جوشکاری قوس فلزی با الکترود پوشش دار

جوشکاری قوس فلزی با الکترود پوشش دار

تعداد بازدید: 18053
کد مطلب: 820
تاریخ انتشار: 00:15 30 آذر 1390

جوشکاری قوس فلزی با الکترود پوشش دار

 
 

در جوشکاری قوس فلزی با الکترود پوشش دار (Shielded Metal Arc Welding: SMAW) قوس الکتریکی بین یک الکترود روکش دار و قطعه کار زده می شود و در نتیجه حرارت لازم برای ذوب کردن فلز پایه و الکترود تأمین می شود. در این فرآیند از مکانیزم فشار استفاده نمی شود. وظیفه محافظت از حوضچه مذاب در این فرآیند بر عهده پوشش الکترود می باشد که این پوشش در هنگام جوشکاری در اثر حرارت تجزیه شده و به صورت سرباره و گاز از فلز جوش محافظت می کند.

سرباره نقش پوشش حرارتی داشته و از سرد شدن سریع جوش جلوگیری کرده و کیفیت جوش را اصلاح می کند. همچنین سرباره دارای ترکیباتی می باشد که به فلز جوش اضافه شده و به این ترتیب عناصر از دست رفته منطقه جوش در حین جوشکاری جایگزین می شوند.

حرارت قوس، برای ذوب فلز پایه و نوک الکترود پوشش دار مصرف شدنی، به کار می رود. الکترود و قطعه کار قسمتی از مدار الکتریکی هستند. این مدار از منبع تغذیه نیرو شروع می­ شود و شامل کابل های جوشکاری، نگه دارنده الکترود ( انبر )، اتصال قطعه کار، قطعه کار ( فلز پایه ) و الکترود جوشکاری قوسی می باشد. یکی از دو کابل از منبع نیرو به قطعه کار و دیگری به نگه دارنده الکترود متصل است.

جوشکاری موقعی شروع می شود که قوس بین نوک الکترود و قطعه کار برقرار شود. حرارت شدید قوس، نوک الکترود و سطح قطعه کار نزدیک به قوس را ذوب می کند. قطرات ریز فلز مذاب سریعا در نوک الکترود تشکیل می شود، که از طریق جریان قوس به حوضچه مذاب منتقل می شود. در این حالت، فلز پرکننده با مصرف تدریجی الکترود رسوب می کند. قوس روی قطعه کار با طول و سرعت معینی حرکت می کند و قسمتی از فلز پایه را ذوب و مداوما فلز جوش را افزایش می ­دهد.

 

قوس یکی از گرم ترین منابع حرارتی ، با درجه حرارتی بیش از 5000 درجه سانتیگراد در مرکز قوس می ­باشد. ذوب فلز پایه تقریبا بلافاصله پس از شروع قوس صورت می گیرد. انتقال فلز، در صورتی که جوش ها در حالت تخت یا افقی صورت گیرند، با نیروی ثقل، انبساط گازی، نیروهای الکتریکی و الکترومغناطیسی و کشش سطحی انجام می گیرد. در مورد سایر حالات، ثقل علیه نیرو ها عمل می کند. این فرآیند، به نیروی برق برای ذوب الکترود و ذوب مقدار کافی فلز پایه، همچنین به شکاف و فاصله مناسب بین نوک الکترود و فلز پایه یا حوضچه مذاب نیاز دارد. همه این موارد برای انجام یک اتصال خوب ضروری می باشد.

الکترود های فرآیند جوشکاری SMAW ، نیاز های ولتاژ قوس ( در محدوده 16 الی40 ولت ) و نیاز های آمپراژ ( در محدوده 20 الی 550 آمپر ) را مشخص می کنند. جریان الکتریکی، بر حسب نوع الکترود به کار برده شده و ممکن است متناوب یا یکنواخت باشد، ولی منبع نیرو باید بتواند سطح جریان را در محدوده ای قابل قبول برای جوابگویی به تغییرات بغرنج خود فرآیند جوشکاری کنترل کند.

