مقدمه:
امروزه با افزايش تعداد سفرها، اهميت جابجايي بيش از پيش روشن شده است. در قديم جابجايي به شکل هاي محدودي صورت مي گرفته و مردم بيشتر مجبور بوده اند از حيوانات اهلي نظير اسب و شتر . . . براي جابجايي خود يا کالاهايشان استفاده کنند و يا حتي در بعضي از موارد پياده مسافتهاي مورد نظرشان را طي کنند. مي توان ظهور کالسکه را بعنوان تحولي بزرگ در حمل و نقل بشر به حساب آورد، اما بايد بزرگترين تحول را در حمل و نقل زميني اختراع موتور بخار توسط جيهزوات انگليسي دانست. زيرا در آن زمان بزرگترين مسئله در

حمل و نقل براي بشر توليد قواني محرکه براي بحرکت در آوردن وسيله نقليه بود که اختراع وي بعنوان شروعي براي پيشرفت سريع در حمل و نقل و ساخت وسايل نقليه شد. زيرا همانطور که اشاره شد تا قبل از آن بيشتر از نيروي ماهيچه اي حيوانات اهلي براي تأمين اين امر استفاده مي شد که منبعي نامطمئن بود، همچنين حيوانات پس از طي مسافتي نه چندان طولاني خسته مي شوند يا اينکه تحمل شرايط آب و هوايي سخت را نداشتند.

امروزه پديده حمل و نقل براي بشر بسيار توسعه پيدا کرده و راههاي زميني، هوايي و دريايي در اختيار وي است. هر کدام از اين راهها داراي مزايا و معايب خاص خود هستند.
راه هايي هوايي سرعت بالاي جابجايي و امنيت سفر را دارند ولي در عوض از نظر هزينه بالا هستند و همچنين براي مسافتهاي نه چندان طولاني راههاي مناسبي نيستند زيرا استفاده از راههاي هوايي نيازمند طي مراحل گوناگون مثل رفتن به فرودگاه چند ساعت قبل از پرواز، تأخير احتمالي در پرواز . . . مي باشند.

راههايي دريايي نيز فقط بين آبهاي دنيا امکان پذير هستند و در خشکي کاربردي ندارند و از اينگونه راهها بيشتر براي محل بار استفاده مي شود تا حمل مسافر.
راههاي زميني که بيشتر مردم با آن سروکار دارند انواع مختلفي دارد. يک راه استفاده از خودروهاي سبک و سنگين است. استفاده از خودروهاي سبک مثل تاکسي يا اتومبيل هاي شخصي و استفاده از خودروهاي سنگين مثل کاميون و تريلر براي حمل بار و اتوبوس و ميني بوس براي حمل مسافر.

اين روش علاوه بر مزايايي که دارد مثل راحتي استفاده، کم هزينه بودن . . . معايبي نيز دارد مثل حوادث رانندگي پيشامده که امروزه به يک معضل در جامعه ايران تبديل شده است.
يکي ديگر از راه هاي زميني خطوط آهن مي باشد. استفاده از خطوط آهن مزاياي بسياري دارد. از بين آنها مي توان به امنيت بالا، ارزان بودن آن نسبت به راههاي هوايي، کم دردسر بودن آنها در مقايسه با راه هاي هوايي، کارآيي بهتر آن در مسافتهاي نه چندان بلند، خستگي کمتر مسافرين در حين سفر در مقايسه با اتوبوس ها و وسايل نقليه شخصي . . . نام برد.

کشور ما بخاطر وسعت زياد نياز مبرمي به خطوط آهن دارد زيرا علاوه بر مسئله جابجايي مردم مي توان از آن براي جابجايي کالا استفاده کرد که باعث رونق اقتصادي شهرها مي شود.
در سال هاي اخير توجه ويژه اي به اين امر شده است. همچنين در شهرهاي بزرگ نظير تهران بخاطر مشکلاتي از قبيل ترافيک، آلودگي هوا . . . راه اندازي و توسعه خطوط آخن زير زميني ( مترو ) از چند سال قبل شروع شده و با توجه به نياز مردم شهر تهران به آن با جديت خاصي در حال انجام است.

اما همانطور که گفته شده يکي از فاکتورهاي مهم در جابجايي سرعت است. در گذشته ريل ها ( خطوط آهني ) که قطار بر روي آن به طي مسير مي پرداخت بر روي تخته ها ( الوارها ) چوبي نصب مي شدند که علاوه بر اينکه ايمني پايين حرکت را باعث مي شدند امکان حرکت قطار با سرعت هاي بالا را غير ممکن مي ساختند. همچنين استهلاک آنها زياد بود چونکه در معرض سرما و گرما و باران و برف، تخته هاي چوب پس از مدت زماني نه چندان طولاني از بين مي رفتند اين مشکلات باعث شد که متخصصين خطوط آهن در فکر بکار بردن ماده اي جديد، بجاي چوب باشند که معايب آنرا نداشته باشد.

