جوشكاري با قوس الكتريكي دستي (SMAW)

مقدمه :
در جوشكاري با قوس الكتريكي دستي كه گاهي تحت عنوان STICK WELDING ناميده مي شود ، حرارت شديد حاصل از قوس الكتريكي موجب ذوب فلز و تشكيل جوش مي گردد .
اين نوع جوشكاري يكي از قديمي ترين و متداول ترين فرآيند هاي جوشكاري است و اگر چه اغلب براي اتصال آهن و فولادهاي كم كربن مورد استفاده قرار مي گيرد ، براي تعميرات نيز مناسب مي باشد . زيرا دستگاههاي جوشكاري مورد استفاده نسبتاً ارزان بوده، به راحتي راه اندازي و مورد استفاده قرار مي گرفته و براي جوشكاري انواع فلزات به كار مي روند .
چگونه اين فرآيند كار مي كند ؟

جوشكاري با قوس الكتريكي محافظت شده كه با علامت اختصار SMAW نشان داده مي شود . يكي از فرآيندهاي متداول جوشكاري با قوس الكتريكي مي باشد . وسايل عمده جوشكاري با قوش الكتريكي متشكل از يك منبع انرژي الكتريكي (دستگاه جوش) ، دو كابل يكي كابل الكترود و ديگري كابل برگشت (كابل اتصال به قطعه كار ) ، انبر الكترود گير و يك الكترود پوشش دار مي باشد ،شدت جريان حاصل از ماشين جوشكاري براي ايجاد قوس الكتريكي بين نوك الكترود و قطعه كار مورد استفاده قرار مي گيرد و در نتيجه قطعه كار قسمتي از مدار جوشكاري محسوب مي شود.

جوشكاري با تماس دادن نوك الكترود به قطعه كار و حفظ فاصله به اندازه مغري الكترود مصرفي شروع مي شود . اين عمل موجب تشكيل قوس و توليد حرارت تا ۵۵۵۰ خواهد شد .
حرارت شديد حاصل از قوس الكتريكي قطعه كار را ذوب نموده ، همچنين موجب ذوب مغزي الكترود مصرفي مي شود . مغزي الكترود ذوب شده تشكيل فلز جوش را مي دهد و بر اثر تجزيه، روپوش شيميايي گاز محافظتي تشكيل داده و ناحيه كذاب را محافظت مي نمايد.
منظور از حفاظت ، توده اي از گازهاي توليد شده هستند كه در اثر ذوب روپوش الكترود در اطراف قوس الكتريكي تشكيل مي شوند . گاز محافظ حوضچه مذاب را از عوامل جوي ماننداكسيژن و نيتروژن محافظت مي نمايد .

چنانچه حوضچه مذاب توسط گازهاي حاصل از روپوش شيميايي محافظت نگردد ، جوش حاصله اكسيده و نيتراته شده و در نتيجه جوش شكننده و ضعيف مي گردد و ساير مواد حاصل از سوختن روپوش شيميايي گل جوش را تشكيل مي دهند كه مانع سرد شدن سريع جوش شده و از تغيير آلياژ و آلودگي آن جلوگيري مي كند .
بخشي از گازهاي محافظ توليد شده بر اثر سوختن روپوش شيميايي ، در نواحي قوس الكتريكي يونيزه مي شود كه موجب افزايش قابليت هدايت الكتريكي و استقرار قوس مي گردد . به منظور بهبود كيفيت جوش ، برخي از الكترودها داراي مواد مخصوصي مانند اكسيد زدا مي باشند كه موجب تصفيه فلز جوش مي شوند و يا داراي مواد آلياژي هستند كه تركيبات فلز جوش را تغيير مي دهند .

چنانچه نحوه جوشكاري به طور دقيق انجام شود ، استحكام جوش حاصله توسط SMAW به اندازه فلز و يا قوي تر از آن خواهد بود .

ولتاژ و شدت جريا ن جوشكاري
قوس الكتريكي براي جوشكاري به وسيله جريان مستقيم (D.C) و يا جريان برق متناوب (A. C) به دست مي ايد . ولتاژ جوشكاري مقدار فشار الكتريكي است كه موجب انتقال شدت جريان مي شود . شدت جريان جوشكاري به وسيله آمپر اندازه گيري مي شود كه فقط در هنگام تشكيل قوس الكتريكي و ضمن جوشكاري و جود دارد . بدون قوس الكتريكي به دليل باز بودن مدار هيچ گونه شدت جرياني وجود نخواهد داشت .

