در صنعت ساخت‌وساز و ساختمان‌سازی، عملیات مختلفی روی فلزات انجام می‌شود تا فلزات را تبدیل به سازه‌های گوناگون و استوار کنند. یکی از این عملیات، عملیات جوشکاری است. در این مقاله به بررسی اجمالی مفهوم جوشکاری و انواع آن، بررسی کامل جوشکاری قوسی با گاز محافظ و نحوه اجرا و مزایا و معایب آن می‌پردازیم.
جوشکاری
درواقع جوشکاری به عملیات یا فرآیندی گفته می‌شود که طی آن با گرما دادن و ذوب کردن مواد در محل اتصال باعث متصل شدن دو قطعه فلزی و یا حتی دو قطعه غیرفلزی به هم می‌شوند. جوشکاری از زمان‌های دور برای اتصال قطعات به هم مورداستفاده قرار می‌گیرد و جزء رایج‌ترین روش‌ها برای رسیدن به این منظور است.
انواع جوشکاری
جوشکاری انواع مختلفی دارد و این تنوع به خاطر وجود روش‌های مختلف گرم کردن مواد است. در حالت کلی انواع جوشکاری را به دو نوع جوشکاری ذوبی و غیر ذوبی طبقه‌بندی می‌کنند که هرکدام از آن‌ها نیز خود انواع مختلفی دارند. در این بخش به برخی از انواع جوشکاری اشاره می‌کنیم:
- جوشکاری مقاومتی: جوشکاری مقاومتی، خود به انواع زیر طبقه‌بندی می‌شود:
- جوشکاری نقطه‌ای مقاومتی
- جوشکاری درز مقاومتی
- جوشکاری مقاومتی فرکانس بالا
- جوشکاری تکمه‌ای مقاومتی
- جوشکاری با گاز اکسیژن: این نوع جوشکاری به نام‌های جوشکاری اکسی استیلن (اکسی گاز) نیز معروف است. با ترکیب گاز اکسیژن با یک گاز سوختنی، گرمای لازم برای جوشکاری فراهم می‌شود.
- جوشکاری در حالت‌جامد: گاهی جوشکاری نیازی به ذوب کردن مواد و حضور نیروی انسانی ندارد. مثلاً درروش جوشکاری در حالت‌جامد، دو قطعه توسط دستگاه‌های اتوماتیک به هم متصل می‌شوند. به این روش، جوشکاری غیر ذوبی نیز می‌گویند.
جوشکاری در حالت‌جامد چند نوع دارد:
- جوشکاری فشاری سرد
- جوشکاری آهنگری
- جوشکاری نفوذی
- جوشکاری اصطکاکی
- جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی
- جوشکاری با امواج صوتی
- جوشکاری انفجاری
جوشکاری قوسی: روش جوشکاری قوسی ازجمله پرکاربردترین روش‌های جوشکاری ذوبی است. در جوشکاری قوسی، میان قطعه و الکترود یک قوس الکتریکی ایجاد می‌شود و همین عامل باعث ذوب شدن ماده و شکل گرفتن اتصال بین دو قطعه موردنظر می‌شود. جوشکاری قوسی به‌روش‌های گوناگونی انجام می‌شود، ازجمله: - جوشکاری قوسی الکترود دستی (SMAW)
- جوشکاری قوسی زیر پودری (SAW)
- جوشکاری قوسی تو پودری (FCAW)
- جوشکاری قوسی کربنی (CAW)
- جوشکاری قوسی الکترود تنگستنی (GTAW)
- جوشکاری قوسی پلاسما (PAW)
- جوشکاری قوسی با گاز محافظ (GMAW)
جوشکاری قوسی با گاز محافظ
استفاده از روش جوشکاری قوسی الکترود فلزی تحت پوشش گاز که به آن به‌اختصار (GMAW) نیز می‌گویند امروزه بسیار رایج شده است و جزء مهم‌ترین روش‌های اتصال دو قطعه به هم محسوب می‌شود. این روش جوشکاری نرخ رسوب بالایی دارد و تمیز و با قابلیت اتوماتیک شدن است، به همین جهت در بین صنعتگران مورد استقبال قرارگرفته است. این روش جوشکاری را می‌توان به‌صورت نیمه اتوماتیک و یا اتوماتیک انجام داد و آلیاژها و فلزاتی نظیر فولادهای زنگ نزن، فولادهای کربنی، فولادهای کم آلیاژ، نیکل، آلومینیم، مس و غیره که در صنعت کاربرد گسترده دارند را می‌توان با روش جوشکاری قوسی با گاز محافظ به هم متصل کرد.
در این نوع روش جوشکاری، از الکترود بدون روکش استفاده می‌شود و سپس به خاطر اینکه اثر تخریبی گازهای اکسیژن و ازت که در جو قرار دارند را بر روی مذاب فلز جوش کم کنند، از پوششی گازی در محدوده فضای قوس و اطراف مواد مذاب (حوضچه مذاب) استفاده می‌شود. در این پوشش گازی می‌توان از یک نوع گاز فعال و یا گاز خنثی یا بی‌اثر استفاده کرد.
اگر درروش جوشکاری قوسی با گاز محافظ از گاز بی‌اثر یا خنثی استفاده شود، به‌اختصار به آن MIG می‌گویند ولی اگر از گاز فعال استفاده شود به آن MAG می‌گویند. گاز بی‌اثر مورداستفاده درروش MIG معمولاً هلیوم یا آرگون است و گاز فعال مورداستفاده درروش MAG معمولاً دی‌اکسید کربن یا ترکیب آن با گاز آرگون است.