پس از تحقيقات صورت گرفته، متخصصين استفاده از بتن را بجاي چوب پيشنهاد داده اند زيرا علاوه بر استحکام بالا، استهلاک کمي نيز دارد امکان حرکت قطار با سرعت هاي بالا را ممکن مي کند. که در امر اصطلاح به اين بتن تراورس بتني مي گويند.
فصل اول: آشنايي کلي با مکان کارآموزي:

گروه ماشين سازي سعدي از ۳۵ سال پيش فعاليت خود را در يک مرکز واقع در خيابان سازمان آب تهران ( واقع در شرق شهر، که منطقه اي صنعتي محسوب مي شود ) شروع کرده است و با توجه به افزايش تقاضا براي ساخت قطعات و ماشين آلات گوناگون به تدريج مراکز صنعتي خود را افزايش داده است تا به امروز که ۳ واحد در تهران و اطراف تهران مشغول به فعاليت براي ساخت ماشين آلات صنعتي براي اين گروه مي باشند.

فعاليتهاي اين شرکت در گذشته معطوف به ساخت ماشين آلات صنعتي از قبيل انواع دستگاههاي پلاستيک بادي و تزريقي، دستگاه حلواي شکري ساز، دستگاه کود ساز صنعتي، ساخت انواع پرس هاي ضربه اي و هيدروليک و همچنين مونتاژ لودر چند کاره براي استفاده در شهرداري و هلال احمر از روي نمونه Rammer کانادايي . . . بوده است.
در چند سال گذشته ( حدوداً ۱۰ سال ) بيشتر فعاليتهايي اين گروه صنعتي معطوف به ساخت قطعات و لوازم مربوط به راه آهن مي باشد از اين فعاليتها مي توان به ساخت و راه اندازي ۳ خط، تهيه و توليد تراورس در سيرجان و کرمان براي کارخانجات CBC نام برد و همچنين تهيه انواع قالبهاي تراورس بتني براي شرکت CBG و همچنين راه آهن جمهوري اسلامي وابسته به وزارت کار نام برد.

اين قالبها از حدود ۲۸۰ قطعه بزرگ کوچک فلزي تشکيل شده اند که بيشتر آنها از طريق جوشکاري به هم وصل شده اند.
روش کار در کارخانه توليد تراورس بدين گونه مي باشد که ابتدا بتن وارد قالب مي شود آنگاه براي توزيع بهتر و يکنواخت بتن در سطح لگن هاي قالب، بر روي ميز ويبره، ارتعاشات زيادي به آن وارد مي شود. همچنين براي استحکام هر چه بيشتر تراورس هاي بتوني، آرماتورهاي فولادي بصورت طولي، در امتداد اين قالبها با فشار ۳۰۰ بار (bar) کشيده مي شوند همانطور که مي ببينيد بحث استحکام بعلت اعمال نيروها و تنش هاي زياد بر روي اين قالبها از اهميت ويژه اي برخوردار است. با توجه به اينکه بيشتر اتصالات اين قالبها از طريق جوشکاري است ( در يک قالب نزديک به ۸۰m جوشکاري وجود دارد ) اهميت جوشکاري در اين قالبها خيلي زياد است بطوريکه شرکت طرف قرارداد براي اطمينان از درستي انجام فرآيند جوشکاري،

بازرس خود را ( که يک کارشناس با مدرک دکتراي متالوژي در گرايش جوشکاري است ) براي حصول اطمينان به محل کارخانه اعزام مي دارد. چون اين قالب ها در تيراژ بالا توليد مي شوند و همگي آنها بايد دقت لازم را داشته باشند و همچنين از نظر شکلي کاملاً يکسان باشند لذا براي نيل به اين هدف و افزايش سرعت توليد فيکسچرهاي متعددي توسط اين شرکت طراحي و ساخت گرديده است.

چون فيکسچرها در ساخت اين قالبها نقش عمده اي دارند و اينجانب در زمان کارآموزي خود در جريان طراحي و ساخت تعدادي از اين فيکسچرها بوده است لذا در ادامه به توضيح کاملي درباره طراحي و همچنين وظايف فيکسچرها مي پردازم.

بيشتر قطعات بکار رفته در اين قالبها تحت عمليات ماشين کاري از قبيل پرس کاري، اره کاري برشکاري و تراشکاري قرار مي گيرند. پرسکاري صورت گرفته روي اين قطعات نسبت به ديگر عمليات بيشتر است و نياز به انواع قالبهاي سوراخ کاري، خم کاري و برشکاري دارد. لذا با توجه به استفاده زيادي که قالبهاي پرس در تأمين قطعات مورد نياز براي ساخت قالبهاي تراورس دارند و اينجانب در هنگام کارآموزي در جريان ساخت بعضي از اين قالبها بوده ام در ادامه بحث کار آموزي به تفصيل در مورد ساخت انواع قالبهاي پرس مطلب آورده ام.
فصل دوم: ارزيابي بخش هاي مرتبط با رشته علمي کارآموز:

۱:جوشکاري و برشکاري بکار رفته در ساخت قالبهاي تراورس:
۱-۱-انواع فرآيند جوشکاري:
– جوش کاري قوس الکترود دستي (SMAW)
– جوشکاري قوس فلزي تحت پوشش گاز محافظ (GMAW)
– جوشکاري قوس توپودري (FCAW)
– جوشکاري قوس تنگستن تحت پوشش گاز محافظ (GTAW)
– جوشکاري ق.س زير پودري (SAW)
– جوشکاري قوس پلاسما (PAW)

– جوشکاري سر باره الکتريکي (ESW)
– جوشکاري با گاز سوختي و اکسيژن (OFW)
– جوشکاري زائده اي (SW)
– جوشکاري با پرتو سيرزي (LBW)
– جوشکاري با پرتو الکتروني (EBW)
– جوشکاري مقاومتي (RW)

هم چنين از فرآيند برشکاري نيز در ساخت اين قالبها به وفور استفاده مي شود که انواع فرآيند برشکاري را در زير مي بينيم:
– برشکاري با گاز سوختي و اکسيژن
– برشکاري با الکترود کربني
– برشکاري قوسي پلاسما
– برشکاري مکانيکي

در ساخت اين قالبها از برش کاريهاي نوع اول و چهارم به وفور استفاده مي شود. و در مورد جوشکاري بکار رفته در اين قالبها تنها جوشکاري اول و دوم کاربرد دارد. قبل از توضيح در مورد فرآيند مختلف جوشکاري به تعريف اصطلاح جوش مي پردازيم. مطابق AWS، جوش عبارت است از اتصال موضعي فلزات يا غير فلزات به يکديگر از طريق اعمال حرارت يا اعمال فشار يا هر دو، با ؟ بدون استفاده از فلز پر کننده.

در هر فرآيند جوشکاري فاکتورهاي مختلفي در دستيابي به جوش با کيفيت مطلوب، اثر گذار هستند. اين فاکتورها شامل نوع منبع انرژي جهت توليد حرارت، روش محافظت از حوضچه مذاب در برابر اتمسفر و فلز پر کننده ( در صورت لزوم ) مي باشد. در فرآيندهاي مختلف جوشکاري فاکتورهاي فوق به طرق متفاوتي محقق مي شوند.
۲-۱-جوشکاري قوس الکترود دستي:

اولين فرآيندي که در مورد آن توضيح داده مي شود، فرآيند جوشکاري قوس الکترود دستي است. نام ديگر اين فرآيند stick welding مي باشد و در اين فرآيند، حرارت از طريق اعمال قوس الکتريکي بين يک الکترود پوشش دار و قطعه کار تأمين مي شود. در شکل ۱ نماي شماتيک فرآيند (SMAW) نمايش داده شده است. مطابق شکل يک قوس الکتريکي، بين الکترود و قطعه کار برقرار شده است. اين قوس الکتريکي، انرژي لازم جهت ذوب فلز پايه، مفتول و روکش الکترود را تأمين مي کند. همزمان با حرکت الکترود به سمت راست، فلز جوش پشت سر آن، زير پوششي از سرباره slag منجمد مي گردد. بدليل آنکه سرباره نسبت به فلز جوش سبکتر است و نقطه ذوب کمتري دارد روي سطح جوش شناور شده و پس از آن منجمد مي گردد. نکته ديگري که در شکل ۱ نمايش داده شده، گاز محافظي است که در اثر سوختن روکش الکترود توليد شده است.وظيفه اين گازهاي توليد شده محافظت قوس و حوضچه مذاب در برابر اتمسفر مي باشد مهمترين عنصر در فرآيند SMAW، الکترود مي باشد. الکترود از يک مغزي فلزي بهمراه يک روکش (flux) مخصوص در اطراف آن تشکيل شده است.

تمام الکترودهاي مخصوص جوشکاري فولادي کربني و کم آلياژي، از يک مغزي فولادي يکسان ساخته شده اند. اين مغزي از جنس يک فولاد کم کربن اکسيژن زدايي نشده مي باشد. بنابراين هر عنصر آلياژهاي ديگري از طريق روکش الکترود به حوضچه مذاب افزوده مي گردد.
علت اين امر، اقتصادي بودن تأمين عناصر آلياژي از طريق روکش الکترود مي باشد
وظايف روکش يا فلاکس الکترود عبارت است از:
۱- محافظت (shielding):
در اثر سوختن روکش الکترود، گازهاي محافظي جهت حفاظت از حوضچه مذاب توليد مي گردد.
۲- اکسيژن زدايي (Deoxidation):

روکش الکترود از طريق انجام واکنش هاي شيميايي، اکسيژن و ساير گازهاي جذب شده در حوضچه مذاب را خارج مي نمايد.
۳- آلياژ سازي:(Alloying)
از طريق روکش الکترود، عناصر آلياژي متنوعي به حوضچه مذاب افزوده مي گردد.
۴- يونيزاسيون: (Ionieing) عناصر موجود در روکش الکترود به عمليات يونيزاسيون کمک نموده،شروع قوس الکتريکي و پايداري آنرا بهبود مي بخشند.
۵- عايق سازي (Insulationg):