ولتاژ قوس الكتريكي و ولتاژ مدار باز ، دو نوع از انواع ولتاژ هاي جوشكاري هستند كه بايد با آنها آشنايي پيدا كرد . ولتاژ قوس الكتريكي را گاهي ولتاژ مدار بسته و يا ولتاژ كار مي نامند . ولتاژ قوس الكتريكي ولتاژي است كه در مدار جوشكاري وقتي كه قوس ايجاد شده و عمل جوشكاري انجام گيرد ظاهر مي شود . ولتاژ قوس الكتريكي معمولاً بين ۱۵ تا ۴۰ ولت مي باشد كه با كوتاه و بلند شدن طول قوس مقدار آن تغيير مي يابد .

مقدار واقعي ولتاژ قوس الكتريكي بستگي به ولتاژ مدار باز دارد . و آن مقدار ولتاژي است كه ماشين جوش توليد مي كند زماني كه دستگاه روشن است ولي كاري انجام نمي دهد . ولتاژ كدار باز معمولاً بين ۵۰ تا ۱۰۰ ولت مي باشد . اما وقتي كه قوس بر قرار مي شود وجوشكاري انجام مي گيرد ولتاژ مدار باز تبديل به ولتاژ قوس الكتريكي مي شود . اينكه ولتاژ مدار باز چگونه و در كجا تنظيم مي شود ، بستگي به اندازه و نوع ماشين جوش مورد استفاده دارد .

طول قوس
در هر مدار الكتريكي رابطه اي بين ولتاژ شدت جريان و مقاومت وجود دارد . در مدار جوشكاري با قوس الكتريكي اين رابطه بين ولتاژ قوس الكتريكي شدت جريان جوشكاري آمپر و مقدار فاصله هوايي (مقاومت) كه قوس الكتريكي بايد عبور نمايد وجود دارد كه اين فاصله هوايي تحت عنوان طول قوس الكتريكي بايد عبور نمايد وجود دارد كه اين فاصله هوايي تحت عنوان طول قوس ناميده مي شود . بدون اينكه قوس قطع شود مي توان طول قوس الكتريكي را اندكي بلند و يا كوتاه نمود . عملاً مقدار طول قوس واقعي در الكتررودهاي روتيلي با قطر الكترود مصرفي برابر مي باشد .

براي درك بهتر تاثير طول قوس روي ولتاژ و شدت جريان قوس الكتريكي به شكل زير كه به عنوان نمونه با الكترود پوشش دار ميليمتري در نظر گرفته شده است توجه كنيد : در شرايط مطلوب وقتي كه قوس الكتريكي توسط چنين الكترودي ايجاد مي شود طول قوس واقعي يا نرمال ۴/۱ است . چنانچه طول قوس را به ۸/۱ كاهش دهيم بر اثر كاهش مقاوت هوا مقاومت در مقابل شدن جريان نيز كاهش خواهد يافت كه موجب افزايش شدت جريان كاهش ولتاژ و قوس الكتريكي با حرارت بيشتر خواهد شد . اگر قوس الكتريكي به با ۸/۳ افزايش دهيم موجب كاهش شدت جريان شده و فاصله هواي بيشر سبب افزايش مقاومت مي گردد .
بنابر اين با طول قوس بلند تر از حد معمول ، ولتاژ بيشتر مورد نياز است تا جريان كمتري ايجاد شود و در نتيجه قوس الكتريكي سرد تر شده و تمايل شديد به ايجاد جرقه پيدا خواهد كرد .

خطوط نقطه چين مقدار ولتاژ و شدت جريان رادر طول قوسهاي عادي كوتاه و بلند نشان مي دهد و توجه داشته باشيد كه تغييرات جزئي در طول قوس بلند نشان مي دهد . توجه داشته باشيد كه تغييرات جزئي در طول قوس بلند موجب تغييرات نسبتاً زياد و ولتاژ و نسبتاً كم شدت جريان جريان خواهد گرديد .
حرات حاصل از طول قوس كوتاه موجب سوختن توليد جرقه هاي اضافي و خوردگي كناره هاي جوش در فلز مبنا خواهد شد . اين گونه اشكالها را مي توان با افزايش سرعت جوشكاري و حركت نوساني كمتر، كاهش داد.

طول قوس بلند هم اشكالهاي متعددي دارد نتايج حاصل از اين طول قوس عبارت خواهد بود از نفوذ كمتر ، اكسيد شدن و آلودگي توسط عوامل جوي و كاهش تمركز حرارتي ، قوس ناپايدار . چنانچه مجبور به استفاده از طول قوس بلند باشيم با حركت نوساني نرم و آهسته مي توان اشكالهاي مربوطه را به حداقل رساند .
طول قوس واقعي حاصل از ايجاد قوس الكتريكي به وسيله الكترودهاي پوشش دار اندكي بلند تر از مقداري كه به طور ظاهر به نظر مي رسد ، مي باشد ، زيرا مغزي فلزي الكترود سريع تر از پوشش آن ذوب گرديده و سپس اندكي در داخل پوشش شيميايي وارد مي شود .

