انواع جوشکاری

جوشکاری اصطکاکی

مقدمه

در تکنولوژی پیشرفته امروزی اتصال قعات فلزی بیکدیگر بوسیله روشهای مختلف جوشکاری نقش اساسی دارد .

انتخاب روش جوشکاری به عوامل مختلف از قبیل جنس و شکل دو قطعه مورد اتصال . هزینة ساخت ، سرعت عمل و غیره بستگی دارد . گاهی در صنعت لازم است یک فرآورده دارای قسمتهائی با مشخصات فیزیکی مختلف مثل فولاد سخت و فولاد معمولی باشد که بوسیلة جوشکاری یکپارچه شوند و در برخی موارد لازم است حتی دو قطعه فلز غیرهمجنس مثل آلومینیوم به فولاد و یا مس به فولاد و یا فولاد به تنگستن بوسیله جوشکاری با کیفیت رضایتبخش اتصال یابند .

برای اتصال دو یا چند قطعه در مواردی که در بالا ذکر شد از جوشکاری اصطکاکی استفاده می شود در این مقاله اصول جوشکاری اصطکاکی تشریح شده و مثالهائی از موارد استعمال این نوع جوشکاری درج گردیده است تا ضمن آشنائی با جوشکاری اصطکاکی ، اهمیت و گسترش آن در رشته های مختلف صنایع روشن گردد .

اصول جوشکاری

در جوشکاری اصطکاکی یکی از دو قطعه مورد جوشکاری نسبت بدیگری چرخانده میشود و سپس دو قطعه با یک نیروی محوری بیکدیگر فشرده میشوند در اثر اصطکاک بین دو سطح که بیکدیگر مالیده می شوند حرارتی ایجاد می شود که باعث نرم شدن ( پلاستیکی شدن ) دو قطعه می گردد . آن وقت دو قطعه نرم شده بیکدیگر فشرده شده و در جهت شعاعی تغییر فرم می دهد .

پس از مدتی ضمن اینکه دو قطعه بهم فشرده شده اند دوران قطعه متحرک متوقف میشود و بدین ترتیب دو قطعه پس از سرد شدن بیکدیگر جوش خورده و یکپارچه میشوند . مطالعات نشان داده است که درجه حرارت متوسط سطوح تماس همیشه کمتر از نقطه ذوب هر دو قطعه مورد اتصال میباشد و بنابراین اتصال دو قطعه در جوشکاری اصطکاکی از طریق نفوذ بیشتر از طریقه ذوب صورت میگیرد یعنی ماده در تماس بحالت پلاستیکی در می آید ولی ذوب نمی شود و بهمین جهت می توان گفت جوشکاری در فاز جامد صورت می گیرد .

ساختمان و طرز کار دستگاه

ماشین جوش اصطکاکی از سه قسمت اصلی تشکیل میشود .

1ـ گیرنده ثابت برای گرفتن یک قطعه جنس مورد نظر

2ـ سه نظام دوار برای گرفتن و چرخاندن قطعه دیگر جسم مورد جوشکاری .

3ـ دنده هائی که بطور اتوماتیک و هیدرولیکی برای بوجود آوردن نیروی لازم جهت فشار دادن دو قطعه جسم بیکدیگر و ایجاد اصطکاک و حرارت جوش بکار می آیند .

دو قطعه جسم بترتیب به سه نظام و گیره ثابت محکم شده در حالیکه گیره ثابت بجلو رانده میشود سه نظام شروع بچرخاندن قطعه دیگر می کند . وقتی دو قطعه جسم بیکدیگر برخورد می کند ابتدا اکسیده ها کثافات و برجستگی های دو سطح بریده و از بین می رود و در اثر ازدیاد فشار و اصطکاک حرارت دو سطح بالا رفته و بلافاصله سطح دو قطعه بحالت پلاستیکی میرسد .

ماسک جوشکاری

در موقع جوشکاری پس از برقراری قوس الکتریکی بین الکترود و فلز مبنا نور خیره کننده ای ایجاد می شود که حاوی اشعه ماوراء بنفش و مادون قرمز بوده و برای قسمتهای بی حفظ بدن مخصوصاً چشمهای خیلی مضر می باشد . بنابراین بایستی از قسمتهای لخت بدن بخصوص چشمها مواظبت کرد . وسیله ای که برای محافظت صورت و چشمها بکار می رود ماسک جوشکاری نامیده می شود .

