مهم ‌ترین روش ‌های جوشکاری فلزات و مزایا و معایب آنها

فرآیند جوشکاری نقشی اساسی در صنایع مختلف ایفا می‌کند و به‌عنوان یک فرآیند اساسی برای اتصال مواد و ساخت سازه‌ها و تجهیزات صنعتی و ساختمانی در نظر گرفته می‌شود. این فرآیند با ایجاد اتصالات قوی و بادوام بین مواد، دوام عملکردی آن‌ها را تضمین می‌کند که به یکپارچگی ساختاری و قابلیت اطمینان ساختمان‌ها، وسایل نقلیه و ماشین‌آلات کمک می‌کند. جوشکاری همچنین موجب تسهیل در فرآیند تعمیرات می‌شود. علاوه بر این، پیشرفت‌ها در فناوری جوشکاری به‌طور مداوم کارایی، دقت و توانایی کار با مجموعه‌ای از مواد را افزایش داده است.

اهمیت جوشکاری نه‌تنها در نقش اساسی آن در ساخت‌وساز، بلکه در تکامل مستمر آن به‌عنوان یک تکنیک حیاتی و سازگار در چشم‌انداز صنعتی مدرن است. در همین راستا نیز انواع روش‌ های جوشکاری متناسب با نیاز صنایع گوناگون توسعه داده شدند و برای اینکه بتوانید از بین آن‌ها بهترین روش را برگزینید، نیاز به شناخت دقیق هر یک از آن‌ها دارد. در ادامه رایج‌ترین روش‌ های جوشکاری آهن و فولاد و نیز دیگر آلیاژهای مهندسی رایج موردبررسی قرار می‌گیرند.

نحوه انتخاب انواع روش ‌های جوشکاری

جوشکاری به‌عنوان مهم‌ترین روش اتصال قطعات مختلف به یکدیگر دارای تنوع زیادی ازنظر فرآیند انجام است که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌شود. هر روش جوشکاری مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارد که باید بر اساس یک سری اصول و قواعد انتخاب شوند. با در نظر گرفتن دقیق این عوامل، می‌توانید تصمیمی آگاهانه در مورد مناسب‌ترین فرآیند جوشکاری برای کاربرد خاص خود بگیرید که منجر به نتایج بهتر و افزایش کارایی می‌شود. مهم‌ترین عوامل در تعیین بهترین روش از بین انواع روش‌ های جوشکاری عبارت‌اند از:

•  سازگاری مواد: نوع ماده‌ای که جوش می‌دهید (آهنی، غیر آهنی، جوشکاری استیل، آلومینیوم و غیره) را در نظر بگیرید. هر یک از این مواد با روش‌های مخصوص به خود جوش داده می‌شوند.
• ضخامت مواد: روش جوشکاری باید بر اساس مقدار ضخامت قطعه کار انتخاب شود تا قطعه دچار دفورمگی ناشی از ضخامت کم یا عدم ایجاد جوش مناسب به دلیل ضخامت زیاد نشود.
• الزامات کیفیت و استحکام جوش: برخی از فرآیندها ممکن است جوش‌هایی با کیفیت بالاتر با حداقل اعوجاج تولید کنند، درحالی‌که برخی دیگر ممکن است برای کاربردهایی که استحکام یک عامل مهم است مناسب نباشند.
• ملاحظات هزینه: تجهیزات و هزینه‌های مصرفی مربوط به هر فرآیند جوشکاری را در نظر بگیرید. برخی از روش‌ها ممکن است به تجهیزات یا مواد مصرفی گران‌تری نسبت به روش‌های دیگر نیاز داشته باشند.
• سرعت فرآیند: سرعت جوشکاری موردنظر و بهره‌وری کلی را در نظر بگیرید. برخی از فرآیندها، مانند روش‌ های جوشکاری خودکار یا نیمه اتوماتیک که سرعت بالاتری دارند ممکن است برای تولید در حجم بالا مناسب‌تر باشند.
•  سطح مهارت جوشکار: انواع روش‌ های جوشکاری فلزات باید بر اساس سطح توانایی و مهارت اپراتور جوشکار انتخاب شوند.
• شرایط محیطی: شرایط محیطی محل جوش را ارزیابی کنید. برخی فرآیندها ممکن است کم‌وبیش به عواملی مانند باد، رطوبت یا دما حساس باشند.
• موقعیت جوشکاری: الزامات موقعیت جوش مانند صاف، افقی، عمودی یا سربالا را در نظر بگیرید. برخی از فرآیندها برای موقعیت‌های خاص مناسب‌تر هستند.
• ملاحظات پس از جوشکاری: در مورد هر فرآیند پس از جوشکاری که ممکن است موردنیاز باشد، مانند عملیات حرارتی یا ماشین‌کاری اضافی فکر کنید. برخی از روش‌ های جوشکاری ممکن است تنش‌هایی به مواد وارد کنند.
•  رعایت مقررات: اطمینان حاصل کنید که فرآیند جوشکاری انتخاب‌شده با هر صنعت مرتبط یا استانداردهای ایمنی مطابقت دارد.

