جوش زير پودری يک فرايند جوش قوس الکتريکی است که در آن گرمای لازم برای جوشکاری توسط يک يا چند قوس بين يک فلز پوشش نشده، يک يا چند الکترود مصرفی و يک قطعه کار تامين می شود. قوس توسط لايه ای از فــلاکس پودری قابل ذوب شدن که فلز جوش مذاب و فلز پايه نزديک اتصال را پوشانده، و فلز جوش مذاب را از آلودگی های اتمسفر حفاظت می کند پوشيده می شود. ****

 

///اصول عمليات::درجوش زير پودری جريان الکتريکی از قوس و حوضچه مذاب جوش که ترکيبی از فلاکس مذاب و فلزجوش مذاب است می گذرد. فلاکس مذاب معمولا”, هادی خوب جريان الکتريسته است، در حالی که فلاکس سرد, هادی نيست. پودر جوش می تواند اکسيدزداها و ناخالصی زداهايی که با فلز جوش واکنش شيميايی می دهند را نيز تامين کند علاوه براينکه يک لايه محافظ ايجاد می کند.

 

فلاکس های جوش زير پودری فولادهای آلياژی همچنين می توانند حاوی عناصر آلياژی برای بهبود ترکيب شيميايی فلز جوش باشند. . جريان الکتريکی از يک ژنراتور (ترانسفورماتور يا رکتی فاير) تامين شده، از اتصالات عبور می کند تا قوسی را بين الکترود و فلز پايه بر قرار کند را ذوب می کند که حوضچه مذاب را برای پرکردن اتصال تشکيل دهند. . . درکليه انواع تجهيزات, غلطک های هدايـت با نيروی مکانيکی بطور پيوسته سيم الکترود مصرفی فلزی را از ميان لوله تماس (نازل) و توده فلاکس به اتصالی که بايد جوش شود می راند. سيم الکترود عموما” يک فولاد کم کربن با ترکيب شيميايی دقيق که در يک قرقره يا بشکه پيچيده شده می باشد. سيم الکترود در منطقه جوش ذوب شده و در طول اتصال رسوب می کند.

 

فلاکس دانه ای در جلوی قوس ريخته شده و پس از انجماد فلز جوش، فلاکس ذوب نشده تــوسط سيستم مکش جمع کننده برای استفاده مجدد جمع آوری می شود. در جوش خودکار بازيابی فلاکس مجموعه ای از تجهيزات و يک لوله بازيابی فلاکس که درست پس از لوله تماس قرار گرفته است مي باشد. ..جوش زير پودری به هر دو روش نيمه خودکار و خودکار قابل انجام بوده و روش خودکار بخاطر مزايا بيشتر، استفاده گسترده تر دارد. در روش نيمه خودکار جوشکار بصورت دستی يک تفنگ جوشکاری (به انضمام مخزن فلاکس) که فلاکس و الکترود را به محل اتصال تغذيه مي کند را هدايـت کرده و خودش سرعت حرکت را کنترل مي کند. در روش جوش کاملا”خودکار دستگاه بصورت خودکار الکترود و فلاکس را در طول مسير جوش تغذيه و هدايـت کرده و نرخ رسوب را کنترل می کند.

 

در کاربردهای خاصی جوش خودکار زير پودری دو يا چند الکترود بصورت متوالی در يک اتصال تغذيه می شوند. الکترودها ممکن است کنار يکديگر بوده و به يک حوضچه تغذيه شوند يا اينکه به اندازه کافی فاصله داشته تا پس از انجماد يکی حوضچه ديگری تشکيل شود و مستقلا” منجمد شوند. روش جديدتر جوش قوس های پشت سرهم است که جوش چند پاس را دريک شيار اتصال برای افزايش سرعت حرکت و نرخ رسوب جوشکاری تامين می کند.

 

*****//////مزايا و محدوديت ها ::روش های خودکار و نيمه خودکار جوش زير پودری در مقايسه با ساير روش های جوشکاری مزايا و معايب زير را دارند:

 

**اتصالات را مـــی توان با شيار کم عمق آمـاده نموده که باعث مصرف کمترفلز پرکننده می شود. (در برخی کاربردها نيازی به شيار برای اتصالات بين ورق های با ضخامت کمتر از “۴/۱ نيست).

 

**پوشش برای حفاظت اپراتور از قوس نياز نيست, اگرچه حفاظت چشمان اپراتور بخاطر احتمال پرتاب جرقه جوش توصيه می شود.

 

**جوش را می توان با سرعت حرکت و نرخ رسوب بالا و برروی سطح صاف يا استوانه ای يا لوله و از نظر تئوری با هر اندازه و ضخامتی انجام داد. اين روش برای سخت کردن سطحی نيز مناسب است.