ماسک جوشکاری بدو صورت دستی و کلاهی متداول است . ماسک دستی بیشتر برای کارهای کوچک و موقتی مورد استفاده قرار میگیرد و در این حالت جوشکار با یک دست ماسک و با دست دیگر تکیه گاهی ساخته یا قطعه کار نگهدارد .

ماسک معمولاً از فیبر و لکانیزه یا چوب فشرده تهیه می شود و نیمه جلوی آن طوری فرم میگیرد که براحتی بصورت بخورد .

در جلوی ماسک دریچه ها تقریباً 2/¹ 4 * 2 اینچ بوده و دارای دو شیشه میباشد . شیشه سفید از برخورد و چسبیدن ذرات ریزفلز مذاب پاشیده شده روی شیشه مات جلوگیری می کند ، اگر از شیشه سفید معمولی استفاده نشود پس از مدت کوتاهی شیشه مات از ذرات فلزی پوشیده شده و غیر قابل استفاده میگردد و بایستی آنرا که نسبتاً گران است تعویض نمود و حال اینکه شیشه سفید ارزانتر بوده و تعویض مکرر آن موجب هزینه گزافی نخواهد گردید .

شیشه های مات دارای تیرگی مختلف بوده و نسبت بتیرگیشان نمره های مختلفی دارند .

طبق ارقام استاندارد منتشر شده اگر شیشه مات خوب انتخاب شود تقریباً 5/99 درصد اشعه مادون قرمز و 75/99 در صد اشعه ماوراء بنفش را برمیگرداند .

دریچه تیرگی شیشه مات بستگی به آمپر مصرفی دارد ، نمره 10 متداولترین شیشه مات در جوشکاری با الکترود های فلزی و نمره 12 متداولترین شیشه مات جهت جوشکاری قوسی با الکترود ذغالی می باشد .

در سیستم روسی تارترین شیشه مات ( نمره 500ac- ) زمانی بکار میرود که با شدت جریان 500 آمپر جوشکاری میشود ، شیشه مات تیرگی متوسط 300 ـ ac برای شدت جریان 300 آمپر و شیشه مات با تیرگی کم 100 ـ ac برای شدت جریان 100 آمپر و کمتر بکار میرود .

تیرگی شیشه های مات یا صافی نور بقدری است که جوشکار از پشت آن چیزی را نمی بیند مگر آنکه قوس روشن باشد .

راهنمای انتخاب شیشه مات

الف ـ شیشه های روشن تا شماره 2 برای جوشکاری مقاومتی و برای نور پراکنده از جوشکاری یا برشکاری مجاور بکار می رود .

ب ـ شیشه مات شماره 5 برای کارهای سبک برشکاری اکسیژنی و جوشکاری گاز بکار می رود.

ج ـ شیشه مات شماره 6 برای برشکاری اکسژنی ، جوشکاری گاز متوسط و برای جوشکاری قوسی تا 30 آمپر مناسب است .

د ـ شیشه مات شماره 8 برای جوشکاری گاز ( سنگین ) و برای برشکاری و جوشکاری قوسی با شدت جریان بین 30 تا 75 آمپر بکار می رود .

جوشکاری در محیط سرد

حال که فصل زمستان است و در برخی از نقاط کشورمان هوا خیلی سرد می باشد و ممکن است کارهای نوسازی در محیط بسیار سرد صورت گیرد و یا ترمیم تأسیسات صنعتی و خطوط لوله آسیب دیده تحت شرایط سخت زمستانی و هوای بسیار سرد انجام شود ، در مورد جوشکاری در محیط سرد مطالبی تهیه شده که امید است مورد استفاده قرار گیرد .

جوشکاری در محیط سرد

هنگامیکه جوشکاری فولاد کم کربن در محیط سرد انجام می شود ، درجه حرارت هوای محیط روی خواص مکانیکی فلز جوش تأثیر میگذارد .

در حالتیکه فولاد ساختمانی معمولی در هوای سرد زیر 20 درجه سانتیگراد جوشکاری میشود کاهش مقاومت بضربه فلز جوش و کم شدن زاویه خمشی آن کاملاً محسوس است . بنابراین احتمال شکنندگی فلز جوش در شرایط خیلی سرد و امکان ایجاد ترک در فولاد نوع CT-3 یا ST-37 حتی در حین جوشکاری زیاد است .