یونیزاسیون

گاز ها در حالت عادی قابلیت هدایت الکتریسیته را ندارند ولی اگر تحت تأثیر عوامل خارجی از قبیل حرارت زیاد، حوزه الکتریکی و غیره قرار بگیرند بعضی از اتم ها الکترون از دست داده و بار مثبت پیدا می کنند. یون های مثبت و برخی از الکترون­ های آزاد وارد مدار اتم های خنثی شده آنها را دارای بار منفی می­ سازند ( یون های منفی ) که این عمل یونیزه شدن نامیده می شود.

گاز یا هوا پس از یونیزه شدن قابلیت هدایت الکتریسیته پیدا می کند و هر چه شدت عمل یونیزه شدن بیشتر باشد، حرکت یون های باردار سریع تر و قابلیت هدایت بیشتر می گردد.

قوس الکتریکی

بدیهی است که جریان الکتریکی از مدار باز نمی تواند عبور کند چون مقاومت الکتریکی آن فوق العاده زیاد است. مدار بسته هم در مقابل جریان الکتریکی مقاومت نشان می دهد و در اثر این مقاومت ها مقداری از انرژی الکتریکی تبدیل به انرژی حرارتی می شود. هر چه مقاومت الکتریکی بیشتر باشد حرارت ایجاد شده بیشتر است.

همانطور که گفته شد اگر دو سر مثبت و منفی یک مولد برق به هم برخورد کرده و سپس در فاصله کمی از هم قرار بگیرند بین آنها قوس الکتریکی برقرار می شود و جریان برق از مدار می­ گذرد. ولی چون مقاومت الکتریکی قوس زیاد است، حرارت قابل ملاحظه ای تولید می شود. از حرارت فوق الذکر می توان برای ذوب دو قطعه فلز و اتصال آنها به یکدیگر استفاده نمود.

قوس الکتریکی به عوامل مختلفی نظیر جنس الکترود، طول قوس، نوع گاز، فاصله هوایی و نوع جریان الکتریکی بستگی دارد. برای روشن کردن قوس الکتریکی و نگهداری قوس به ولتاژ بیشتری لازم است، چون مقداری از ولتاژ، صرف یونیزه کردن فاصله هوایی بین الکترود و قطعه کار می شود. قوس الکتریکی در میدان مغناطیسی منحرف می شود و با کوتاه کردن قوس، نزدیک کردن اتصال جوش، گرفتن الکترود در جهت انحراف قوس و تغییر زاویه الکترود می توان از میزان انحراف قوس کم کرد.

مدار جوشکاری قوسی

در جوشکاری با قوس الکتریکی ، جریان برق از طریق کابل جوشکاری و انبر الکترود به میله الکترود می رسد. سر دیگر ماشین جوش به قطعه کار مورد جوشکاری یا به میز کار متصل می شود که با تماس الکترود با قطعه کار، در مدار جریان برق اتصال کوتاه حاصل شده و جریان زیادی از طریق الکترود - قوس قطعه مورد جوشکاری - کابل برگشت، به طرف ماشین جوشکاری عبور می کند.

حال اگر الکترود از فلز مبنا جدا شده و در فاصله معینی از آن قرار گیرد جهش جرقه باعث یونیزه شدن هوا و ایجاد قوس می گردد.

مقاومت الکتریکی زیاد قوس ، تولید حرارت فوق العاده ای می نماید که باعث ذوب الکترود و لبه های دو قطعه فلز جوش شونده و در هم آمیختن آنها می شود و بدین ترتیب اتصال دو قطعه را بوسیله جوشکاری فراهم می سازد.

 
 

در جوشکاری قوسی چهار عامل وجود دارد که تأثیر زیادی بر روی کیفیت جوش دارند و برای اینکه جوش خوبی بدست آید ، لازم است هر یک از آنها با نوع کار و وسایل مورد استفاده هم آهنگ و تنظیم شوند. این چهار عامل عبارتند از :

1- شدت جریان

وقتی قوس برقرار می شود و جوشکاری آغاز می شود، مقدار آمپری که از مدار جوشکاری عبور می کند به شدت جریان جوشکاری موسوم است. جریان برق متناسب با قطر الکترود مصرفی روی ماشین جوشکاری تنظیم می شود. هر چه قطر الکترود بیشتر باشد، جریان مصرفی بیشتر است. همیشه به میزان آمپری که سازنده الکترود توصیه کرده است توجه می کنیم ولی اگر جدول آمپر در دسترس نباشد می توان از قاعده کلی زیر استفاده کرد :

«مقدار آمپر جوشکاری برابر است با قطر الکترود ضربدر عدد 35 یا 40»

برای قطعات ضخیم از شدت جریان بیشتری استفاده می شود. با افزایش شدت جریان تعداد جرقه ها و در نتیجه دمای ایجاد شده افزایش می یابد.

