انواع جوشکاری
فرآیند جوشکاری دو قطعه فولاد با استفاده ازجوشکاری الکترود دستی را به یاد میآوریم اما امروزه جوشکاری خیلی خیلی گسترده شده است بطوریکه اگر بخواهیم تک تک آنها را بشماریم بالغ بر ۱۰۰ فرآیند جوشکاری میتوانیم نام ببریم
از آنجائیکه قطعات مختلف شرایط مختلفی از قبیل جنس، شکل و ابعاد دارند روشهای جوشکاری نیز متنوع است تا بتواند نیازهای مختلفی را فراهم نماید. برای ایجاد اتصال جوشکاری نیاز است تا انرژی لازم به محل اتصال برسد. انرژی میتواند با تحریک ماده امکان اتصال جوش را فراهم نماید.
تقسیم بندی انواع جوشکاری
یکی از تقسیم بندیهای مرسوم روشهای مختلف جوشکاری، تقسیم بندی بر اساس منبع تامین انرژی است. برای انجام عمل جوشکاری چهار منبع اصلی انرژی وجود دارد.
- انرژی الکتریکی
- انرژی شیمیایی
- انرژی مکانیکی
- انرژی تشعشعی
فرآیندهای جوشکاری را میتوان به دو دسته فرآیند جوشکاری ذوبی (Fusion Welding) و فرآیند جوشکاری غیر ذوبی (Non-Fusion Welding) تقسیم بندی کرد .
فرآیندهای جوشکاری ذوبی
- فرآیند جوشکاری قوسی یا الکترود دستی SMAW یا MMAW
- فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW) شامل فرآیند MIG و MAG
- فرآیند جوشکاری زیر پودری SAW
- فرآیند جوشــکـــاری مقاومتی RW
- فرآیند جوشــکـــاری با لیزر LBW
- فرآیند جوشــکـــاری پرتو الکترونی EBW
- فرآیند جوشکاری پلاسما PAW
- فرآیند جوشــکـــاری توپودری FCAW
- فرآیند جوشکاری با گاز اکسیژن و سوخت
جوشکاری حالت جامد
جوشکاری حالت جامد، گروهی از فرآیندهای جوشکاری هستند که در آنها، پیوستگی مواد در دماهایی زیر نقطه ذوب شان رخ میدهد.
این پیوستگی بدون ذوب فلز پایه اتفاق میافتد. در این فرآیندها از هیچ ماده پرکننده لحیمی استفاده نمیشود. ممکن است در این فرآیندها فشار استفاده شود یا نشود. در این روش، فلزات اتصال، خواص اولیه خود را حفظ میکنند.
در فرآیند جوشکاری حالت جامد مشکلات ناشی از ناحیه متاثر از حرارت HAZ و پدیده اعوجاج جوشی کمتر دیده می شود.
در جوشکاری مواد غیر هم جنس، اختلاف ضریب انبساط حرارتی و هدایت گرمایی مواد از اهمیت بسیار کمتری برخوردار است.
جوشکاری حالت جامد، گروهی از فرآیندهای جوشکاری هستند که در آنها، پیوستگی مواد در دماهایی زیر نقطه ذوبشان رخ میدهد. این پیوستگی بدون ذوب فلز پایه اتفاق میافتد. در این فرآیندها از هیچ ماده پرکننده لحیمی استفاده نمیشود. ممکن است در این فرآیندها فشار استفاده شود یا نشود. در این روش، فلزات اتصال، خواص اولیه خود را حفظ میکنند. مشکلات ناشی از ناحیه متاثر از حرارت در این فرآیندها دیده نمیشود. در جوشکاری مواد غیر هم جنس، اختلاف ضریب انبساط حرارتی و هدایت گرمایی مواد از اهمیت بسیار کمتری برخوردار است.
روشهای جوشکاری حالت جامد
این گروه شامل جوشکاری سرد، جوشکاری نفوذی، جوشکاری اصطکاکی، جوشکاری پتکهای، جوشکاری انفجاری، جوشکاری فشاری داغ، جوشکاری نوردی، و جوشکاری فراصوتی است.
روشهایی که بیشتر متداول هستند شامل موارد زیر است.