مهم ‌ترین روش ‌های جوشکاری

انواع روش‌ های جوشکاری عبارت‌اند از:

• جوشکاری قوس الکترود پوشش دار (SMAW)
•  جوشکاری قوس فلز- گازی (GMAW) یا MIG
• جوشکاری ق.س تنگستن- گاز (GTAW) یا TIG
• جوشکاری اکسی استیلن (OAW)
• جوشکاری زیر پودری (SAW)
• جوشکاری با هسته شار (FCAW)
• جوشکاری نقطه‌ای مقاومتی
• جوشکاری درز مقاومتی
• جوشکاری قوس پلاسما (PAW)
• جوشکاری پرتو الکترونی (EBW)
• جوشکاری پرتو لیزر (LBW)
• جوشکاری اصطکاکی
• جوشکاری اولتراسونیک

جوشکاری SMAW

جوشکاری قوس الکترود پوشش دار یا به‌اختصار SMAW (Shielded Metal Arc Welding) روشی متداول برای جوشکاری انواع قطعات و تجهیزات فلزی همچون مخازن ذخیره، مخازن تحت‌فشار، لوله‌ها و... است که در صنعت به آن "جوش برق" نیز اطلاق می‌شود. در این روش، با ایجاد یک قوس الکتریکی بین قطعه کار و الکترود که شامل تخلیه الکتریکی بین دو قطب مثبت و منفی و ایجاد محیط پلاسمایی است، این الکترود ذوب شده و سبب اتصال دو قطعه می‌شود. الکترود جوشکاری در این روش از نوع مصرفی است و باید پس از اتمام آن، الکترود دیگری جایگزین شود. پوشش الکترود در جوشکاری SMAW نقش فلاکس را ایفا کرده و با ایجاد یک فضای ابری محافظ در اطراف محل جوش، از ورود آلودگی‌ها به این محل جلوگیری می‌کند.

در رابطه با اصطلاح قطب‌های مثبت و منفی در این روش باید افزود که وقتی الکترود قطب مثبت باشد به آن قطبیت معکوس یا DCEP (Direct Current Electrode Positive) و وقتی الکترود قطب منفی باشد به آن قطبیت مستقیم یا DCEN (Direct Current Electrode Negative) می‌گویند. وقتی ضخامت قطعه کار کم است، بهتر است که الکترود به‌عنوان قطب مثبت در نظر گرفته شود و قطعه کار قطب منفی باشد. چراکه قطب مثبت حاوی حرارت بیشتری بوده (دوسوم حرارت به قطب مثبت می‌رسد) و در صورت اعمال به قطعه کار با ضخامت کم، موجب تاب برداشتن قطعه می‌شود. در مقابل، برای قطعات ضخیم بهتر است که قطعه کار مثبت باشد. این موضوع در هنگام جوشکاری انواع ورق مانند جوشکاری ورق گالوانیزه بیشتر باید موردتوجه قرار گیرد.

