انواع جوشکاری قوس الکتریکی | مزایا و معایب آن

انواع جوشکاری قوس الکتریکی

جوشکاری قوس الکتریکی یکی از رایج ترین روش های ساخت قطعات می باشد. انسان سال ها قبل از میلاد مسیح جعبه های استوانه ای کوچکی را با فشار دادن لبه های ورق ها می ساخت. ساخت جعبه به این روش ساده ترین روش جوشکاری محسوب می شود. عموماً هنگام جوشکاری مجموعه نیروهای فشاری و گرما به همراه مواد پرکننده باعث ایجاد پیوند بین دو قسمت می شود. برای تامین گرمای لازم برای ذوب فلز پایه از منابع مختلفی استفاده می شود. قوس الکتریکی یکی از رایج ترین منابع مورد استفاده در جوشکاری است. در ادامه این مقاله درباره جوشکاری قوس الکتریکی بیشتر بدانید.

 از علاقمندان به یادگیری جوشکاری قوس الکتریکی دعوت می کنیم تا در دوره آموزش جوشکاری برق آموزشگاه فنی ثبت نام نمایند.

تاریخچه جوشکاری قوس الکتریکی

در اواخر دهه 1800، حدود 80 سال پس از کشف قوس الکتریکی توسط پتروف، دانشمندی به نام موسیان دو قطعه فلز را با استفاده از جوش قوس الکتریکی به یکدیگر متصل کرد. به دلیل جریان و ولتاژ زیاد مورد استفاده و همچنین شکنندگی فلز جوش، این روش ساخت قطعات در این دوران مورد استقبال عموم مردم قرار نگرفت. در سال های بعد با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی، خطاهای جوشکاری قوس الکتریکی برطرف شد. تا جایی که امروزه از این روش برای اتصال بسیاری از بخش ها به یکدیگر استفاده می شود.

حتما مطالعه کنید: نکات مهم و کاربردی در جوشکاری CO2

منابع انرژی در جوشکاری

تعدادی از منابع مختلف انرژی را می توان برای انرژی الکتریکی مورد نیاز برای فرآیندهای جوشکاری قوس الکتریکی استفاده کرد. رایج ترین طبقه بندی منبع تغذیه جریان ثابت و منبع تغذیه ولتاژ ثابت است. در جوشکاری قوس الکتریکی ولتاژ رابطه مستقیم با طول قوس و جریان با مقدار گرمای ورودی دارد. برق DC اغلب برای فرآیندهای جوشکاری دستی مانند جوشکاری قوسی تنگستن گازی و جوشکاری قوس فلزی محافظ استفاده می شود زیرا جریان نسبتاً ثابتی را حتی با تغییر ولتاژ حفظ می کند.

این بسیار مهم و ضروری است زیرا جوشکاری دستی برای پایدار نگه داشتن الکترود دشوار است، بنابراین طول قوس و قدرت آن متفاوت است. دستگاه های ولتاژ ثابت یک ولتاژ ثابت و جریان متناوب را حفظ می کنند، بنابراین اغلب در فرآیندهای خودکار مانند جوشکاری قوس فلزی گازی، جوشکاری قوس هسته ای استفاده می شوند. در این کاربردها طول قوس ثابت است زیرا هر گونه اختلاف بین سیم و ماده پایه به سرعت با تغییر زیاد جریان اصلاح می شود. به عنوان مثال، اگر سیم و ماده پایه خیلی نزدیک باشند، جریان به سرعت افزایش می یابد، که باعث افزایش دما و ذوب شدن نوک سیم می شود و آن را به نقطه جدایی اولیه خود باز می گرداند.

