جوشکاری قوس الکتریکی یکی از روش‌های پرکاربرد در جوشکاری است که انواع گوناگونی دارد. آیا در مورد آن‌ها شنیده‌اید؟! می‌دانید هر کدام در چه جاهایی استفاده میشود؟! در این مقاله برای آگاهی از جوشکاری با قوس الکتریکی تمامی نکات حرفه‌ای لازم به طور کامل گفته شده است، پس این مقاله جامع را از دست ندهید!
آنچه در این مقاله می آموزید:
جوشکاری چیست؟
جوشکاری قوس الکتریکی چیست ؟
مدار جوشکاری قوس الکتریکی
انواع روش های جوشکاری قوس الکتریکی
جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود دستی (SMAW)
جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ (GMAW)
جوشکاری قوس الکتریکی زیر پودری (SAW)
جوشکاری قوس گاز تنگستن (GTAW)
عوامل مهم در جوشکاری قوسی
جوشکاری چیست ؟
جوشکاری به معنای متصل کردن دو یا چند قطعه است که در این روند از گرما، فشار یا هر دو استفاده میشود. این فرآیند بر حسب تفاوت در ذوب فلز و نحوه ریختن فلز ذوب شده دارای انواع گوناگونی است که هر کدام کاربرد متفاوتی دارند.
در ادامه به معرفی جوشکاری قوس الکتریکی و انواع مختلف آن می‌پردازیم که جایگاه ویژه‌ای در این صنعت دارند.
جوشکاری قوس الکتریکی چیست ؟
قوس الکتریکی منبع حرارت خوبی برای استفاده در فرآیندهای جوشکاری است و می‌توان آن را با شدت حرارت زیاد تولید کرد. تخلیه بار الکتریکی بین دو الکترود در میان گاز یونیزه شده، قوس الکتریکی نام دارد.
در جوشکاری arc یا همان قوس الکتریکی ، دو نوع قوس الکتریکی بر اساس ذوب الکترود (میله جوش) یا عدم ذوب آن وجود دارد.
اگر الکترود از جنس کربن با تنگستن باشد، هنگام ایجاد قوس الکتریکی، الکترود ذوب نشده و قوس یا الکترود را غیر مصرفی گویند.
در صورتی که الکترود از جنس فلز با نقطه ذوب پایین‌تر باشد، هم زمان با ایجاد قوس الکتریکی انتهای الکترود ذوب شده و قطرات فلز مذاب می‌تواند از الکترود جدا شود.
مدار جوشکاری قوس الکتریکی
پس از پاسخ به سوالاتی مانند جوشکاری قوس الکتریکی چگونه انجام میشود ؟ و قوس الکتریکی در جوشکاری چیست به مدار آن می‌رسیم.
مدار جوشکاری قوس الکتریکی شامل موارد زیر است:
ماشین جوشکاری که می‌تواند ترانس، رکتیفایر یا موتور و مولد (دینام یا دیزل ژنراتور) باشد.
اتصال به فلز پایه
اتصال به انبر و الکترود
قوس الکتریکی
در صورتی که نوک الکترود به قطعه فلز پایه بچسبد، اصطلاحاً اتصال کوتاه حاصل شده و جریان زیادی در مدار برقرار میشود که مورد نظر نیست.
اما در صورتی که الکترود در فاصله معینی از فلز پایه قرار گیرد، حرکت الکترون‌ها باعث یونیزه شدن هوا و ایجاد قوس الکتریکی میشود.
مقاومت الکتریکی زیاد قوس، تولید حرارت فوق العاده‌ای می‌کند که سبب ذوب الکترود و لبه‌های دو قطعه فلز پایه در داخل حوضچه مذاب که در واقع کوره ذوب بسیار کوچکی است، میشود.
در داخل حوضچه، فلز پایه و فلز جوش با هم مخلوط شده و با حرکت الکترود به سمت جلو، حوضچه‌های پشتی سرد و منجمد گشته و نوار جوش ایجاد میشود.
نوع جریان
نوع جریان و قطبیت در جوشکاری قوس الکتریکی از موارد مهمی است که باید به آن توجه کرد.
