انواع جوشكاري

جوشكاري اصطكاكي
مقدمه
در تكنولوژي پيشرفته امروزي اتصال قعات فلزي بيكديگر بوسيله روشهاي مختلف جوشكاري نقش اساسي دارد .
انتخاب روش جوشكاري به عوامل مختلف از قبيل جنس و شكل دو قطعه مورد اتصال . هزينة ساخت ، سرعت عمل و غيره بستگي دارد . گاهي در صنعت لازم است يك فرآورده داراي قسمتهائي با مشخصات فيزيكي مختلف مثل فولاد سخت و فولاد معمولي باشد كه بوسيلة جوشكاري يكپارچه شوند و در برخي موارد لازم است حتي دو قطعه فلز غيرهمجنس مثل آلومينيوم به فولاد و يا مس به فولاد و يا فولاد به تنگستن بوسيله جوشكاري با كيفيت رضايتبخش اتصال يابند .
براي اتصال دو يا چند قطعه در مواردي كه در بالا ذكر شد از جوشكاري اصطكاكي استفاده مي شود در اين مقاله اصول جوشكاري اصطكاكي تشريح شده و مثالهائي از موارد استعمال اين نوع جوشكاري درج گرديده است تا ضمن آشنائي با جوشكاري اصطكاكي ، اهميت و گسترش آن در رشته هاي مختلف صنايع روشن گردد .

اصول جوشكاري
در جوشكاري اصطكاكي يكي از دو قطعه مورد جوشكاري نسبت بديگري چرخانده ميشود و سپس دو قطعه با يك نيروي محوري بيكديگر فشرده ميشوند در اثر اصطكاك بين دو سطح كه بيكديگر ماليده مي شوند حرارتي ايجاد مي شود كه باعث نرم شدن ( پلاستيكي شدن ) دو قطعه مي گردد . آن وقت دو قطعه نرم شده بيكديگر فشرده شده و در جهت شعاعي تغيير فرم مي دهد .

پس از مدتي ضمن اينكه دو قطعه بهم فشرده شده اند دوران قطعه متحرك متوقف ميشود و بدين ترتيب دو قطعه پس از سرد شدن بيكديگر جوش خورده و يكپارچه ميشوند . مطالعات نشان داده است كه درجه حرارت متوسط سطوح تماس هميشه كمتر از نقطه ذوب هر دو قطعه مورد اتصال ميباشد و بنابراين اتصال دو قطعه در جوشكاري اصطكاكي از طريق نفوذ بيشتر از طريقه ذوب صورت ميگيرد يعني ماده در تماس بحالت پلاستيكي در مي آيد ولي ذوب نمي شود و بهمين جهت مي توان گفت جوشكاري در فاز جامد صورت مي گيرد .

ساختمان و طرز كار دستگاه
ماشين جوش اصطكاكي از سه قسمت اصلي تشكيل ميشود .
۱ـ گيرنده ثابت براي گرفتن يك قطعه جنس مورد نظر
۲ـ سه نظام دوار براي گرفتن و چرخاندن قطعه ديگر جسم مورد جوشكاري .
۳ـ دنده هائي كه بطور اتوماتيك و هيدروليكي براي بوجود آوردن نيروي لازم جهت فشار دادن دو قطعه جسم بيكديگر و ايجاد اصطكاك و حرارت جوش بكار مي آيند .
دو قطعه جسم بترتيب به سه نظام و گيره ثابت محكم شده در حاليكه گيره ثابت بجلو رانده ميشود سه نظام شروع بچرخاندن قطعه ديگر مي كند . وقتي دو قطعه جسم بيكديگر برخورد مي كند ابتدا اكسيده ها كثافات و برجستگي هاي دو سطح بريده و از بين مي رود و در اثر ازدياد فشار و اصطكاك حرارت دو سطح بالا رفته و بلافاصله سطح دو قطعه بحالت پلاستيكي ميرسد .

ماسك جوشكاري
در موقع جوشكاري پس از برقراري قوس الكتريكي بين الكترود و فلز مبنا نور خيره كننده اي ايجاد مي شود كه حاوي اشعه ماوراء بنفش و مادون قرمز بوده و براي قسمتهاي بي حفظ بدن مخصوصاً چشمهاي خيلي مضر مي باشد . بنابراين بايستي از قسمتهاي لخت بدن بخصوص چشمها مواظبت كرد . وسيله اي كه براي محافظت صورت و چشمها بكار مي رود ماسك جوشكاري ناميده مي شود .
ماسك جوشكاري بدو صورت دستي و كلاهي متداول است . ماسك دستي بيشتر براي كارهاي كوچك و موقتي مورد استفاده قرار ميگيرد و در اين حالت جوشكار با يك دست ماسك و با دست ديگر تكيه گاهي ساخته يا قطعه كار نگهدارد .