 

**فـــلاکس به عنوان اکسيدزدا و آخال زدا برای خارج کردن ترکيبات ناخواسته از حوضچه جوش عمل می کند تا جوش سالم و باخواص مکانيکی مناسب ايجاد کند.

 

**سيم هـــای الکترود ارزان برای جوش فولادهای غيرآلياژی و کم کربن استفاده می شوند. (معمولا” سيم های فولادی کم کربن بدون پوشش يا با پوشش نازک مسی برای هدايت بهتر و جلوگيری از خوردگی می باشند).

 

**جوش زير پودری را می توان در زير وزش بادهای نسبتا” شديد جوشکاری نمود. ذرات فلاکس حفاظت بهتری انجام می دهند تا پوشش الکترود در روش جوشکاری الکترود دستی.

محدوديتهای جوش زير پودری که برخی در روش های ديگر جوشکاری نيز وجود دارند به شرح زير است:

*پودرجوش : تجهيزات حمل فلاکس و سازه نگهدارنده مخزن پودر، اتصالات ديگر و همچنين صفحه نوار يا حلقه پشتبند نيز مورد نياز می باشد.

*پودر جوش ممکن است به آلودگی هايی آغشته شود که باعث تخلخل جوش شوند.

*برای دستيابی به يک جوش خوب فلز پايه بايد، يکنواخت بدون پوسته اکسيدی, زنگ, غبار و روغن و ساير آلودگی ها باشد.

*جداشدن سرباره از جوش در برخی موارد به سختی صورت می گيرد. در جوش های چند پاس پس از هر عبور بايد سرباره جوش برداشته شود تا از باقی ماندنش درون فلز جوش جلوگيری شود.

*اين روش معمولا” برای جوش فلزات با ضخامت کمتر از ۳/۱۶″, بخاطر Burn Through مناسب نمی باشد.*مگر در کاربردهای خاص شديدا ” به مسطح بودن وضعيت جوشکاری محدود است، زيرا مسطح بودن و افقی بودن وضعيت برای جلوگيری از ريختن فلاکس لازم است.

 

فلزات مناسب جوش زير پودری::::جوش زير پودری برای همه فلزات و آلياژها مناسب نيست. برای سهولت فلزات و آلياژها را می توان با توجه به مناسب بودن آنها برای جوش زير پودری به سه دسته تقسيم کرد: فلزات بسيارمناسب، فلزات اندکی مناسب و فلزات غيرمناسب .

 

***فلزات بسيارمناسب: جوش زير پودری بيشترين استفاده را در جوش فولادهای غيرآلياژی (فولاد ساده ) کم کربن حاوی کمتر از %۳۰/۰ کربن, کمتر از% ۵ ۰/۰ فسفر و کمتر از % ۵ ۰/۰ گوگرد دارد. اغلب مثال های اين مقاله به اين فولادهامربوط است, که محدوده تنش تسليم آنها حدود ۰۰۰/۴۵ تا Psi 000/85 است و معمولا با فلاکس و الکترود AWS 15.17 – ۶۹ (مشخصات فنی فلاکس ها و الکترودهای فولادهای آرام ساده برای جوش قوس زير پودری) جوش می شوند.

 

فولادهای کربن متوسط و کم آلياژ ساختمانی در رده فولادهای مناسب جوش زير پودری هستند اگرچه اغلب به پيشگرم، پس گرم و استفاده از فلاکس و سيم الکترودهای ويژه نياز دارند. فولاد ضد زنگ, فولاد کربنی آلياژی قابل سخت شدن, و فولاد ساختمانی پراستحکام نيز با روش جوش زير پودری جوشکاری می شوند. روش جوشکاری اين فولادها مستقلا” در مقالات ديگر با عنوان جوشکاری فولادهای کربنی قابل سخت شدن, فولادهای آلياژی و فولادهای ضد زنگ توضيح داده شده است. جوش زير پودری همچنين برای ايجاد پوشش های مقاوم به سايش برای موقعيـت هايی که تحت سايش هستند بکار می رود.

