جوشکاری قوس الکتریکی، که در بین مردم بیشتر به عنوان «جوشکاری» شناخته میشود، یکی از رایجترین و پرکاربردترین روشهای جوشکاری در صنایع مختلف است. به دلیل استفاده گسترده از این روش، معمولاً به آن «جوشکاری» میگویند و سایر روشهای جوشکاری با نام کاملشان شناخته میشوند. جوشکاری قوس الکتریکی برای متصل کردن انواع مقاطع فلزی مثل پروفیلهای مبلی، قوطیهای آهنی، ورقهای فولادی و دیگر اجزا به کار میرود و در صنایع مختلفی از جمله ساختمان، لولهکشی و تولید به طور گسترده استفاده میشود. در ادامه به بررسی جوشکاری قوس الکتریکی، انواع و کاربردهای آن میپردازیم.
جوشکاری قوس الکتریکی چگونه انجام میشود؟
جوشکاری قوسی با الکترود پوششدار (SMAW) یکی از روشهای پرکاربرد در اتصال قطعات فلزی است. این فرآیند که به نام جوشکاری با الکترود دستی نیز شناخته میشود، به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده میشود. در ادامه نحوه انجام این نوع جوشکاری را توضیح خواهیم داد.
مراحل جوشکاری قوس الکتریکی
● آماده سازی: برای آمادهسازی قبل از جوشکاری، ابتدا باید سطوحی که قرار است به هم جوش داده شوند، به دقت تمیز شوند. این شامل حذف هرگونه آلودگی، چربی، زنگزدگی، رنگ و سایر ذراتی است که ممکن است بر کیفیت جوش تأثیر بگذارد. استفاده از ابزارهایی مانند برس سیمی، سنباده یا حلالها برای پاکسازی این سطوح ضروری است.
● انتخاب الکترود: انتخاب الکترود به عوامل مختلفی بستگی دارد: نوع فلز پایه تعیین میکند که الکترود باید چه ترکیبی داشته باشد تا پیوند قوی و بدون نقص ایجاد شود. ضخامت فلز نیز مهم است؛ فلزات ضخیمتر نیاز به الکترودهای با قطر بیشتر دارند. شرایط محیطی، موقعیت جوشکاری و نوع جریان الکتریکی هم تأثیرگذارند.
● تنظیم دستگاه جوش: برای تنظیم دستگاه جوش، پارامترهایی مانند جریان، ولتاژ و قطبیت باید بر اساس نوع الکترود و ضخامت فلز انتخاب شوند. جریان تعیین میکند که حرارت چقدر سریع تولید شود، ولتاژ به کنترل قوس کمک میکند و قطبیت، نوع جوشکاری را تعیین میکند. تنظیم صحیح این پارامترها برای دستیابی به جوش با کیفیت ضروری است.
● ایجاد قوس الکتریکی: در فرایند ایجاد قوس الکتریکی، وقتی الکترود با قطعه کار تماس پیدا میکند و سپس جدا میشود، اختلاف ولتاژ بین آنها باعث ایجاد قوس الکتریکی میشود. این قوس دمای بالایی تولید میکند که برای ذوب و جوشکاری مواد استفاده میشود. کنترل دقیق فاصله و جریان، برای کیفیت جوش بسیار مهم است.
● تشکیل حوضچه مذاب: قوس الکتریکی با تولید گرمای شدید، الکترود و فلز پایه را ذوب میکند. این فرایند باعث تشکیل حوضچهای از فلز مذاب در محل اتصال میشود. با سرد شدن این حوضچه، فلز منجمد شده و یک اتصال محکم ایجاد میشود. این روش در جوشکاری برای ایجاد اتصالات قوی و دائمی به کار میرود.
● حرکت الکترود: در فرآیند جوشکاری، جوشکار با حرکت دادن الکترود در امتداد درز جوش، حوضچه مذاب ایجادشده را گسترش میدهد. این حرکت کنترلشده به جوشکار امکان میدهد تا مواد ذوبشده را بهطور یکنواخت در طول درز جوش پخش کند و از ایجاد جوش محکم و یکنواخت اطمینان حاصل کند. حرکت الکترود نقش مهمی در کیفیت نهایی جوش دارد.
