقاومت در فلزات باعث ایجاد گرما می شود که سطوح فلزی قطعه کار را با هم ذوب می کند.

جوش نقطه ای

جوشکاری نقطه‌ای مقاومتی (RSW) از دو الکترود برای فشار دادن فلزات روی هم‌پوشان استفاده می‌کند در حالی که جریان جوشکاری از طریق فلزات مقاوم اعمال می‌شود. گرما ایجاد می شود و سطوح فلزی به هم جوش می خورند و اتصال جوشی به شکل دکمه یا قطعه ایجاد می کنند.

فلزات با استفاده از مقادیر زیادی انرژی در یک بازه زمانی کوتاه (تقریباً 100-10 میلی ثانیه) ذوب می شوند و تقریباً فوراً به قطعات کار می پیوندند. ناحیه اطراف قطعه جوش در اثر گرمای بیش از حد آسیبی نمی بیند، بنابراین ناحیه متاثر از حرارت با جوش نقطه ای حداقل است.

جوش نقطه ای اغلب با استفاده از ربات های جوشکاری خودکار می شود. این باعث می شود که یکی از کارآمدترین روش های جوشکاری مورد استفاده در خطوط مونتاژ و در نتیجه انتخابی جذاب برای صنایع خودروسازی، الکترونیک و تولید باشد.

جوشکاری درز
درز جوش جوش درز

جوشکاری درز زیرمجموعه ای از جوشکاری نقطه ای است که از دو چرخ الکترود برای اعمال فشار در حالی که جریان از طریق قطعه کار اعمال می شود استفاده می کند. دستگاه جوش می تواند با اعمال جریان در فواصل زمانی، تک تک قطعات جوش را به قطعه کار ایجاد کند، یا بسته به پروژه می تواند پیوسته باشد.

اتصالات ایجاد شده توسط جوشکاری درز مقاومتی محکم هستند و فرآیند فوق العاده سریع و تمیز است، که آن را به گزینه ای ایده آل برای جوشکاری خودکار تبدیل می کند. صنعت ورق فلز از جوشکاری درز برای تولید قوطی های قلع، رادیاتورها و درام های فولادی استفاده می کند.

جوش لیزری
جوشکاری پرتو لیزر جوشکاری پرتو لیزر

جوشکاری پرتو لیزر (LBW) همانطور که از نام آن پیداست از پرتو لیزر به عنوان منبع گرمای متمرکز برای ذوب فلزات و ایجاد جوش استفاده می کند. چگالی توان بالای LBW باعث ایجاد مناطق کوچک متاثر از گرما می شود. اندازه نقطه لیزر از 0.2 تا 13 میلی متر است که آن را برای جوشکاری مواد با ضخامت های مختلف مناسب می کند و نتیجه بهتری نسبت به فرآیند جوشکاری معمولی ایجاد می کند.

جوشکاری لیزری به سرعت جوش های با کیفیت بالا را تحت تلرانس های ظریف ایجاد می کند. این فرآیند به طور کلی خودکار است و توسط صنایع خودروسازی، پزشکی و جواهرات استفاده می شود.

اگرچه ممکن است تصور شود که از آنجایی که مشعل های اکسی سوخت و پلاسما را می توان هم برای جوشکاری و هم برای برش استفاده کرد، این امر در مورد مشعل های لیزری نیز صدق می کند، اما معمولاً اینطور نیست. سر برش لیزری استاندارد نمی تواند برای جوشکاری استفاده شود و سر جوش لیزری نمی تواند سرعت برش و کیفیت مورد نیاز در اکثر کاربردهای صنعتی را برآورده کند.

