جوشکاری قوس الکتریکی چیست؟ (0 تا 100 فرایند جوش SMAW)

جوشکاری قوس الکتریکی

جوش با قوس الکتریکی یکی از متدهای جوشکاری برای اتصال فلزات است. علیرغم وجود روش های نوینی چون جوش لیزر و خدمات وابسته به آن، این روش به یکی از مهم ترین و پرکاربردترین آنها در صنایع مختلف تبدیل شده است.

در این روش با استفاده از یک منبع تغذیه قوس الکتریکی بین الکترود و فلز پایه ایجاد می شود. حرارت بالای حاصل از این قوس باعث ذوب فلزات و اتصال آنها به یکدیگر می شود. اما این فرایند چگونه انجام می شود؟ کاربرد آن چیست؟ چه مزایا و معایبی دارد؟ و مهم ترین انواع و تجهیزات مورد نیاز آن کدامند؟ اگر قصد استفاده از این روش جوشکاری را دارید، پاسخ به این سوالات حتما برای شما مفید خواهد بود.

جوشکاری قوس الکتریکی چیست؟

جوشکاری قوسی یا SMAW یکی از فرایندهای جوشکاری برای اتصال دو یا چند فلز است که با استفاده از الکتریسیته و به دو صورت دستی و مکانیکی انجام می شود. این روش بر پایه ذوب الکترود، روکش آن و فلز پایه  انجام می شود. روکش الکترود ترکیبی از کربنات ها، اکسیدها، فلورایدها، سلولز و آلیاژهای فلزی است. با توجه به اینکه این روش برای بخش هایی از سازه با قابلیت دسترسی تعریف می شود، به آن جوشکاری با الکترود دستی نیز گفته می شود.

بیشترین کاربرد این روش برای اتصال فولادهایی به ضخامت حداقل 3 میلی متر است. این فرایند با ایجاد یک قوس الکتریکی با استفاده از منبع تغذیه متناوب یا مستقیم انجام می شود. در این روش ضمن عبور انرژی الکتریکی بین فلز و الکترود، قوس الکتریکی ایجاد می شود. تخلیه الکتریکی حاصل از قوس، باعث افزایش دما و ذوب الکترود و فلز پایه می گردد. در نتیجه ذوب شدن این دو حوضچه جوشی تشکیل می شود و پس از سرد شدن آن اتصال ایجاد می گردد.

از مزایای این روش می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • روشی با تجهیزات ارزان و قابل حمل
  • امکان انجام آن در بازه وسیعی از فولادهای ساده و آلیاژها
  • جلوگیری از اکسید شدن فلز جوش و فلز پرکننده

و معایب آن عبارتند از:

  • مناسب نبودن آن برای فلزاتی چون سرب، روی و قلع به دلیل حرارت شدید قوس برای آنها
  • عدم کاربرد این روش برای فلزات زیرکونیوم، تیتانیوم و نیوبیوم به دلیل حفاظت ناکافی برای جلوگیری از آلودگی اکسیژنی
  • نرخ رسوب پایین به دلیل گرم شدن بیش از حد الکترود و شکستن پوشش آن
  • مشاهده برخی عیوب در محل تعویض الکترود

قوس الکتریکی در جوشکاری به چه معناست؟

قوس الکتریکی یعنی همان جریان مداوم الکترون ها بین دو الکترود مثبت و منفی. این جریان مداوم در مجاورت ستونی از گاز رسانای خوب الکتریکی، یعنی اکسیژن، منجر به تولید حرارتی بسیار زیاد می شود که اصطلاحا به آن قوس الکتریکی گفته می شود. در نتیجه این جریان گرمای ایجاد شده در الکترود مثبت به قدری بالا می رود که منجر به ذوب و تبخیر شدن بدون استثناء تمام مواد در ستون قوس می شود. با توجه به گرمای به شدت بالای تولید شده در قوس الکتریکی، این فرایند امکان انجام بسیاری از واکنش ها را که اجرای آنها در دماهای پایین امکان پذیر نیست فراهم می کند.

