ابزارهای جوش و انواع جوشکاری

ابزارهای جوش از جمله ابزارها و تجهیزات مهم و کاربردی هستند که برای انجام فعالیت های جوشکاری در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. این تجهیزات جوشکاری در واقع الزامات جوشکاری محسوب می شوند و متناسب با نوع فلزات جوشکاری شونده می توانند دارای قدرت بیشتر باشند.
ابزارهای جوش انواع مختلفی دارند که اغلب مدل های قدیمی آن منسوخ شده و به جای آنها مدل های جدید با قابلیت های بیشتر، توسط صنعت گران، طراحی و تولید شده اند. در میان ابزارهای جوش؛ دستگاه های جوشکاری که به ترانس جوشکاری معروف هستند، و نیز اینورترها شناخته شده ترین تجهیزات هستند.
به غیر از دستگاه های جوشکاری، لوازم و تجهیزاتی هستند که برای انجام کارهای جوشکاری لازم و ضروری هستند. تجهیزاتی که بدون آنها امکان جوشکاری وجود ندارد. مانومتر صنعتی (رگلاتور) یکی از این تجهیزات مهم و پرکاربرد است.

انواع دستگاه های جوش الکترود

1- ترانس های قدیمی که به دلیل حجم بالا، کیفیت پایین خروجی A.C وزن سنگین و مصرف برق بسیار بالا عموماً از چرخه استفاده کنار گذاشته شده اند.
2- دستگاه هایی که در آنها از مولدهایی به نام «دینام جوشکاری» استفاده‌شده، از کیفیت جوش بهتری برخوردار بوده و خروجی D.C داشته اند ولی به دلیل حجم زیاد، سنگینی و هزینه‌های بالای تعمیرات و اینکه در سال های اخیر هیچ گونه خدمات دهی از سوی شرکت‌های فروشنده داده نشده، به فراموشی کامل سپرده شده اند.
3- سومین گروه رکتی فایر‌ها هستند که برق ورودی شهری که به صورتA.C است را به برق D.C تبدیل کرده و قابلیت جوشکاری با الکترودهای مختلف را دارد.

کیفیت بالای جوشکاری، خدمات‌ مطلوب و کار آیی این دستگاه ها در شرایط سخت و زمانی که دسترسی به برق شهری میسر نیست یکی از دلایل پذیرش گسترده این دستگاه در صنعت جوشکاری می‌باشد. این دستگاه ها قادر به تحویل جریان با قطبیت مستقیم یا معکوس هستند.
4- آخرین مدل دستگاه های جوش در رده‌بندی الکترود دستی، دستگاه های جوش اینورتری هستند. این دستگاه ها مزایای فراوانی دارند بنابراین طی پنج سال گذشته به سرعت جایگزین تمامی دستگاه‌های جوشکاری شده‌اند.

وزن بسیار کم، ابعاد کوچک، مصرف برق کم، عدم ایجاد نوسانات برق، کیفیت بالای جوشکاری، قابلیت استفاده با انواع الکترود معمولی آلیاژی، عدم چسبندگی الکترود و خروجی (D.C)، قیمت مناسب به دلیل استفاده از قطعات الکتریکی به جای مواد اولیه مانند سیم‌پیچی مسی و … باعث محبوبیت این دستگاه ها شده است.

دستگاه جوشکاری رکتی فایر و اینورتر چه تفاوتی دارند؟

رکتیفایر یک وسیله‌ی الکترونیکی خاص است که برای تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم (a.c./d.c.) به کار برده می‌شود. جهت به دست آوردن سیگنال جریان d.c. می‌توان از رکتیفایر تریستور، رکتیفایر IGBT و یا رکتیفایر Diode+IGBT استفاده کرد. اغتشاش هارمونیک کلی در جریان ورودی و مقادیر ضریب توان از تفاوت‌های عمده و اصلی در بین گونه‌های مختلف رکتیفایر هستند. براساس محدودیت‌های THDi&PF مشتریان می‌توان مدل رکتیفایر مناسب را انتخاب کرد.