جهت جریان مورد استفاده در جوشکاری قوس الکتریکی نقش مهمی در جوشکاری دارد. فرآیندهای جوشکاری الکترود، مانند جوشکاری قوس فلزی محافظ و جوشکاری قوس فلزی با گاز، معمولاً از جریان مستقیم استفاده می کنند، اما الکترودها می توانند بار مثبت یا منفی داشته باشند. قطب +DC بیشتر برای جوشکاری الکترود استفاده می شود. قطبیت DC همچنین باعث کاهش نفوذ الکترود و افزایش ذوب می شود. فرآیندهای الکترود غیر مصرفی مانند جوشکاری قوسی تنگستن گازی می توانند از جریان مستقیم (DC) و جریان متناوب (AC) استفاده کنند. برای جریان مستقیم، یک الکترود با بار مثبت یک جوش کم عمق و یک الکترود با بار منفی یک جوش عمیق ایجاد می کند، زیرا الکترود فقط یک قوس ایجاد می کند و هیچ ماده پرکننده ای ایجاد نمی کند. یک جریان متناوب به سرعت بین این دو جریان می یابد و در نتیجه نفوذ میانی جوش داده می شود.

جوشکاری قوس الکتریکی چیست؟

به فرآیندی که در آن اتصال با کمک قوس الکتریکی انجام می شود، جوش قوس الکتریکی می گویند. در این روش با عبور انرژی الکتریکی به صورت AC یا DC بین الکترود و فلز پایه، قوس الکتریکی ایجاد می شود. تخلیه الکتریکی ناشی از قوس، دما را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. با ذوب الکترود و فلز پایه حوضچه جوش تشکیل شده و پس از سرد شدن اتصال برقرار می شود. (حوضچه مذاب حاصل از الکترود و فلز جوش را حوضچه جوش می گویند.) البته باید توجه داشت که الکترود استفاده شده ممکن است قابل مصرف نباشد. به همین دلیل جوش قوس الکتریکی روش های مختلفی دارد که در ادامه این متن با آنها آشنا خواهید شد.
قوس ایجاد شده در طول فرآیند جوشکاری می تواند دما را تا 20000 درجه سانتیگراد افزایش دهد. حداکثر مقدار گرمای تولید شده در مرکز قوس متمرکز می شود و با دور شدن از مرکز، دما کاهش می یابد. این دمای بالا علاوه بر ترکیبات فلزی منجر به یونیزه شدن ترکیبات غیرفلزی نیز می شود. اگرچه دمای این منطقه بالا است، اما تنها حدود 70 درصد به شکل گیری دریاچه در حال جوش کمک می کند. مقداری از انرژی گرمایی با ایجاد تابش قوس الکتریکی، تابش حرارتی و ذوب پوشش الکترود از بین می رود.
در روش هایی که از الکترود استفاده می شود، مذاب توسط نیروهای الکترومغناطیسی و هیدرودینامیکی از الکترود به قطعه کار منتقل می شود. نقش این نیروها در هنگام جوشکاری عمودی یا سقفی کاملاً مشهود است.

از علاقمندان به یادگیری جوشکاری قوس الکتریکی دعوت می کنیم تا در دوره آموزش جوشکاری برق آموزشگاه فنی ثبت نام نمایند.

حتما مطالعه نمایید: چه دستگاهی برای جوشکاری آلمینیوم مناسب است؟

انواع جوش قوس الکتریکی

از بین تمام روش های جوشکاری، حوضچه جوش به چهار روش با استفاده از قوس الکتریکی شکل می گیرد. روش های جوشکاری قوس الکتریکی به شرح زیر است:

جوشکاری SMAW

جوشکاری قوس الکتریکی یا SMAW یکی از رایج ترین روش های ساخت قطعات است. این روش که به تخلیه جوش قوس الکتریکی اشاره دارد، اغلب به صورت دستی انجام می شود. جوش SMAW برای ضخامت های بیشتر از 2 میلی متر استفاده می شود. این روش برای جوشکاری قسمت هایی از سازه که دسترسی به آنها محدود است بسیار مناسب است.

جوشکاری GMAW

جوشکاری قوس فلزی گازی (GMAW) یک فرآیند جوشکاری نیمه اتوماتیک یا اتوماتیک است که از سیم مصرفی با تغذیه مداوم استفاده می کند که به عنوان الکترود و فلز پرکننده عمل می کند. همچنین با مواد بی اثر یا نیمه خنثی در اطراف سیم جریان می یابد تا از لحیم کاری در برابر آلودگی محافظت کند. برق DC معمولا با GMAW تامین می شود، اما جریان ثابت AC نیز استفاده می شود. GMAW با یک الکترود پرکننده با تغذیه مداوم، سرعت جوشکاری نسبتا بالایی را فراهم می کند. با این حال، به تجهیزات پیچیده‌تر، راحتی و انعطاف‌پذیری کمتر در مقایسه با فرآیند SMAW نیاز دارد.