کاربرد جوشکاری قوسی

جوشکاری با قوس الکتریکی برای برخی از فلزات کاربرد دارد. این روش برای اتصال فلزات غیر آهنی گزینه مناسبی نیست. از مهم ترین موارد کاربرد این روش می توان به اتصال فلزات زیر اشاره کرد:

  • آلومینیوم
  • فولادهای کربن
  • فولاد ضد زن
  • مس
  • نیکل

آموزش جوشکاری قوس الکتریکی

جوشکاری قوسی چگونه انجام می شود؟ برای انجام جوشکاری قوس الکتریکی با استفاده از یک منبع تغذیه (اینورتر) انرژی لازم برای ایجاد قوس الکتریکی فراهم می شود. با روشن کردن این منبع و نزدیک کردن الکترود به فلز پایه قوس الکتریکی ایجاد می شود. برای ایجاد آن باید الکترود در فاصله معینی از فلز پایه قرار گیرد. در این وضعیت در نتیجه حرکت الکترون ها هوا یونیزه شده و قوس ایجاد می شود. گرمای حاصل از این این پدیده باعث ذوب فلز پایه می گردد.

با نزدیک کردن الکترود به درز جوش قوس الکتریکی و حرارتی معادل 3600 درجه سلسیوس ایجاد می شود. حرارت ایجاد شده باعث ذوب الکترود و فلز پایه و ایجاد حوضچه مذابی در نوک الکترود می شود. با حرکت الکترود در حین عملیات، این حوضچه پیشروی می کند، در حالی که حوضچه های مذاب پیشین سرد شده و باعث اتصال فلز پایه و فلز جوش به یکدیگر می شود.

قدرت یا دمای قوس

دمای قوس در جوشکاری با قوس الکتریکی با توجه به نوع الکترود مصرفی متفاوت است. الکترود تنگستن دمایی حدود 2000 درجه سانتیگراد ایجاد می کند. این میزان با استفاده از الکترود روپوش دار حدود 6000 درجه سانتی گراد است. حرارت تولید شده توسط هر یک از انواع الکترودها در مرکز ستون قوس به بیشترین حد می رسد و در فواصل دورتر از مرکز، این حرارت کمتر می شود. در نتیجه این میزان دمای تولید شده، ترکیبات فلزی و غیر فلزی در طی فرایند به اتم های تشکیل دهنده خود یونیزه می شوند.

با توجه به اینکه حرکت الکترون از الکترود منفی به الکترود مثبت صورت می گیرد، برخورد آنها در قطب مثبت منجر به توزیع گرمای بیشتری می شود. 70-60 درصد از این میزان گرمای تولید شده صرف گرم شدن و ذوب فلز پایه و الکترود می شود. مابقی آن به صورت تشعشع حرارتی، اشعه های نامرئی و مرئی قوس و جابجایی توسط گازهای موجود در قوس تلف می شود.

تشعشعات جوشکاری

تشعشعات تولید شده در جوشکاری قوس الکتریکی شامل اشعه های مرئی، ماوراء بنفش و مادون قرمز هستند. در بین اشعه های تولید شده، اشعه ماوراء بنفش به دلیل داشتن انرژی بالاتر بیشترین میزان صدمه را به بدن وارد می کند. این اشعه قادر به تولید ذرات چون اوزون است که برای انسان بسیار خطرناک می باشد.

علاوه بر این تشعشعات، بسته به آلودگی قطعه کار به ناخالصی هایی چون رنگ یا بتونه، بخارهای فلزی مضری نیز در حوضچه جوش تولید می شود. الکترود مصرفی نیز مقداری گاز و بخارهای سمی تولید می کند که برای سلامت فرد جوشکار بسیار مضر است.

نیروهای پیش برنده جوشکاری

در جوش با قوس الکتریکی نیروهای مختلفی چون الکترومغناطیسی و هیدرودینامیکی وجود دارد. این نیروها باعث جدا شدن الکترود از مذاب و انتقال آن به قطعه کار می شوند. حضور این نیروها در ستون قوس به رانش مذاب و سرباره الکترود به سمت جلو قوس و تکمیل فرایند جوشکاری کمک می کند.