رکتی فایرها یک ابزار جوشکاری است که اسکلت فلزی و کارهای سنگین تر کاربرد دارند و اینورترها در موارد جزئی تر و جوشکاری کارهای سبک تر به خصوص در بخش تأسیسات مورد استفاده قرار می‌گیرند. زیرا نیازمند دستگاهی هستیم که به سهولت قابل‌حمل باشد و بتوان الکترودهای سایز بالاتر را به آن متصل کرد. مهم تر از همه با برق تک فاز کار می کند و برای مصارف محدود و خانگی قابل استفاده است.
تفاوت دیگر مربوط به وزن دستگاه است. یک دستگاه ۲۰۰ آمپر رکتی فایر حدود ۲۵ کیلو وزن دارد ولی یک دستگاه ۲۰۰ آمپر اینورتری حدود ۸ کیلو وزن دارد. از طرف دیگر، میزان آمپر دریافتی دستگاه های اینورتر از شبکه در هنگام جوشکاری بین ۱۸ تا ۲۲ آمپر است.

این مورد در خصوص دستگاه های رکتی فایر گاهی اوقات از ۲۵ آمپر هم بیشتر می شود که نوسان برق خانه و تحریک فیوز را به دنبال دارد.

انواع جوشکاری

فرآیندهای جوشکاری به دو نوع کلی تقسیم می شوند:
1- جوشکاری ذوبی (Fusion Welding)
2- جوشکاری حالت جامد (Solid State Welding)

1- جوشکاری ذوبی

فرآیندهای جوشکاری ذوبی (Fusion Welding)، به فرآیندهایی اطلاق می شود که اتصال فلزات پایه به کمک ذوب آنها صورت می گیرد. به عبارت دیگر از طریق ذوب لبه یا سطح قطعات و ایجاد امتزاج موضعی، اتصال انجام می شود.

این گروه از فرآیندها نه تنها جهت اتصال فلزات بلکه برای پلاستیک ها و سرامیک ها نیز کاربرد داشته و گاه تحت عنوان جوشکاری امتزاجی نیز شناخته می شود.
منبع انرژی در این نوع فرآیندها می تواند الکتریکی یا شیمیایی باشد. فرآیند جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود روکش دار (SMAW) نمونه ای از فرآیندهای جوشکاری ذوبی با منبع انرژی الکتریکی و فرآیند جوشکاری با گاز (OAW) مثالی از این فرآیندها با منبع انرژی شیمیایی است.

جوشکاری ذوبی یا جوشکاری حالت مایع ‌یکی از روش‌های جوشکاری است که بر طبق تعریف AWS به هر فرایند جوشکاری که از ذوب‌کردن فلز پایه به منظور ایجاد جوش استفاده کند، گفته می‌شود.‌ در جوشکاری ذوبی برای اتصال دو فلز به یکدیگر، نقاط اتصال را ذوب کرده و به یکدیگر می‌چسبانند تا هنگام سرد شدن در اثر انجماد، اتصال برقرار شود. در عین حال ممکن است یک فلز دیگر (معمولاً در الکترود) نیز برای کنترل ضخامت محل اتصال مورد استفاده قرار بگیرد.

جوشکاری یکی از فرایندهای اتصال دائمی قطعات (فلزی یا غیرفلزی)، به روش ذوبی یا غیر ذوبی، با بکارگیری یا بدون بکارگیری فشار، با استفاده یا بدون استفاده از ماده پرکننده است. فرایندهای جوشکاری به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند.

فرایندهای جوشکاری ذوبی
فرایندهای جوشکاری غیر ذوبی

روش‌های جوشکاری ذوبی

جوشکاری با گاز اکسیژن و سوخت

در این روش برای ذوب کردن فلز از گاز اکسیژن و سوختی که همراه آن می‌سوزد استفاده می‌شود.

