جوش

۵-۱ مقدمه:
جوشكاري عبارت است از اتصال و يكپارچه كردم مصالح به يكديگر به كمك حرارت با و يا بدون استفاده از فشار و يا مواد پر كننده اضافي.
براي ذوب فلز مبنا و ماده جوش حرارت به كار مي رود، تا مواد سيال شده و تداخل آنها عملي گردد.
معمول ترين روش هاي جوشكاري، خصوصاً براي جوش فولاد ساختماني، از انرژي برق به عنوان منبع حرارتي است. بدين منظور اغلب از قوس الكتريكي استفاده مي شود. قوس الكتريكي عبارت است از يك تخليه جريان نسبتاً بزرگ بين الكترود و فلز مبنا كه از ميان ستوني و مواد گازي يونيزه به نام پلاسما انجام مي پذيرد.
در جوش قوس الكتريكي عمل ذوب و اتصال يا جريان مواد در طول قوس، و بدون اعمال فشار صورت مي گيرد.
جوشكاري با استفاده از قوس الكتريكي

جوش هاي قوس الكتريكي با الكترودروكشدار يكي از مهمترين، ساده ترين و شايد كارآمد ترين جوشي است كه براي فولاد ساختماني به كار مي رود. در محاورات فني، اين روش به نام جوش دستي با الكترود خوانده مي شود.
حرارت با برقرار نمودن قوس الكتريكي بين يك الكترود روكش دار و اجزايي كه بايد متصل شوند، ايجاد مي گردد. مدار جوشكاري در شكل ال- به نمايش درآمده است.

در جريان جوشكاري با ذوب الكترود و انتقال به فلز مبنا، الكترود روكشدار مصرف مي شود. فلز الكترود تبديل به ماده پر كننده شده و قسمتي از روكش به گاز حافظ وقسمت ديگر آن به گل جوشكاري تبديل مي شود. روكش، مخلوطي گل مانند مانند از سيليكات هاي سخت كننده و مواد گردي مانند فلورايد ها، كربنات ها، آلياژهاي فلزي و سلولز است. اين مخلوط پخته و فشرده شده تا روكشي سخت و خشك و متراكم را به وجودآورد.
روكش الكترود م يتواند وظايف زير را نيز به عهده داشته باشد:

۱- با ايجاد سپر گازي، هوا را جدا ساخته و قوس را تثبيت كند.
۲- مواد ديگري مانند احيا كننده ها را وارد جوش نمايد تا بافت ساختماني آن را بهبود بخشد.
۳- با ايجاد يك روكش از گل جوشكاري روي حوضچه مذاب و جوش سخت شده آنها را در مقابل اكسيژن و نيتروژن هوا محافظت كرده و در ضمن مانع سرد شدن سريع جوش گردد.
در استانداردهاي مختلف براي نشان دادن انواع الكترود از علائم گوناگون استفاده مي شود، به عنوان مثال استاندارد انجمن جوشكاري آمريكا، علامت ها را با حروف E شروع مي كنند، كه با يك عدد چهار يا پنج رقمي دنبال مي گردند. دو رقم اول سمت چپ معرف مقاومت كششي فلز الكترود برحسب هزار پوند بر اينچ مربع مي باشد. به طور مثال الكترودهاي نشان داده شده به صورت E60 XX داراي مقاومت كششي psi60000 (4200 كيلوگرم بر سانتي متر مربع) در فلز جوش است. اعداد بعدي كه با XX نمايش داده شده اند نمايشگر عوامل موثر ديگر مانند وضعيت جوشكاري، منبع توصيه شده براي تامين الكتريسيته، جنس روكش و مشخصات قوس الكتريكي مي باشند. اين استاندارد تا حدود زيادي در ايران متداول شده است و در اين بحث نيز از علائم آن استفاده شده است.

جدول انواع الكترودهاي روكشدار سازگار با انواع مختلف فولاد ساختماني را مشخص مي سازد. در جوشكاري فولادهاي پر كربن و يا كم آليژ به روش قوس الكتريكي با الكترود روكش دار، براي همه فولادهاي ساختماني استفاده از الكترود هاي كم هيدروژن توصيه مي گردد. اين الكترود مفتولي با پوشش سود يا آهك مي باشد. مشخصات مكانيكي جوش هاي به دست آمده از جوشكاري با اين الكترود كيفيتي بالاتر از انواع ديگر جوش اتس.

