جوش و بررسی ان

مقدمه
با نگاهی به پیرامونمان و سازه‌های موجود دراطرافمان، پی به وجود ماده‌ای به نام فولاد که کاربرد گسترده‌ای درانواع سازه‌ها دارد می‌بریم و از آنجا که این ماده به واسطه نورد و جوش قابل تبدیل به سازه‌های مختلف می‌گردد بایستی استحکام وتافنس و مقاومت و خوردگی و خستگی لازم را داشته باشد. وعلاوه براین، این ماده باید جوش پذیری خوبی (Good Weldability) نیز داشته باشد.
معنی جوش پذیری خوب چیست؟

بعضی‌ها معتقدند که همه فلزات و آلیاژها قابلیت جوشکاری را دارند که واقعیت خلاف آن است، متریال هایی از جوش پذیری خوبی برخوردارند که بتوانیم درعمل آنها را به طورساده و مطمئن در مقیاس کارگاهی جوشکاری نمائیم. و از آنجا که در صنعت امکان ساخت سازه‌ها به طورکامل وجود ندارد لذا سازه‌های بزرگ به اجزای کوچکتری تقسیم می‌شوند که در کارگاه‌های متعدد ساخته شده و سپس برروی یکدیگر نصب و مونتاژ می‌شوند. دراتصال دادن این اجزاء برای دستیابی به اجزای بزرگ تر، روشهای زیر به کار می‌رود.
۱) اتصال به روشهای مکانیکی: استفاده از پیچ و مهره و میخ و گیره و خارو کشو.

۲) اتصال به روشهای متالوژیکی: بهره گیری از عملیات جوشکاری (Welding)، لحیم کاری سخت (Brazing) ( نقطه ذوب فلزپرکننده زیر فلزپایه)، لحیم کاری نرم (Soldering) (فلزپرکننده نقطه ذوب زیر
oc400 دارا می‌باشد).
۳) الحاق قطعات به روشهای شیمیایی با استفاده ازچسب‌های معدنی و آلی و غیره.

بعضی اوقات اتصال فلزات و آلیاژهای مختلف را از نظر بعد زمان به صورت زیر تقسیم بندی می‌کنند:
۱- اتصال موقت (پیچ و مهره و خارو کشو و غیره)
۲- اتصال نیمه وقت (استفاده از پرچها و لحیم کاری نرم (soldering) واستفاده از بعضی چسب های)
۳- اتصال دائم، فرآیند جوشکاری و لحیم کاری سخت و استفاده از چسب‌های معدنی و آلی
نکته: اتصال موقت بیشتربدین منظور می‌باشد که قطعات قابلیت دمونتاژو مونتاژ را داشته باشد.

تعریف جوش (Weld)
جوش ایده آل به جوشی گفته می‌شود که نتوان آن موضع را از محل‌های دیگرفلزات (Base Metal) تشخیص داد. درعمل رسیدن به جوش ایده آل مقدور نمی باشد ولی آنقدرمی توان خواص اتصال و کیفیت جوش را بالا برده تا اینکه برآورد نیازهای صنعتی و تحمل تنش‌ها و بارهای تحمیلی را بنماید.
عوامل مؤثربرکیفیت جوش
۱- نوع فلزات و آلیاژها
۲- روش جوشکاری
۳- مواد معرفی (Filler Metal)

۴- تکنیک عملیات جوشکاری
۵- نوع اتصال (Joint Design)
6- پارامترهای جوشکاری و عوامل جنبی دیگر

جوش پذیری خوب به عوامل زیر بستگی دارد:
۱- نوع فرآیند جوشکاری (Type of welding process)
2- محیط (Environment)
3- ترکیب شیمیایی آلیاژ(Allay Composition)
4- طراحی اتصال و اندازه آن (Joint design and size)

تقسیم بندی روشهای جوشکاری
روشهای جوشکاری برحسب منبع حرارتی و نحوه حفاظت محل جوش از اتمسفر محیط و نوع الکترود (مصرفی و غیر مصرفی) روشهای جوشکاری به هفت گروه تقسیم می‌شوند.
روشهای جوشکاری:
۱- جوشکاری درحالت جامد (sold state welding)
ـ جوشکاری اصطکاکی (friction welding)
ـ جوشکاری آهنگری (forge welding)
ـ جوشکاری انفجاری (explosine welding)

ـ جوشکاری دیفوزیونی (diffousion welding)
ـ جوشکاری فشاری (pressure welding)
2- جوشکاری حرارتی – شیمیایی (therma chrmical welding) در این گروه منبع حرارتی به طریق شیمیایی حاصل می‌شود یعنی اینکه حرارت مورد نیاز از طریق ترکیب اکسیژن با یک ماده شیمیایی حاصل می‌شود مثل جوشکاری با کاربید و…. و در عمل دراین روش حرارتی معادل oc 2480 تولید می‌شود.
۳- جوشکاری مقاومتی (Resistance welding): دراین گروه از روشهای جوشکاری از مقاومت الکتریکی جهت عملیات جوشکاری استفاده می‌شود.
مانند:
ـ جوشکاری نقطه‌ای (spot re Resistance welding)

ـ جوشکاری درزی (seam Resistance welding)
ـ جوشکاری با سرباره الکتریکی (electroslay welding)
ـ جوشکاری سربه سر با تخلیه جرقه الکتریکی (flash welding)

۴- جوشکاری به کمک قوس الکتریکی بدون اعمال پوشش محافظ روی الکترود یا حوضچه محافظ جوش مثل (carbon Arc welding) وجوشکاری زائده‌ای یا گل میخی (Bare wine stud welding)
5- جوشکاری به کمک قوس الکتریکی درزیرلایه سرباره و یا جوشکاری زیرپودری (Sabmerage Arc welding) و جوشکاری با الکترود روپوشدار (manual Arc welding)
6- جوشکاری به کمک قوس الکتریکی توسط گاز خنثی یا محافظ مانند جوشکاری با الکترود تنگستن درزیراتمسفرآرگون (tungsten luert GasTIG) که الکترود مصرفی نیست و یا جوشکاری با الکترود فلزی مصرفی تحت گاز خنثی (metal Inert GasMIG) که گاز خنثی حتی co2 می‌تواند باشد.
۷- جوشکاری به کمک انرژی تشعشعی