جوشکاری با قوس الکتریکی

در این روش برای ذوب کردن فلز از قوس الکتریکی استفاده می‌شود.

جوشکاری مقاومتی

در این روش برای ایجاد گرمای ذوب از مقاومت الکتریکی استفاده می‌شود، در حالی که دو فلز در کنار یکدیگر زیر فشار قرار دارند.

مزایای جوشکاری ذوبی

• امکان به کارگیری اغلب فرآیندهای این گروه برای جوشکاری قطعات و مجموعه ها با طرح ها و موقعیت های گوناگون وجود دارد.
• امکان به کارگیری اغلب فرآیندهای این گروه در محل پروژه (Site) وجود دارد.
• امکان به کارگیری اغلب فرآیندهای این گروه جهت اتصال قطعات ضخیم با استفاده از پخ سازی و جوشکاری چند لایه ای وجود دارد.

جوشکاری حالت مذاب
‌

اتصال بین دو قطعه فلزی با ذوب کردن لبه‌ها یا سطح اتصال با یا بدون افزودن فلز پرکننده با یا بدون اعمال فشار را جوشکاری ذوبی یا حالت مذاب می‌نامند. این نوع فرآیند برای پلاستیک‌ها و سرامیک‌ها نیز کاربرد دارد و تحت عنوان جوشکاری امتزاجی شناخته می‌شود.

مزایای ویژه این فرآیند سبب استفاده گسترده از آن در صنعت شده است. به گونه‌ای که گفته می‌شود پس از معرفی این روش به عنوان فرآیند تولیدی جهت اتصال دهی آلیاژهای سبک از جمله آلیاژهای آلومینیم، نسبت تقاضا به عرضه محصو‌لات پایه همانند ورق و شمش به شدت افزایش یافته ‌و منجر به افزایش قیمت آلومینیوم شده است.

دلایل مشکلات جوشکاری ذوبی

یکی از د‌لایل این امر مشکلات جوشکاری ذوبی آلیاژهای آلومینیم است. روش‌های GIM و GIM فرآیندهایی هستند که در صنعت اغلب برای اتصال آلیاژهای آلومینیم عملیات حرارتی پذیر مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما در آنها عیوبی نظیر تخلخل، ذوب ناقص (به علت ‌لایه‌های اکسیدی)، نفوذ ناقص، ترک و ناخالصی وجود دارد.‌

حساسیت به ترک گرم در این نوع آلیاژها به علت دامنه‌ی وسیع دمای انجماد با توجه به حضور عناصر آلیاژی بیشتر است. به علت تمایل زیاد آلومینیم مذاب به ترکیب با اکسیژن، در حین فرآیندهای جوش ذوبی، اکسید آلومینیم به سرعت تشکیل می‌شود و به دلیل دمای ذوب با‌لاتر نسبت به فلز خالص، سبب ذوب ناقص در جوش می‌شود.

اگر این اکسیدها ضخامت قابل توجهی پیدا کنند، چون عایق الکتریکی هستند، توانایی جلوگیری از تشکیل قوس را در هنگام شروع جوشکاری دارند. از طرفی ضریب انبساط حرارتی آلیاژهای آلومینیم زیاد و حدود دو برابر فو‌لاداست، لذا اتصا‌لات جوش آلومینیم، در حین سرد شدن سریع از دمای ذوب دارای تمرکز تنش پسماند قابل ملاحظه‌ای می‌شوند.

حتی با استفاده از گازهای محافظ خنثی ‌یا فالکس‌های خاص در برخی آلیاژها ‌به راحتی نمی‌توان اتصال مطلوبی را به دست آورد.
امروزه ضرورت بررسی و پژوهش روش‌های نوین جوشکاری حالت جامد برای غلبه بر مشکلات مذکور، افزایش کیفیت و حتی سرعت فرآیند جوشکاری احساس می‌شود.