 

***فلـــزات اندکی مناسب : بــرخی فلزات و آلياژهايی را که می شود به روش جوش زير پودری جوش داد، بيشتر با روش هايی جوش می دهند که منطقه حرارت داده شده باريک تر باشد. برخی فولادهای ساختمانی پراستحکام کم کـــربن جزء اين گروه هستند زيرا استحکام ضربه و کشش مورد نياز در روش جوش زير پودری به سختی بدست می آيند. فولادهای پرکربن, فولادهای مار تنزيتی, و مس و آلياژهای مس نيز جزء اين گروه هستند.

 

***فلــزات نامناسب: چدن را معمولا” نمی توان به روش جوش زير پودری جوش داد, زيرا نمی تواند تنش های حرارتی ناشی از گرمای ورودی را تحمل کند. با اين حال مثال ۲۴۱ در مقاله جوش قوس چدن, کاربردی را که در آن چدن ماليبل به فولاد کم کربن جوش شده است را تشريح می کند. مسائلی که در جوش فولاد آستنيته منگنزی و فولاد ابزار پرکربن رخ می دهند جوشکاری آنها را با هر روش معمولی دشوار می سازد. آلياژهای آلومينيوم و آلياژهای منيزيوم را نمی توان به روش زير پودری جوش داد زيرا فلاکس مناسب برای آن پيدا نمی شود. سرب و روی بخاطر نقطه ذوب پايين مناسب جوش زير پودری نيستند. تيـتانيوم در کاربردهای آزمايشگاهی به روش زير پودری جوشکاری شده ولی فلاکس مناسب برای جوش آن تاکنون ارائه نشده است.

 

*/*/*/*/*/*/جنبه های متالورژيک :سه ويژگی جوش زير پودری در جريان های بالا نيازمند توجه ويژه است : الف) در صد بالای فلز پايه در جوش هنگامی که قطب معکوس جريان مستقيم استفاده شود. ب) مقدار زياد سرباره توليد شده در عمليات . ج) گرمای ورودی زياد که ريز ساختار را تحت تاثير قرارمی دهد.*/*/هنگامی که درصد فلز پايه در رسوب فلز جوش بالا باشد, به حداقل رساندن ناخالصی های مضر مانند فسفر و گوگرد بسيار اهميت دارد.مقدار زياد سرباره عموما” منبعی از سيليسيم يا منگنز است که ممکن است مقداری از آن به رسوب فلزجوش منتقل شود.

 

لذا معمولا” هنگام استفاده از فلاکس های پرسيليسيم، از سيم الکترود کم سيليسيم (حداکثر % ۰۵/۰ سيليسيم) استفاده می شود تا از جذب سيليسيم اضافی توسط فلز جوش جلوگيری شـود. همچنين از سيم الکترود کم منگنز حاوی کمتر از ۰٫۵۰% منگنز معمولا” بـــا فلاکس های پـٌر منگنز استفاده می شود. سيــــم الکترود پرمنگنز حاوی %۲ منگنز عموما” با فلاکس های کم منگنز استفاده می شوند. گرمای ورودی زيادی که ازجوشکاری در جريان زياد ناشی می شود (تا حدود ۱۵۰۰ آمپر) در سرعت های حرکت پايين باعث تغيير ساختار در منطقه متاثر از حرارت شده و استحکام ضربه را کاهش و استحکام کششی و دمای تبديل تردی به نرمی را افزايش می دهد.

 

تغييرات ريز ساختار : افزايش تغييرات ساختار فلز پايه به چهار عامل وابسته است://حداکثر دمايی که فلز در آن قرارداده می شود //زمان آن دما//ترکيب شيميايی فلز پايه //سرعت سرد شدنساختار فلز جوش ستونی است زيرا از مرزجامد شروع شده و فقط در يک جهت امکان رشد دارد.

 

در فولاد کربنی قابل سخت شدن امکان درشت شدن ساختار منطقه نزديک قسمت جوش از فلز پايه بخاطررسيدن به دمای حدود ۲۸۰۰ تا ۲۲۰۰ فارنهايت وجود دارد.فلزی که در دمای ۱۷۰۰ تا ۲۲۰۰ فارنهايت گرم شده نواری از دانه های نازک تر دارد. اگرچه اين منطقه در بيشتر از دمای دگرگونی فاز گرم شده, ولی زمان باقی ماندن در اين دما برای درشت ساختار شدن کافی نبوده است. منطقه بعدی ۱۷۰۰ تا۱۴۰۰ فارنهايت، منطقه ای است که فولاد باز پخت شده و به مقدار قابل توجهی نرم تر از منطقه مجاور جوش است. فلز پايه دورتر از اين منطقه نيز تغيير نکرده باقی می ماند. اندکی کاربيد کروی شده بخاطر باقی ماندن در حدود ۱۳۳۰ فارنهايت، ممکن است ايجاد شود. پيش گرم و پس گرم کردن, اصول پيش گرم کردن و پس گرم کردن برای جوش زير پودری مشابه ساير روش های جوشکاری است.