این گروه شامل جوشکاری با پرتوالکترونی (Electeron Beam welding) ویا جوشکاری با رزفانس الکترومگنتیت (Laser Beam welding) که براحتی با سرعتی حداقل ۶ برابر جوشکاری معمولی می‌توان با ضخامت‌های ۲۰mm فولاد و ۱۰mm آلومینیوم را بدون نیاز به اتمسفرخنثی و بدون تغییر درسختی و بوجود آمدن HAZ جوشکاری نمود.
اثرهای حرارتی (Thermal Effects)
جوشکاری بدون اعمال حرارت معمولاً مقدورنمی باشد واین گرمایش تأثیرات زیادی بر کیفیت جوش دارد.
کیفیت منطقه جوشکاری شده به عوامل زیر بستگی دارد:

۱- نحوه نفوذ حرارت Thermal diffusivity
2- میزان حرارت تلف شده Heat lost
3- ضریب انتقال حرارت Thermal conductivity cocfficient
4- شدت انرژی اعمالی Energy intensity
5- ضریب حرارتی Termal capacity

اثرهای حرارت فروکش (Heat sink Effects)
قطعات ضخیم قابلیت جذب حرارتی بیشتری نسبت به قطعات نازک دارند ولی افت حرارت درهرگرم از مذاب ریخته شده در حوضچه بیشتر است. از این رو امکان ترک خوردن قطعات ضخیم حین جوشکاری به علت بوجود آمدن فازهای ترد مثل مارتزیت بیشتر می‌باشد بخصوص در پاس اول جوشکاری اثرهای حرارت فروکش در موارد زیر بیشتر جلب نظر می‌کند:
۱- درجوشکاری دوقطعه با ضخامت‌های متفاوت حوضچه جوش به طرف قطعه نازک تر متمایل می‌شود.
۲- درجوشکاری دوقطعه با جنس‌های متفاوت ولی با ضخامت، حوضچه جوش بطرف قطعه‌ای که ضریب انتقال حرارتی کمتری دارد متمایل می‌شود. بنابراین جوشکاری قطعات ضخیم به نازک ویا با ضریب انتقال حرارتی متفاوت، می‌تواند در حالت‌های خاص سبب ذوب ناقص در یک طرف (Incomplete Fusion) ودر طرف دیگر پیشروی بیش از حد حوضچه جوش را به همراه داشته باشد.
برای جلوگیری از چنین مشکلی می‌توان تدابیر زیر را اتخاذ نمود:
۱- پیشگیری قطعه‌ای که حرارت فروکش زیادی دارد.

۲- کاهش ضخامت قطعه ضخیم‌تر به گونه‌ای که بتوان حرارت فروکش آن را پایین آورد.
۳- استفاده از برد درطرف قطعه نازک تر به گونه‌ای که حرارت فروکش قطعه نازک افزون گردد.دراین حالت میزان حرارت داده شده به جوش راباید افزایش داد.
۴- تغییر زاویه قوس یا Torch به طوری که بیشتر حرارت به طرف قطعه ضخیم منتقل شود.

۵- افزایش شدت منبع حرارتی که سبب افزایش سرعت جوشکاری و کمتر شدن حساسیت به غیر متعادل بودن حرارت فروکش می‌گردد.
گاهی اوقات درمحاسبات سرد شدن از فاکتوری دیگربه نام Thermal severity Number یا عدد شدت حرارتی استفاده می‌کنند که این عدد برابر است با مجموع ضخامت ورق یا ورق هایی که درموضع اتصال حرارت از آنها به بیرون منتقل می‌شود.
موقعی که یک منبع حرارتی متحرک درسطح کاروجود دارد، حرارت ایجاد شده درهرلحظه از رابطه زیر محاسبه می‌شود.
ضریب راندمان (Efficiency) برحسب روش جوشکاری مقداری متفاوت است.
جدول ۲ـ مقدارمؤثربودن قوس درروشهای جوشکاری مختلف

Arc efficiencies
n Process
0.7ـ۰٫۸۵ Manual metal arc welding
0.22ـ۰٫۴۸
به خاطر اینکه بخشی از حرارت توسط نگهدارنده الکترود بیرون برده می‌شود Tig
0.66ـ۰٫۷۵ Mig
0.9ـ۰٫۹۹ Submerged arc welding

طبیعت قوس الکتریکی (Nature of the Arc)
قوس یک جریان الکتریکی است که بین دو الکترود وجود دارد و از میان یک ستون یونیزه شده گازی به اسم پلاسما عبور می‌کند.
قوس از لحاظ الکتریکی خنثی است بطوریکه می‌توان گفت تعداد الکترونها و ویونهای مثبتی که درهرحجم داده شده وجود دارد با یکدیگربرابر هستند. از آنجا که جرم الکترونها درحدود هزارم جرم سبکترترین یونها می‌باشد بنابراین تحرک الکترونها خیلی زیاد می‌باشد. لذا قسمت اعظم جریان توسط الکترونها عبورداده می‌شود.
اهمیت عملی نیروی قوس الکتریکی درنحوه جدا کردن و انتقال فلز مذاب از سرالکترود به سطح کار می‌باشد. قطره‌های فلز مذاب از الکترود بوسیله نیروی الکترومغناطیسی درنوک الکترود جمع و توسط کشش پلاسما جت جدا می‌شوند.
انواع قوس الکتریکی در جوشکاری

ـ برحسب ذوب الکترود و یا عدم ذوب آن، دونوع قوس الکتریکی وجوددارد. اگرالکترود از جنس کربن یا تنگستن باشد هنگام ایجاد قوس الکتریکی الکترود ذوب نمی شود و لذا قوس یا الکترود را غیر مصرفی می‌گویند.