دشواری در ایجاد جوش‌های با استحکام با‌لا و مقاوم در برابر خستگی و شکست در آلیاژهای هوافضای آلومینیم پرآلیاژ توسط روش‌های جوشکاری ذوبی محدوده استفاده از این آلیاژها را کوچکتر کرده است. این آلیاژهای آلومینیم به خاطر ایجاد ریزساختار انجمادی و ناخالصی در ناحیه جوش عموماً به عنوان آلیاژهای جوش‌ناپذیر طبقه‌بندی می‌شود.

مزایای اقتصادی جوشکاری

• مصرف انرژی پایین و بازدهی با‌لا.
• عدم نیاز به ماده مصرفی همانند فلز پر کننده‌ و گاز محافظ ‌
• ‌عدم نیاز به پخ سازی‌
• قابلیت اتوماسیون با‌لای فرآیند به دلیل کنترل پذیر بودن سیستم و سهولت مانتیتورینگ.
• سرعت با‌لای فرآیند به ویژه در حالت‌هایی که مسیر مستقیم و ضخامت قطعه کار زیاد است.
• عدم آلودگی محیطی از نظر تولید گازهای سمی، ترکیبات مضر، سرباره، تشعشع و…
• عدم نیاز به پرسنل ماهر جوشکاری

مزایای کیفی جوش ایجاد شده

• ایجاد فلز جوش بدون عیب
• قابلیت اتصال دهی آلیاژ‌هایی که به روش‌های معمولی قابلیت جوشکاری ندارند همانند کامپوزیت‌ها ‌یا آلیاژهای رسوب سختی شده.
• اتصال دهی آلیاژهای ناهمجنس که توسط روش‌های معمول امکان پذیر نیست همانند اتصال آلومینیوم به مس یا به فو‌لاد.
• عدم تضعیف نواحی اطراف فلز جوش از نظر خواص متالورژیکی و مکانیکی
• کاهش عیوب ابعادی همانند اعوجاج و تنش‌های پسماند
• استحکام خستگی با‌لا (تا سه برابر استحکام اتصالات جوشی ایجاد شده توسط فرآیندهای ذوبی)
• عدم ایجاد بخار، جرقه و پاشش.

محدودیت‌های فرآیند ‌

• عدم استاندارد سازی فرآیند به دلیل جدید و نو پا بودن آن.
• محدودیت وضعیت یا Position جوشکاری در پاره‌ای از موارد.
• کارگاهی بودن فرآیند و دشواری تهیه تجهیزات قابل حمل‌.
• نیاز به تثبیت قطعه کار توسط قید و بست‌های مقاوم.
• نیاز به صفحه پشت بند جهت اتصال یک طرفه.
• باقی ماندن حفره یا سوراخ هم اندازه پین ابزار در انتهای خط جوش.

معایب رايج در جوشكاری ذوبی‌ و روش‌های رفع آن عيوب

امروزه استفاده ا‌ز آلیاژهای آلومینیوم در صنایع مختلف از جمله هوافضا، دریایی و ساخت مخازن تحت فشار افزایش پیدا كرده‌ كه ناشی از ویژگی‌های این آلیاژها از جمله نسبت استحكام به وزن بالا،‌ مقاومت به خوردگی مناسب، جوش‌پذیری خوب هستند. به علت خصوصیات مكانیكی نسبتاً خوب كاربرد بسیاری پیدا كرده‌اند.

آلومینیوم و آلیاژهای آن اغلب با بیشتر فرایندهای جوشكاری ذوبی قابل جوشكاری هستند اما در برخی از آلیاژهای آلومینیوم به علت حساسیت به ترك انجمادی‌، ناشی از استحكام بالا، در بعضی موارد جوشكاری با مشكلاتی همراه می‌شوند. همچنین تخلخل نیز در بعضی شرایط می‌تواند به عنوان مشكل در جوشكاری این آلیاژها به شمار رود.