انواع جوشکاری حالت جامد
- جوشکاری اصطکاکی Friction welding
- جوشکاری فشاری Pressure welding
- جوشکاری آهنگری یا پتکهای Forge welding
- جوشکاری با امواج صوتی Ultrasonic welding
در جوشهای حالت جامد، برخلاف فرآیندهای حالت ذوبی که محل اتصال در نتیجه ذوب موضعی است، اتصال بدون تشکیل مذاب انجام میشود.
جوشکاری اصطکاکی
به طور کلی جوشکاری اصطکاکی بر اساس تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی گرمایی استوار است. دو قسمت مورد اتصال را به هم نزدیک کرده و با ایجاد حرکت دورانی سریع، گرمای زیادی تولید شده و موجب حالت پلاستیسیته در لبههای اتصال میشود. با فشار اعمال شده نهایی، قطعات در هم فرو میروند و اتصال ایجاد میشود. جوشکاری اصطکاکی به طور کلی به دو دسته تقسیم میشود.
- جوشکاری اصطکاکی لحظهای
- جوشکاری اصطکاکی مداوم
در جوشکاری اصطکاکی از آنجایی که ماده مذابی تولید نمیشود، جوشکاری در فاز جامد فلزات صورت میگیرد. از این فرایند برای تولید شافتهای محرک، سوپاپ موتور، محور فرمان و میل کمک فنر (suspension rod) استفاده میشود. قابلیت این فرایند در اتصال مواد ناهم جنس بدین معنی است که میتوان بدنه و سر سوپاپ را از مواد متفاوتی که مناسب سیکل کاری و حرارتی آنهاست، ساخت.
فولاد سخت
تامین کننده فولادهای آلیاژی
جوشکاری فشاری
به طور کلی جوشکاری فشاری سرد، ایجاد یک باند اتم به اتم بین اجزای ماشین جوش است. از انواع جوشکاری حالت جامد (SSW) بوده و از تاریخچهای طولانی برخوردار است. جوشکاری غلطکی سرد یکی از اقسام این نوع جوشکاری است. به دلیل سرعت بالای تولید و قابلیت جوشکاری پیوسته ورقهای فلزی کاربرد فراوانی دارد.
پارامترهای موثر در جوشکاری سرد
- در صد انبساط سطحی فصل مشترک
- فشار عمودی وارد بر فصل مشترک
- نوع عملیات آماده سازی سازی سطح و نیز عملیات حرارتی بعد از جوشکاری است.
در همه فرایندهای جوشکاری سرد با افزایش درصد انبساط سطحی و فشار عمودی، استحکام جوش افزایش مییابد.
جوشکاری با امواج صوتی
جوشکاری با امواج فراصوت از جمله روشهای جوشکاری غیر ذوبی است.
انرژی لازم برای جوشکاری از طریق انرژی مکانیکی تامین میشود. انرژی از طریق ارتعاش نوکهای جوشکاری و تولید امواج ماورا به سطح جوش منتقل شده و باعث ایجاد پیوند فلزی در سطح جوش میشود. قابلیت منحصر به فرد این جوشکاری باعث توجیه اقتصادی این روش در مواردی خاص میشود. از جمله این موارد میتوان به جوشکاری شیشهها، جوشکاری فویلهای آلومینیومی، جوشکاری فویلها و سیمهای مسی و آلومینیومی به یکدیگر اشاره کرد.
در جوشهای روی هم، پیوند اتمهای فلز میشکنند و اتصال بین اتمها برای رسیدن به پیوند مکانیکی ایجاد میشود. در این روش گرمای زیاد وجود ندارد. ماکزیمم درجه حرارت در جوشکاری معمولاً ۳۰ الی ۵۰ درصد نقطه ذوب واقعی فلز است.
انرژی التراسونیک از طریق مبدلی که ارتعاشات الکتریکی فرکانس بالا را به ارتعاشات مکانیکی با همان فرکانس تبدیل میکند، به حد قدرت ابزار جوشکاری مورد استفاده بستگی دارد. این روش محدودیتهایی دارد. از جمله این محدودیتها میتوان به بروز خستگی که باعث کاهش طول عمر وسایل شده، اشاره کرد. همچنین خستگی در فلزات سختتر، در کمتر از فشار مورد نیاز برای جوش، بروز میکند.
مزایا و محدودیتها جوشکاری با امواج صوتی
- راندمان بالا
- تولید بالا با قیمت پایین
- سهولت در اتوماسیون
- سرعت جوش بالا
- تمیز بودن آن
مهمترین محدودیت این روش، محدودیت در انرژی اعمالی و کوچک بودن عرض شیپوره (کمتر از ۲۵۰ میلی متر) است. در نتیجه طول جوشی که به وجود میآید کوچک است.