ـ اگر الکترود نقطه ذوبی مشابه فلز پایه داشته باشد و الکترود ذوب و مصرف شود و بصورت قطرات مذاب از آن جدا شود و با سرعت زیاد پلاسماجت به حوضچه جوش منتقل شود. این قوس یا الکترود را مصرفی می‌گویند (Metal Arc یا Consumable).
ـ حرارت جوشکاری به طریق زیر تلف می‌شود:
الف ) بوسیله سرباره جوش اگرموجود باشد.
ب ) بطریق تشعشع
ج ) بطریق گازهائی که ستون قوس را ترک می‌کنند.
د ) گرم شدن الکترود دراثرتشعشع و غیره که این گرما مجدداً به حوضچه جوش برمی گردد.
ذ ) گرم شدن خود الکترود بعلت عبورجریان الکتریکی از آن طبق رابطه راندمان حرارتی در الکترودهای مصرفی (۹۰%ـ۷۵) بیشتر از راندمان حرارتی الکترودهای غیر مصرفی (%۶۰ـ۵۰)می باشد درنتیجه منطقه تحت تأثیر حرارت قرارگرفته (HAZ) درجوشکاری با الکترودهای مصرفی محدودتر است.
مشخصات قوس الکتریکی

درجوشکاری قوس الکتریکی با الکترود دستی، تغییر طول قوس بطورناخواسته اجتناب نا پذیر می‌باشد و این تغییر طول قوس طبق منحنی زیرسبب تغییرجریان جوشکاری می‌شود و نهایتاً حرارت گذاشته شده درفلز تغییر ناخواسته می‌کند. این موضوع مشکلاتی را بهمراه می‌آورد. بنابراین دستگاه تولید قدرت (power source) برای جوشکاری با قوس دستی بایستی دارای سیستمی تحت عنوان Stccply Dropping VoltـAmpereـCharacteristic (منحنی ولتاژـ آمپربا سراشیبی تند) باشد.

به کمک سیستم یاد شده تغییرات طول قوس سبب تغییرات ناچیزی از جریان می‌گردد. شکل زیر رفتارالکتریکی منبع قدرت را در حالات Dropping , Flat مقایسه می‌کند. همانگونه که انتظارمی رود درسیستم Dropping تغییرات طول قوس اثرچندانی روی تغییرات جریان و نهایتاً روی حرارت ایجاد شده ندارد.
درجوشکاریهای نیمه اتوماتیک مثل (Metal Inert Gas)MIG خواسته‌ها عکس روش قوس الکترود دستی می‌باشد. زیرا دراین روش افزایش طول قوس متناسب با افزایش ولتاژمی گردد و درنتیجه جریان افت می‌کند. از طرفی سرعت ذوب متناسب با جریان می‌باشد. ازاین رو افزایش طول قوس سبب کاهش سرعت ذوب می‌گردد الکترود دیرترمصرف میشود و فاصله خود را تا سطح کارکم می‌کند، یعنی قوس کوتاه می‌شود. به دنبال کاهش طول قوس جریان افزوده می‌گردد و سرعت ذوب زیاد می‌شود. از اینرو قوس بطوراتو ماتیک خودرا تنظیم می‌کند. از این رو گفته می‌شود قوس مکانیسم خود تنظیمی (Self Adjusting Mechanism) دارد.
انواع منبع انرژی

ماشین‌های جوشکاری با جریان ثابت براساس شیوه تولید جریان جوشکاری طبقه بندی می‌شوند و دارای سه نوع عمومی می‌باشند:
۱ـ دستگاه موتورـ مولد (موتورژنراتورو دینام)
یک موتورالکتریکی که با یک موتوراحتراقی درونسوز راه‌‌اندازی می‌شود قادر به تولید جریان یکسو، متناوب و یا یکسو / متناوب می‌باشد.
۲ـ مبدل – یکسوکننده (رکتیفایر)

دراین دستگاه از یک مبدل جهت کاهش ولتاژالکتریکی جریان متناوب ورودی (مثلاً ولتاژبرق شهر) به ولتاژلازم برای جوشکاری (با جریان متناوب) استفاده می‌شود. سپس جریان الکتریکی برای تبدیل از جریان متناوب به جریان یکسو، داخل یکسو کننده یا رکتیفایر می‌گردد.
۳ـ مبدل جریان متناوب (ترانس)
دراین حالت از یک مبدل الکتریکی برای کاهش ولتاژورودی جریان متناوب به ولتاژلازم برای جوشکاری با جریان متناوب استفاده می‌شود.

شروع یا روشن کردن قوس الکتریکی Arc Initiation
برای ایجاد قوس بین دو الکترود اقدامات زیر صورت می‌گیرد.
۱- افزایش خیلی زیاد ولتاژتا برقراری کانال یونیزه شده و تخلیه بارالکتریکی (روش جرقه ناشی از تخلیه الکتریکی)
۲- بوسیله لمس کردن قطعه کاروعقب بردن الکتروداز سطح کار.
انتخاب ماشین جوشکاری

انتخاب یک ماشین جوشکاری به موارد زیر بستگی دارد:
۱- روش جوشکاری (مشخصه‌های الکتریکی روش جوشکاری چه هستند؟)
۲- تعمیر و نگهداری
۳- معیارهای اقتصادی
۴- قابلیت حمل
۵- محیط کار

۶- مهارت‌های موجود
۷- ایمنی
۸- سرویس دهی‌های سازنده
۹- برآوردکردن نیازهای کدها و استانداردها
شکل a 10ـ ساختارداخلی منبع قدرت مجهزبه سیستم Invertor
شکل b 10ـ بعضی از ماشین‌های جوشکاری

انتخاب نوع جریان برای جوشکاری
درصنعت انتقال فلزاز الکترود به حوضچه جوش با جریان DC الکترود مثبت (DCEP) یکنواخت تر و بهتر انجام می‌گیرد. قطب مثبت به علت بمباران شدن توسط الکترون‌ها گرمتر از قطب منفی که الکترون متصاعد می‌کند می‌باشد. بنابراین با جریان DC و الکترود منفی (DCEN) یا (DCSP) DC Straight Polarity شدت عمل ذوب در قطعه کار بیشتر خواهد بود. دراین حالت حدود حرارت درفلز مبنا (Base Metal) و بقیه درالکترود متمرکز می‌شود.

درحالت DCEP یا وقتی که الکترود مثبت باشد (Direct Current Electrode Positive) یا اصطلاحاً اتصال معکوس Direct Current Reverse Polarity (DCRP) پراکندن ذرات اکسیدی از روی سطح قطعه کار توسط قوس انجام می‌گیرد و اصطلاحاً گفته می‌شود قوس دراین حالت خاصیت Arc Cleaning دارد.
علاوه بر پایداربودن قوس و انتقال یکنواخت ترقطرات فلز جریان مستقیم مزایای دیگری نیز دراین روش وجود دارد که عبارتند از:
الف) درروش DC می‌توان از شدت جریانهای کم استفاده نمود.