شدت جریان بالا باعث نفوذ خوب جوش می شود و اگر شدت جریان بیش از حد بالا باشد خواص پوشش الکترود از بین می رود و باعث خوردگی کناره جوش در قطعه می گردد، همچنین شدت جریان پایین باعث نفوذ کم جوش می شود پس باید در تنظیم شدت جریان دقت عمل لازم را داشته باشیم.

تناسب تقریبی جریان با قطر الکترود و ضخامت ورق در وضعیت تخت   مقدار حداکثر جریان با توجه به وضعیت جوشکاری
قطر الکترود (mm) ضخامت ورق (mm) شدت جریان (A) ولتاژ تقریبی (V) وضعیت جوشکاری حداکثر شدت جریان (A)
2.25-3.25 2-4 60-100 15-17 حالت تخت 250
3.25-4 4-6 100-150 17-20 حالت افقی 200
4-5 6-10 150-200 20-22 حالت قائم 160
5-6 بزرگتر از 10 200-400 22 حالت بالا سری 150
 
قطر،  نوع الکترود ، شدت جریان و ولتاژ مناسب برای الکترود E6013
ولتاژ (V) شدت جریان (A) قطر الکترود (mm) قطر الکترود (in)
17-21 25-60 2 5.64
17-21 45-90 2.2 3.32
18-22 80-120 3.25 1.8
18-22 105-180 4 5.32
20-24 150-230 5 3.16
21-25 210-300 5.5 7.32
22-26 250-350 6 1.4
22-27 320-430 8 5.16

2- طول قوس ( ولتاژ قوس )

طول قوس عبارت است از فاصله بین سر الکترود تا سطح قطعه مورد جوشکاری به هنگام برقراری قوس ، در نتیجه طول قوس در هنگام جوشکاری تأثیر زیادی بر روی جوش می گذارد.

طول قوس با ولتاژ دو سر قوس رابطه مستقیم دارد یعنی برای این که ولتاژ دو برابر شود ، باید طول قوس را زیاد و در حدود دو برابر کنیم. دما در این فرآیند جوشکاری دارای دو نوع ولتاژ می باشیم که عبارتند از :

ولتاژ مدار باز : ولتاژی که قبل از جوشکاری روی دستگاه تنظیم می شود را ولتاژ مدار باز گویند و معمولاً این ولتاژ برابر 50 الی 80 ولت می باشد.

ولتاژ قوس : ولتاژی که بر در هنگام جوشکاری بر روی دستگاه می باشد را ولتاژ قوس می گویند و معمولاً این ولتاژ نصف ولتاژ مدار باز است.

البته باید به این نکته اشاره کرد که در جوشکاری ولتاژ بالا مورد استفاده قرار نمی گیرد و آمپر بالا مورد استفاده قرار می گیرد و جوشکاری با ولتاژ بالا خطر برق گرفتگی نیز دارد. عملاً برای جوشکار اندازه گیری دقیق طول قوس هنگام جوشکاری مقدور نیست ولی جوشکار می تواند با گوش دادن به صدای قوس و یا تمرین و تجربه طول قوس مناسب را برقرار سازد. در شکل روبرو تاثیر طول قوس و سرعت پیشروی در جوشکاری ملاحظه می شود.

3- سرعت پیشروی

سرعت حرکت دست به عوامل زیر بستگی دارد:

  • پهنای جوش

       اگر سرعت پیشروی کم باشد آنگاه نفوذ و پهنای جوش زیاد و باز هم اگر سرعت پیشروی زیاد باشد آنگاه نفوذ و پهنای جوش کم می شود.

  • قطر الکترود

       با افزایش قطر الکترود باید سرعت پیشروی را کاهش دهیم تا الکترود به اندازه کافی رسوب داده شود.