مدار جوش

در این روش جوشکاری جریان برقی ایجاد می شود که از طریق کابل جوش و انبر الکترود به میله الکترود هدایت می شود. با اتصال کابل به قطعه هدف یا میز کار و در نتیجه تماس الکترود و قطعه هدف، جریان برق اتصال کوتاهی در مدار ایجاد می گردد. بخش زیادی از این جریان از طریق کابل برگشت، الکترود و قوس قطعه هدف به سمت ماشین جوشکاری هدایت می شود. در این شرایط با جدا شدن الکترود از فلز پایه، جهش جرقه باعث تجزیه هوا و ایجاد قوس الکتریکی می شود. حرارت بالای حاصل از این قوس به ذوب الکترود و لبه های فلز جوش شونده و اتصال آنها کمک می کند.

دستگاه جوش قوس الکتریکی

انواع جوشکاری با قوس الکتریکی

از رایج ترین روش های جوشکاری قوس الکتریکی که در صنعت هم کاربرد زیادی دارند می توان به موارد زیر اشاره کرد.

1- SAW (جوش قوسی با پودر مغزی)

در روش  SAW از یک الکترد مصرفی بدون روکش و یک پودر به عنوان ماده محافظ قوس استفاده می شود. در این روش پودر محافظ به صورت خودکار بر روی درز جوش ریخته می شود. این روش جوشکاری قوسی جهت جوش های طویل، ورق های ضخیم و  اتصال لوله های درزدار مارپیچی و جوشکاری فولاد در کارخانه کاربرد دارد. روش SAW امکان جوش ورق هایی با ضخامت حداکثر 15 میلی متر را فراهم می کند.

برخی مزایای این روش:

به دلیل مخفی بودن قوس توسط شار و آلودگی های موجود در جو  توسط آن، کیفیت قوس افزایش می یابد.

  • پنهان شدن قوس توسط شار و عدم تولید دوده روند انجام جوشکاری را نسبت به سایر روش ها بهبود می دهد.
  • سرباره ایجاد شده روی جوش به صورت خود به خود از بین می رود.
  • میزان رسوب جوش با استفاده از سیم تغذیه پیوسته افزایش می یابد.

و معایب آن:

  • جوش در حین جوشکاری قابل رویت نیست.
  • نیاز به تجهیزات گرانقیمت دارد.
  • این روش به لحاظ مکان و حالت (تخت و افقی) اجرا دارای محدودیت است.

2- GMAW (جوش قوسی با گاز محافظ)

این روش جوشکاری قوس الکتریکی با استفاده از الکترود بدون پوشش و گازی محافظ جهت جلوگیری از ورود هوا به حوضچه مذاب انجام می شود. این روش برای اغلب آلیاژهای فلزی مرسوم مناسب است و به صورت دستی، اتوماتیک و نیمه اتوماتیک اجرا می شود. GMAW بر حسب نوع گاز محافظ شامل دو روش است:

  • MIG : روشی است که گاز محافظ استفاده شده در آن بی اثر می باشد.
  • TIG: روشی بر پایه استفاده از گاز محافظ فعال است.

متداول ترین گازی که در این روش استفاده می شود گاز دی اکسید کربن و یا ترکیب آن با سایر گازهای غیر فعال است.

مزایای این روش عبارت است از:

  • دارای بیشترین نرخ رسوب
  • نیاز به تمیز کاری کمتر پس از پایان عملیات

و معایب آن:

  • محدودیت در مکان اجرای عملیات
  • حساسیت روش به عیوب ذوب ناقص و نفوذ ناقص
  • نیاز به تجهیزات پیچیده و گران قیمت

3- FCAW (جوشکاری قوس با الکترود توپودری)

این روش جوشکاری با قوس الکتریکی با استفاده از یک الکترود فلزی لوله ای شکل حاوی مواد محافظتی پودری درون آن انجام می شود. محافظت از حوضچه مذاب در این روش به دو شکل صورت می گیرد:

  • خود محافظ (self-shielded): محافظت از طریق دود حاصل از سوختن پودر جوش
  • گاز حافظ (gas-shielded): محافظت از  طریق گازی با منبع خارجی

مزایای این روش:

  • دارای نرخ رسوب و سرعت جوشکاری بالاتر نسبت به SMAW
  • عدم نیاز به توقف فرایند جهت جایگزین کردن الکترود
  • حساسیت کمتر این روش، به ویژه نوع خود محافظ آن، به وزش باد

و معایب آن:

  • در حالت گاز محافظ به تهویه مناسبی نیاز دارد.
  • پیش از انجام فرایند یا در انتهای آن باید سرباره برداشته شود.