سرباره منجمد شده روي سطح جوش از طريق ايجاد يک عايق حرارتي سرعت سرد شدن جوش را کاهش مي دهد. با توجه به اهميت الکترود در فرآيند SMAW، شناسايي و طبقه بندي انواع آن ضروري مي باشد. انجمن جوشکاري آمريکا جهت شناسايي و طبقه بندي اين الکترودها سيستم معيني تعريف نموده است. اين استاندارد طبقه بندي، جهت فولادهاي کربني AWS A5.1 و جهت فولادهاي کم آلياژهاي AWS A5.5 مي باشد. بخش هاي مختلف اين سيستم طبقه بندي در شکل ۲ نمايش داده شده است.
مطابق با اين سيستم طبقه بندي از يک حرف E بيانگر کلمه الکترود و چهار يا پنج رقم پس از آن استفاده مي شود. دو يا سه رقم اول ( در صورتيکه در طبقه بندي از چهار رقم استفاده شده بود دو رقم اول و در صورتيکه از ۵ رقم استفاده شده بود سه رقم اول) بيانگر حداقل استحکام کششي فلز جوش بر حسب ksi ( کيلو پوند بر اينچ مربع ) مي باشد بعنوان مثال در صورتيکه دو رقم اول عدد «۷۰» باشد بدان معناست که حداقل استحکام کششي فلز جوش رسوب داده شده ۷۰۰۰۰psi مي باشد.

رقم بعدي بيانگر وضعيتي است که با آن الکترود مجاز به جوشکاري هستيم عدد «۱» بيانگر امکان استفاده از الکترود در تمام وضعيتها مي باشد. عدد (۲) بيانگر سياست زياد حوضچه مذاب مي باشد. بطوريکه مجاز به استفاده از اين الکترود فقط در وضعيت تخت براي انواع جوش ها و وضعيت افقي فقط در جوش هاي نبشي (Fillet) مي باشيم عدد ۴ بيانگر مناسب بودن الکترود براي جوشکاري در وضعيت عمودي سرازير مي باشد. رقم آخر در اين طبقه بندي بيانگر نوع روکش الکترود و نوع جريان و قطبيت پيشنهادي مي باشد شکل ۳ رقم آخر را در اين سيستم طبقه بندي نشان مي دهد.

شايان ذکر است کليه الکترودهايي که رقم آخر آنها به ۵، ۶ يا ۸ ختم مي شوند، در رده ي الکترودهاي کم هيدروژن قرار مي گيرند. به منظور حفظ مقدار کم هيدروژن (رطوبت) در اين الکترودها بايستي آنها را در بسته بندي هاي فلزي مقاوم به رطوبت يا در داخل کوره هاي مناسب نگهداري نمود. اين کوره ها بايد به صورت الکتريکي بوده و قابليت تنظيم درجه حرارت از تا را داشته باشند. استفاده از اين کوره ها در شرايط استاندارد مقدار رطوبت را در حداقل مقدار ممکن ( کمتر از%۲۰ نگاه مي دارد. پس از باز کردن بسته بندي اين الکترودها، بلافاصله بايد آنها را در داخل کوره نگهداري کرد. مطابق با اغلب استانداردها، الکترودهاي کم هيدروژن را بايد بلافاصله پس از خروج از بسته بندي اوليه، داخل کوره با حداقل دماي نگهداري کرد اين نکته حائز اهميت است که قراردادن ساير الکترودها (غير از الکترودهاي کم هيدروژن ) داخل کوره، ممکن است و در کارآيي موثر آنها اثر سوء داشته باشد. بعنوان مثال بعضي الکترودها طوري ساخته مي شوند که روکش آنها حاوي مقدار معيني رطوبت باشد حال در صورت حذف اين رطوبت در کارآيي آنها اختلالاتي رخ مي دهد

الکترودهاي مخصوص جوشکاري فولادهاي کم آلياژي مخصوصاً بر اساس يک پسوند پس از طبقه بندي ذکر شده فوق، شناسايي مي شوند. اين پسوندها معرف نوع و ميزان عناصر آلياژي در روکش الکترود مي باشند که در شکل ۴ نشان داده شده است.

تجهيزات فرآيند SMAW نسبتاً ساده مي باشد مطابق شکل ۵ از منبع قدرت دو کابل خارج شده است يکي به ۱ بند الکترودگير و ديگري به قطعه کار متصل مي گردد. در اثر ايجاد قوس الکتريکي بين نوک الکترود و قطعه کار، حرارت لازم جهت ذوب تأمين مي شود. در اين فرآيند از يک منبع قدرت با مشخصات ولت- آمپر جريان ثابت استفاده مي شود در صورتيکه جوشکار در حين عمليات جوشکاري، طول قوس را افزايش دهد، بدليل افزايش مقاومت قوس، ولتاژ افزايش يافته و شدت جريان کاهش مي يابد. مطابق شکل ۶ (A)، به ازاء افزايش %۳۲ ولتاژ، شدت جريان فقط %۱۰ کاهش مي يابد. با توجه به رابطه حرارت ورودي (Heat Inpue) در يک سرعت جوشکاري ثابت مثلاً (loin/min) با افزايش طول قوس، حرارت ورودي افزايش مي يابد.