  • ضخامت ورق

       با افزایش ضخامت ، باید سرعت حرکت پیشروی را کاهش دهیم تا لبه های اتصال ذوب و در هم آمیخته شوند.

  • حرکت الکترود

       حرکات الکترود از قبیل زاویه الکترود و نوع حرکت آن در کیفیت جوش بسیار مؤثر می باشد.

 

هر چه زاویه الکترود عمود به قطعه کار باشد آنگاه نفوذ و عمق جوش بیشتر و هر چه قدر زاویه الکترود خوابیده روی قطعه کار باشد نفوذ و عمق جوش کمتر است که از این نکته می توان در حالت های جوشکاری مختلف استفاده نمود. در شکل قبل زاویه مناسب الکترود نشان داده شده است. زاویه نامناسب الکترود می تواند باعث حبس سرباره، تخلخل و یا بریدگی کناره جوش شود. نمونه هایی از زوایای الکترود و تکنیک های جوشکاری برای جوش های نبشی و پخ جناقی با الکترود های فولاد کربنی در جدول زیر آورده شده است.

در جوشکاری می توان حرکات مختلفی با الکترود انجام داد مثلاً حرکت نوسانی یا حرکت زیگزاکی و  غیره. اگر در هنگام جوشکاری الکترود را مستقیماً به طرف جلو حرکت داده شود، آنگاه نفوذ و عمق جوش نسبت به زمانی که حرکت نوسانی یا زیگزاکی انجام می دهند، کمتر خواهد شد. البته باید اشاره کرد که در طرح اتصال های مختلف، از زاویه مناسب الکترود و نوع حرکت مخصوص استفاده می شود. در شکل زیر چند نوع حرکت دست که در جوشکاری می توان انجام داد، نشان داده شده است:

تکنیک جوشکاری زاویه حرکت زاویه کار موقعیت جوشکاری نوع اتصال
پس دستی 5-10 90 تخت شیاری
پس دستی 5-10 80-100 افقی شیاری
پیش دستی 5-10 90 عمودی به سمت بالا شیاری
پس دستی 5-10 90 بالای سر شیاری
پس دستی 5-10 45 افقی گرده ای
پیش دستی 5-10 35-55 عمودی به سمت بالا گرده ای
پس دستی 5-10 30-45 بالای سر گرده ای

هنگام جوشکاری سرعت حرکت الکترود باید به گونه ای تنظیم شود که قوس به آرامی حوضچه جوش مذاب را هدایت نماید. تا رسیدن به یک نقطه خاص، سرعت حرکت الکترود درز جوش را باریک می کند و نفوذ را افزایش می دهد. پس از آن بیشتر شدن سرعت حرکت باعث کاهش نفوذ، بی نظمی سطح جوش، ایجاد برش کناره جوشدر لبه های جوش، مشکل شدن زدودن سرباره ها و محبوس شدن گاز ( ایجاد تخلخل ) در فلز جوش می شود. در شکل زیر تاثیر پارامترهای مختلف بر روی ظاهر و کیفیت جوش مشاهده می گردد:

SMAW

 
 

جوشکاری قوسی فلزی محافظت شده، فرآیندی با بیشترین کاربرد بویژه برای جوش های کوتاه در پروسه تولید، نگهداری و تعمیرات بوده، همچنین برای ساختارهای کارگاهی مناسب می باشد.

در زیر مزایای این فرآیند به اختصار بیان می شود :

  • دارای تجهیزات نسبتاً ساده ، ارزان و قابل حمل است.
  • حفاظت از فلز پرکننده و فلز جوش در برابر اکسایش مضر در جریان جوشکاری، به عهده الکترود پوشش دار می باشد.
  • حفاظت گازی کمکی یا روانساز دانه ای مورد نیاز نمی باشد.
  • فرآیند در قبال باد و کوران نسبت به فرآیندهای جوشکاری قوسی محافظت شده گازی، دارای حساسیت کمتری است.
  • می توان آن را در فضاهایی با دسترسی کمتر بکار برد.
  • این فرآیند جوشکاری برای بیشتر فلزات و آلیاژ های معمولی مناسب است.
  • الکترود های SMAW برای جوشکاری فولاد های کربنی و کم آلیاژ، فولاد های زنگ نزن، چدن ها، مس ، نیکل و آلیاژهای آنها، همچنین برای بعضی از آلیاژهای آلومینیوم، وجود دارد.