جوشکاری قوسی با گاز محافظ خنثی یا بی‌اثر
همان‌طور که گفته شد، این نوع روش جوشکاری به روش MIG هم معروف است عبارت MIG در اصل اختصار عبارت metal inert gas است. این روش با نام جوشکاری سیمی (Wire Welding) نیز در بین عوام مردم شناخته می‌شود.
نحوه انجام روش MIG
در این روش، از یک الکترود سیمی (فلزی) استفاده می‌شود و بین این الکترود و قطعه موردنظر قوس ایجاد می‌شود که مواد سطح قطعه را ذوب می‌کند و حوضچه مذاب یا حوضچه جوش پدید می‌آید. سیم موجود در الکترود فلزی، هم گرمای موردنیاز برای ذوب شدن مواد سطح قطعه موردنظر را فراهم می‌کند و هم به‌عنوان فلز پرکننده عمل می‌کند.
این الکترود فلزی (سیم جوش) با استفاده از تفنگ یا لوله تماس که از جنس مس ساخته‌شده است، به محل جوش تزریق می‌شود و از طرف دیگر هم گاز بی‌اثر از طریق تفنگ جوشکاری به محل حوضچه مذاب تزریق می‌شود. وظیفه این گاز جلوگیری از اثر آسیب‌زننده هوای اتمسفر بر روی الکترود است.
نوع گازی که در این روش استفاده می‌شود بستگی مستقیم به موادی که باید جوشکاری شوند و کاربرد آن قطعه در آینده دارد. معمولاً از گازهای هلیوم و آرگون استفاده می‌شود ولی گاهی ممکن است در بعضی مواقع درصد خیلی کمی هم از دی‌اکسید کربن به این گازها اضافه کنند.
الکترود فلزی (سیم جوش) به‌کاررفته در این روش می‌تواند کامپوزیتی (هسته‌ای) یا ساده (جامد) باشد که این مورد دومی رایج‌تر است. به‌طورکلی، فرآیند MIG یک فرآیند نیمه اتوماتیک است. موقعیت سیم جوش و سرعت حرکت به‌طور دستی کنترل می‌شود ولی طول قوس و سرعت تغذیه سیم جوش به‌صورت اتوماتیک کنترل می‌شود.
جوشکاری قوسی با گاز محافظ فعال
این روش جوشکاری به نام روش MAG یا metal active gas نیز شناخته می‌شود. این روش هم مثل روش گاز بی‌اثر است ولی اینجا به‌جای گاز بی‌اثر هلیوم و آرگون، از گازهای فعال استفاده می‌کنند. در این روش معمولاً از دی‌اکسید کربن به‌عنوان گاز محافظ استفاده می‌کنند.
گاهی پیش می‌آید که کمی اکسیژن نیز با گاز فعال مخلوط شود. این عمل به خاطر آرام‌تر کردن قطرات مذاب استفاده می‌شود و بنابراین سطح جوش صاف‌تر خواهد شد. اضافه کردن درصد کمی از گاز اکسیژن، برای جوش دادن فولادهای ساده کربنی استفاده می‌شود. اما ذکر این نکته حائز اهمیت است که در این مواقع باید در الکترود فلزی از عناصر اکسیژن زدا استفاده شود تا سیم جوش آسیب نبیند.
نحوه انجام روش MAG
این روش نیز مانند روش MIG انجام می‌شود و فقط نوع گاز مورداستفاده در آن متفاوت است.
مزایای روش GMAW
- جرقه کمی تولید می‌کند.
- سرباره خیلی نازکی تولید می‌کند یا اصلاً سرباره تولید نمی‌کند.
- میزان رسوب خیلی بالایی دارد.
- قوس الکتریکی و حوضچه مذاب به‌راحتی قابل‌دیدن هستند.
- بسیاری از فلزات مغناطیسی را می‌توان با این روش جوش زد.
- سیم فلزی جوش به‌طور مداوم تغذیه می‌شود.
- در وضعیت‌های مختلف قابل‌اجراست.
- سیم جوش دائماً تغذیه می‌شود.
- الکترود مورداستفاده کم قطر است.
معایب روش GMAW
- سیم جوش و الکترود این روش دارای تنوع زیادی نیست.
- در محیط‌هایی که باد می‌وزد نمی‌توان از این روش استفاده کرد چون باد موجب انحراف گاز محافظ از فضای جوش می‌شود.
- چون سرباره تولید نمی‌شود، سرمایش با سرعت بالایی انجام می‌شود.
- قیمت تجهیزات موردنیاز این نوع جوش معمولاً بالاست و حمل‌ونقلشان نیز به علت پیچیدگی که دارند سخت‌تر است.
جمع‌بندی
از خیلی از وسایل دور و بر ما که در زندگی روزانه استفاده می‌کنیم گرفته تا تجهیزات عظیم صنعتی، همه و همه از جوشکاری برای اتصال قطعاتشان استفاده‌شده است. با پیشرفت علم، روش‌های جوشکاری نیز پیشرفت گسترده‌ای داشته‌اند و انواع مختلفی از این روش‌ها ابداع‌شده و استفاده می‌شود که هرکدام مزایا و معایب خود را دارند. در این مقاله به بررسی جوشکاری قوسی با گاز محافظ پرداختیم.