H.I:حرارت ورودي به واحد طول جوش بر حسب olin
V: ولتاژ
I: شدت جريان
S: سرعت جوشکاري بر حسب in/min
در طول قوس بلند

و در طول قوس کوتاه

اين موضوع يک فاکتور مهم در فرآيند مي باشد، زيرا جوشکار قادر است با افزايش يا کاهش طول قوس ميزان سياليت حوضچه مذاب را کنترل نمايد.
به هر حال افزايش بيش از حد طول قوس، موجب افت درجه حرارت حوضچه مذاب به دليل کاهش تمرکز قوس مي گردد. از طرفي قوس بلند سبب کاهش پايداري قوس و ايجاد اختلال در حفاظت حوضچه مذاب مي شود. شکل ۶(B)

دو مدل منحني مشخصه ولت- آمپز را با شيب تخت و شيب تند نمايش مي دهد. جوشکاران خبره مخصوصاً مايل به استفاده از دستگاههايي با شيب تخت به منظور دستيابي به کنترل بيشتر هستند. در حالي که جوشکاران مبتدي به دليل عدم توانايي در ثابت نگه داشتن طول قوس مايل به استفاده از دستگاههايي با شيب تند هستند تا مشخصات حوضچه مذاب کمتر دستخوش تغيير گردد.

با توجه به اين که فرآيند (SMAW) يک فرآيند قديمي بود. و فرآيندهاي جديدتري ابداع شده اند ولي هنوز اين روش بعنوان يک فرآيند عمومي جوشکاري در صنايع مختلف مورد استفاده قرار مي گيرد اين بدان علت است که تجهيزات آن نسبتاً ساده و ارزان قسنت بوده و به سادگي قابل حمل و نقل مي باشند.

اخيراً منابع قدرتي ساخته شده اند که کوچک و سبک بوده و براحتي توسط جوشکار به محل کار محل مي شود ضمناً با توجه به دردسترس بودن الکترودهاي متنوع جهت مقاصد مختلف مي توان به جوش با کيفيت مطلوب دست يافت يکي از محدوديت هاي اين روش سرعت جوشکاري پايين مي باشد زيرا جوشکار ناچار است پس از مصرف هر الکترود عمليات را متوقف کرده و الکترود جديد را جايگزين نمايد. در بسياري از موارد فرآيندهاي جوشکاري اتوماتيک و نيمه اتوماتيک به دليل سرعت بالاتر جايگزين روش (SMAW) شده اند. محدوديت ديگر اين روش که بر سرعت اجراي جوشکاري نيز اثر دارد اتلاف زمان جهت تميز کاري سرباره در هر پاس مي باشد. همچنين هنگام استفاده از الکترودهاي کم هيدروژن به منظور به حداقل رساندن درصد هيدروژن بايستي آنها را در داخل کوره هاي مخصوص نگه داري کنيم.

پس از بيان اصول فرآيند (SAMW) به ذکر چند عيب که بروز آن در اين فرآيند محتمل است مي پردازيم. مورد اول بروز حفره هاي گازي (porosity) در جوش مي باشد دليل بروز حفره هاي گازي، حضور رطوبت، چربي، آلودگي در موضع جوش مي باشد. رطوبت از طريق سطوح آلوده قطعه کار وارد موضع جوش مي شود يکي ديگر از دلايل بروز حفره هاي گازي جوشکاري با طول قوس بلند مي باشد. اين موضوع هنگام جوش کاري با طول قوس کوتاه مي تواند به حذف (porosity) کمک نمايد.
دليل ديگر بروز حفرات گاري پديده وزش قوس (Are Blow) مي باشد براي فهم بهتر وزش قوس بايد به اين نکته اشاره نمود که هر گاه جريان برق از يک هادي عبور کند يک دسته از خطوط ميدان مغناطيسي به صورت دايره هاي متحدالمرکز حول هادي بوجود مي آيند مطابق شکل ۷

حال هنگام جوشکاري فلزان مغناطيسي نظير فولادهاي کربني ميدان مغناطيسي بوجود آمده حول الکتر.د باعث انحراف قوس مي شود به شکل ۸ مراجعه کنيد.
جهت کاهش اثرات وزش قوس راههاي ذيل پيشنهاد مي گردد.
۱- تغيير جريان از DC به AC
2- به حداقل رساندن طول قوس
۳- کاهش آمپر جوشکاري

۴- متمايل کردن الکترود به جهتي خلاف جهت وزش قوس
۵- استفاده از خال جوش هاي بزرگ در دو انتهاي اتصال
۶- استفاده از تکنيک يک گام به عقب (Backstep)
7- انجام جوشکاري، به سمتي که از قبل جوشکاري شده است.