این اشکالات در مورد جوشکاری انواع فولادها که دارای کربن بیش از 25/0 درصد و منگنز ، کرم و مولیبدن به نسبتهای مختلف هستند زیادتر است و علتش تمایل به سخت شدن این نوع فولادها در هوای سرد میباشد و امکان ظهور ترک در مقاطع مجاور جوش هست که متناسب با سرعت سرد شدن آن مقاطع است .

این مقاطع در حین سرد شدن تا حدودی سخت میشوند و پس از سرد شدن سخت تر و ترد و شکننده تر خواهند شد . برای جلوگیری از ایجاد ترک باید فولاد را قبلاً گرم نموده پس از جوشکاری قطعه را با سرعت مناسبی سرد نمود .

درجات حرارت پایین روی فلز جوش مربوط به جوشکاری فولاد ضد زنگ کرم نیکل و فلزات غیرآهنی تأثیر ندارد .

برای جوشکاری قطعات در هوای سرد از وسایل پیشگرم کننده الکتریکی مخصوص که متناسب با وضعیت کار است استفاده می شود .

برای پیشگرم کردن قطعاتیکه چند پاس جوش روی آنها داده می شود عمل پیش گرم نمودن فقط برای پاس اول اجرا می گردد و کار برای جوشکاری پاسهای بعدی گرم می باشد .

تأثیر برودت روی فلز مبنا

با کاهش درجه حرارت تا حد معینی فولادکربنی و فلز ذوب شده در سطح آن ترد گشته و بسرعت مقاومت گسیختگی آن اضافه می شود .

اگر مقاومت به ضربه فولاد کم کربن ساختمانی (3 CT-یا 37 ـ ST) در درجه حرارت 20+ در جه سانتیگراد برابر با 13 کیلوگرم متر بر سانتیمتر مربع باشد ، در درجه حرارت 40 ـ در جه سانتیگراد این مقاومت بضربه فقط به 5/0 تا 1 کیلوگرم متر بر سانتیمتر مربع تقلیل می یابد.

بنابراین در درجه حرارت های زیر 40 درجه سانتیگراد ممکن است در اتصال فلزی جوش شده تحت تأثیر بارهای ضربه ای و یا در نقاط تمرکز تنش ترکهائی پدیدار گردد .

عملیات حرارتی بعد از جوشکاری تنشهای داخلی را آزاد نموده و مقاومت جوش را در درجات حرارت پایین افزایش می دهد .

فولاد آلیاژی کم کربن محتوی بیش از 3 درصد نیکل ، فولاد ضد زنگ کرم نیکل و همچنین فلزات غیرآهنی ( مس ـ برنج ـ آلومینیوم و غیره ) در درجه حرارتهای خیلی پائین مقاومت بضربه شان ( تا 27 ـ درجه سانتیگراد ) کاهش نمی پذیرد و شکننده نخواهند شد . بنابراین این نوع فلزات در ساختمان قطعاتی که در درجات حرارت خیلی کم کار می کنند و مقاومت بضربه آنها نیز حائز اهمیت میباشد مورد استفاده قرار می گیرند .

منباب مثال اینگونه فلزات را میتوان برای ساختن منابع ذخیره هوای مایع ـ اکسیژن مایع ـ هیدروژن مایع ـ هلیوم مایع و غیره بکار برد .

علاوه بر نکات کلی که قبلاً یادآوری شده ، مطابی از دستورالعملهای روسی گردآوری گردیده که ذیلاً از نظرتان می گذرد .

جوشکاری لوله های فولادی کم کربن

جوشکاری لوله های فولادی کم کربن که ضخامت جدار آن تا 16 میلیمتر باشد در هوای محیط تا 20 درجه سانتیگراد زیر صفر بطریقه معمولی صورت میگیرد .

در درجه حرارت پائین تر از 20 درجه سانتیگراد زیر صفر جوشکاری بایستی با رعایت قواعدی صورت پذیرد .

فاصله شیار لوله ها برای جوشکاری قوسی دستی و جورشکاری گاز 3 تا 5/3 میلیمتر و برای جوشکاری اتوماتیک پنهان ( زیر پودری ) 2 تا 5/2 میلیمتر فراهم شود .

قبل از جوشکاری لبه های مورد اتصال خشک شده و یخ و برف از داخل لوله ها خارج گردد.