محدودیت های این روش عبارتند از:

  • فلزات زود گذار مانند سرب ، قلع و روی و آلیاژهای آنها، به علت حرارت شدید قوس برای آنها، توسط این فرآیند SMAW جوشکاری نمی شوند.
  • فرآیند جوشکاری SMAW برای فلزات واکنشگر از قبیل تیتانیوم ، زیرکونیوم ، تانتالیوم و نیوبیوم به علت کافی نبودن حفاظت برای جلوگیری از آلودگی اکسیژنی جوش ، مناسب نیست.
  • الکترودهای روپوش دار به طول های 230 الی 460 میلیمتر تولید می شوند. از آنجا که اول قوس زده می شود، لذا جریان از تمامی طول قوس عبور می کند. بنابراین مقدار جریانی را که می توان بکار برد توسط مقاومت الکتریکی سیم مغزه محدود می گردد.
  • آمپراژ باعث گرم شدن بیش از حد الکترود و شکستن پوشش آن می گردد. این امر به نوبه خود مشخصات قوس و حفاظت مربوطه را تغییر می دهد. به علت همین محدودیت، نرخ های رسوب معمولاً  کمتر از فرآیندهایی از قبیل جوشکاری قوس فلزی (GMAW) است.
  • چرخه کار اپراتور و نرخ های رسوب کلی الکترود های روپوش دار معمولاً کمتر از فرآیند های الکترود یکسره، نظیر جوشکاری قوسی توپودری (FCAW) است. این امر به این علت است که الکترود ها را تا حداقلی از طول آن می توان بکار برد. هنگامی که به آن طول رسید، جوشکار باید الکترود مصرف نشده را دور ریخته و الکترود جدیدی در انبر قرار دهد.
  •  یکی دیگر از محدودیت های این فرآیند جوشکاری، محل تعویض الکترود می باشد که در محل تعویض الکترود برخی عیوب دیده می شوند.
 
 
  • منبع نیرو برای ذوب کردن الکترود و لبه های اتصال
     
  • نگه دارنده الکترود ( انبر جوشکاری )
     
  • اتصال قطعه کار
     
  • کابل های جوشکاری

نمونه ای از تجهیزات مورد نیاز برای جوشکاری SMAW

 
 

Shielded metal arc welding (SMAW), also known as manual metal arc (MMA) welding, flux shielded arc welding or informally as stick welding, is a manual arc welding process that uses a consumable electrode coated in flux to lay the weld. An electric current, in the form of either alternating current or direct current from a welding power supply, is used to form an electric arc between the electrode and the metals to be joined. As the weld is laid, the flux coating of the electrode disintegrates, giving off vapors that serve as a shielding gas and providing a layer of slag, both of which protect the weld area from atmospheric contamination... more

 
 

Shielded Metal Arc Welding (SMAW) or Stick welding is a process which melts and joins metals by heating them with an arc between a coated metal electrode and the workpiece. The electrode outer coating, called flux, assists in creating the arc and provides the shielding gas and slag covering to protect the weld from contamination. The electrode core provides most of the weld filler metal... more

 
 

Shielded Metal Arc Welding (SMAW) is defined as "an arc welding process in which coalescence of metals is produced by heat from an electric arc that is maintained between the tip of a flux covered electrode and the surface of the base metal in the joint being welded." This process is commonly referred to as stick welding. The electrode consists of a solid metal core, which is covered by a metallic coating. The coatings composition is dependent on the type of electrode and welding polarity. It serves various functions during the welding process. These include; provide a shielding agent from the atmosphere which protects the molten pool; act as fluxing agents to cleanse the weld metal deposit, establish electrical characteristics of the electrode, provide a slag covering during cooling which can improve weld properties, enhance the ability to weld out of position, improve bead profile and appearance, and can add alloying elements to the weld to affect mechanical properties... more

 
 
نظرات درباره این مطلب
 
 
نام
پست الکترونیک
نظر
 
CAPTCHA Image
Reload Image
 
مطالب مرتبط