انواع الکترود جوشکاری و کاربرد آن‌ها زیر ذره‌بین

آیا می‌دانستید انواع مختلفی از الکترودها وجود دارد؟! آیا می‌دانستید که هر کدام بر اساس خصوصیات خود، کاربردهای متفاوتی دارند؟! پس آشنایی با انواع الکترود جوشکاری امری مهم است زیرا انتخاب نوع مناسب آن تاثیر بسیاری روی کیفیت جوش می‌گذارد. به همین دلیل در این مقاله به بررسی الکترود و انواع آن پرداخته‌ایم تا با تمامی نکات مورد نیاز آشنا شوید. پس با ما همراه باشید!

الکترود چیست؟

به زبان ساده اگر میله‌ای که جنس آن فلز یا گرافیت است قابلیت عبور جریان الکتریسیته را داشته باشد به آن الکترود گفته می‌شود. الکترود های جوشکاری دارای انواع مختلفی هستند که مهم‌ترین آن‌ها شامل موارد زیر هستند:

الکترود جوشکاری قوسی

الکترود مداوم

الکترود مغزدار

الکترود روکش‌دار

الکترود روکش دار

انتخاب الکترود در جوشکاری تا حدود زیادی وابسته به نوع شدت جریانی است که برای مصرف قابل دسترسی است.

پس از پیدایش فن جوشکاری به این نکته پی برده شده بود که میله فلزی که برای جوشکاری استفاده می‌شود باید توسط موادی پوشیده شود تا پایداری قوس الکتریکی بهتر و همچنین جوش با کیفیت مناسب‌تری را تولید کند.

ایجاد لایه نازک آهک روی سطح میله فلزی به طور قابل ملاحظه‌ای خواص قوس را بهبود بخشید. در سال ۱۹۵۶ کیلبرگ اولین الکترودهای روکش دار را معرفی کرد و نشان داد که پوشش علاوه بر پایدار کردن قوس اثرات مثبت دیگری هم دارد.

امروزه با پیشرفت فرایند جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود دستی، انواع الکترودهای کوتاه روکش دار که مصرف گسترده‌ای دارند، تولید می‌شود که با انواع اولیه آن قابل قیاس نیست.

خصوصیات الکترود جوشکاری روپوش دار

روکش الکترودها دارای چندین نقش اساسی و خصوصیات ویژه است که عبارتند از:

روکش باید پایدارکننده قوس الکتریکی باشد. این عمل با ایجاد سپر گازی و جدا کردن هوا انجام شده و موجب تثبیت قوس می‌شود.

روکش یک فضای گازی و لایه سرباره‌ای را به گونه‌ای به وجود می‌آورد که قوس و حوضچه مذاب جوش را از ناخالصی‌ها و تماس با اتمسفر حفظ می‌کند و مانع سرد شدن سریع جوش می‎‌شود.

روکش واکنش‌های سرباره با مذاب فلز و گاز را انجام می‌دهد و با وارد کردن احیاءکننده‌ها در فلز جوش سبب بهبود بافتن ساختمانی جوش می‌شود.

سرباره باید خواص فیزیکی مانند چسبندگی و کشش سطحی داشته باشد تا شکل گرده جوش دارای برآمدگی و صافی مورد نظر باشد.

پس از کنترل سرعت سرد شدن جوش و پس از انجماد آن، سرباره که به گل جوش نیز معروف است به آسانی از سطح جوش جدا می‌شود.

کیفیت الکترودها را معمولاْ توسط نرخ فلزی که رسوب می‌دهد، خواص مکانیکی جوش حاصل، هزینه واحد حجم، وزن فلز رسوب داده شده و آسانی کاربرد آن توسط جوشکار می‌سنجند.

در پوشش الکترودهای مصرفی برای جوشکاری فولاد معمولی، عناصری مانند سلولز، برخی از کانی‌ها مانند اکسید تیتانیم، سنگ آهک، فروسیلسیم، فرومنگنز، سیلیکات‌های سدیم و پتاسیم استفاده می‌شوند.

پودر آهن نیز در الکترودهای مدرن به مقادیر مختلف ۵ تا ۵۰ درصد در پوشش افزوده می‌شود.

انواع الکترود جوشکاری بر اساس نوع پوشش

برای مدت‌های طولانی در کشور انگلیستان الکترودها بر اساس نوع پوشش طبقه‌بندی می‌شدند. تقسیم بندی الکترودها بر اساس نوع پوشش عبارتند از:

الکترود سلولزی

پوشش این نوع الکترودها از مقدار زیادی سلولز تشکیل شده که در اثر سوختن آن مقدار زیادی هیدروژن و اکسید کربن جهت محافظت قوس و حوضچه جوش از اتمسفر تولید می‌شود.