 

پيش گرم و پس گرم برای فولادهای سختی پذير, مخصوصا” فولادهايی که کربن آنها از حدود %۳/۰ و ضخامت آنها بيشتر از “۴/۳ باشد بکار می رود.کاهش سرعت سردشدن که در اثر پيش گرم رخ می دهد، زمان ماندگاری در دمای بالاتر از شروع تغيير حالت مارتنزيتی را افزايش می دهد و لذا تغيير حالت آستنيت به پرليت ظريف تر بجای مارتنزيت سخت را افزايش می دهد. در منطقه جوشی که پيش گرم شده نسبت به جوش پيش گرم نشده احتمال کمتری وجود دارد که فاز سخت تشکيل شود. همچنين بخاطر سرعت سرد شدن کمتر در فولاد های پيش گرم شده, خطر ترکيدگی جوش و تنش های حرارتی کاهش پيدا می کند. پـــس گــرم کردن هنگام نياز به تنش زدايی حرارتی, بازپخت, نرمالايز کردن يا تمپرکردن بکارمی رود.

 

منابغ تغذيه:منابع تغذيه جوش زير پودری عبارتند از:الف) موتور ژنراتور و ترانسفورماتور رکتی فاير, با خروجی جريان مستقيم (DC) . ب)ترانسفورماتور با خروجی جريان متناوب (AC) هر دو جريان های مستقيم و متناوب درجوش زير پودری نتايج قابل قبولی ارائه می دهند. اگرچه هر کدام در برخی کاربردهای خاص معايب ناخواسته ای دارند- بسته به شدت جريان، قطر سيم الکترود, و سرعت حرکت –که در ليست زير ذکر شده اند:**جوش نيمه خودکار با الکترود “۶۴ / ۵ يا “۳۲/۳ در جريان مستقيم ۳۰۰ تا ۳۵۰آمپر، استفاده از جريان مستقيم ارحج است.**جوش خودکار با يک الکترود در جريان پايين (۳۰۰تا ۵۰۰ آمپر) و سرعت حرکت بالا (۴۰ تا ۲۰۰ اينچ در دقيقه)، استفاده از جريان مستقيم ارحج است. **جوش خودکار با يک الکترود و جريان متوسط (۶۰۰ تا ۹۰۰ آمپر) سرعت حرکت ۱۰ تا ۳۰ اينچ در دقيقه، هم جريان مستقيم و هم متناوب استفاده می شوند.**جوش خودکار با يک الکترود و جريان بالا (۱۲۰۰ تا ۲۱۵۰۰ آمپر) سرعت حرکت ۵ تا ۱۰ اينچ در دقيقه, استفاده از جريان متناوب ارحج است.**جوش خودکار با بيش از يک الکترود و در حالت پشت سرهم و جريان هر کدام از الکترودها ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ آمپر با هم الکترودها، جريان متناوب (يا جريان مستقيم در الکترود جلويی ) استفاده می شود.**جوش خودکار با دو الکترود در عرض هم, باهر دو جريان مستقيم و جريان متناوب استفاده می شود.

 

سيستم های تغذيه سيم جوش::تجهيز تغذيه سيم الکترود جوش زير پودری از دو نوع سيستم کنترلی برای کنترل سرعت تغـــذيه سيم (سيستم های حساس به ولتاژ و سيستم های سرعت ثابت) استفاده می کنند. سيستم های کنترلی حساس ولتاژ با منبع تغذيه های جريان ثابت و سيستم های کنترل سرعت ثابت با منبع تغذيه های ولتاژ ثابت استفاده می شوند.

 