موارد استفاده از جوش التراسونیک ترموپلاستیکها
- جوشکاری ساده یک اتصال
- جاسازی یک قطعه در قطعهای دیگر همرا با اتصال بین آن دو
- جوش نقطهای ورقها و صفحات پلاستیکی
جوشکاری نفوذی
از فراینـد جوشـکاری نفـوذی بـه طـور گسـتردهای بـرای اتصال تیتانیـوم و آلیاژهـای اسـتفاده مـیشـود.
مهمترین دلایل جوشکاری نفوذی
- تیتانیـوم و آلیاژهـای آن قـادر بـه حـل کردن مقادیـر بالایی از اکسـیژن هسـتند کـه ایـن موجـب انحلال اکسـیدهای سـطحی در دماهـای بالا میشـود. ضمـن اینکه به علـت پایین بودن اسـتحکام خزشـی و اسـتحکام تسـلیم تیتانیوم در دماهای اتصـال، تماس بین سـطوح اتصـال و تشـکیل پیوندهای فلـزی افزایش مـییابد.
- جوشـکاری تیتانیـوم و آلیاژهـای آن توسـط روشهـای ذوبی، اسـتحکام اتصالـی نزدیک به فلـز پایه ایجاد نمیکنـد، در حالی که با اسـتفاده از فرایند جوشـکاری نفـوذی میتوان به اسـتحکام اتصالی نزدیـک بـه فلز پایه رسـید.
- بیشـتر اجـزاء و سـاختارهای تیتانیومـی در صنایـع هوافضا بکار مـیرونـد، لـذا کارایـی و عملکرد مناسـب روش جوشـکاری نفوذی هزینـههـای اضافـی جهـت انجـام آن را توجیه مـیکند.
جوشکاری انفجاری
فراینـد جوشـکاری انفجـاری یکی از بهترین روشها بـرای اتصال مـواد غیـرهم جنـس بـه یکدیگـر اسـت. مطالعـات فراوانی بـر روی جوشـکاری انفجـاری تیتانیـوم بـا مواد غیـر هم جنس خـود صورت گرفتـه اسـت.
بیشـترین مطالعـات انجام گرفتـه بر روی جوشـکاری انفجـاری تیتانیوم با فـولاد زنگ نزن، آلومینیوم، مـس و نیکل انجام گرفتـه اسـت.
تنهـا شـرط انجـام موفقیت آمیز ایـن فرایند، داشـتن انعطـاف پذیـری و چقرمگـی قابـل قبول اسـت تـا قطعـات در حین جوشـکاری نشـکنند یـا تغییـر فـرم قابـل توجهی ندهنـد. حداقل انعطـاف پذیـری مـورد نیـاز ۱۰ %و حداقل انرژی شکسـت ۳۰ ژول ذکر شـده اسـت. با توجه بـه کاربرد فـراوان تیتانیـوم و آلیاژهای آن در صنایـع هوا فضا، اسـتفاده از فرایند جوشـکاری انفجـاری تیتانیوم، به ویـژه جوشـکاری انفجـاری تیتانیوم و فـولاد زنگ نزن بسـیار مفید است.
جوشکاری پتکهای
جوشکاری پتکهای قدیمیترین فرایند جوشکاری است.
آهنگران این فرایند را به کار میبردند. مخازن تحت فشاری و لولههای فولادی زمانی توسط جوشکاری پتکهای ساخته میشدند. این فرایند با بعضی روشهای جدید با کاربرد حرارت و فشار لازم جهت تحصیل جوش کاربردهایی پیدا کرده است. از کاربردهای امروزی آن تولید لولهها و فلزات روکشی است.
مهم ترین و پرکاربرد ترین انواع جوشکاری ذوبی، جوشکاری با قوس الکتریکی است.
هدف جوشکاری و برشکاری
بریدن قطعات ماشینی به ضخامتهای زیاد ، یکی از وظایف مهم برشکاری است. بطور کلی ، اتصال قطعات مختلف از یک نوع فلز یا انواع فلزات و آلیآژها و بالا بردن استحکام و سرعت عملیات و کاهش هزینهها از مهمترین اهداف جوشکاری است.
