تاريخچه جوشكاري

kk امروز كه انسان به ساختن فضا پيما، آسمان خراش، نيروگاه هسته اي، ميكروپروسسور و غيره مشغول است هنوز جوشكاري از روش هاي بسيار مهم اتصال محسوب مي شود. فرآيندهاي جوشكاري نه تنها براي اتصال فلزات همجنس بلكه در موارد خاص با رعايت نكات تكنيكي و متالورژيكي ويژه براي اتصال فلزات غير همجنس (مس-آلومينيوم)، فلز به غير فلز (سراميك به فلز) و حتي غير فلز به غير فلز (سراميك به سراميك) نيز استفاده مي شود. علاوه بر كاربرد جوشكاري در اتصالات دائم، كاربردهاي ديگري نيز در صنعت معمول است (نظير بازسازي عيوب قطعات ريختگي يا ماشين كاري شده، بازسازي قطعات فرسوده و مستهلك شده و ايجاد موضوع جوش با خواص ويژه در فرآيند ساخت بعضي از قطعات صنعتي) كه هر كدام جايگاه ويژه اي داشته و ضمن اينكه اهميت آنها كمتر از كاربرد اصلي اتصال آن نيست.

تاكنون فرايندهاي مختلف جوشكاري در دنيا ابداع شده است كه هر كدام كاربرد ويژه و نقاط ضعف و قوت خود را دارند. بعنوان مثال فرايند جوشكاري پتكي يا آهنگري (Forge Welding) هنگامي كه انسان اوليه با آتش و فلز آشنا شد متوجه شد كه مي توان دو قطعه فلزي بصورت سرد يا گداخته روي هم قرار داده و در اثر كوبيدن موجب اتصال آنها شود، يا فرايند

جوشكاري اصطكاكي تلاطمي (Stir Friction Welding) كه عمر كوتاهي دارد و هنوز مراحل ابتدايي كاربردي آن مطرح است و يا فرايندهاي پيشرفته ديگري كه مراحل آزمايشگاهي را طي مي كنند. همچنين فرايند جوشكاري نسبتاً جديدي نيز ابداع شده است كه ورق به ضخامت ۶۰۰ ميليمتر را با يك پاس بدون پخ سازي جوش مي دهند و… و يا فرايندي كه عمليات جوشكاري را بايد در زير ميكروسكوپ انجام داد و محل جوش را نمي توان با چشم غير مسلح ديد. يكي از مهمترين و اصلي ترين تلاشهاي متخصصين، ابداع فرايندهاي جوشكاري با

كمترين هزينه و بيشترين سرعت و خواص كاملاً مشابه قطعه اصلي است.آثار باقيمانده از گذشته هاي بسيار دور نشانگر اين واقعيت است كه انسان هاي اوليه با استفاده از اصول فيزيكـي كه امـروزه اساس جوشكـاري مدرن را تشكيـل مي دهد قطعـات فلزي را بـه يكديگر متصل مي كردند. تجزيه و تحليل ابزارهاي كشف شده از قرون اوليه نشان مي دهد كه براي اتصال دو قطعه فلزي به يكديگر، لبه هاي گداخته شده اين قطعات را روي يكديگر قرار داده و با ضربات چكش بهم متصل مي كردند.مهمترين اصول فيزيكي كه سنگ زيربناي متدهاي

معمولي جوشكاري در قرن حاضر را تشكيل مي دهد در اواخر قرن نوزدهم كشف و ابداع شده و به تدريج در صنعت مورد استفاده قرار گرفت. در سال ۱۸۸۷ يكي از دانشمندان روسي بنام Bernadas اختراع متدي را به ثبت رساند كه به وسيله آن قادر بود تا يك قطعه فلزي را با الكترود ذغالي به صورت موضعي با ايجاد قوس الكتريكي بين قطعه و الكترود ذوب نمايد.
در ايـن زمان نامبــرده دو قطعه فلزي را در فاصله معيني از يكديگر قرار داده و با استفاده از پديده فـوق الذكر و حركت الكترود ذغالي در طول شكاف بين دو قطعه و وارد نمودن همزمان

ميله اي فلزي از جنس قطعه در داخل قوس الكتريكي، حمام مذابي به وجود آورد كه بعد از منجمد شدن شكاف موجود را پر نموده و باعث به هم پيوستن اين قطعات گرديد.چند سال بعد يعني در سال ۱۸۹۱ دانشمند ديگر روسي بنام Slavjaniv، روش الكترود ذوب شونده را اختراع نمود. در اين روش به جاي الكترود ذغالي از يك الكترود فلزي استفاده شده كه همزمان وظيفه فلز پركننده را نيز به عهده داشت.