ب) همه نوع الکترودی را درروش جوشکاری دستی می‌توان بکاربرد.
ج) شروع قوس راحت تر می‌باشد.
د) نگهداری قوس با طول کوتاه آسانتر است.
ح) دروضعیت‌های غیر از flat مثل overhead vertical Horizontal عملیات جوشکاری آسانتر است.
و) جوشکاری ورق‌های نازک با روش DCRP بهتر انجام می‌گیرد.
ز) جریان AC جایی ترجیح داده می‌شود که شروع مجدد قوس مسئله چندان مهمی نباشد

و می‌توان به کمک افزایش ترکیبات پایدارکننده قوس درمواد روپوش الکترود این موضوع را جبران نمود. چنین مواردی خاصیت یونیزاسیون بالایی دارند. جریان متناوب بیشتر درروش TIG بکاررود.
قطبیت در جوشکاری
درجوشکاری قوس الکتریکی الکترود دستی (SMAW) انتقال مذاب از الکترود به حوضچه جوش با جریان DC و الکترود مثبت یکنواخت تر و بهتر انجام می‌گیرد، چرا که قطب مثبت به علت بمباران شدن توسط الکترونها گرمترشده و سریع ذوب می‌شود. لذا دراین حالت الکترود سریعترذوب می‌شود. چنانچه الکترود را به قطب منفی ببندیم چون الکترونها از این الکترود خارج شده و به سطح قطعه کار برخورد می‌کنند، لذا حرارت بیشتر در قطعه کار متمرکز می‌گردد و عمل ذوب بیشتر در قطعه اتفاق می‌افتد.
دونوع قطبیت در جوشکاری با جریان DC وجود دارد:
۱ـDCEN ( Direct Current Electrode Negative
DCSP (Direct Current Straight Polarity)
2ـDCEP (Direct Current Electrode Positive
DCRP (Direct Current Revers Polarity)
معمولاً درصنعت بیشتر جوشکاری درحالت معکوس (Revers) توصیه می‌شود.
وزش قوس Arc Blow
هنگامیکه جوشکاری مواد فرومغناطیس مثل فولادهای فریتی، آلیاژهای پایه نیکل و کبالت با استفاده از جریان DC انجام می‌گیرد، میدانهای مغناطیسی زیر بخاطرعبورجریان مستقیم بوجود می‌آیند. عدم تقارن و نامتعادل بودن این میدانها سبب انحراف قوس درهنگام جوشکاری می‌گردد.
ـ میدان مغناطیسی دراطراف الکترود در سطح قطعه کار
ـ میدان مغناطیسی دراطراف قطعه کار

ـ میدان مغناطیسی دراطراف کابل
ـ درحالت A وزش قوس به جلو بوجود می‌آید یعنی قوس درجهتی منحرف می‌شود که خطوط قوا کمتر متمرکز باشند و لذا سبب می‌گردد تا شروع جوش کامل نگردد.
ـ درحالت C قوس وزش ندارد چون دروسط قطعه کار می‌باشد.
ـ درحالت B وزش قوس به عقب بوجود می‌آید و سبب می‌گردد تا پایان جوش کامل نگردد.

ـ وزش قوس بیشتر همانگونه که گفته شد درحالت جریان مستقیم بوجود می‌آید و درجریان متناوب بخاطر تغییر جهت جریان الکتریکی درهرنیم سیکل این عمل کمتر اتفاق می‌افتد و یا اثر آن ناچیز است.
ـ وزش قوس سبب می‌گردد تا جوش کامل نگردد و همراه با جرقه‌های زیادی باشد.
ـ همانگونه که قبلاً اشاره شد وزش قوس درفولادهای فرومغناطیس که جذب مغناطیس می‌شوند و یا آلیاژهای پایه نیکل و کبالت بوجود می‌آید بهتر صورت وزش قوس درفولادهای پرنیکل خیلی بیشتراز فولاد معمولی است.
ـ وزش قوس در پلیت‌های ضخیم خیلی بیشتر از پلیت‌های نازک می‌باشد.
ـ درهنگام جوشکاری جوش‌های Fillet با مقاطع Hشکل، وزش قوس از شدت بیشتری برخوردار است.
راههای جلوگیری از وزش قوس

۱- تغییر نوع جریان الکتریکی از حالت DC به AC
2- کاهش شدت جریان و طول قوس تا حد مجاز
۳- تغییر محل کابل اتصال به زمین بطوریکه تاحد ممکن از محل جوشکاری دورباشد.
۴- کابل اتصال به زمین بجای اینکه به یک نقطه وصل باشد از آن انشعاب گرفته و به دو یا چند نقطه وصل گردد.
۵- سیم اتصال به زمین برحسب پیشرفت کاربرای قطعاتی که بزرگ هستند تغییر محل داده شود.

۶- درصورت امکان کابل اتصال به زمین به دور قطعه پیچیده شود بطوریکه میدان مغناطیسی دیگری بوجود آید و بتوان تا حدودی میدان مغناطیسی قبلی را خنثی نمود.
۷- قطعات فولادی و یا آلیاژهای پایه نیکل با جرثقیل‌های مغناطیسی بلند نشوند، زیرا پسمانده مغناطیسی درآنها درهنگام جوشکاری مشکلات وزش قوس را بدنبال دارد. لذا برای جوشکاری چنین قطعاتی با عملیات حرارتی دربالای نقطه کوری (Curic) میتوان کیفیت کاررا بهبود بخشید. برای فولادها نقطه کوری ۷۶۸oc وبرای نیکل خالص ۳۷۰oc می‌باشد.
جوشکاری قوس الکترود دستی (SMAW)
جوشکاری قوس الکتروددستی(SMAW) را به طریق مختلف نام گذاری می‌کنند.مثلاً:

۱ـ shielded Metal Arc Welding
2ـ Manual Metal Arc Welding
3ـ Welding With Stick Electrodes
پوشش‌های الکترود
الف) پایدارکننده قوس می‌باشند.