جوشکاری پرتو الکترونی
جوشکاری پرتو الکترونی جوشکاری پرتوی الکترونی

جوشکاری با پرتو الکترونی (EBW) یک فرآیند جوشکاری ذوبی است که در آن الکترون های تولید شده توسط تفنگ الکترونی به سرعت های بالا شتاب می گیرند. پرتو الکترونی هنگام تماس با فلزات پایه گرمای جنبشی ایجاد می کند و باعث ذوب شدن آنها و تشکیل یک حوضچه جوش می شود. با سرد شدن اتصال یک جوش ایجاد می شود. این روش جوشکاری در خلاء کنترل شده برای جلوگیری از پراکندگی تیرها انجام می شود.

جوشکاری پرتوی الکترونی دقتی را ارائه می دهد و آن را به یک فرآیند ارزشمند برای کاربردهایی که نیاز به حداقل اعوجاج دارند تبدیل می کند. برخی از کاربردهای آن شامل قطعات الکترونیکی، قطعات هواپیما، مخازن ذخیره سازی و اجزای پل می باشد. EBW اجازه می دهد تا موادی را که مستعد آلودگی هستند جوش دهید.

جوشکاری اصطکاکی
جوش اصطکاکی جوشکاری اصطکاکی

جوشکاری اصطکاکی یک فرآیند حالت جامد است که همانطور که از نامش پیداست از اصطکاک برای ذوب فلزات استفاده می کند. برخلاف اکثر فرآیندهای جوشکاری، از مشعل جوشکاری، میله های جوشکاری یا گاز محافظ برای ایجاد جوش استفاده نمی کند. این فرآیند تنها از گرمای تولید شده از سرعت های چرخشی، ارتعاشی یا تماس جانبی بالا بین دو فلز تمیز برای ایجاد پیوند استفاده می کند. بقایای فلزی تشکیل شده در این روش پس از فرآیند خنک سازی حذف می شود.

تجهیزات جوشکاری مورد استفاده در جوشکاری اصطکاکی نسبت به سایر روش ها سازگارتر با محیط زیست هستند، زیرا بخارات مضر جوش را ساطع نمی کنند یا سموم را در جو آزاد نمی کنند. سادگی آن آن را به گزینه ای عالی برای جوشکاری مته ها، میله های اتصال، لوله های محور و شیرها تبدیل می کند.

ایمنی در جوشکاری

تمام فرآیندهای تولید با خطراتی همراه هستند و جوشکاری در اینجا مستثنی نیست. داشتن دانش مناسب و تجهیزات جوشکاری فرایند جوشکاری و روش ذوب.

جوشکاری یک فرآیند ساخت میباشد که دو یا چند فلز را با استفاده از گرما، فشار یا هر دو

برای محافظت از خود در برابر هر گونه خطر مهم است. در کنار انجام اقدامات احتیاطی ایمنی، استفاده از وسایل حفاظتی به روز مانند کلاه ایمنی مناسب، دستکش و غیره نیز به همان اندازه ضروری است.

البته متخصصان گوشت و خون هنوز بخش مهمی از فرآیند جوشکاری و روش ذوب هستند. فقط این است که آنها دیگر نیازی ندارند که از نزدیک با مواد یا تجهیزات ارتباط برقرار کنند تا کار را انجام دهند.

جمع بندی

امروزه، فن‌آوری‌های مدرن به بهبود چشمگیر ایمنی جوش کمک می‌کنند، کارگران را از مسیر آسیب دور می‌کنند و اتوماسیون را افزایش می‌دهند. به عنوان مثال، استفاده از ربات‌های شش محوره پیشرو در صنعت، اجازه می‌دهد حتی پیچیده‌ترین جوش‌ها را بدون نیاز به نیروی انسانی برای تعامل با ابزارها در حین عملیات اجرا کنند.
جوشکاری از زمان کشف آن در عصر برنز، زمانی که روش‌های اولیه جوشکاری فورجی توسعه یافت، راه طولانی را پیموده است. امروزه به ابزاری غیرقابل جایگزین تبدیل شده است که توسط علاقه مندان و صنایع بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد. و یکی از نیروهای محرکه شده ست تا فرآیند جوشکاری و روش ذوب .