4- PAW (جوش قوس الکتریکی پلاسما)

PAW یک روش جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود غیر مصرفی تنگستن است که حفاظت حوضچه مذاب با استفاده از گازهای یونیزه یا پلاسما انجام می شود. در این روش یک نازل خاص جوشکاری برای عبور گازهای یونیزه شده استفاده می گردد. به همین دلیل تمرکز انرژی حرارتی بسیار بالایی دارد. این روش برای اتصال ورق های ضخیم تا نازک فلزات به ویژه آلومینیوم مناسب است.

برخی مزایای این روش عبارت است از:

  • امکان انجام فرایند با شدت جریان پایین
  • کارایی، چگالی انرژی قوس و سرعت بیشتر فرایند جوش نسبت به روش TIG
  • عمر بیشتر الکترود غیر مصرفی و حفاظت بهتر آن به دلیل استفاده از دو گاز محافظ (هلیم یا آرگون و هیدروژن)

5- CAW (جوشکاری قوس کربنی)

CAW یکی از روش های قدیمی جوش با قوس الکتریکی است که به واسطه حرارت حاصل از قوس بین قطعه کار و یک الکترود کربنی انجام می شود. با تنظیم فاصله الکترودها این حرارت قابل کنترل است.

فاکتورهای موثر در جوشکاری SMAW

عوامل زیادی در کیفیت جوشکاری نقش دارند. برای اجرای یک جوش خوب لازم است هر یک از این عوامل مدنظر قرار گیرند.

1- نوع جریان

نوع جریان در جوشکاری با قوس الکتریکی به دو صورت متناوب و مستقیم است. این جریان با استفاده از ماشین جوش فراهم می شود. جریان متناوب در جوشکاری با استفاده از یک ترانسفورماتور تک فازی تنظیم شده و از طریق یک رئوستا و یک مدار جریان بسته فرایند جوش برقرار می شود. اما در جریان مستقیم یک ژنراتور یا ترانسفورماتور یکسو کننده زمینه انجام کار را فراهم می کند.

در حال حاضر با توجه به امکانات و شرایط موجود یکی از این دو منبع قدرت انتخاب می شوند. جریان متناوب به دلیل عدم پایداری قوس الکتریکی کمتر کاربرد دارد. اما اکنون این مشکل با استفاده از ترکیبات مناسب در پوشش الکترود حل شده است.

2- شدت جریان

این فاکتور در جوشکاری قوس الکتریکی رابطه مستقیمی با ضخامت قطعه و قطر الکترود مصرفی دارد. هر چه قطر الکترود یا ضخامت قطعه بیشتر باشد، شدت جریان بیشتری مصرف می شود.

برای انجام یک جوش باکیفیت باید عدد آمپر الکترود مورد توجه قرار گیرد. در الکترودهای روکش دار استاندارد این عدد با عدد قطر الکترود بر حسب هزارم اینچ تقریبا برابر است.

3- زاویه الکترود

برای انجام یک جوش باکیفیت باید زوایای مناسب جوشکاری در وضعیت های مختلف این عملیات مدنظر قرار گیرد. به عنوان مثال برای جوشکاری یک ورق کاملا تخت یا مسطح باید الکترود در زاویه ای عمود بر ورق قرار داده شود. اما برای حالت های دیگر زاویه قرارگیری الکترود باید نصف گردد.

4- طول قوس

این فاکتور به فاصله بین سر الکترود تا سطح قطعه هدف جوشکاری در زمان برقراری قوس الکتریکی اشاره می کند. طول قوس به شدت تحت تاثیر ولتاژ دو سر قوس قرار دارد. هر چه ولتاژ مصرفی بیشتر باشد، طول قوس بیشتر شده و می تواند موجب انحراف قوس و کاهش پایداری آن شود. در حالت معکوس نیز طول قوس کمتر و برقراری آن مشکل می شود.