حضور گازهای هیدروژن و اکسید کربن در قوس الکتریکی با قدرت یونیزه شدن زیاد، ایجاد ولتاژ بالا در قوس کرده و در نتیجه سبب افزایش انرژی تولید شده گردیده که خود سبب نرخ بالای سوختن و عمق نفوذ مناسب برای جوش می‌شود.

الکترود رتیلی

اکسید تیتانیم به صورت طبیعی آن «رتیلی» پوشش اصلی این نوع الکترودها است. وجود رتیل و عناصر یونیزه کننده در پوشش الکترود استفاده از آن را آسان کرده و نفوذ متوسط همراه با قوس ملایم و آرام را به همراه خواهد داشت.

الکترودهای رتیلی اسیدی خواص مکانیکی مناسب داشته و نفوذ جوش را افزایش می‌دهند.

استفاده از این نوع الکترودها قطره‌های جوش را ریزتر کرده و در نتیجه سطح جوش را صاف و پل‌زنی بر روی درز را آسان‌تر می‌کند.

الکترودهای رتیلی اسیدی برای جوشکاری عادی در محل‌های نامناسب و جلوگیری از ترک‌خوردگی در حالت گرم استفاده می‌شوند.

کاربرد الکترود رتیلی بازی (غیر اسیدی) برای جوشکاری فولادهای مقاوم (با کربن زیاد)، اتصالات با صلبیت زیاد ورق‌های ضخیم است و خواص شکل‌پذیری جوش توسط آن مناسب بوده و جوش آن‌ها به صورت قوس گنبدی است.

به علت وجود رتیل و عناصر یونیزه کننده در پوشش الکترود، این گروه الکترود را می‌توان با جریان متناوب هم استفاده کرد.

الکترودهای اسیدی

پوشش این نوع الکترودها شامل اکسیدها، کربنات‌های منگنز، آهن و مقداری سیلسیم است.

این پوشش تولید یک سرباره حجیم و روان کرده و در نتیجه جوش توسط آن دارای ظاهری صاف و تمیز است.

سرباره به آسانی از روی جوش جدا شده و از ایجاد ذرات سرباره محبوس شده در جوش‌های با چند پاس می‌کاهد. با این نوع الکترودها می‌توان از جریان متناوب و مستقیم استفاده کرد.

الکترودهای قلیایی

الکترود بازی (غیراسیدی) از نظر متالوژیکی مهم‌ترین نوع الکترود است و پوشش آن دارای مقدار قابل توجهی کربنات کلسیم، فلورید و آهک است.

به علت میزان رطوبت ناچیز در پوشش الکترود، جوش حاصل دارای حداقل مقدار هیدروژن نسبت به سایر الکترودها است.

این نوع الکترودها به دلیل تولید فلز جوش با هیدروژن کم برای جوشکاری فولادهای کم آلیاژی که در مقابل ترک‌خوردگی منطقه مجاور جوش حساس هستند بسیار مناسب هستند.

جوش حاصل از الکترودهای بازی دارای مقاومت خوبی در برابر ترک برداشتن گرم بوده و برای فولادهای ضخیم و کربن بالا نیز مناسب هستند.

الکترودهای بازی شکل‌پذیری جوش را افزایش داده و فلز جوش حاصل دارای خواص مکانیکی خوب در برابر بارهای ضربه‌ای است.

استفاده از الکترودهای بازی ممکن است به راحتی سایر الکترودها نباشد اما از آن‌ها می‌توان در تمام وضعیت‌های جریان یکنواخت و متناوب استفاده کرد.

چون این نوع الکترودها برای جوش با کیفیت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند، برای پایین نگه داشتن میزان رطوبت حدالامکان باید آن را در جای خشک نگه‌داری کرد.

توصیه می‌شود پیش از استفاده، به ویژه در جوشکاری فولادهای آلیاژی برای ۲ تا ۵ ساعت در اجاق خشک‌کن و دمای ۳۰۰ تا ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد قرار گیرد.

الکترود جوشکاری و انواع آن بر اساس مقاومت و نحوه مصرف

آئین‌نامه‌های ASTM، AWS، DIN و ISO و همچنین آئین‌نامه جوشکاری ساختمانی ایران (نشریه شماره ۲۲۸) الکترودها را بر اساس مقاومت و نحوه مصرف آن‌ها طبقه‌بندی و شماره‌گذاری کرده‌اند.

نحوه شماره‌گذاری آئین‌نامه‌های ASTM و AWS مشابه یکدیگر بوده و آئین‌نامه جوشکاری ساختمانی ایران نیز از این روش استفاده کرده است. در این روش شماره‌گذاری که به صورت Eab xx است، E معرف الکترود قوس الکتریکی است.