ب) اتمسفر گازی و سرباره محافظ را به وجود می‌آورندو سبب می‌گردند تا قوس و حوضچه جوش از نا خالصی‌ها و تماس اتمسفر با آن مصون بماند.
ج) پوشش علاوه برکاهش سرعت سرد شدن حوضچه جوش بایستی به راحتی از گرده جوش جدا شود.
نکته: خوبی و بدی الکترودها از روی میزان فلزی که رسوب می‌دهد. خواص مهندسی جوش حاصل، هزینه موردنیازجهت رسوب دادن واحد حجم فلز وراحتی کاربرد الکترود توسط جوشکارسنجیده می‌شود.
و) پوشش الکترود حاوی موادی می‌باشد که نقطه ذوب را پایین می‌آورد. بدین طریق ناخالصی‌ها را از حوضچه به بیرون می‌فرستد.
مواد متشکله روپوش الکترود به گروههای زیر تقسیم می‌شوند:
الف ) مواد سرباره سازه

این مواد معدنی بوده و شامل اکسیدهای فلزی (بصورت سنگهای معدنی) مثل سنگ تیتان، فلداسپار، فلورین، گچ، خاک چینی یا کائولن، کوارتز، گرافیت، سنگ مرمر، سنگ معدنی تیتانیم و منگنز.
ب) مواد تشکیل دهنده گاز
این مواد گاز لازم برای حفاظت فلز جوش ازاکسید شدن و نیتریده شدن بوسیله O2 , N2 موجود درهوارا فراهم می‌کنند وعبارتند از: نشاسته، خاک اره، کتان، سلولز، ذغال چوب و آرد. درحقیقت با سوختن چنین موادی مقداری CO , H2 تولید می‌شودکهO2 , N2 را پس می‌زنند.

ج) عوامل احیاء کننده
این عوامل اکسید آهن بوجود آمده را احیاء نموده و تبدیل به آهن خالص می‌کنند و عبارتند از: فرومنگنز , فروسیلیسیم، فروکرم، فرومولیبدنیوم، و آلومینیوم.
د) عوامل آلیاژدهنده
این عوامل عناصرلازم برای تکمیل آلیاژ به منظوربهبود خواص مکانیکی را به داخل فلز جوش وارد می‌کنند و عبارتند از فرومنگنز، فروسیلیسیم، فروکرم، اکسید نیکل و غیره.
دراغلب پوشش الکترودها عامل آلیاژ کننده اصلی فرومنگنز است که هم خاصیت احیاء کنندگی و هم خاصیت آلیاژ سازی را توأماً برآورده می‌کند.
شناسایی الکترودها

درصنعت الکترودها را توسط دو سیستم می‌شناسند:
الف ) سیستم رنگ درته مفتول
رنگ آمیزی ته مفتول الکترود، یا روی قسمت لخت الکترود و یا روی روپوش الکترود.
ب ) چاپ یا مهرزدن عددی و یا کدی برروی الکترود
هرسازنده و هرکشوری، با کد و یا علامت خاصی الکترود خودرا به بازارعرضه می‌کند که به کمک دفترچه راهنما قابل تشخیص می‌باشد.
مثال الکترود E8016ـB2

۱- E مشخص کننده الکترود
۲- ۸۰ مشخص کننده حداقل استحکام کششی ۸۰,۰۰۰psi
3- 6 مشخص کننده الکترود کم هیدروژن، با پوشش پتانسیم
۴- عدد ۱ بکارگیری الکترود درهمه موقعیتها با جریان AC و DCRP
5- پسوند B2 مشخص کننده این است که فلز جوش (الکترود) از نوع فولاد کم آلیاژی محتوی Mo , Cr با درصد ۱/۲Mo , 11/4 Cr می‌باشد.

مشخصه‌های کاربردی الکترود
جنس مواد مصرفی درروکش یک الکترود نه تنها مشخصات مکانیکی و شیمیایی فلز جوش را تعیین می‌کند بلکه ویژگی‌های کاربردی الکترود را نیز مشخص می‌کند. استفاده از الکترودهای مختلف مستلزم استفاده از تکنیک‌های مختلف جوشکاری می‌باشد. بنابراین الکترودها با توجه به ویژگی‌های کاربردی و نوع درزاتصال به سه گروه تقسیم می‌شوند. الکترودهای پرجوش (Fast Fill)، الکترودهای زود جوش (Fast Freeze)، و الکترودهای پرو زود جوش (زود رو) (FILL freeze (FAST follow).
الکترودهای پرجوش

الکترودپرجوش درزرا زود پر می‌کند. این خاصیت نقطه مقابل الکترود‌های زود جوش است. الکترودهای پرجوش دارای روکش ضخیم محتوی پودرآهن می‌باشند که کاربرد وسیعی در جوشکاری گوشه و جوش شیاری عمیق دارد. این الکترود‌ها برای جوشکاری سریع رو به پایین طراحی شده اند و دراین نوع الکترود میزان رسوب زیاد بوده و پاک کردن سرباره آن براحتی انجام می‌شود. گودافتادگی کناره‌های جوش (Undercut) کم است. این نوع الکترود با قوس سبک و ملایم ذوب می‌شود و عمق نفوذ آن زیاد نیست درنتیجه امتزاج فلز جوش و فلز پایه کم است. ظاهرجوش بسیار صاف و سطح جوش تخت تاکمی محدب می‌باشد. الکترودهای پرجوش عبارتند از:EXX14 EXX24 EXX27 EXX28.

الکترودهای پرجوش و زودجوش (زود رو)
الکترودهای پروزودجوش دارای خصوصیاتی هستند که به نحوی احتیاجات هردو گروه پرجوش و زود جوش را برآورده می‌کند. دراتصالات لبه روهم (Lap weld) وجوشکاری ورق‌های نازک، قدری فلز جوش اضافی برای شکل گیری جوش لازم است. چون درچنین عملیات جوشکاری حرکت سریع الکترود وجود دارد. این نوع الکترود را زود رو (Fast Follow) نیز می‌گویند. قوس ملایم، قدرت نفوذ متوسط، با شدت جریان و حرارت ورودی کم، مسائل سوختگی (سوراخ شدن) را کاهش می‌دهد. این نوع الکترودها برای مصارف عمومی، برای جوشکاری ورق‌های نازک فولادی یا برای جوشکاری سرپایین به کار می‌روند.
الکترودهای زودجوش

الکترودها زودجوش Freeze Fast این نوع الکتروده، دارای قابلیت انجماد سریع فلز جوش می‌باشند. این خاصیت درمواردی که ترشح گل جوش و یا فلز جوشکاری به خارج از درز جوش وجود دارد ویادرجوشکاری سربالا و سقفی بسیارمهم است. این الکترودها دارای قوسی قوی و نفوذی بوده، عموماً با جریان یکسو و قطبیت معکوس بکارمی روند. هرچند با جریان متناوب نیز بکارگرفته می‌شوند. دارای سرباره کم و خط جوش تخت می‌باشند. E6010 با جریان E6011 , DC با جریان متناوب از این نوع الکترودها می‌باشند.
الکترودهای کم هیدروژن Low Hydrogen Electrods