روش هاي ديگر جوشكاري با قوس الكتريكي اغلب به صورت اتوماتيك انجام مي شوند، عبارتند از جوشكاري تحت حفاظت گاز، و جوشكاري با فلوس مغزي كه براي تشريح آنها بايد به كتب تخصصي مراجعه نمود. در اين روش الكترودها به صورت مفتول پيوسته عاري از روكش بوده و عمل پوشش را پودر و يا گاز CO2 انجام مي دهد.
جوش پذيري فولادهاي ساختماني

اغلب فولادهاي ساختماني استاندارد را مي توان بدون تدابيرخاص و استفاده از روش هاي معين جوش نمود. جوش پذيري فولاد، مشخصه درجه سهولت ايجاد يك اتصال ساختماني سالم و بدون ترك است. بعضي از انواع فولادهاي ساختماني براي جوشكاري از انواع ديگر مناسب تر است. جدول تركيب شيميايي ايده آل فولادهاي كربن دار را به نمايش مي گذارد. اغلب فولادهاي نرمه در اين رده جاي مي گيرند، در حالي كه مقادير مطلوب براي فولادهاي پر مقاومت ممكن است از حدود تحليلي ايده آل نمايش داده شده در جدول تجاوز كند.
انواع اتصال هاي جوشي

اگرچه در عمل انواع و تركيبات مختلفي از انواع اتصال يافت مي شود، ولي پنج نوع اتصال جوش اصلي وجود دارد كه عبارتند از لب به لب، رويهم، سپري، گونيا و پيشاني.
اتصالات لب به لب

اتصال لب به لب اغلب براي متصل ساختن انتهاي ورق هاي مسطح با ضخامت هاي نسبتاً مساوي مورد استفاده قرار مي گيرند. امتياز اين نوع اتصال اجتناب از خروج از مركزيتي است كه در اتصال هاي رويهم يك طرف مانند شكل به وجود مي آيد. وقتي كه در اتصال لب به لب از جوش شياري با نفوذ كامل استفاده شود، اندازه اتصال به حداقل خود رسيده و ظاهر آن بسيار خوشايندتر از انواع ديگر اتصال مي گردد.

اتصال پوشش (رويهم)
اتصال پوششي كه انواع آن در شكل نمايش داده شده، معمول ترين نوع اتصال است. اين اتصال دو مزيت عمده دارد:
۱- سادگي جفت و جور كردن: ساخت قطعات اين نوع اتصال احتياج به وقت زياد، به ميزاني كه د رانواع ديگر اتصالات جوشي مورد نياز است. قطعات مي توانند بر روي هم كمي جابجا گردند تا خطاهاي كوچك ساخت را پوشانده يا تنظيم طول را عملي سازند.
۲- سادگي اتصال دادن: لبه هاي قطعات متصل شونده احتياج به آمادگي خاصي ندارند و اغلب برش عادي خورده يا با شعله بريده مي شوند. در اتصال پوششي اغلب از جوش گوشه استفاده مي گردد.

 

اتصال گونيا
اتصال گونيا عمدتاً در ساخت مقاطع جعبه اي مستطيلي شكلي كه تيرها و ستون هاي مقاوم در برابر پيچش را تشكيل مي دهند مورد استفاده قرار مي گيرد.
اتصال پيشاني
اتصال پيشاني اغلب نقش سازه اي به عهده ندارند، مورد استفاده آن معمولا در نگهداري دو يا چند صفحه در يك سطح و يا نگهداري امتداد اوليه است.
انواع جوش

چهار نوع از جوش ها كه در شكل نشان داده شده اند عبارتند از: جوش شياري، جوش گوشه، جوش كام و جوش انگشتانه. هر نوع جوشي مزيت هايي مخصوص به خود دارد ه دامنه كاربرد آن را تعيين مي نمايد. نسبت تقربي استفاده از اين چهار نوع جوش در ساخت اتصالات ساختماني به اين ترتيب است: جوش شياري ۱۵ درصد، جوش گوشه ۸۰ درصد، و در ۵ درصد بقيه موارد جوش هاي كام و انگشتانه و انواع ديگر جوش هاي مخصوص به كار مي روند.
جوش هاي شياري

مورد استفاده اصلي جوش شياري متصل ساختن قطعات سازه اي است كه در روي يك سطح و در امتداد هم قرار گرفته اند. از آنجا كه جوش هاي شياري اغلب به منظور انتقال كل نيروي قطعاتي به وسيله اي جوش متصل مي شوند مورد استفاده قرار مي گيرند. لذا بايد جوش از مقاومتي هم اندازه با مقاومت قطعات متصل شونده، برخوردار باشد. چنين جوش شياري به عنوان جوش شياري با نفوذ كامل شناخته مي شود.

وقتي كه درز جوش چنان طراحي شود كه جوش شياري در تمامعمق قطعات متصل شونده گسترش نيابد به چنين جوشي جوش شياري با نفوذ نسبي اطلاق مي شود. در طراحي اين جوش ها الزامات خاصي را بايد در نظر داشت.

لبه درز جوش در غلب جوش ها شياري بايد به طرز مخصوصي آماده گردد. نام گذاري انواع جوش شياري نيز با توجه به اين امر انجام شده است. شكل انواع معمول جوش شياري را به نمايش گذاشته و نحوه ساختن شيار جوش را در هر يك مشخص مي سازد. انتخاب جوش شياري مناسب به روند جوشكاري مورد استفاده هزينه آماده كردن لبه درزهاي جوش، و هزينه خود جوش بستگي دارد. از جوش شياري همچنين مي توان در ساخت اتصالات سپري استفاده نمود.