*/*/*/سيم الکترود جوش زير پــودری:سيم های الکترود جوش زير پودری فولاد در اندازه های مختلف توليد می شوند. پوشش نازکی از مس برای بهبود هدايت الکتريکی و بالا بردن مقاومت در برابرخوردگی بر روی سيم ايجاد می شود.ترکيب شيميائی سيم الکترود به ترکيب شيميائی فلز جوش و خواص مکانيکی و انتخاب نوع خاص الکترود و ترکيب آن به جنس فلز قطعه و نوع فلاکس وابسته است. برای رسيدن به نرخ رسوب بالاتر می توان از دو يا چند الکترود نازک تر بجای يک الکترود ضخيم تر استفاده کرد. کاهش قطر الکترود باعث افزايش چگالی جريان و فشار پلاسما جت و افزيش عمق نفوذ و باريک شدن باند جوش می شود.الف) همـــه الکترودها علاوه برمقادير جدول حداکثر دارای % ۳۵ ۰/۰ گوگرد, % ۰۳۰/۰ فسفر, %۱۵/۰مس (غيراز پوشش) و % ۵۰/۰ ساير عناصر می باشند. ب) به علاوه حاوی ۰۵/۰ – ۱۵/۰ تيتانيوم, ۲ ۰/۰ – ۱۲/۰ زيرکونينوم, ۵ ۰/۰ تا ۱۵/۰ آلومينيوم و تا ۵۰/۰ درصد ساير عناصر نيز می باشد. ساده ترين روش برای جلوگيری از تشکيل پرليت و فريت گوشه دار استفاده از حدود %۵/۰ موليبدن و %۲۰۰/۰ بــُر در ترکيب فولاد است, که با کاهش آهنگ تشکيل محصولات دگرگونی در دمای بالا باعث ايجاد فاز بينيت می شود. لذا استحکام کششی و تسليم را افزايش می دهد.

 

پـودرهای جوش زير پودری :پودرهای جوش زير پودری به سه شکل وجود دارند.*پودرهای ترکيب شده *پودرهای چسبيده شده *پودرهای آگلومره */*پودرهای ترکيب شده: برای توليد پودرهای ترکيب شده ابتدا اجزاء بصورت خشک مخلوط سپس دريک کوره الکتريکی ذوب و با پاشش آب سرد يا ريختن روی صفحه سرد منجمد می شود. مزايای اين نوع پودر عبارت است از :**کاملا توزيع ترکيب شيميائی يکنواخت دارند.**می توان خاکه آن را بدون تغيير در ترکيب شيميايی جدا کرد.

 

**محصول رطوبت گير نيست و مسائل ذخيره سازی و نگهداری ساده تر دارد.**پودرهاي ذوب نشده را می توان چندين دور مورد استفاده قرار داد (بدون تغيير قابل توجه).**مناسب برای جوشکاری با بيشترين سرعت+*-+-*+-*+-*محدوديت : محدوديت مهم اين پودر ها عدم امکان افزودن اکسيد زداها و فرو آلياژها بخاطر دمای حلاليت بالای آنها است.پودرهای چسبيده شده: برای توليد پودرهای چسبيده شده مواد خام تا اندازه D * 100 آسياب می شوند. بصورت خشک با هم مخلوط شده و با افزودن سيليکات پتاسيم يا سيليکات سديم به هم چسبيده می شوند. مخلوط حاصل به شکل گلوله درآمده و در دمای پايين خشک می شوند و بصورت مکانيکی خرد شده و دانه بندی می شوند. *-+-*+-مــزايــا :*-بخاطر دمای توليد پايين, اکسيد زداها و فرو آلياژها دراين روش قابل افزوده شدن هستند.*-چگالی پودر پايين تر است و امکان استفاده از لايه ضخيم تر فلاکس برروی منطقه جوش وجود دارد. -سرباره ايجاد شده بر روی جوش پس از سردشدن بهتر جدا می شود.*****محدوديت :محدوديت های مهم اين روش عدم امکان جداکردن خاکه بدون تغيير در ترکيب شيميايی و حساسيت بالا به جذب رطوبت است.پودرهای آگلومره: روش توليد مشابه پودرهای چسبيده شده است غير از اينکه از يک الک سراميکی استفاده می شود. در اين نوع پودر نيز برای استفاده از اکسيد زداها و فرو آلياژها بخاطر دمای Curing بالای الک (۱۴۰۰ oc) مانند پودرهای ترکيب شده محدوديت وجود دارد.دانه بندی: اندازه دانه های پودر جوش بخاطر تاثير برمصرف بهينه پودر جوش در جريان های جوش مختلف حائض اهميت است.

 

در جريان های بيشتر از ۱۵۰۰ آمپر بايد از درصد ذرات ريز بيشتر و ذرات درشت کمتر استفاده کرد. پودرهای چسبيده شده که در جريان های کمتر استفاده می شوند بستگی کمتری به اندازه ذرات دارند و عمدتا” در يک سايز توليد می شوند. حداکثر جريان مناسب برای اين نوع پودر ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ آمپر است. در حالی که برخی انواع پودر ترکيب شده (انواع سيليکات کليسم اصلاح شده ) را تا ۲۰۰۰ آمپر نيز می توان بکار برد.