جوشکاری SAW

جوشکاری SAW یا زیرپودری به سه روش نیمه اتوماتیک، اتوماتیک و ماشینی انجام می شود. برای جوشکاری قوس الکتریکی با این روش از پودر شار برای محافظت از قوس استفاده می شود. این روش به طور کلی برای اتصال لوله جوش مارپیچی استفاده می شود.

جوشکاری GTAW

جوشکاری قوس تنگستن گاز (GTAW) یک فرآیند جوشکاری دستی است که از یک الکترود غیر مصرفی ساخته شده از تنگستن، مخلوطی از گاز بی اثر یا نیمه بی اثر و یک ماده پرکننده جداگانه استفاده می کند. از این روش بیشتر برای جوشکاری مواد نازک استفاده می شود. این کار با یک قوس پایدار و جوشکاری با کیفیت بالا انجام می شود، اما به مهارت قابل توجهی نیاز دارد و فقط در سرعت های نسبتا کم قابل انجام است. تقریباً روی تمام فلزات قابل جوشکاری قابل استفاده است، اگرچه معمولاً برای فولاد ضد زنگ و فلزات سبک استفاده می شود. این ماده اغلب در جاهایی استفاده می شود که جوشکاری با کیفیت بسیار مهم است، مانند کاربردهای دوچرخه، هواپیما و دریایی.

جوشکاری MIG

یکی دیگر از روش های جوش قوس الکتریکی، جوشکاری MIG است. در این فرآیند دو جسم با یک الکترود قابل ذوب بدون پوشش و با استفاده از گاز محافظ به یکدیگر جوش داده می شوند. در این روش از گاز خنثی مانند آرگون یا هلیوم برای محافظ استفاده می شود. از مزایای این فرآیند می توان به هزینه تولید پایین و سرعت تولید بالا اشاره کرد.

جوشکاری TIG

جوش لب به لب با الکترود تنگستن یا TIG از گاز جلوگیری می کند. از آنجایی که این روش جوش آرگون نامیده می شود، همه تصور می کنند که فقط از گاز آرگون برای محافظ استفاده می شود. لازم به ذکر است که در این جوشکاری علاوه بر آرگون، از گاز هلیوم یا مخلوطی از هلیوم و آرگون استفاده می شود. در این روش از الکترود استفاده نمی شود و از تنگستن ساخته شده است. استفاده از الکترود تنگستن حرکت قوس و الکترون ها را تسهیل می کند. همچنین این الکترود عمر نسبتاً طولانی دارد. برای کسب اطلاعات بیشتر درباره این نوع جوشکاری حتما مقاله “5 نکته مهم جوشکاری آرگون و کاربردهای آن “را مطالعه نمایید.

الکترودهای مورد استفاده در قوس الکتریکی

در حین جوشکاری قوس الکتریکی، به خاطر داشته باشید که قطر الکترود همیشه کوچکتر از ضخامت جوش است. برعکس آن نیز قابل انجام است. یعنی از الکترودهایی استفاده کنید که قطر آنها بیشتر از ضخامت باشد. اما فقط جوشکاران حرفه ای می توانند این کار را انجام دهند. پوشش الکترود نیز به تشکیل سرباره کمک می کند. تشکیل سرباره به حذف ناخالصی ها از فلز جوش کمک می کند، سرعت خنک شدن و ظاهر مطلوب فلز را کنترل می کند. وظیفه اصلی پوشش الکترود ایجاد فضای گاز کافی در اطراف قوس است. با ایجاد یک جو گاز یونیزه شده، ذوب و ذوب پوشش به شکل گیری و تثبیت قوس مذاب و حوضچه کمک می کند.