جوش گوشه
جوش گوشه به خاطر اقتصادي بودن آن سادگي به كارگيري و قابليت استفاده از آن در اغلب موارد جوشكاري، از تمام انواع ديگر جوش بيشتر به كار مي روند.
بعضي از موارد استفاده جوش گوشه در شكل به نمايش گذاشته شده است. در اين نوع اتصالات به خاطر رويهم گذاري قطعات احتياج به دقت كمتري در جفت و جور كردن مي باشد. در حالي كه در مورد جوش شياري بايد قطعات را به دقت در يك امتداد قرار داده و شكافي در ريشه بين آنها باقي گذاشت. جوش گوشه به خصوص براي جوشكاري در محل نصب و يا براي جفت كردن دوباره اعضا يا اتصالاتي كه قبلاً با رواداري هاي قابل قبولي ساخته شده اند ولي موقع نصب دقيقاً با هم جفت و جور نمي شوند، از مزيت هاي زيادي برخوردار است.

جوش هاي كام و انگشتانه
جوش هاي كام و انگشتانه را مي توان به تنهايي در اتصالاتي نظير آنچه در شكل هاي نمايش داده شده، مورد استفاده قرار داد، يا در تركيب با جوش گوشه مانند شكل به كار گرفت. يكي از موارد استفاده جوش كام و انگشتانه، انتقال برش در اتصالات پوششي است كه اندازه اتصال، طول جوش گوشه يا ديگر انواع جوش را محدود مي نمايد. جوش هاي كام و انگشتانه همچنين براي جلوگيري از كمانش قسمت هاي روي هم گذاشته شده به كار مي آيند.
عواملي كه در كيفيت اتصالات جوشي موثرند.

دستيابي به يك اتصال جوشي رضايت بخش، احتياج به كار گروهي و تركيب چندين تخصص مختلف دارد، كه از طراحي اتصال و انتخاب نحوه جوشكاري شروع شده، و با انجام عمليات جوشكاري پايان مي يابد. مهندس طراح سازده بايد از عوامل موثر در كيفيت جوشكاري مطلع بوده، آنها را در طرح اتصالات خود به كار گيرد.
الكترود مناسب، وسايل جوشكاري و روشهاي كار

بعد از آنكه الكترود سازگار با مقاومت قطعات فولادي كه قصد اتصال آنها به هم را داريم، انتخاب شد، قطر الكترود جوشكاري بايد انتخاب گردد. قطر الكترود مورد استفاده براساس اندازه جوش مورد نظر و جريان اكلتريكي خروجي از دستگاه جوشكاري، انتخاب مي شود از آنجا كه اغلب دستگاه هاي جوشكاري تنظيم كننده هايي براي كم كردن جريان خروجي دارند، به جاي الكترودهاي با قطر زياد مي توان از الكترودهاي كوچكتر استفاده كرد.

چون در جوش قوس اكلتريكي فلز جوش به وسيله ميدان الكترومغناطيسي و نه به واسطه وزن خود در درز جوش جا مي گيرد، پس دامنه جوشكار به موقعيت هاي افقي با تخت محدود نمي گردد. چهار وضعيت اصلي جوشكاري، در شكل نمايش داده شده است. طراح تا آنجا كه ممكن است بايد از حالت جوش سقفي اجتناب كند، چه اين وضعيت از تمام حالات ديگر جوشكاري مشكل تر است. جوش هايي كه در كارخانه و بر روي زمين اجرا مي شوند اغلب در وضعت تخت يا افقي انجام مي گيرند، ولي جوش هاي در محل مناسب نصب بسته به شكل اتصال ممكن است در هر وضعيتي اجرا شوند. وضعيت جوشكاري در كارگاه بايد به وسيله طراح به دقت مورد مطالعه قرار گيرد.

۳-متعادل ساختن نيورهاي انقباض به وسيله:
الف) استفاده از تفارن در جوشكاري، (جوش هاي گوشه در دو طرف يك قطعه اثر يكديگر را خنثي مي نمايند).
ب) استفاده از جوشكاري با ترتيب متناوب
ت) استفاده از گيره و بسته. اين وسايل باعث كش آمدن فلز جوش در حين سرد شدن آن مي گردد.
معايب احتمالي جوش

در صورتي كه روش ها و فنون صحيح جوشكاري به كار گرفته نشود تعدادي معايب ممكن است و اثر گيسختگي هاي داخل فلز جوش به وجود آيد. بعضي از معايب رايج عبارتنداز:
ذوب ناقص
ذوب ناقص عبارتند از عدم تداخل كامل فلز پايه و فلز جوش مجاور ان. اين عيب ممكن است در اثر تميز بودن سطوحي كه بايد به يكديگر متصل گردند و پوشيده بودن آنها از گرد و خاك ، گل و جوش، زنگ زدگي يا هر دو عامل خارجي ديگري اتفاق بيفتد. علت ديگري وقوع اين عيب استفاده از وسايل جوشكاري با شدت جريان كم و بنابراين نرسيدن فلز مبنا به نقطه ذوب آن مي باشد. سرعت زياد جوشكاري نيز درست همين تاثير را به جا مي گذارد.