هیدروژن اثرمضری در فولادهای آلیاژی و پراستحکام دارد و سبب ترک خوردگی‌های بین دانه‌ای تحت عنوان تردی هیدروژن شده و مقاومت خستگی و استحکام را پایین می‌آورد. الکترودهای کم هیدروژ ن حداقل هیدروژن را در فلز جوش باقی می‌گذارند. این نوع الکترودها با کد EXXX8 مشخص می‌گردند درپوشش آنها آهک (Lime)، سنگ کربنات آهن، Titania و پودر آهن وجود دارد. کاربرد این نوع الکترودها برای فولادهای پرکربن، فولاد کم آلیاژی و فولادسختی پذیروهرکجا باردینامیکی و ضخامت بیش از ۱ اینچ مطرح باشد توصیه می‌شود. ظهورهیدروژن درجوش از چهارمنبع احتمال دارد.
الف) رطوبت جذب شده در پوشش الکترود

ب) آب موجود درمواد چسبنده تشکیل دهنده پوشش
ج) تجزیه ترکیبات اورگانیکی که همراه با آب یا هیدروژن هستند. مانند چربی‌ها و رنگها.
د) آب تبلورهمراه کریستالهای مینرالها یا کانی ها.
این نوع الکترودها را باید قبل از مصرف پخت نمود. جدول زیر نحوه پخت الکترود را نشان می‌دهد.
بعد از پخت، الکترودها تازمان مصرف دردمای ۲۵۰of درفلاسک نگهداری می‌شوند.
جدول: روش پخت الکترودهای کم هیدروژن

طبیعت جذب رطوبت دمای پخت (OC)
E70xx E80xx,e90xx,e110xx
الکترودهای در معرض هوا به مدت کمتر از یک هفته عدم تماس مستقیم با آب، جوش‌ها با روش x-ray مورد بازرسی قرار نگیرد ۱۵۰ ۱۵۰
الکترودهای در معرض هوا به مدت کمتر از یک هفته عدم تماس مستقیم با آب، جوش‌ها با روش x-ray مورد بازرسی قرار گیرند ۳۷۰ ۴۰۰
الکترودها در تماس مستقیم با آب باشند یا در شرایط رطوبت زیاد باشند به طوری که مغز فلزی الکترود در انتهای بدو پوشش آن زنگ بزند قبل از خشک کردن در دمای ۳۷۰-۴۰۰۰c، الکترودها به صورت مقدماتی در دمای ۸۰ درجه سانتیگراد به مدت یک تا دو ساعت پیش خشک می‌شوند. این عملیات موجب می‌شود تا پوشش الکترود تمایل کمی برای ترک خوردن داشته باشد یا اکسید شدن آلیاژ موجود در پوشش کاهش یابد. ۳۷۰ ۴۰۰

نکات:
ـ علائم XX به صورت ۱۶,۱۵ یا ۱۸ هستند.
ـ زمان نگهداری یک ساعت دردماهای مورد اشاره بالا مناسب است. الکترودها را نباید دردماهای بالاتریا زمان‌های بیش از ۸ ساعت خشک کرد. زمان‌های طولانی (چندین ساعت) دردماهای پایین تر از دماهای اشاره شده درجدول بالا نتیجه یکسانی نخواهد داد. الکترودها را از داخل قوطی برداشته و درداخل کوره پهن کنید. هر الکترود می‌بایست به دمای خشک کردن برسد.
الکترودهای با پوشش محتوی پودر آهن (Electrodes Iron Powder)

افزایش پودر آهن درروپوش الکترودهای SMAW رفتارقوس را بصورت زیر تغییر می‌دهد.
۱- حضورپودرآهن درپوشش سبب افزایش سرعت پرکنندگی الکترود می‌گردد. درحقیقت مقدار فلز بیشتری درواحد زمان به حوضچه جوش منتقل میشود.
۲- جریان مورد نیاز جهت افزایش سرعت پرکنندگل به همان نسبت افزوده می‌گردد. (جریان بیشتری مورد نیاز میباشد).
۳- سرعت تمیز کاری جوش بیشتر است.

۴- مقدار ترشح شده جوش یا Spatter جوش کمتر می‌شود.
۵- شکل گره جوش بهترخواهد بود.
۶- قوس بوجود آمده پایدارتر و یکنواخت ترمی باشد.

طول و قطر الکترود
الکترودها دارای قطرهای محدودی می‌باشند که می‌تواند به شرح زیر باشد:
۱,۶,۲٫۰,۲٫۴,۳٫۲,۴٫۰,۴٫۸,۵٫۶,۶٫۴,۸٫۰
معمولاً تا قطر۲٫۵mm طول الکترود ۳۵۰mm می‌باشد. ولی درقطرهای بیشترطول حدود ۴۵۰mm می‌باشد. قطرالکترود برحسب ضخامت قطعه و فاصله (Gap) بین دوقطعه انتخاب می‌شود. ولی قاعده براین است که نبایستی از الکترودی استفاده نمود که قطرآن از ضخامت قطعه تجاوز نماید.
اصولاً جوشکاربعلت سرعت جوشکاری بالا الکترود ضخیم را ترجیح میدهد ولی الکترود ضخیم برای جوشکاری دروضعیت عمودی (قائم) وبالاسری مناسب نیست. چون کنترل حوضچه جوش مشکل است. معمولاً الکترود با قطر ۴٫۸mm یا ۳/۱۶ اینچ بزرگترین الکترود قابل استفاده دراین شرایط است. قانون عمومی اینست که به خاطردهانه تنگ بین دوقطعه و بخاطرنفوذ بهتر، پاس ریشه را با الکترود نازک جوش می‌دهند و پاس‌های بعدی را با الکترود ضخیم تر.
نیروهای مؤثربرانتقال فلز از الکترود به حوضچه جوش در وضعیت‌های مختلف جوشکاری به شرح زیرمی باشد:
۱- کشش سطحی