● سرد شدن و انجماد: پس از خاموش شدن قوس الکتریکی در جوشکاری، فلز مذاب در حوضچه به تدریج سرد شده و جامد میشود. این فرآیند باعث تشکیل یک اتصال محکم و دائمی بین دو قطعه کار میشود. سرد شدن فلز مذاب، استحکام و پایداری اتصال را تضمین میکند و آن را برای تحمل بارها و فشارهای مکانیکی آماده میسازد.
انواع جوشکاری قوس الکتریکی
در ادامه، به توضیح چند مورد از معمولترین روشهای جوشکاری قوس الکتریکی که در صنعت مورد استفاده قرار میگیرند، خواهیم پرداخت:
1.جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود روکش دار
جوشکاری قوس الکتریکی SMAW که به نام جوشکاری با الکترود روکش دار نیز شناخته میشود، یکی از روشهای رایج در تولید قطعات فلزی است. این روش به طور عمده به صورت دستی انجام میشود و برای اتصال بخشهای سازهای که به راحتی قابل دسترسی هستند، مناسب است. در این نوع جوشکاری، جرقه ای الکتریکی بین الکترود و سطح فلز ایجاد میشود که گرمای زیادی تولید میکند. این گرما باعث ذوب شدن الکترود و فلز پایه شده و حوضچهای از فلز مذاب در محل اتصال به وجود میآید. جوشکار با حرکت دادن الکترود در طول درز جوش، این حوضچه را پیش میبرد و فلز مذاب به مرور زمان سرد شده و جامد میشود و در نتیجه دو قطعه فلزی به یکدیگر متصل میشوند.
این روش برای جوشکاری قطعات فلزی با ضخامت بیش از ۲ میلیمتر مناسب است و به دلیل سادگی و هزینه کمتر، در صنایع مختلف به طور گستردهای استفاده میشود.
2.جوش قوس الکتریکی با پودر مغزی
جوش قوس الکتریکی با سه روش خودکار، نیمه خودکار و ماشینی انجام میشود. در این فرآیند، یک قوس الکتریکی بین الکترود یا سیم مصرفی به طور مداوم تغذیه میشود و قطعه کار ایجاد میشود. این فرآیند یک پوشش از شار قابل ذوب تولید میکند که گاز محافظی برای محافظت از سطح کار فراهم میکند. این پوشش به هنگام ذوب شدن، رسانای جریان الکتریکی میشود و بین الکترود و قطعه کار جریان الکتریکی برقرار میکند. این ویژگی شار الکتریکی بسیار مفید است، زیرا مانع از پاشش قوس و جرقه میشود و همچنین از بخار و اشعه ماوراء بنفش جلوگیری میکند.
3.جوش قوسی با گاز محافظ
این نوع جوشکاری قوسی با استفاده از الکترود بدون پوشش و گاز محافظ برای جلوگیری از تماس هوا با حوضچه مذاب انجام میشود. این روش برای بیشتر آلیاژهای فلزی معمول مانند فولاد، آلومینیوم، مس و برنج مناسب بوده و میتواند به صورت دستی، خودکار یا نیمه خودکار انجام شود. این روش جوشکاری با توجه به نوع گاز محافظ به دو دسته تقسیم میشود.
● MIG: در روش MIG از گازهای محافظ خنثی مثل هلیوم یا آرگون بهرهگیری میشود. این روش برای جوشکاری فولاد ضد زنگ، آلومینیوم، منیزیم و مس مناسب است.
● MAG: در روش MAG، از ترکیبی از گازهای بیاثر و فعال مانند آرگون و دیاکسید کربن استفاده میشود. این تکنیک برای جوشکاری فولادهای کمکربن و فولادهای آلیاژی مناسب است.
4.جوشکاری قوس با الکترود توپودری
جوشکاری قوس با الکترود توپودری (FCAW)، که به عنوان جوشکاری با هسته شار دار نیز شناخته میشود، یکی از تکنیکهای جوشکاری قوس الکتریکی است. در این روش از الکترودهای مصرفی توخالی پر شده با مواد مغذی و شار استفاده میشود. این روش برای جوشکاری انواع فلزات از جمله فولاد، آلومینیوم، مس و چدن مناسب است و به دو نوع مختلف تقسیم میشود.
● خود محافظ: در این تکنیک از شار موجود در الکترود برای حفاظت از حوضچه مذاب استفاده میشود.
● گاز محافظ: در این روش، علاوه بر شار موجود در الکترود، از گاز محافظ خارجی نیز برای محافظت از حوضچه مذاب بهره برده میشود.