فاکتور موثر دیگر بر طول قوس در جوشکاری قوس الکتریکی، قطر الکترود مصرفی است. برای یک جوش باکیفیت باید این فاکتور کمتر از قطر الکترود مصرفی باشد.

5- سرعت پیشروی فرایند

در جوشکاری با قوس الکتریکی این فاکتور با توجه به ضخامت فلز هدف، میزان جریان و شکل مورد نظر جوش تغییر می کند. بهینه ترین سرعت پیشروی برای یک جوش ساده با طول قوسی ثابت سرعتی است که ضمن اجرای آن حوضچه مذاب تشکیل شده حدود دو برابر قطر الکترود باشد.

تجهیزات مورد نیاز در جوش قوسی

برای انجام این روش جوشکاری باید با استفاده از تجهیزاتی جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل کرد. ماشین های جوش این امکان را فراهم می کنند. از رایج ترین انواع این ماشین ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • رکتی فایر: مبدل هایی هستند که جریان متناوب 380-220 ولت را به جریان مستقیم تبدیل می کنند.این ماشین ها همان کارایی ترانسفورماتورها را دارند. با این تفاوت که سیستم یکسوکننده جریان به آنها اضافه شده است.
  • ژنراتور: دستگاهی است که جهت افزایش جریان برق مورد نیاز در جوشکاری به کار می رود. انرژی مورد نیاز این ماشین با استفاده از بنزین یا گازوئیل تامین می شود.
  • ترانسفورماتور: ساده ترین ماشین های جوشکاری قوس الکتریکی هستند. با کاربرد این ماشین ها جریان متناوب شدت کم و ولتاژ بالا به جریانی با ولتاژ کم و شدت بالا تبدیل می شود.
  • دینام جوشکاری: ماشینی است که از طریق یک موتور الکتریکی جریان متناوب ایجاد می کند. در حال حاضر به دلیل هزینه بالای تعمیرات و حمل و نقل سنگین کاربرد کمتری دارند.
  • اینورتر: نسل جدیدی از ماشین های جوش هستند که با هر دو جریان متناوب و مستقیم قابلیت کار دارند.

نکات امنیتی حین انجام جوشکاری قوسی

جوش با قوس الکتریکی فرایندی بسیار خطرناک است. هر چند فناوری های جدید می تواند خطرات ناشی از این روش را تا حد زیادی کاهش دهد، اما رعایت برخی نکات از سوی اپراتور به حفظ امنیت او کمک موثری می کند:

  • جهت جلوگیری از آسیب نور ماوراء بنفش تولید شده به شبکیه چشم و التهاب قرنیه باید عینک و کلاه جوشکاری استفاده شود.
  • استفاده از لباس های محافظ، دستکش های چرمی سنگین برای محافظت اپراتور از خطر سوختگی یا انفجار ناشی از گرما و جرقه الزامی است.
  • دور نگهداشتن مواد قابل احتراق و محدود کردن اکسیژن هوا می تواند به کاهش خطرات استفاده از گازهای فشرده در این روش کمک کند.

جوش smaw چیست

جوش با قوس الکتریکی یکی از رایج ترین روش های جوشکاری است که در صنایع مختلفی کاربرد دارد. در این فرایند ایجاد قوس الکتریکی و گرمای شدید حاصل از آن (حدود 6500 درجه فارنهایت) باعث ذوب فلز در محل اتصال بین دو قطعه کار می شود که در نهایت بعد از سرد آن جوش اتفاق می افتد.

امروزه جوشکاری قوس الکتریکی به دلایلی چون تجهیزات ارزان و قابل حمل، قابلیت اجرا برای گروه وسیعی از فلزات، عدم حساسیت فرایند به باد، عدم محدودیت در مکان اجرا و … کاربرد فراوانی دارد. به شرط استفاده از تجهیزاتی به روز، انتخاب بهترین روش انجام این فرایند و توجه به فاکتورهای تعیین کننده کیفیت جوش این روش جوشکاری می تواند یک نتیجه رضایت بخش در پروژه مورد نظر در بر داشته باشد.

اگر برای انجام پروژه خود نیاز به خدمات جوشکاری دارید با کارشناسان ما در خیام لیزر تماس بگیرید.

نظرات شما

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Instagram YouTube WhatsApp WhatsApp Telegram