۸- جهت پيشرفت جوشکاري به سمت اتصال بدنه صورت گيرد
۹- چرخاندن کابل اتصال بدنه به دور قطعه تا اثر ميدان مغناطيسي ايجاد کننده وزش قوس زا خنثي کند.
پديده وزش قوس علاوه بر ايجاد حفرات گازي ممکن است سبب جرقه و پا شش، سوختگي کنار جوش، ظاهر نامناسب جوش و عدم ذوب گردد.
يکي ديگر از عيوب محتمل در اين فرآيند، حس سرباره(slag Inclusion) مي باشد در صورتيکه به دليل عدم رعايت تکنيک منلسب جوشکاري يا کم بودن شدت جريان، سرباره مذاب نتواند روي سطح مذاب جاري گردد و در لابه لاي جبهه هاي انجماد گرفتار شود اين عيب رخ مي دهد. دليل ديگر بروز اين عيب، عدم تميز کاري مناسب سرباره در بين پاس ها مي باشد.
بطور کلي از آنجايي که روش (SMAW) به روش دستي انجام مي شود احتمال بروز عيوب ديگري از جمله عدم ذوب، عدم نفوذ، ترک، سوختگي کنار جوش، سر رفتن فلز جئش و ظاهر نامناسب جوش امکان پذير مي باشد.

۳-۱- جوشکاري قوس فلزي تحت پوشش گاز محافظ:
Cnas Metal Arc Welding (GMAW)
نام ديگر اين فرآيند (Metal Active gas/Metal Inertgas)MIG/MAG مي باشد

کاربري اين روش عموماً به صورت نيمه اتوماتيک مي باشد ولي گاهي اوقات به صورت اتوماتيک نيز مورد استفاده قرار مي گيرد. در اين روش حرارت لازم جهت ذوب از طريق ايجاد قوس الکتريکي ما بين يک الکترود کلاني پيوسته و قطعه کار تأمين مي گردد. الکترود کلاني علاوه بر ايجاد قوس الکتريکي و توليد حرارت، خود ذوب شده و فلز جوش را تأمين مي نمايد شکل ۹ نماي شماتيک فرآيند GMAW را نشان مي دهد قوس و منطقه مذاب بواسطه يک گاز محافظ که از طريق تورچ جوشکاري هدايت مي گردد محافظت مي شوند.
گاز مورد استفاده ممکن است خنثي يا فعال باشد. در اين فرآيند از گازهاي آرگن، هليوم و مخلوط اين دو گاز بعنوان گازهاي خنثي، عموماً جهت جوشکاري فلزات غير آهني استفاده مي گردد. از گازهاي دي اکسيد کربن، مخلوط آرگون و و مخلوط آرگون و اکسيژن بعنوان گازهاي فعال جهت جوشکاري فلزات آهني (فولادها ) استفاده مي شود.

طبقه بندي الکترودهاي کلاني در روش GMAW جهت فولادهاي کربني مطابق با استانداردهاي AWSA5.18 در شکل ۱۰ نشان داده شده است.
ER بيانگر اين موضوع است که اين طبقه بندي هم جهت الکترودهاي کلاني و هم جهت سيم جوش در فرآيندهاي ديگر قابل استفاده مي باشد ( در صورتيکه فلز پر کننده هادي جريان ) برق باشد بعنوان الکترود و در غير اين صورت سيم جوش تلقي مي شود.

دو يا سه رقم بعد از آن بيانگر استحکام کششي فلز جوش بر مبناي ksi مي باشد. حرف s بيانگر اين است که الکترود به صورت توپر (solic) مي باشد در نهايت عدد پس از خط تيره بيانگر ترکيب شيميايي الکترود مي باشد. اين عدد معمولاً بيانگر درصد عناصر الکسيژن زدا از قبيل Si، Mn، Ae در الکترود مي باشد اين عناصر از بروز حفره هاي گازي در جوش جلوگيري مي کنند.

بدليل وجود فلاکس در اين فرآيند نگهداري مناسب الکترود در زمان عدم استفاده از اهميت ويژه اي برخوردار است. بنابراين اين الکترودها بايد تميز و در محيطي عاري از ذرات گرد و غبار چربي، رطوبت و ساير آلودگي ها موجود در اتمسغر نگهداري شوند.

بهترين روش نگهداري الکترودها، در بسته بندي هاي پلاستيکي اوليه مي باشد همچنين زمانيکه کلاف الکترود را از بسته بندي اوليه خارج و در سيستم تغذيه دستگاه قرار مي دهيم در صورتيکه براي مدت طولاني قصد استفاده از دستگاه را نداريم بايد توسط پوشش مناسبي آنرا نگهداري کنيم.
منبع قدرت مورد استفاده در فرآيند GMAW از نوع ولتاژ ثابت (consecme voltage) بوده و در اين فرآيند عموماً از جريان مستقيم و الکترود مثبت (DCEP) استفاده مي گردد.
فرآيند GMAW در شکل ۱۱ نمايش داده شده است.
همانطور که مشاهده مي کنيد تجهيزات اين فرآيند نسبت به فرآيند SMAW، پيچيده تر مي باشند تجهيزات شامل يک منبع قدرت، سيستم تغذيه الکترود، کپسول گاز و تورچ جوشکاري مي باشد