ماسك معمولاً از فيبر و لكانيزه يا چوب فشرده تهيه مي شود و نيمه جلوي آن طوري فرم ميگيرد كه براحتي بصورت بخورد .
در جلوي ماسك دريچه ها تقريباً ۲/۱ ۴ * ۲ اينچ بوده و داراي دو شيشه ميباشد . شيشه سفيد از برخورد و چسبيدن ذرات ريزفلز مذاب پاشيده شده روي شيشه مات جلوگيري مي كند ، اگر از شيشه سفيد معمولي استفاده نشود پس از مدت كوتاهي شيشه مات از ذرات فلزي پوشيده شده و غير قابل استفاده ميگردد و بايستي آنرا كه نسبتاً گران است تعويض نمود و حال اينكه شيشه سفيد ارزانتر بوده و تعويض مكرر آن موجب هزينه گزافي نخواهد گرديد .
شيشه هاي مات داراي تيرگي مختلف بوده و نسبت بتيرگيشان نمره هاي مختلفي دارند .

طبق ارقام استاندارد منتشر شده اگر شيشه مات خوب انتخاب شود تقريباً ۵/۹۹ درصد اشعه مادون قرمز و ۷۵/۹۹ در صد اشعه ماوراء بنفش را برميگرداند .
دريچه تيرگي شيشه مات بستگي به آمپر مصرفي دارد ، نمره ۱۰ متداولترين شيشه مات در جوشكاري با الكترود هاي فلزي و نمره ۱۲ متداولترين شيشه مات جهت جوشكاري قوسي با الكترود ذغالي مي باشد .

در سيستم روسي تارترين شيشه مات ( نمره ۵۰۰ac- ) زماني بكار ميرود كه با شدت جريان ۵۰۰ آمپر جوشكاري ميشود ، شيشه مات تيرگي متوسط ۳۰۰ ـ ac براي شدت جريان ۳۰۰ آمپر و شيشه مات با تيرگي كم ۱۰۰ ـ ac براي شدت جريان ۱۰۰ آمپر و كمتر بكار ميرود .
تيرگي شيشه هاي مات يا صافي نور بقدري است كه جوشكار از پشت آن چيزي را نمي بيند مگر آنكه قوس روشن باشد .
راهنماي انتخاب شيشه مات

الف ـ شيشه هاي روشن تا شماره ۲ براي جوشكاري مقاومتي و براي نور پراكنده از جوشكاري يا برشكاري مجاور بكار مي رود .
ب ـ شيشه مات شماره ۵ براي كارهاي سبك برشكاري اكسيژني و جوشكاري گاز بكار مي رود.
ج ـ شيشه مات شماره ۶ براي برشكاري اكسژني ، جوشكاري گاز متوسط و براي جوشكاري قوسي تا ۳۰ آمپر مناسب است .
د ـ شيشه مات شماره ۸ براي جوشكاري گاز ( سنگين ) و براي برشكاري و جوشكاري قوسي با شدت جريان بين ۳۰ تا ۷۵ آمپر بكار مي رود .
جوشكاري در محيط سرد

حال كه فصل زمستان است و در برخي از نقاط كشورمان هوا خيلي سرد مي باشد و ممكن است كارهاي نوسازي در محيط بسيار سرد صورت گيرد و يا ترميم تأسيسات صنعتي و خطوط لوله آسيب ديده تحت شرايط سخت زمستاني و هواي بسيار سرد انجام شود ، در مورد جوشكاري در محيط سرد مطالبي تهيه شده كه اميد است مورد استفاده قرار گيرد .

جوشكاري در محيط سرد
هنگاميكه جوشكاري فولاد كم كربن در محيط سرد انجام مي شود ، درجه حرارت هواي محيط روي خواص مكانيكي فلز جوش تأثير ميگذارد .
در حالتيكه فولاد ساختماني معمولي در هواي سرد زير ۲۰ درجه سانتيگراد جوشكاري ميشود كاهش مقاومت بضربه فلز جوش و كم شدن زاويه خمشي آن كاملاً محسوس است . بنابراين احتمال شكنندگي فلز جوش در شرايط خيلي سرد و امكان ايجاد ترك در فولاد نوع CT-3 يا ST-37 حتي در حين جوشكاري زياد است .

اين اشكالات در مورد جوشكاري انواع فولادها كه داراي كربن بيش از ۲۵/۰ درصد و منگنز ، كرم و موليبدن به نسبتهاي مختلف هستند زيادتر است و علتش تمايل به سخت شدن اين نوع فولادها در هواي سرد ميباشد و امكان ظهور ترك در مقاطع مجاور جوش هست كه متناسب با سرعت سرد شدن آن مقاطع است .
اين مقاطع در حين سرد شدن تا حدودي سخت ميشوند و پس از سرد شدن سخت تر و ترد و شكننده تر خواهند شد . براي جلوگيري از ايجاد ترك بايد فولاد را قبلاً گرم نموده پس از جوشكاري قطعه را با سرعت مناسبي سرد نمود .
درجات حرارت پايين روي فلز جوش مربوط به جوشكاري فولاد ضد زنگ كرم نيكل و فلزات غيرآهني تأثير ندارد .
براي جوشكاري قطعات در هواي سرد از وسايل پيشگرم كننده الكتريكي مخصوص كه متناسب با وضعيت كار است استفاده مي شود .
براي پيشگرم كردن قطعاتيكه چند پاس جوش روي آنها داده مي شود عمل پيش گرم نمودن فقط براي پاس اول اجرا مي گردد و كار براي جوشكاري پاسهاي بعدي گرم مي باشد .