آلیاژهای آلومینیوم دارای خصوصیات ویژه حرارتی و متالورژیكی هستند كه تاثیر بسازی بر روی رفتار جوش‌پذیری این آلیاژها می‌گذارد. از جمله خصوصیات مهم آلیاژهای آلومینیومی هدایت حرارتی بالا، ضریب انبساط حرارتی بالا و دمای ذوب پایین بوده كه بسیاری از خصوصیات جوش‌پذیری آلیاژهای آلومینیوم از این ویژگی‌های خاص تاثیر می‌پذیرد.

مشكلات اصلی در جوشكاری ذوبی آلومینیوم و آلیاژهای آن، بسیاری از مشكلات جوشكاری ذوبی آلیاژهای آلومینیومی از خصوصیات فیزیكی، حرارتی و متالورژیكی این آلیاژها ناشی می‌شوند كه در زیر اشاره به هر یك از این خواص و تاثیر آنها بر روی جوش‌پذیری آلیاژهای آلومینیوم می‌شود.

‌هدایت حرارتی بالای آلیاژهای آلومینیوم

هدایت حرارتی آلومینیوم و آلیاژهای آن حدوداً ۳ تا ۶ برابر آهن و آلیاژهای آن است و این باعث می‌شود كه انتقال حرارت در زمان جوشكاری به اطراف جوش بسیار سریع تر و بیشتر از فولادها باشد. بنابراین نیاز به منبع حرارت به اندازه كافی قوی بوده تا حرارت ایجاد شده قادر به ذوب نمودن فلز پایه و جوشكاری باشد. بنابراین نیاز به جوشكاری با سرعت بالا و تمركز بالا است.

‌ضریب انبساط و انقباظ بالای آلیاژهای آلومینیوم

انبساط و انقباض آلومینیوم و آلیاژهای آن، در اثر جوشكاری و سرمایش پس از آن، تقریباً دو برابر فولاد بوده كه منجر به تمركز تنش‌های داخلی می‌شود كه باعث پیچیدگی، تاب برداشتن و تغییر ابعادی و تركیدگی خواهد شد. برای رفع این نقیصه می‌توان از فیكسچر و نگه دارنده مناسب استفاده كرد.

‌نرم شدگی مجاور خط جوش

آلیاژهای آلومینیوم كه در اثر عملیات حرارتی، سختی بالاتری پیدا كرده‌اند، در اثر حرارت ناشی از جوشكاری در مناطق مجاور خط جوش نرم می‌شوند.

‌حلالیت هیدروژن در آلومینیوم مذاب
‌

هیدروژن در آلومینیوم مذاب كاملاً قابل حل است كه از طرق مختلف می‌تواند وارد حوضچه جوش شود چه از طریق هوا در حین جوشكاری و چربی و آلودگی‌ها می‌تواند به سهولت وارد حوضچه مذاب جوشكاری شود اما با كاهش درجه حرارت، قابلیت انحلال هیدروژن در آلومینیوم كم شده و به صورت حباب در امتداد مزر دانه‌ها پس زده می‌شوند.

درحقیقت به دلیل انتقال حرارت بالای آلومینیوم، لایه سطحی در گرده جوش به سرعت منجمد شده و امكان خروج حباب‌های گاز هیدروژن وجود نخواهد داشت.حباب‌های هیدروژن در داخل مذاب، به هم وصل شده كه پس از سرد شدن منجر به كاهش استحكام جوش و افزایش تجمع تنش و در نهایت شكست را در پی خواهد داشت.

سوختگی یا بریدگی كنار جوش

شیاری را كه در فلز پایه مجاور ریشه جوش دیده می‌شود، سوختگی یا بریدگی می‌گویند. این عیب موجب تمركز یا تشدید تنش می‌شود و غالباً مربوط به جریان زیاد است سایر عوامل موثر در بروز این عیب به شرح زیر است.