در روش الكترود ذوب شونده ذوب حاصل از الكترود فلزي در فاصله بين نوك الكترود و شكاف دو قطعه در معرض هوا قرار مي گرفت كه اين امر باعث اكسيده شدن مذاب و در نتيجه ايجاد اشكال در جوش مي گرديد. از طرف ديگر قوس الكتريكي نيز ناپايدار بود كه خود به خود غير يكنواختي جوش را به دنبال داشت.براي برطرف نمودن اين عيوب در سال ۱۹۰۵ يك صنعتگر سوئدي بنامOscar Kjellberg الكترود فلزي پوشش دار را اختراع نمود. پوشش اين الكترود را مخلوطي از مواد معدني مختلف تشكيل مي داد كه قادر بود با توليد گاز و ايجاد سرباره، مذاب حاصل از ذوب الكترود را در مقابل آثار نامطلوب تماس با هوا محافظت نمايد. علاوه بر اين، پوشش الكترود باعث پايداري قوس الكتريكي و يكنواخت شدن جوش مي گرديد.

با اختراع الكترود پوشش دار، صنعت اين امكان را يافت تا جوش هايي با استحكام معادل فلز پايه بوجود آورد. اولين قايق ده متري تعميراتي كه تمام اتصالات آن توسط جوشكاري انجام شده بود در سال ۱۹۱۸ بـه آب انداختـه شد. از اواخر دهـه ۱۹۳۰ كه احداث پل ها و خطوط راه آهن و نيز ساخت كشتي هاي اقيانوس پيما و غيره با روش جوش دادن قطعات به يكديگر با سرعت آغاز گرديد.

الكترود
الكترود و در نهايت سالم بودن الكترود بستگي به مفتول مغزي الكترود دارد. مفتول مغزي اكثراً از فولاد ساده كم كربن با كمترين درصد ناخالصي و در بعضي موارد از فولادهاي آلياژي و يا فلزات و آلياژهاي غير آهني نظير آلومينيوم، مس و نيكل ساخته مي شوند. تركيب شيميايي مفتول مغزي و خواص مكانيكي آن در قابليت توليد الكترود و خواص جوش بطور مستقيم و غير مستقيم موثر است.

پوشش الكترود علاوه بر محافظت نوك الكترود گداخته، قطرات ناشي از ذوب مفتول مغزي و حوضچه مذاب از اكسيد شدن، وظايف ديگري نظير كمك به پايداري قوس، تصفيه يا جذب ناخالصيهاي مذاب، كنترل تركيبات شيميايي جوش، شكل دادن به گرده جوش و راحت جدا شدن سرباره پس از انجماد را نيز بعهده دارد. مواد مختلفي در فرمولاسيون پوشش الكترودها بكار مي روند تا اين وظايف بخوبي انجام شوند. تركيبات اين مواد در انواع الكترودها متفاوت بوده و در نتيجه الكترود با كاربردهاي مختلف توليد مي شود. بخش عمده مواد تشكيل دهنده پوشش الكترود از مواد معدني هستند كه كيفيت آنها تاثير زيادي در كيفيت عملي و خواص جوش دارد. بطور مثال ناخالصي در حد ۰۱/۰ درصد از يك عنصر خاص در يك ماده معدني كه براي خيلي از كاربردها قابل صرف نظر كردن است، در پوشش الكتـرود مي تواند در خواص مهندسي جوش تاثير نا مطلوب بجا گذارد.

با توجه به نكات بسيار مختصر اشاره شده ي فوق، اهميت و حساسيت توليد الكترود با كيفيت مناسب براي كاربردهاي خاص روشن مي شود. كيفيت جوش تنها به كيفيت الكترود مصرفي بستگي ندارد بلكه علاوه بر آن، براي انتخاب صحيح الكترود بايد نكات ظريف و تكميلي خاصي را نيز در نظر گرفت. اكثراً تصور مي شود اگر جنس قطعه جوشكاري مشخص باشد انتخاب الكترود آسان بوده و الكترودي كه با تركيب شيميايي قطعه نزديك مي باشد بهترين انتخاب است؛ يا الكترودي كه صرفاً بتواند كمترين پاشش را داشته و سرباره آن راحت تر جدا شود و جوش خوبي نيز داشته باشد انتخاب مناسب است. در هر حال انتخاب صحيح الكترود نياز به جمع آوري اطلاعات بيشتري از شرايط كاري جوش و امكانات موجود در واحد صنعتي دارد كه فعلاً از حوصله اين بحث خارج است.

متاسفانه موارد زيادي از عدم رعايت دستورالعمل هاي سازنده الكترود در خصوص چگونگي نگهداري و مصرف صحيح الكترود در صنعت مشاهده مي شود. در اين رابطه مي توان به نگهداري طولاني الكترود در انبار، شرايط نامناسب حمل و نقل، انبارداري در شرايط مرطوب و در نتيجه فاسد شدن و صدمه ديدن روكش الكترود اشاره كرد كه جملگي تاثيرات نامطلوب در كيفيت جوش بجا مي گذارد. در مورد مواد مصرفي در فرايندهاي ديگر جوشكاري مانند جوشكاري زير پودري و غيره، بنوعي كليه مسائل اشاره شده در فوق، مي بايستي رعايت گردد.