مزایا و معایب جوشکاری SMAW

مزایای جوشکاری SMAW

• قیمت ارزان
• قابلیت انجام جوشکاری در همه حالت‌های 1G، 2G، 3G و 4G.
• انجام عملیات جوشکاری در کارگاه و تمام محل‌های پروژه (قابلیت حمل آسان)

معایب جوشکاری SMAW

• دستی بودن فرآیند و وابستگی کیفیت جوش به مهارت اپراتور
• عدم یکنواختی در خط جوش به دلیل تعویض الکترود
• نیاز به تمیز کردن سرباره و درنتیجه زمان‌بر بودن فرآیند

جوشکاری SAW

جوشکاری قوس زیر پودری یا SAW (Submerged Arc Welding) یک روش جوشکاری است که در آن مانند سایر فرآیندهای جوشکاری قوس الکتریکی، فلزات پایه با تشکیل قوس الکتریکی بین قطعه کار و الکترود به یکدیگر متصل می‌شوند. عنصر تعیین‌کننده فرآیند SAW نحوه محافظت از فلز جوش در برابر آلودگی جوی است. در جوشکاری زیر پودری از یک لایه شار پودری به‌عنوان محافظ یا سرباره استفاده می‌شود که موجب ایجاد یک جوش صاف و تمیز می‌شود. سایر روش‌ های جوشکاری از گاز محافظ (جوشکاری MIG/TIG)، سیم با هسته شار (FCAW)، الکترود با پوشش شار (SMAW) یا محیط کنترل‌شده (جوشکاری پلاسما) برای محافظت از جوش استفاده می‌کنند. جوشکاری SAW به روش نیمه اتوماتیک انجام می‌شود و جوشکاری در حالت تخت یا 1G را می‌توان با آن انجام داد. همچنین، سرعت و کیفیت جوش در این روش بسیارخوب است.

مزایا و معایب جوشکاری SAW

مزایای جوشکاری SAW

• عدم نیاز به تعویض الکترود
• سرعت بالای جوشکاری
• عدم نیاز به اپراتور ماهر به دلیل نیمه اتوماتیک بودن
• عدم وارد آمدن آسیب به چشم اپراتور

معایب جوشکاری SAW

• گران بودن نسبت به سایر روش‌ها
• امکان انجام جوشکاری تنها در وضعیت تخت یا 1G
• عدم قابلیت حمل آسان تجهیزات آن

جوشکاری GTAW

جوشکاری قوس تنگستن- گاز یا GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) که به آن جوشکاری گاز خنثی- تنگستن یا TIG (Tungsten Inert Gas) نیز گفته می‌شود، معمولاً برای جوش دادن قطعات نازک و غیر آهنی مانند آلومینیوم، مس، سرب یا نیکل استفاده می‌شود. برخلاف سایر انواع روش‌های جوشکاری، در جوشکاری TIG از یک الکترود تنگستنی غیرمصرفی برای ایجاد قوس استفاده می‌شود. در این روش شما همچنان به یک منبع گاز خارجی که معمولاً آرگون یا ترکیبی از آرگون و هلیوم است نیاز دارید. به همین دلیل، از این روش در صنعت تحت عنوان جوشکاری آرگون نیز یاد می‌شود.

چون در این روش الکترود از نوع غیرمصرفی است، از یک فلز به‌عنوان پرکننده یا Filler Metal استفاده می‌شود. لازم به ذکر است که به‌منظور انجام جوشکاری بهتر، Torch یا همان بدنه‌ای که الکترود درون آن قرار دارد را به‌اندازه 15 الی 20 درجه از حالت قائم فاصله دهید. همچنین، بهتر است برای جلوگیری از اعمال حرارت بیش‌ازحد، سرعت جوشکاری را افزایش دهید یا از فیلر متریال با قطر کمتر استفاده نمایید. کم کردن آمپر نیز یکی دیگر از روش‌های مناسب برای جلوگیری از چنین حالتی است. اعمال حرارت بیش‌ازحد به قطعه موجب دفورمه شدن قطعه کار می‌شود.