عدد دو رقمی ab نشان‌دهنده مقاومت فلز الکترود براساس Ksi است. هر Ksi برابر با ۷۰٫۳ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع است. به طور مثال الکترود E6013 دارای مقاومت فلز الکترود ۴۲۱۸ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع است.

برای مطالعه بیشتر در مورد الکترودE6013 به مقاله “الکترود ۶۰۱۳ چیست و چه ویژگی‌هایی دارد؟“ مراجعه کنید.

عدد دو رقمی xx بیانگر وضعیت گروهی و مصرفی الکترود برای روش‌ های مختلف جوشکاری قوس الکتریکی است.

در جدول زیر نمونه‌هایی از الکترودها بر اساس آئین‌نامه AWS با ذکر شرایط استفاده و کابرد ارائه شده است:

برای اینکه در مورد الکترودهای ۷۰۱۸ ، ۷۰۱۶ ، ۶۰۱۰ بیشتر بدانید به مقالات “الکترود ۷۰۱۸ چیست و چه ویژگی‌هایی دارد؟“ ، “الکترود ۷۰۱۶ چیست و چه ویژگی‌هایی دارد؟“ و “الکترود ۶۰۱۰ چیست و چه ویژگی‌هایی دارد؟“ سر بزنید.

برای سازه‌های متعارف فولادی در شرایط عادی از الکترودهای روکش‌دار با مشخصات E6013 برای فولاد ST37 و با مشخصات E7024 برای فولاد ST52 استفاده می‌شود. مجدداً تأکید می‌شود ترکیبات الکترودهای مصرفی در جوشکاری باید دارای خواص فلز مبنا باشند.

زمانی که خواص فلز مبنا با جوش هماهنگی داشته باشد اصطلاحاً فلز با جوش «سازگار» نامیده می‌شود.

نشریه شماره ۲۲۸ سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور مشخصات هندسی و مکانیکی الکترودهای سازگار را بر اساس مشخصات فلز پایه به شرح مندرج در جدول ارائه می‌کند.

انتخاب بهترین نوع الکترود جوشکاری

هر چند برای یک جوشکاری خاص می‌توان از چندین نوع الکترود استفاده کرد، ولی انتخاب الکترودها تا حدود زیادی بستگی به نوع جریان مصرفی قابل دسترسی دارد. عوامل و سایر نکات مؤثر در انتخاب نوع الکترود به این شرح است:

ترکیب شیمایی فلز مورد جوشکاری از عوامل مؤثر در انتخاب نوع الکترودها است.

به عنوان مثال برای جوش دادن فلزات دارای درصد کربن بالا و مقاومت کششی بیش از ۴۲۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع الکترود باید از نوع کم هیدروژن یا با روکش پودر آهن و هیدروژن پایین انتخاب شود.

کیفیت موردنظر در محل جوش نیز از نکات قابل توجه در انتخاب نوع الکترود است. اگر فاصله ریشه درز اتصال باز و عمیق باشد باید از الکترودهای مشخصی که سرباره حجیم تولید می‌کنند، استفاده کرد.

وضعیت جوشکاری نیز از موارد مهم در انتخاب نوع الکترود است. به عنوان مثال در جوشکاری در حالت قائم یا بالای سر (سقفی) نوع خاصی از الکترودها قابل استفاده هستند.

الکترود ضخیم برای جوشکاری در وضعیت قائم و سقفی مناسب نیست، زیرا کنترل حوضچه جوش حجیم در این وضعیت جوشکاری مشکل است. حداکثر قطر الکترود قابل استفاده در این وضعیت ۴.۵ میلی‌متر پیشنهاد می‌شود.

برای مطالعه بیشتر در مورد انواع وضعیت‌های جوشکاری به مقاله “انواع وضعیت جوشکاری لوله و صفحات از صفر تا صد“ حتما سر بزنید.

مقاومت مکانیکی و ضربه‌ای مورد انتظار جوش نیز از عوامل مؤثر در انتخاب نوع الکترودها است.

میزان نفوذ جوش یا عمقی که برای جوش مدنظر است را می‌توان به عنوان عاملی در انتخاب نوع و اندازه الکترودها قلمداد کرد.

هزینه عملیات جوشکاری نیز در انتخاب نوع الکترودها مهم است. میزان بازدهی، نرخ رسوب و قیمت الکترود پارامترهای مهم در برآورد و مقایسه هزینه‌های جوشکاری است.

الکترودهای پودر آهن دارای نرخ رسوب بالا و به طور کلی هزینه عمل کمتری نسبت به سایر الکترودها هستند. (هرچند کمی گران‌تر هستند) در هر حال انتخاب اندازه الکترودها از نظر اقتصادی و عملیات جوشکاری بر اساس نوع اتصال، ضخامت لایه جوش، وضعیت جوشکاری، شدت جریان موردنیاز و مهارت جوشکاری پارامتر تعیین‌کننده‌ای است.