وظيفه تورچ، هدايت الکترود و گاز محافظ به محل جوشکاري است. جوشکار، ولتاژ از روي منبع قدرت و سرعت تغذيه الکترود را از وي سيستم تغذيه تنظيم مي نمايند. در اين فرآيند با افزايش سرعت تغذيه الکترود، شدت جريان نيز افزايش مي يابد. همچنين نرخ ذوب الکترود با شدت جريان رابطه مستقيم دارد. همانطوز که قبلاً اشاره شد، منبع قدرت مطابق شکل ۱۲ از نوع ولتاژ ثابت مي باشد. استفاده از اين منابع قدرت امکان بهره گيري از سيستم خود تنظيمي را مسير مي سازد. بدان معنا که در اين فرآيند با تغيير فاصله تورچ نسبت به قطعه کار طول قوس سريعاً اصلاح شده و به مقدار اوليه باز مي گردد. مطابق شکل ۱۲ با فرض اينکه در نقطه B قرار داشته باشيم در صورتيکه جوشکار، تورچ را به عقب هدايت کند طول قوس افزايش مي يابد. ولتاژ از ۲۰v به ۲۵v افزايش يافته و جريان از ۱۰۰A-200A کاهش مي يابد.

به دليل کاهش شدت جريان، نرخ ذوب الکترود کاهش مي يابد و با توجه به اين که سرعت تغذيه الکترود ثابت است، الکترود به سمت حوضچه حرکت کرده و طول قوس کاهش مي يابد و به مقدار تنظيم شده در نقطه B باز مي گردد. اين اصلاح در کسري از ثانيه انجام مي شود اين فرآيند در مقايسه با فرآيند دستي (Manual) حساسيت کمتري به تغييرات طول قوس دارد. در فرآيند GMAW چهار طول انتقال فلز با توجه به تنظيمات دستگاه وجود دارد اين مدل ها عبارتند از:
– اتصال کوتاه يا قوس کوتاه (short circuiting)

– اسپري يا پا ششي (spray)
– قطره اي (Globular)
– پالسي يا ضرباني (pulse)

منظور از مدل انتقال فلز، نحوه جدا شدن قطرات مذاب از نوک الکترود و انتقال آنها به حوضچه مذاب مي باشد. شل ۱۳ سه مدل از چهار مدل فوق را نمايش مي دهد. هر کدام از مدل هاي انتقال فلز مشخصات متفاوتي دارند. بطوريکه مي توان هر يک از آنها را بعنوان يک فرآيند جوشکاري متفاوت تلقي نمود. همچنين هر کدام از مزايا و محدوديت هاي ويژه اي دارند و جهت کاربردهاي مخصوص مورد استفاده قرار مي گيرند. مدل انتقال فلز به فاکتورهاي از قبيل ولتاژ و شدت جريان، نوع گاز محافظ مورد استفاده و مشخصات منبع قدرت بستگي دارد.

يکي از وجوه تمايز بين مدل هاي فوق، اختلاف در ميزان حرارت ورودي به قطعه کار مي باشد. قوس اسپري بيشترين حرارت ورودي را ايجاد مي کند، پس از آن قوس پالس، قوس قطره اي و در نهايت قوس کوتاه. بنابراين انتخاب قوس اسپري جهت جوشکاري مقاطع ضخيم با سرعت بالا مناسب ترين انتخاب مي باشد اگر چه با اين قوس امکان جوش کاري فقط در وضعيت تخت مسير است. قوس قطره اي از ثبات کمتري برخوردار بوده و جرقه و پاشش زيادي دارد. امکان دستيابي به قوس پالسي فقط توسط دستگاههايي که مجهز به توليد جريان خروجي ضدباني باشند مسير است. در اين سيستم، انرژي قوس الکتريکي بين دو سطح شدت جريان تحتاني و فوقاني که مقادير آنها روي دستگاه قابل تنظيم مي باشد، تغيير مي يابد. اين موضوع سبب کنترل بهتر حرارت ورودي مي گردد.

قوس کوتاه ميزان حرارت ورودي را ايجاد مي نمايد. بنابراين مناسب ترين مدل انتقال فلز جهت جوشکاري قطعات نازک و گپ هاي زياد حخاصل از عمليات مونتاژ نامناسب مي باشد. در قوس کوتاه، قطره مذاب قبل از جدا شدن کامل از نوک الکترود، سطح حوضچه مذاب را لمس مي کند. حوضچه مذاب را لمس مي کند. امکان جوشکاري با قوس کوتاه در تمام وضعيت ها مسير است.هنگام جوشکاري مقاطع ضخيم، بدليل کم بودن ميزان انرژي قوس کوتاه، احتمال بروز ذوب ناقص (LOF) زياد مي باشد. همانطور که قبلاً اشاره شد، گاز محافظ تأثير بسزايي بر نوع انتقال فلز دارد. بعنوان مثال قوس اسپري فقط هنگامي که حداقل %۸۰ آرگون در مخلوط گاز محافظ باشد، ايجاد مي شود.