مزایا و معایب جوشکاری GTAW

مزایای جوشکاری TIG

• تمیز بودن نوک الکترود به دلیل غیرمصرفی بودن
• تمرکز بالای حرارت اعمالی به قطعه
• مناسب برای جوشکاری فلزات حاوی هدایت حرارتی بالا
• عدم نیاز به تمیزکاری بعدی

معایب جوشکاری TIG

• گران بودن فرآیند
• حساس به وزش باد در محل جوشکاری
• احتمال آلوده شدن حوضچه مذاب با الکترود تنگستنی: شکسته شدن نوک الکترود و باقی ماندن آن در محل جوش موجب بروز عیب در جوش می‌شود و این عیب در تست رادیوگرافی به شکل یک قسمت سیاه‌رنگ دیده می شو که چگالی بالاتری دارد.

جوشکاری GMAW

جوشکاری قوس فلز- گاز یا GMAW (Gas Metal Arc Welding) به‌عنوان جوشکاری فلز- گاز بی‌اثر یا MIG (Metal Inert Gas) نیز شناخته می‌شود. در این نوع جوشکاری از یک گاز محافظ در امتداد سیم الکترود استفاده می‌شود که دو فلز مورد اتصال را گرم می‌کند. این روش به یک ولتاژ ثابت با منبع برق جریان مستقیم نیاز دارد و رایج‌ترین فرآیند جوشکاری صنعتی است که استفاده می‌شود. جوشکاری GMAW برای جوشکاری صفحات فلزی ضخیم در موقعیت‌های افقی بسیار خوب عمل می‌کند. در این روش الکترود از نوع مصرفی است و سیم جوش نیز از طریق یک دکمه به درون gun تزریق می‌شود.

همانند جوشکاری SMAW، در روش GMAW نیز بحث قطب‌بندی DECP و DCEN مطرح است. ضمن اینکه، در این روش گاز محافظ از gun تأمین می‌شود. هلیوم و آرگون معمولاً گازهای محافظ رایج در جوشکاری GMAW هستند اما در ایران اغلب از گاز CO2 استفاده می‌شود. رایج‌ترین استفاده از فرآیند جوشکاری MIG در جوشکاری ورق خودرو، ساخت‌وساز، لوله‌کشی، رباتیک و صنایع دریایی است. جوش ارائه‌شده در این روش مستحکم است و می‌تواند نیروی عظیمی را تحمل کند.

مزایا و معایب جوشکاری GMAW

مزایای جوشکاری GMAW

• یک روش تمیز و عدم نیاز به سنگ‌زنی قطعه پس از جوشکاری
• سرعت بالای فرآیند به دلیل نیمه اتوماتیک بودن
• قابل‌اجرا برای جوشکاری طیف وسیعی از فلزات و آلیاژها

معایب جوشکاری GMAW

• حساس به وزش باد و عوامل محیطی دیگر
• Gun باید تا حد زیادی به قطعه کار نزدیک باشد.

جمع‌بندی

جوشکاری یک فرآیند حیاتی و همه‌کاره است که به‌عنوان ستون فقرات بسیاری از صنایع شناخته می‌شود. از انواع روش‌های جوشکاری، اتصالات بادوام و مستحکم برای سازه‌ها و قطعات مختلف فراهم می‌شود و قابلیت تعمیر آن‌ها نیز میسر است. با پیشرفت تکنولوژی، جوشکاری به تکامل خود ادامه می‌دهد و کارایی، دقت و سازگاری آن برای کار با طیف گسترده‌ای از مواد بهبود می‌یابد. در اصل، انواع روش‌ های جوشکاری به‌عنوان یک ابزار ضروری هستند که نقش اصلی را در شکل دادن به چشم انداز صنعتی مدرن ایفا می‌کنند.