5.جوشکاری با الکترود تنگستن
جوشکاری قوسی تنگستن گازی (GTAW)، که به نام جوشکاری TIG (تنگستن گازی غیر فعال) نیز شناخته میشود، یکی از انواع روشهای جوشکاری قوس الکتریکی است. در این تکنیک، از یک الکترود تنگستن غیرمصرفی برای ایجاد قوس الکتریکی استفاده میشود. قوس الکتریکی در این روش هم فلزات را ذوب میکند و هم به عنوان حفاظی برای محافظت از جوش در برابر تماس با هوا عمل میکند تا از اکسیداسیون و کاهش کیفیت جلوگیری کند. این روش جوشکاری به دلیل تولید جوشهای با کیفیت بالا، ظاهر جذاب و توانایی جوشکاری فلزات نازک، در صنایع مختلف کاربرد دارد. با وجود برخی از معایب آن، این روش به ایجاد اتصالات دقیق و مقاوم برای فلزات حساس، به ویژه آلومینیوم، استیل ضد زنگ و مس، کمک میکند.
6.جوشکاری قوس پلاسما
جوشکاری قوس پلاسما یکی از روشهای جوشکاری قوس الکتریکی است که در آن برای تولید پلاسمای داغ از گازها و الکترودهای یونیزه شده بهره برده میشود. این روش شباهت زیادی به جوشکاری TIG دارد، با این تفاوت که در جوشکاری پلاسما، قوس الکتریکی به خاطر اینکه الکترود در بدنه مشعل جوش قرار دارد، از پوشش گاز محافظ جدا است. این امر باعث میشود که گرمای قوس به صورت متمرکزتر به نقطه اتصال اعمال شود و حوضچه مذاب عمیقتر و باریکتر تشکیل شود.
7.جوشکاری قوس کربن
جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود کربنی (CAW) که به نام جوشکاری با الکترود گرافیتی نیز شناخته میشود، یکی از روشهای قدیمی جوشکاری قوس الکتریکی است. در این روش، از قوس الکتریکی بین یک الکترود کربن غیرمصرفی و قطعه کار برای ذوب فلزات و ایجاد اتصال میان آنها استفاده میشود. این روش در ابتدا به عنوان نخستین نوع جوشکاری قوس الکتریکی به کار میرفت، اما با ظهور تکنیکهای مدرنتر و ایمنتر، به دلیل معایبی چون تولید دود و گازهای مضر، پاشش جرقه و دشواری در کنترل قوس الکتریکی، استفاده از آن به طور چشمگیری کاهش یافته است.
مزایای جوشکاری قوس الکتریکی
جوشکاری قوس الکتریکی دستی (SMAW) به خاطر مزایای زیادی که دارد، یکی از پرطرفدارترین روشهای جوشکاری در صنایع مختلف به شمار میآید. این تکنیک به ویژه برای پروژههای ساختمانی، تعمیرات و صنعت خودرو بسیار مناسب است.
یکی از مزایای اصلی SMAW، سادگی و سهولت استفاده از آن است. به دلیل نیاز به تجهیزات محدود و آموزش کمتر نسبت به سایر تکنیکها، SMAW گزینهای ایدهآل برای کارگاههای کوچک و پروژههای بزرگتر محسوب میشود. این روش همچنین دارای انعطافپذیری بالایی است و میتواند برای جوشکاری انواع مختلف مواد مانند فولاد کربنی، فولاد آلیاژی و آهن مورد استفاده قرار گیرد.
مزیت دیگر SMAW، توانایی کار در محیطهای مختلف است. این روش نیازی به گاز محافظ ندارد و میتواند در محیطهای باز، زیر آب و حتی در شرایط باد و باران استفاده شود. علاوه بر این، SMAW هزینههای اجرایی کمتری نسبت به روشهای دیگر دارد، زیرا الکترودهای مصرفی آن ارزانتر هستند و به تجهیزات پیچیدهای نیاز ندارد.
جوشهای تولیدشده از روش SMAW در نهایت از کیفیت بالایی برخوردارند و مقاومت خوبی در برابر خوردگی و تنشهای مکانیکی دارند. این خصوصیات باعث شده است که SMAW به عنوان یک تکنیک جوشکاری مؤثر و اقتصادی در صنایع مختلف به رسمیت شناخته شود.