اختلاف انتهاي مغزي فلزي و روپوش الكترود تاثير خيلي كمي در تغييرات ولتاژ و شدت جريان در مقايسه با تغييراتي كه بر اثر لرزش و حركت دست به وجود مي آيد و غير قابل كنترل است ، دارد . به هر حال وارد شدن مغزي الكترود در داخل روپوش ممكن است به مقدار خيلي ناچيزي اشكال به وجود آورد . اختلاف بين روپوش الكترود و مغزي موجب مي گردد تا در هنگام ايجاد قوس مغزي فلز به طور مستقيم يا قطعه كار تماس پيدا كند براي غلبه برچنين اشكالي لازم است نوك روپوش شيميايي اندكي به وسيله دست از بين برده شود .
انتخاب الكترود براي جوشكاري با قوس الكتريكي دستي (SMAW)

الكترودي كه در جوشكاري با قوس الكتريكي دستي مورد استفاده قرار مي گيرد متشكل از يك مغزي فلزي است كه فلز جوش را تشكيل مي دهد، همچنين داراي يك پوشش شيميايي است كه ضمن ذوب ، اطراف حوضچه مذاب را محافظت مي نمايد.
براي جوشكاري با SMAW ، انواع مختلف الكترود در اندازه هاي متفاوت توليد مي گردد كه بعضيها در ايجاد گرده جوش موثر هستند (مانند الكترودهايي كه داراي پودر آهن مي باشند)، بعضي موجب تقويت جوش شده و از ترك خوردگي خط جوش جلوگيري مي نمايند و برخي ديگر آلياژ جوش را تغيير مي دهند . بنابراين انتخاب صحيح الكترود موجب مرغوبيت جوش مي گردد.

در اين درس خواص و چگونگي انتخاب الكترود براي استفاده در جوشكاري با SMAW توصيف شده ، همچنين با استفاده از سيستم انجمن جوشكاران آمريكا (American Welding Society) (AWS) چگونگي تشخيص الكترودهاي پوشش دار و نيز روش نگهداري و انبار كردن الكترودها آموخته مي شود. همه اطلاعات و موارد فوق براي كمك در انتخاب الكترود مناسب براي كار مورد جوشكاري مي باشد.
الكترودها براي جوشكاري با قوس الكتريكي دستي
الكترودهايي كه در جوشكاري با قوس الكتريكي دستي مورد استفاده قرار مي گيرند ، دو وظيقه اصلي به عهده دارند:
الف) فلز جوش را تامين مي كنند.
ب) حوضچه مذاب را از ورود عوامل جوي محافظت مي نمايند.
(پوشش الكترود داراي محاسن ديگري نيز مي باشد. )

البته با الكترود بدون روپوش هم مي توان جوشكاري كرد، اما حوضچه مذاب گازهاي اكسيژن و نيتروژن را جذب مي كند در نتيجه جوش حاصله ضعيف و شكننده خواهد بود.
براي كارهاي مختلف ، الكترودهاي پوشش دار متفاوتي وجود دارد كه هر كدام براي كاري مناسب مي باشد . با بعضي الكترودها مي توان كارهاي مختلفي را جوشكاري نمود، اما الكترودي كه براي جوشكاري همه نوع كاري مناسب باشد وجود ندارد . الكترودي كه براي جوشكاري يك نوع فلز خاص توليد شده بهتر از الكترودهاي ديگر مي تواند آن قطعه را جوشكاري نمايد.

الكترود پوشش داري كه براي كار خاص در نظر گرفته مي شود به سه عامل زير بستگي دارد:
۱- به نوع و مقدار شدت جريان مورد استفاده AC و يا DC
2- به مواد پوشش الكترود
۳- به خواص فلز مبنا
شناسايي الكترود ها
قبل از انتخاب الكترود صحيح براي يك كار معين دانستن چگونگي عملكرد آنها الزامي است . انجمن جوشكاران آمريكه (AWS) روشي را براي شناسايي الكترودها ارائه داده كه مي توان بر اساس آن انواع الكترودهاي پوشش دار و سيم جوش را براي جوشكاري و لحيم كاري انتخاب نمود .سيستم شماره گذاري AWS خواص الكترودها را در طبيقه هاي مختلف تقسيم بندي مي نمايد .