میله های کاربردی در جوش قوس الکتریکی

در قوس الکتریکی از میله های مختلفی استفاده می شود که با توجه به ویژگی های متفاوت هر یک، کیفیت نهایی جوش را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد. میله های روکش دار نسبت به میله های بدون روکش مزایایی مانند سهولت بیشتر کنترل قوس، پراکندگی کمتر جرقه های جوشکاری و حذف بهتر اکسیدها یا گوگرد آلوده دارند. این تفاوت ها باعث شده است که استفاده از میله های برهنه در جوشکاری کمتر رایج باشد.
پوشش های مورد استفاده در سیم های جوشکاری با یکدیگر متفاوت است. سه نوع پوشش وجود دارد: سلولزی، معدنی یا ترکیبی از آنها.
میله های جوش به دستگاه جوش متصل می شوند و جریانی از آنها برای اتصال قطعات عبور می کند.
در مواردی مانند جوشکاری با چوب دستی (SMAW) میله ها بریده شده و به عنوان بخشی از جوش مورد استفاده قرار می گیرند. چنین میله هایی الکترودهای مصرفی هستند.
در موارد دیگر مانند جوشکاری TIG، میله ها ذوب نمی شوند و به آنها الکترودهای غیر مصرفی می گویند.
انتخاب پارچه روکش دار یا بدون روکش باید به درستی انجام شود تا درز محکم، تمیز و باکیفیت ایجاد شود.

تشعشعات جوش قوس الکتریکی

قوس الکتریکی در حین جوشکاری پرتوهای مختلفی از خود ساطع می کند. این تشعشعات به صورت نور مرئی، اشعه ماوراء بنفش و نور مادون قرمز ساطع می شوند. لازم به ذکر است که اشعه ماوراء بنفش و مادون قرمز تهدیدی جدی برای سلامت انسان است. به عنوان مثال، اشعه مادون قرمز به پوست و مو آسیب می رساند و اشعه ماوراء بنفش به بافت های بدن آسیب می رساند. علاوه بر این پرتوها، دود فلزات از حوضچه جوش بسیار سمی است. بنابراین، هنگام استفاده از جوش قوس الکتریکی باید تمام اقدامات احتیاطی را رعایت کنید.

حتما مطالعه نمایید: معرفی دستگاه جوش اینورتر و مزایای آن

مزایای جوشکاری قوس الکتریکی

در مقایسه با سایر روش های جوشکاری، جوش قوس الکتریکی مزایای زیادی دارد که در مورد آنها صحبت خواهیم کرد.
از آنجایی که برای انجام برخی از این تکنیک ها نیازی به گاز نیست، هزینه تجهیزات و ابزار جوشکاری کمتر خواهد بود. به همین دلیل یکی از روش های مقرون به صرفه است. همچنین جوش قوس الکتریکی را می توان در اقلیم های مختلف و بر روی فلزاتی که سطح آنها تمیز نمی شود استفاده کرد.

معایب جوشکاری الکتریکی

یکی از معایب جوش قوس الکتریکی این است که ضایعات آن نسبت به روش های دیگر بیشتر است. این سوال ممکن است برای برخی از مشاغل مهم باشد. زیرا افزایش میزان ضایعات جوش گاهی اوقات می تواند هزینه ها را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. بنابراین، تجربه زیاد جوشکار در جوشکاری قوس الکتریکی موضوع مهمی است. همچنین می توان به این نکته اشاره کرد که جوش دادن صفحات بسیار نازک با جوش قوس الکتریکی دشوارتر است.

نتیجه گیری

از جوشکاری قوس الکتریکی در صنایع هوافضا، نفت، ساخت و ساز، خودروسازی و غیره استفاده می شود. در صنایع مختلف کاربرد دارد. بنابراین یک نوع جوشکاری بسیار کاربردی و مهم محسوب می شود. در این مقاله تمامی روش های جوشکاری قوس الکتریکی را بررسی کرده و پوشش میله ای مورد استفاده در جوشکاری را نیز معرفی کرده ایم. در پایان مقاله در مورد مزایا و معایب استفاده از این روش صحبت کردیم تا بتوانید با تمام جوانب این رشته جوشکاری آشنا شوید.

از علاقمندان به یادگیری جوشکاری قوس الکتریکی دعوت می کنیم تا در آموزشگاه جوشکاری برق ثبت نام نمایند.