علت متداول بودن گاز در فرآيند GMAW جهت فولادهاي کربني، ارزان بودن و نفوذ جوش مطلوب آن مي باشد. با اين حال استفاده از اين گاز سبب افزايش جرقه و پا شش و اتلاف زمان جهت تغيير کاري مي گردد.

فرآيند GMAW بطور گسترده اي جهت جوشکاري فلزات آهني به کار مي رود. استفاده از گاز محافظ بجاي فلاکس که قابليت جذب رطوبت دارد. درصد هيدروژن را در ناحيه جوش و HAE کاهش داده و اين فرآيند را بعنوان يک فرآيند کم هيدروژن مطرح مي سازد. همچنين به دليل عدم وجود سرباره روي جوش و عدم نياز به تميز کاري، استفاده از اين فرآيند جهت کاربردهاي اتوماتيک و درباتيک مناسب مي باشد. با اين فرآيند امکان جوش کاري به صورت پيوسته و با حداقل نقاط stup-start مسير مي باشد. اين موضوع علاوه بر افزايش سرعت جوشکاري، نقاط ضعيف و معيوب را به حداقل مي رساند. از مزاياي ديگر اين روش، نرخ رسوب زياد فلز جوش مي باشد که موجب کاهش هزينه ها مي گردد. در اين فرآيند بدليل عدم وجود فلاکس ميزان دود توليد شد. در حين جوشکاري در فرآيند SMAW کمتر مي باشد.

اين موضوع از ديدگاه تهويه محيط جوشکاري حائز اهميت است. کمتر بودن ميزان دود و عدم وجود سرباره در بين جوشکاري قابليت رويت و کنترل حوضچه کذاب را براي جوشکار آسان تر مي سازد. از محدوديتهاي اين روش، حساس بودن فرآيند به وزش باد و انحراف چتر گاز محافظ از حوضچه مذاب مي باشد
بنابراين استفاده از اين فرآيند در محيط هاي باز پيشنهاد نمي گردد.

دبي گاز محافظ با توجه به حجم حوضچه مذاب و سايز نازل گاز تنظيم مي شود. دبي گاز بيش لز اندازه، سبب ايجاد اغتشاش در جريان گاز مي گردد. اغتشاش در گاز محافظ سبب هدايت گازهاي موجود اتمسفر به حوضچه مذاب شده و منجر به توليد حفره هاي گازي در حوضچه جوش مي شود. از محدوديت هاي ديگر اين فرآيند پيچيده تر بودن تجهيزات در مقايسه با فرآيند SMAW مي باشد. بعنوان مثال در صورت معيوب بودن نازل تماس يافت هدايت کننده الکترود، عملکرد فرآيند دچار خدشه شده و نتيجه آن، ايجاد جوش معيوب مي باشد.

عيوب متداولي که در فرآيند GMAW متحمل مي باشند عبارتند از: حفره هاي گازي بدليل آلودگي سطح مقطع قطعه يا الکترود، عدم ذوب مخصوصاً هنگام جوشکاري با قوس کوتاه روي قطعات ضخيم، عدم ثبات قوس و تلاطم حوضچه مذاب به دليل معيوب بودن نازل تماس و ؟ هدايت کننده الکترود. با رعايت بعضي نکات، عيوب مذکور به سادگي قابل پيشگيري هستند. جهت کاهش بروز حفرات گازي بايستي قبل از جوشکاري سطح قطعات را تميز کاري کرده و منطقه جوشکاري را از .زش باد محافظت نمود. همچنين بايد گاز محافظ را از نظر عدم وجود ناخالصي يا رطوبت بيش از اندازه بررسي نمود. مي توان با افزايش انرژي قوس، هدايت مناسب تورچ روي ديواره هاي اتصال و تميز کردن لايه هاي اکسيدي در هر پاس، عيب عدم ذوب را کاهش داد. در نهايت به منظور جلوگيري از عيوب مربوط به عدم تغذيه يکنواخت الکترود به حوضچه مذاب لازم است از سالم بودن نازل تماس اطمينان حاصل نمود.

با توجه به حجم جوشکاري، نازل تماس بايد بصورت منظم تعويض گردد زيرا در اثر عبور الکترود، علاوه بر بزرگ شدن سايز سوراخ، روي ديواره هاي داخلي آن خش ايجاد مي شود و اين موضوع برق رساني به الکترود را دچار خدشه مي کند و توصيه مي شود پس از هر بر تعويض کلاف الکترود، فنرهاي الکترود را خارج نموده و با عبور هواي فشرده، آن را تميز کاري نمود. اين موضوع سبب خارج شدن ذرات گرد و غبار مي گردد شکل ۱۴ طول آزاد الکترود (Eleztrade exten tion)) را نمايش مي دهد. با افزايش اين طول ، نفوذ جوش کاهش يافته و با کاهش آن، نفوذ جوش افزايش مي يابد.