بعد از جوشکاری با پوشش محل اتصال توسط پارچه آزبستی و یا بطرق دیگر شرایط سرد شدن عادی اتصال فراهم شود ( کاهش درجه حرارت نبایستی بیشتر از 10 درجه سانتیگراد در دقیقه باشد ) .

در جوشکاری چند لایه ای ،ارتفاع لایه اول 10 تا 20 درصد از حالت عادی بیشتر گرفته شود .

جوشکاری لوله گاز

درز جوشکاری خط لوله گاز در هوای محیط زیر صفر درجه سانتیگراد نیز بایستی محل جوشکاری پوشیده شده و از باد و برف محافظت شود .

درز مورد اتصال با شعله یا وسایل دیگر خشک شود . بعد از جوشکاری نیز محل اتصال پوشیده شده و درز جوش بآرامی سرد شود .

جوشکاری لوله های گاز در درجه حرارت محیط پائین تر از 30 درجه سانتیگراد فقط با پیش گرمایش لبه ها و منطقه مورد اتصال بعرض 200 تا 250 میلیمتر تا درجه حرارت 200ـ150 درجه سانتیگراد صورت می گیرد .

درجه حرارت پیش گرمایش با وسایل مخصوص اندازه گیری می شود .

جوشکاری لوله های فولادی کربنی و کم آلیاژ

جوش و خالجوش در لوله های عادی و لوله های بویلر در زمستان با درجه حرارت هوای محیط زیر صفر ( درجه سانتیگراد ) بایستی با رعایت شرایط جدول (1) انجام شود .

آهسته سرد کردن لوله ها از جنس فولاد کربنی با درصد کربن 28/0 درصد و بیشتر و فولاد کم آلیاژ بوسیله پیچیدن با آزبست و غیره ضروری است .

جوشکاری اسکلت های فلزی

محل جوشکاری بایستی حفاظی در مقابل باران و برف و باد شدید و گرد و غبار داشته باشد .

هنگام جوشکاری دستی و نیمه اتوماتیک قوسی اسکلت های فلزی از جنس فولاد کربنی و فولاد کم آلیاژ تا C52 / 40 اگر درجه حرارت فولاد از مقادیر مندرج در جدول شماره (2) پائین تر باشد بایستی محل اتصال تا پهنای 100 میلی متر از هر طرف اتصال بدرجه حرارت 120 تا 160 درجه سانتیگراد گرم شود .

در جوشکاری اسکلت های غیر مشبک ( یکپارچه ) با ضخامت فولاد بیش از 20 میلیمتر بایستی ترتیبی اتخاذ شود تا اسکلت بآهستگی سرد شود .

جوشکاری اسکلت هائی که از فولاد C60 / 45 می باشد با ضخامت کمتر از 16 میلیمتر تا درجه حرارت 15ـ درجه سانتیگراد بطور عادی صورت می گیرد .

اگر درجه حرارت فولاد برای ضخامت های مختلف از مقادیر بالا کمتر شود ، محل اتصال بایستی بدرجه حرارت 120 تا 160 درجه سانتیگراد گرم شود .

برای ضخامت های بیشتر از 25 میلی متر در هر صورت بایستی فولاد را پیش گرمایش داد .

جوشکاری اتوماتیک اسکلت بدون گرم کردن در موارد زیر مجاز می باشد .

الف ـ فولاد کربنی بضخامت تا 30 میلیمتر در درجه حرارت تا 30ـ درجه سانتیگراد و فولادهای ضخیم تر در درجه حرارت تا 20ـ درجه سانتیگراد .

ب ـ فولاد کم آلیاژ بضخامت تا 30 میلی متر در درجه حرارت تا 20ـ درجه سانتیگراد و فولادهای ضخیم تر در درجه حرارت تا 10ـ درجه سانتیگراد .

اگر درجه حرارت کمتر از مقادیر مذکور باشد با پیش گرمایش و سرد کردن بطئی می توان جوشکاری اتوماتیک انجام داد .

جوشکاری الکتروشلاک ( الکتریکی سرباره ای ) فولاد کربنی و کم آلیاژ بدون محدودیت درجه حرارت فولاد صورت میگیرد ولی در درجه حرارت کمتر از 5ـ درجه سانتیگراد بایستی ابتدا تا انتهای درز بدون وقفه جوشکاری شود .

فقط زمان تعویض سیم دجوش توقف کوتاه مجاز است ولی قبل از جوشکاری مجدد جوش بایستی تمیز شود و اگر توقف طولانی باشد ، جوشکاری مجدد پس از گرم کردن اسکلت صورت می گیرد .