• طول قوس بسیار زیاد
• شدت جریان بسیار زیاد
• سرعت جوشكاری كم
• نامناسب بودن زاویه دست جوشكار نسبت به قطعه كار

روش‌های رفع عیبوب احتمالی در جوشكاری ذوبی آلیاژهای آلومینیوم
‌

• حرارت دهی با تمركز بالا یا پیش‌گرم نمودن قطعه تا دماهای ۱۲۰ درجه سانتیگراد جهت كاهش اتلاف حرارت ناشی از هدایت حرارتی بالای آلیاژهای آلومینیوم.
• استفاده از نگهدارنده برای جلوگیری از اعوجاج و تابیدگی قطعات پس از جوشكاری
• حصول اطمینان از تمیزی قطعه تحت جوشكاری قبل از انجام جوشكاری و استفاده از گاز محافظ خنثی جهت جلوگیری از تشكیل حفره، تخلخل و آخال در فلز جوش.
• از بین بردن لایه اكسیدی مقاوم تشكیل شده در محل جوشكاری‌ جهت ایجاد اتصالی مناسب
• انتخاب پارامترهای مناسب جوشكاری از جمله شدت جریان، ولتاژ و سرعت مناسب جوشكاری

عیوبی كه بیشتر در فلز جوش آلیاژهای آلومینیوم مشاهده می‌شود شامل خلل و فرج و حفرات در فلز جوش، كشیدگی و جمع شدگی فلز جوش، ترك‌های انجمادی در فلز جوش و سوختگی كناره فلز جوش هستند كه از جمله پارامترهای مهم جهت رفع این عیوب تمیزی قطع كار قبل از جوشكاری، پیش‌گرم نمودن قطعه و انتخاب پارامترهای مناسب جوشكاری است.

2- جوشکاری حالت جامد

جوشکاری حالت جامد (Solid State Welding)، شامل فرآیندهایی است که اتصال فلزات پایه از طریق ایجاد حرارت در آنها تا سطح خمیری شدن و یا به روش های دیگر مانند فشار صورت می‌گیرد. منبع انرژی در این گروه از فرآیندها می تواند الکتریکی، شیمیایی و یا مکانیکی باشد.

جوشکاری القایی (IW) نمونه ای از فرآیندهای جوشکاری حالت جامد با منبع انرژی الکتریکی، فرآیند جوشکاری انفجاری (EXW) مثالی از این جوشکاری با منبع انرژی شیمیایی و جوشکاری اصطکاکی (FRW) نمونه ای از جوشکاری با منبع انرژی مکانیکی می باشد.

مزایای جوشکاری حالت جامد

• عدم ذوب فلز پایه در این گروه از فرآیندها موجب کاهش چشمگیر در تغییرات نامناسب ساختاری، به خصوص در منطقه متاثر از حرارت می شود.
• عدم ذوب فلز پایه در این گروه از فرآیندها موجب عدم نیاز به محافظت از حوضچه مذاب و در نتیجه عدم پیدایش عیوب مربوطه می شود.
• اتصالات در این روش حرارت ورودی، اعوجاج و تنش های پسماند کمتری را تجربه می نمایند.
• این روش برای تولید تعداد زیادی از یک مجموعه های جوشکاری شده مناسب بوده و دارای صرفه اقتصادی است.
  

جمع بندی

امروزه اکثر کارها صنعتی شده و باید حتما از تجهیزات آن استفاده کرد. که جوشکاری یکی از این کار ها می باشد. به طوریکه بدون استفاده از ابزار جوشکاری انجام کار ها نا ممکن خواهد بود. در هنگام خرید دستگاه جوش و تجهیزات آن حتما دقت کنید تا ابزاری تهیه کنید که مناسب گار شما باشد. البته که ابزار های که ارزان قیمت هستند بی کیفیت نیستند اما قیمت تنها ملاک نیست پس بع امکانات دستگاه مورد نظر خود دقت کنید.

فروشگاه اینترنتی ابزار ماشین با در اختیار داشتن انواع دستگاه های جوشکاری از نوع اینورتر، می تواند نیازهای خریداران این نوع از ابزار جوشکاری کاربردی صنعتی را برآورده نماید.