تأثير برودت روي فلز مبنا
با كاهش درجه حرارت تا حد معيني فولادكربني و فلز ذوب شده در سطح آن ترد گشته و بسرعت مقاومت گسيختگي آن اضافه مي شود .
اگر مقاومت به ضربه فولاد كم كربن ساختماني (۳ CT-يا ۳۷ ـ ST) در درجه حرارت ۲۰+ در جه سانتيگراد برابر با ۱۳ كيلوگرم متر بر سانتيمتر مربع باشد ، در درجه حرارت ۴۰ ـ در جه سانتيگراد اين مقاومت بضربه فقط به ۵/۰ تا ۱ كيلوگرم متر بر سانتيمتر مربع تقليل مي يابد.
بنابراين در درجه حرارت هاي زير ۴۰ درجه سانتيگراد ممكن است در اتصال فلزي جوش شده تحت تأثير بارهاي ضربه اي و يا در نقاط تمركز تنش تركهائي پديدار گردد .

عمليات حرارتي بعد از جوشكاري تنشهاي داخلي را آزاد نموده و مقاومت جوش را در درجات حرارت پايين افزايش مي دهد .
فولاد آلياژي كم كربن محتوي بيش از ۳ درصد نيكل ، فولاد ضد زنگ كرم نيكل و همچنين فلزات غيرآهني ( مس ـ برنج ـ آلومينيوم و غيره ) در درجه حرارتهاي خيلي پائين مقاومت بضربه شان ( تا ۲۷ ـ درجه سانتيگراد ) كاهش نمي پذيرد و شكننده نخواهند شد . بنابراين اين نوع فلزات در ساختمان قطعاتي كه در درجات حرارت خيلي كم كار مي كنند و مقاومت بضربه آنها نيز حائز اهميت ميباشد مورد استفاده قرار مي گيرند .

منباب مثال اينگونه فلزات را ميتوان براي ساختن منابع ذخيره هواي مايع ـ اكسيژن مايع ـ هيدروژن مايع ـ هليوم مايع و غيره بكار برد .
علاوه بر نكات كلي كه قبلاً يادآوري شده ، مطابي از دستورالعملهاي روسي گردآوري گرديده كه ذيلاً از نظرتان مي گذرد .

جوشكاري لوله هاي فولادي كم كربن
جوشكاري لوله هاي فولادي كم كربن كه ضخامت جدار آن تا ۱۶ ميليمتر باشد در هواي محيط تا ۲۰ درجه سانتيگراد زير صفر بطريقه معمولي صورت ميگيرد .
در درجه حرارت پائين تر از ۲۰ درجه سانتيگراد زير صفر جوشكاري بايستي با رعايت قواعدي صورت پذيرد .
فاصله شيار لوله ها براي جوشكاري قوسي دستي و جورشكاري گاز ۳ تا ۵/۳ ميليمتر و براي جوشكاري اتوماتيك پنهان ( زير پودري ) ۲ تا ۵/۲ ميليمتر فراهم شود .

قبل از جوشكاري لبه هاي مورد اتصال خشك شده و يخ و برف از داخل لوله ها خارج گردد.
بعد از جوشكاري با پوشش محل اتصال توسط پارچه آزبستي و يا بطرق ديگر شرايط سرد شدن عادي اتصال فراهم شود ( كاهش درجه حرارت نبايستي بيشتر از ۱۰ درجه سانتيگراد در دقيقه باشد ) .
در جوشكاري چند لايه اي ،ارتفاع لايه اول ۱۰ تا ۲۰ درصد از حالت عادي بيشتر گرفته شود .

جوشكاري لوله گاز
درز جوشكاري خط لوله گاز در هواي محيط زير صفر درجه سانتيگراد نيز بايستي محل جوشكاري پوشيده شده و از باد و برف محافظت شود .
درز مورد اتصال با شعله يا وسايل ديگر خشك شود . بعد از جوشكاري نيز محل اتصال پوشيده شده و درز جوش بآرامي سرد شود .
جوشكاري لوله هاي گاز در درجه حرارت محيط پائين تر از ۳۰ درجه سانتيگراد فقط با پيش گرمايش لبه ها و منطقه مورد اتصال بعرض ۲۰۰ تا ۲۵۰ ميليمتر تا درجه حرارت ۲۰۰ـ۱۵۰ درجه سانتيگراد صورت مي گيرد .

درجه حرارت پيش گرمايش با وسايل مخصوص اندازه گيري مي شود .
جوشكاري لوله هاي فولادي كربني و كم آلياژ
جوش و خالجوش در لوله هاي عادي و لوله هاي بويلر در زمستان با درجه حرارت هواي محيط زير صفر ( درجه سانتيگراد ) بايستي با رعايت شرايط جدول (۱) انجام شود .
آهسته سرد كردن لوله ها از جنس فولاد كربني با درصد كربن ۲۸/۰ درصد و بيشتر و فولاد كم آلياژ بوسيله پيچيدن با آزبست و غيره ضروري است .