چون در جوش تعمیراتی روی سطح آخرین لایه اکسید ایجاد می شود و تولید خلل و فرج میگردد ، بمنظور برطرف نمودن اکسیدها ، معایب و هموار نمودن سطح قطعه باید عملیات تراشکاری صورت گیرد ، لذا لازم است فلز جوش روی سطح کار قدری اضافه تر باشد صورت گیرد ، لذا لازم است فلز جوش روی سطح کار قدری اضافه تر باشد که در نهایت امر ( پس از ماشینکاری ) سطح مورد نظر بوجود آید .

مقدار فلز جوش اضافی که برای تراشکاری و غیره در نظر گرفته میشود بسته به نوع و محل کار متفاوت و از 1 تا 3 میلیمتر تغییر مینماید . البته مهارت کارگر نیز تأثیر دارد .

برای اینکه زاویة لبه کار پس از تراشکاری 90 درجه باشد باید وضعیت مهره های جوش که در گوشه قرار میگیرند .

ایمنی در جوشکاری اکسی استیلن

اجرای قواعد و مقررات حفاظت فنی و ایجاد شرایط ایمنی در کار یکی از مهمترین و اساسی ترین نکاتی است که هر جوشکار بایستی قبل از شروع بکار با آنها آشنا باشد و با آشنائی به این مقررات و بررسی همه جانبه محیط کار خود شروع بکار نماید .

تنها اجرای صحیح مقررات و قواعد حفاظت فنی است که میتوان خطرات گوناگون و سوانحی را که در حین کار کمین کرده است و حتی ممکن است سلامتی و جان انسان را به خطر اندازد از خود دور نمود .

در نشریه شماره 2 جوشکاری ( صفحه 7) نکات مربوط به ایمنی در جوشکاری برق درج شده بود و نکاتی مربوط به ایمنی در جوشکاری اکسی استیلن ذیلاً از نظر شما می گذرد .

1ـ از وسایل حفاظت فردی مثل ( عینک ، دستکش ، لباس کار ، پیش بند ، پابند ، کفش ایمنی و غیره ) بطور کامل استفاده کنید .

2ـ در موقع ایجاد شعله حداقل 5 متر از دستگاه فاصله بگیرد .

3ـ هرگز با دست های چرب و روغنی شیر سوپاپ کپسول اکسیژن را باز نکنید .

4 ـ هرگز مشعل روشن را بجائی آویزان نکنید که به کار دیگری بپردازید .

5 ـ در ب بشکه های کاربید را محکم کنید تا از فاسد شدن کاربید جلوگیری شود و نیز ممکن است بر اثر تولید گاز در محیط ، انفجار رخ دهد .

6ـ در موقع حمل و نقل دستگاه مواظب باشید ضربه ای به کپسول ها بخصوص کپسول استیلن وارد نشود زیرا گاز استیلن محلول در ماده ای بنام استون است که با کوچکترین ضربه امکان انفجار دارد .

7 ـ در موقع آزمایش کپسول از نظر آب بندی سوپاپ و مهره مغزی خروجی گاز از کف صابون استفاده کنید .

8 ـ از نزدیک کردن هر نوع شعله ای به دستگاه خودداری کنید .

9ـ بعد از اتمام کار شیرهای استیلن و اکسیژن را محکم ببندید سپس شیرهای مشعل را باز کنید تا گازهای موجود در لوله های هدایت خارج شود و بالاخره شیرهای فشارکار را محکم کنید .

10 ـ در موقع تعویض کپسولهای خالی و پر نخست شیر کپسول خالی را محکم ببندید و بعد آلت تبدیل فشار را باز کنید .

11ـ دستگاه جوشکاری را در محیطی دور از مواد قابل اشتعال و گرمای شدید محکم کنید .

12 ـ کپسولهای خالی را در موقع انبارکردن از کپسولهای پر مجزا کنید .

13 ـ موقعیکه مشعل جوشکاری بر اثر تماس با کار و یا بعلت گرم شدن زیاد پس می زند نخست شیر کپسولهای اکسیژن و استیلن را محکم ببندید و بعد نوک مشعل را در آب سرد قرار دهید .

14 ـ در موقع نظافت سوراخ سر مشعل از هر نوع سیمی استفاده نکنید بلکه از سوزنهای مخصوص استفاده کنید