۲- شتاب ثقل
۳- نیروی الکترومغناطیسی
۴- نیروهای هایدرودینامیک (دراثرجریان و جنبش گازها)
این نیروها علاوه براین که برروی عمق نفوذ اثرمی گذارند بر پایداری حوضچه جوش، مقدارترشح جوش و جرقه نیز تأثیردارند.
به کمک دوربین هایی که می‌توانند دهها هزارعکس دردقیقه بگیرند نحوه انتقال مذاب به حوضچه جوش را با دو مکانیسم توجیه نموده اند:
الف ) مکانیزم ریزش قطرات یا پرواز آزاد Free Flight
ب ) مکانیزم مداربسته یا انتقال از طریق پل Short Circuting

نرخ یا میزان ذوب الکترود (Melting Rate)
طول الکترود ذوب شده دردقیقه را نرخ ذوب الکترود می‌نامند (L/min)، دریک شرایط یکسان از شدت جریان در موتور ژنراتورها نرخ ذوب بیشتراز ترانسفورمرهای یکسو کننده و نهایتاً ترانسفورمرهای یکسوکننده بیشتراز ترانسفورمرهای AC می‌باشد.
نرخ ذوب به عوامل زیادی بستگی دارد ولی از همه مهمتر شدت جریان تأثیرفاحشی برروی نرخ ذوب دارد.
سرعت رسوب گذاری Depsoition Rate: مقدارفلزجوش (Weld Metal) رسوب داده شده درواحد زمان را نرخ رسوب می‌گویند که به صورت پوند دردقیقه یا Kg دردقیقه نشان میدهند. نرخ رسوب معمولاً کمتر از نرخ ذوب است چون مقداری از فلز به صورت جرقه، اکسیداسیون، بخار (Vaporization) ودوداز بین می‌رود.
درشدت جریانهای بالا، بعلت وزش قوس و جرقه، بازدهی الکترود کاهش می‌یابد. درنتیجه باید شدت جریان پایین تری را انتخاب کرد. درالکترودهای پودرآهن دارکارآیی وبازدهی الکترودها از صددرصدنیز تجاوز میکند زیرا مقداری از پودرآهن موجود درپوشش به وزن رسوب اضافه می‌گردد.

بازدهی الکترود (F) عبارت است از درصد وزن فلزرسوب داده شده به وزن فلزذوب شده از مفتول الکترود.
نحوه انتخاب نوع الکترود
اگرچه درکارهای (Steel Structure) وکارهایی که از اهمیت خاصی برخوردار نیستند می‌توان از چند نوع الکترود استفاده نمود، لیکن انتخاب الکترود در ابتدای کار به نوع جریانی که در اختیار است بستگی دارد.
عوامل مؤثر در الکترود عبارتند از:

۱- ترکیب شیمییی فلز پایه، معمولاً برای فولادهای با کربن بیش از ۰٫۳۵% و استحکام کششی بیش از ۶۰ksi(42kg/mm2) الکترود نوع کم هیدروژن محتوی ÷ر آهن استفاده می‌کنند.
۲- نحوه fitـup یا جفت کردن قطعات، اگر فاصله درز دو قطعه زیاد باشد باید از الکترودهای مشخص و معینی که سرباره حجیمی ایجاد می‌کنند استفاده نمود
۳- وضعیت جوشکاری خود فاکتور مهمی است که چون همه الکترودها را نمی توان در حالت سربالا و بالای سری بکار گرفت.
۴- شرایط سرویس قطعه: مثلاً اگر درجه حرارت سرویس قطعه زیر صفر است و بایستی مقاومت ضربه‌ای بالا باشد دیگر ظاهر جوش و پروفیل سطح چندان تعیین کننده نیست و باید از الکترودهای مخصوص حاوی نیکل بالا استفاده نمود.

۵- میزان نفوذ جوش: بطور مثال معمولاً جاهائیکه دسترسی دو طرفه به حوضچه جوش وجود ندارد و میخواهند جوش نفوذ خوبی داشته باشد از الکترودهای سلولزی نظیر E6010 استفاده می‌کنند.
۶- هزینه جوش: از دیدگاه میزان بازدهی (فلز رسوب داده شده تقسیم بر فلز ذوب شده از مفتول الکترود) و از نظر قیمت الکترود مثلاً الکترودهایی که پودر آهن همراه پوشش دارند از نرخ رسوب گذاری بالاتری برخوردار هستند گرچه ممکن است کمی گرانتر باشند.

۷- مهارت جوشکار: کار کردن با بعضی الکترودها آسانتر می‌باشند، لذا برای بعضی الکترودها به جوشکار با مهارت زیاد نیاز نمی باشد و حتی سرعت عملیات جوشکاری بیشتر است.
۸- اندازه الکترود: پس از انتخاب نوع الکترود اندازه آن مهم است و قانون کلی این است که ضخامت الکترود از ضخامت ورق مورد جوشکاری بیشتر اشد. اصولاً الکترودهای ضخیم برای وضعیت‌های عمودی، سربالا و بالاسری مناسب نیستند. ماکزیمم قطر الکترود در این وضعیت‌های دشوار ۴٫۵mm می‌باشد. معمول است به منظور نفوذ مطلوب جوش در درز اتصال اولین پاس‌های جوشکاری را با الکترود نازک انجام می‌دهند و سپس برای پاس‌های بعدی از الکترود ضخیم تر بهره می‌گیرند.

انواع اتصالات (types of joints)
در جوشکاری ۵ نوع اتصال اساسی وجود دارد.
ـ انواع اتصالات متعارف
مراحل اجرایی جوشکاری قوس – الکترود دستی

۱- برطرف کردن کلیه مواد زائد، ناخالصی ها، آلودگیها از قبیل چربی، کثافات، رنگ، اکسیدها و پوسته‌ها از لبه‌های مورد جوش حداقل تا فاصله ۱۵mm از هرطرف قطعه، اصولاً کار به کمک سنگ زنی، برس زنی و سمباده انجام می‌گیرد. روش شیمیایی بیشتر برای زدودن چربی‌ها می‌باشد.
۲- پخ زدن لبه‌های مورد جوشکاری (beveling): متناسب با ضخامت ورق و شرایط کار و نهایتاً به کمک استانداردها لبه سازی انجام می‌شود. برای ورق‌های ضخیم از لبه سازی (beveling) دوطرفه و برای ورق‌های با ضخامت متوسط از لبه سازی یک طرفه استفاده می‌شود. مسلماً شیار (groove) نیز می‌تواند برای قطعات با ضخامت متوسط از یک طرف و برای قطعات ضخیم در دو طرف قطعه ایجاد شود.