جوشكاري،عوارض وراههاي پيشگيري از آن
بشر از زمانيكه خود را شناخته در پي كار و فعاليت بوده و در هر زمان دستخوش تحولاتي گرديده است. به وجود آمدن ابزار كار قديمي‌ترين تحولي است كه در زندگي بشر بوجود آمده است. زماني ابزار سنگي و بعداً با پيدايش آهن و فلزات ابزار فلزي جايگزين آن شد به تبع توسعه صنايع و ابزار آلات مشاغل مرتبط با آنها نيز به صورت تخصصي درآمده و از هم جدا گرديد كه حرفه جوشكاري يكي از آنها مي‌باشد.

عوامل زيان آور موجود در كارگاه جوشكاري:
در كار جوشكاري ابزار و وسايلي استفاده مي‌شود كه در صورت عدم رعابت موازين ايمني باعث بروز مشكلاتي مي‌گردد. عمده‌ترين عوامل زيان‌آوري كه در رابطه با اين حرفه وجود دارد عبارتند از:

۱-انواع اشعه هاي ناشي از جوشكاري
۲- سر و صداي محيط كار
۳- دود و گازهاي ناشي از جوشكاري

۴- حركات و وضعيت‌هاي نامناسب بدن در حين كار كه در مورد هر يك توضيحات مختصري ارائه ميگردد.
اشعه‌هاي ناشي از جوشكاري:
نور مرئي IR- UV

نور مرئي همان نور طبيعي و نور مصنوعي ناشي از لامپ‌ها مي‌باشد كه نه تنها نقش مهمي در رويت اشيا و جلوگيري از برخورد با آنها دارد بلكه بر اساس آخرين تحقيقات نقش بسيار مهمي در افزايش بازدهي و جلوگيري از خستگي ناشي از كار دارد.

در بين اشعه‌ها، اشعه ماوراء بنفش (UV) ناشي از نقطه جوش و مادون قرمز (IR) ناشي از التهاب فلز گداخته خطر بيشتري دارند. تابش اشعه حاصل از جوشكاري بخصوص دستگاههاي جوش الكتريكي بر چشم سبب ناراحتي چشم با علائم سرخي، ريزش اشك، خارش و ترس از نور، ورم ملتحمه،‌ خيرگي و آب مرواريد مي‌گردد.
روش پيشگيري : در مورد جوشكاران بايستي از عينكها و يا سپرهاي حفاظتي شيشه‌هاي آن قادر به جذب اشعه ماوراء بنفش و مادون قرمز مي‌باشند استفاده شود.
سر و صداي محيط كار :

خستگي شنوايي : كاهش قدرت شنوايي، تحريك اعصاب، وزوز كردن گوش، سوت كشيدن پرده گوش از جمله عوارض ناشي از سر و صداي محيط كار مي‌باشد. تغيير در تركيبات خون و ساير مايعات بدن نيز گزارش شده است كه افزايش يا كاهش قندخون از آن جمله‌اند. در صورتيكه سر و صداي محيط كار در حدي باشد كه باعث مختل شدن مكالمه عادي بين دو نفر در محيط كار گردد بالاتر لز حد مجاز بوده و كارگر بايد از گوشي جهت محافظت سيستم شنوايي استفاده كند.

وسايل حفاظت سيستم شنوائي شامل:
پلاك گوش: طوري طرح و ساخته شده است كه كاملاً در مجراي داخلي گوش قرار ميگيرد.
گوشي: كاملاًً‌ گوش خارجي را مي‌پوشاند از نظر حفاظت بهتر و در ضمن خيلي راحت‌تر از پلاك گوش خواهد بود.

دود و گازهاي ناشي از جوشكاري:
دود حاصل از جوشكاري با كاربيد و استيلن حاوي انواع فلزات سمي و ساير مواد شيميايي بوده كه استنشاق آنها به آساني صورت ميگيرد كه اين ذرات مي‌توانند به قسمتهاي انتهايي ريه‌ها نفوذ نموده و عوارض شديدي ايجاد نمايند.

گازهاي زيان آور ناشي از جوشكاري:
از جمله گازهايي كه در حرفه جوشكاري استفاده مي‌شود گاز استيلن مي‌باشد كه گازي است بي‌رنگ كه خالص آن بوي بدي ندارد علت بوي بدي كه در جوشكاريها استشمام مي‌شود هيدروژن سولفوره مخلوط با آن است كه به علت ناخالصي كاربيد مي‌باشد.
عوارض ناشي از اين گاز شامل:

سرفه، ريزش اشك، سردرد، سرگيجه، ورم ملتحمه، اختلالات گوارشي، بيهوشي،‌ نارسايي تنفسي مي‌باشد كه در غلظت‌هاي زياد باعث اغماء و مرگ مي‌گردد.
راههاي پيشگيري از عوارض فوق :
براي جلوگيري از ايجاد عوارض فوق استفاده از ماسكهاي مخصوص و فيلتردار جهت حفاظت دستگاه تنفسي الزامي است و همچنين استفاده از سيستم تهويه عمومي و موضعي در كاهش بار آلودگي محيط كار مؤثر مي‌باشد.