معایب جوشکاری قوس الکتریکی
با وجود اینکه جوشکاری قوس الکتریکی دستی (SMAW) مزایای زیادی دارد، اما محدودیتها و چالشهایی نیز وجود دارند که باید در نظر گرفته شوند. محدودیتهای موجود ممکن است بر انتخاب این روش برای پروژههای خاص تأثیرگذار باشند.
محدودیت اصلی SMAW نسبت به روشهای دیگر مانند GMAW یا FCAW، سرعت کمتر جوشکاری است. در این روش، نیاز به تعویض مکرر الکترودها وجود دارد که میتواند بر زمان و بهرهوری تأثیر بگذارد. این مشکل به ویژه در پروژههای بزرگ و پیچیده قابل توجه است.
در روش SMAW، یکی از محدودیتهای دیگر نیاز به مهارت بالا از سوی جوشکار است. برای دستیابی به جوشکاری با کیفیت در این روش، تسلط و دقت زیاد ضروری است، زیرا کنترل قوس الکتریکی و نگهداری صحیح الکترود به تجربه نیاز دارد. این موضوع میتواند به افزایش هزینههای آموزشی و نیاز به نیروی کار ماهر منجر شود.
جوشکاری SMAW معمولاً تولید دود و بخارات زیادی میکند که میتواند برای سلامت جوشکاران مضر باشد و نیاز به تهویه مناسب و تجهیزات حفاظتی داشته باشد. این موضوع ممکن است به هزینههای اضافی برای کارگاهها منجر شود.
علاوه بر این، SMAW در شرایط محیطی خاصی مانند دماهای بسیار پایین یا مواد خاص ممکن است با محدودیتهای عملکردی مواجه شود. این مشکلات میتوانند انتخاب این روش را برای برخی پروژهها محدود کنند و نیاز به ارزیابی دقیقتری از شرایط و نیازهای پروژه ایجاد کنند.
● جوشکاری به این روش به طور کلی سرعت کمتری نسبت به سایر تکنیکها دارد.
● این نوع جوشکاری نیازمند تخصص و مهارت بالای جوشکار است.
● این روش به طور معمول باعث تولید مقدار زیادی دود و بخار میشود که ممکن است برای سلامت جوشکاران مضر باشد.
● در نهایت، روش SMAW ممکن است تحت شرایط محیطی خاص، مانند دماهای پایین یا مواد ویژه، با محدودیتهای عملکردی روبرو شود.
چالش ها و رویکردهای پیش رو
با پیشرفت فناوری، جوشکاری قوس الکتریکی نیز در حال تحول است. امروزه، استفاده از سیستمهای اتوماسیون و کنترلهای دقیقتر دما به افزایش کیفیت جوش کمک کرده و امکان جوشکاری در شرایط دشوارتر را فراهم کرده است. همچنین، الکترودهای جدید با پوششهای پیشرفته که بازدهی بالاتر و خواص مکانیکی بهتری ارائه میدهند، به تدریج توسعه یافتهاند.
برای دستیابی به حداکثر بازده از جوشکاری قوس الکتریکی، انتخاب صحیح الکترود، درک دقیق از منحنیهای ولتاژ-جریان و داشتن آموزش و تجربه کافی در جوشکاری اهمیت زیادی دارد. این فناوری همچنان به عنوان یک مهارت اساسی در صنعت مدرن شناخته میشود و پیشبینی میشود که با پیشرفتهای بیشتر، به عنوان یک ابزار انعطافپذیر و قدرتمند در صنعت ساخت و ساز باقی بماند.
سخن پایانی
جوشکاری قوس الکتریکی (SMAW) به عنوان یک روش معتبر و متداول در صنایع مختلف، همچنان نقش حیاتی در ساخت و تعمیر انواع سازهها و قطعات فلزی ایفا میکند. با وجود چالشهایش، از جمله نیاز به مهارتهای بالا و ضرورت پاکسازی پس از جوشکاری، مزایای آن مانند انعطافپذیری، قابلیت حمل و استفاده در شرایط مختلف، این فرایند را به یکی از متنوعترین و کاربردیترین روشهای جوشکاری در دنیای مدرن تبدیل کرده است. همچنین، با پیشرفت تکنولوژیها و روشهای جدید، انتظار میرود که جوشکاری قوس الکتریکی به گونهای کارآمدتر و دقیقتر توسعه یابد تا نیازهای خاص و پیچیده صنایع آینده را برآورده کند.