زاویه پخ و شعاع انحناء تهتانی لبه‌ها برحسب حساسیت به ترک، پیچیدگی، وزن قطعه در هنگام جوشکاری، نوع الکترود، مهارت جوشکار و هزینه سازی انجام می‌گیرد. مثلاً لبه سازی به صورت لاله فلز جوش کمتری نسبت به لبه سازی به صورت v نیاز دارد. یا لبه سازی به شکل v به بعضی ترک خوردگی‌ها نسبت به شکل لاله (u) حساس تر است و یا قطعات لبه سازی شده از دوطرف نسبت به قطعات لبه سازی شده از یک طرف حساسیت کمتری به پیچیدگی دارند.
البته بعضی اوقات از شکل ظاهری قطعات می‌توان استفاده کرده و لبه سازی انجام نمی دهند.
لبه سازی معمولاً به کمک سنگ زنی، ماشین کاری و یا با استفاده از torch ویا قوس انجام می‌گیرد که هر یک مستلزم هزینه می‌باشد و به هزینه جوشکاری افزوده می‌گردد.
۳- استقرار اجزا در کنار یکدیگر برای عملیات جوشکاری:
ترجیهاً استقرار قطعات را طوری کنار یکدیگر فراهم می‌سازند که راحتترین موقعیت (position) برای جوشکاری آنها تأمین گردد. در این راستا می‌توان از گیره، نگهدارنده و وضعیت دهنده‌ها استفاده نمود که اکثراً شرایط کار را خیلی ساده می‌کنند.
۴- تک بندی (tack weld): قطعات در فواصل مناسب به طوری که از پیچیدگی آنها جلوگیری بعمل آید و پیچیدگی آنها به حداقل برسد نسبت به بکدیگر با خال جوش کنار هم استقرار می‌یابند.
۵- عملیات جوشکاری
انتخاب الکترود و تنظیم آمپر و قرار دادن کار در موقعیتی که جوشکار احساس راحتی کند. تنظیم آمپر اصولاً روی تکه قراضه‌ای انجام می‌گیرد.
پس از راه اندازی قوس و تنظیم آمپر، قوس را به داخل محل اتصال جهت می‌دهند تا فلز جوش در محل اتصال رسوب داده شود. لذا جوشکار حرکت‌های زیر را بایستی همزمان به طور یکنواخت و قابل کنترل انجام دهد این حرکت‌ها عبارتند از:
الف) تثبیت فاصله نوک الکترود با سطح مذاب حوضچه، در حقیقت الکترود را باید به سمت حوضچه در اثر مصرف پایین آورد.
ب) حرکت الکترود و قوس در سرتاسر مسیر جوش که در اصل تعیین کننده سرعت جوشکاری است. این حرکت توأم با حرکتهای زیگزاکی بیا موجی شکل است که هر جوشکار بر حسب عادت یک نوع حرکت را انجام می‌دهد.

شکل ۲۰ – انواع حرکتهای موج دهی که جوشکار به کار می‌گیرد.
حرکت موجی الکترود سبب می‌گردد تا سرباره به کناره‌ها جاری گردد، البته این حرکت بایستی طوری انجام گیرد که سرباره در جوش حبس نشود و زاویه الکترود نسبت به قطعه و زاویه کاردرست انتخاب شود.
قطع قوس به منظورتعویض الکترود بایستی به آرامی انجام گیرد یعنی الکترود به آهستگی به عقب کشیده شود تا عیب دهانه آتش فشان درجوش بوجود نیاید بایستی الکترود را به طرف عقب حرکت داد و همزمان فاصله قوس را زیاد کرد تا قوس خاموش شود. الکترود بعدی که مورد استفاده قرارگیرد ابتدا بایستی انتهای حوضچه سنگ بخورد وجوش ازجلو شروع شود و به طرف عقب برگردد و مجدداً ادامه یابد. محل تعویض الکترود منبع جدی برای بوجود آمدن عیوب جوش از قبیل سرباره، حباب گاز و فقدان ذوب کامل می‌باشد.
درجوشکاری چند پاسه بایستی سرباره ازروی هرپاس بطورکامل تمیز گردد و سپس جوشکاری در پاس‌های بعدی انجام گیرد. هرپاس حداقل ۳/۱ پاس زیری را می‌پوشاند.
زاویه کار (Work Angle)

زاویه بین الکترود با خط عمودبرجوش درصفحه عرضی رازاویه کار می‌گویند.
زاویه راهنما (Lead Angle)
زاویه الکترود با خط عمود برجوش درصفحه طولی را زاویه راهنما می‌گویند. زاویه الکترود سبب می‌گردد تا جوشکار بتواند حفره کاسه‌ای شکل قوس را مشاهده نماید، علاوه برآن نیروی قوس سبب می‌گردد تا سرباره بطورنا خواسته بطرف جلو حرکت کند و همچنین از بروز گود افتادگی کنارجوش (Undercut) جلوگیری می‌کند. جوشکاربایستی درانتخاب زاویه کاروزاویه الکترود انتخاب صحیحی انجام دهد.
دسترسی به ماشین جوشکاری: سعی می‌شود ماشین جوشکاری تا حد امکان دردسترس جوشکارقرارگیرد تا از مزاحمت کابل‌ها و تداخل آنها اجتناب شود. که به تازگی با استفاده از کنترل از راه دورجوشکار می‌تواند شدت جریان جوشکاری را خود از محل جوشکاری تنظیم نماید.

فضای کارگاه: جوشکاری درفضای بسته انجام نمی گیرد مگر آن که تهویه کافی و پرقدرت برروی فضا تعبیه شده باشد.
نحوه بسته بندی و نگهداری الکترود: معمولاً الکترودها را دربسته‌های به صورت Hermetically airtight به بازار عرضه می‌کنند.
بایستی درنگهداری الکترودها درانباردقت لازم به عمل آید و آنها را درمحلی دوراز رطوبت، آب، باران، گردو خاک، دود، گریس و چربی نگهداری نمود. (جای خشک بهترین محل است) واصولاً الکترود را نباید درانبارروی زمین انباشت نمود بهترین جا قفسه می‌باشد.
وسائل مورد نیاز:
برای فولادهای کربن استیل Helment , Chipping Hammer , Wire Brush، برای فولادهای زنگ نزن Chipping Hammer , Wire Brush استفاده می‌کنند.
Leathers Photo Sensitive Lens , Gloves , Hand Shield , Face Shield نیز استفاده می‌شود.