نوج جریان در جوشکاری قوس الکتریکی می‌تواند جریان مستقیم یا متناوب باشد. در مورد قطبیت هم باید دانست، زمانی که برای جوشکاری از جریان مستقیم استفاده شود، مدار جوشکاری را می‌توان به دو صورت زیر برقرار کرد:
اتصال با قطبیت منفی
اتصال با قطبیت مثبت
در اتصال با قطبیت منفی یا مستقیم، قطبی منفی به الکترود وصل میشود. در این حالت حدود ۲/۳ (دو سوم) حرارت در فلز مبنا، ۱/۳ (یک سوم) آن در الکترود آزاد میشود.
در اتصال با قطبیت مثبت یا معکوس، قطب مثبت به الکترود وصل میشود. در این حالت ۱/۳ حرارت در فلز مبنا و ۲/۳ آن در الکترود آزاد میشود.
همان طور که در ابتدای این بحث گفتیم، ماشین جوش می‌تواند جریان الکتریکی موردنیاز برای ایجاد قوس را فراهم کند و این جریان ممکن است متناوب یا مستقیم باشد.
در اوایل چون با جریان متناوب مشکل عدم پایداری قوس به وجود می‌آمد تنها از جریان مستقیم برای ایجاد قوس الکتریکی استفاده می‌شد.
این مشکل اکنون با افزودن ترکیبات مناسب در پوشش الکترود رفع شده است.
به این ترتیب هر دو نوع منبع قدرت برای تولید جریان الکتریکی امکان‌پذیر است ولی بر اساس امکانات و شرایط موجود، یکی از این دو نوع جریان الکتریکی انتخاب میشود.
برای هر دو نوع مولد قدرت (انواع مولد های جوشکاری قوس الکتریکی ) باید تدابیری اتخاذ شود تا جریان الکتریکی موجود در قوس در حین جوشکاری قابل کنترل باشد.
در دستگاه‌های جوشکاری متناوب، جریان معمولاً از یک ترانسفورماتور تک فازی قابل تنظیم فراهم شده و توسط یک مدار جریان بسته و یک رئوستا این عمل انجام می‌گردد، در حالی که جریان مستقیم توسط ترانسفورماتور یک سو کننده یا ژنراتور ایجاد میشود.
انواع دستگاه‌ها با مولدهای جوش در بازار وجود دارد که مدرن‌ترین آن‌ها می‌توانند هر دو جریان متناوب و مستقیم را در دامنه وسیعی از ولتاژ و آمپر تأمین کنند.
جوشکاری تحت ولتاژ کمتر از ولتاژ برق شهر و در محدوده ۲۰ تا ۴۰ ولت و شدت جریانی بیشتر از برق شهر و در محدوده ۶۰ تا ۴۰۰ آمپر انجام میشود.
چون میزان حرارت ایجاد شده با توان دوم شدت جریان رابطه مستقیم دارد، قوس الکتریکی که با شدت جریان زیاد تولید میشود قادر خواهد بود حرارت لازم جهت ذوب فولاد را تأمین کند.
درجه حرارتی که در قوس الکتریکی ایجاد میشود را حدود ۵۵۰۰ درجه سانتی‌گراد و درجه حرارت فولاد در نزدیکی قوس الکتریکی را حدود ۱۹۵۰ درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری کرده‌اند.
شدت جریان موردنیاز به ضخامت قطعه و قطر الکترود وابسته بوده و قطر الکترودهای موجود در بازار بین ۲٫۵ تا ۸ میلی‌متر است. الکترودها بر اساس نوع پوشش، ترکیبات شیمیایی، مقاومت آن‌ها مطابق استانداردهای جوشکاری مانند AWS طبقه‌بندی می‌شوند.
در جدول زیر شدت جریان موردنیاز برای ایجاد قوس الکتریکی بر اساس قطر الکترود و ضخامت قطعه فولادی ذکر شده است.
(اگر با گوشی موبایل این مقاله را می‌خوانید برای نمایش بهتر جدول گوشی را بچرخانید.)
| قطر الکترود (mm) | ضخامت قطعه (mm) | شدت جریان (A) |
| ۳٫۲۵ – ۲٫۵ | ۴ – ۲ | ۱۰۰ – ۶۰ |
| ۴ – ۳٫۲۵ | ۶ – ۴ | ۱۵۰ – ۱۰۰ |
| ۵ – ۴ | ۱۰ – ۶ | ۲۰۰ – ۱۵۰ |
| ۸ – ۵ | ۱۰ < | ۴۰۰ – ۲۰۰ |
انواع جوشکاری قوس الکتریکی
انواع روش های جوشکاری قوس الکتریکی که کاربرد زیادی در صنعت عمران دارند، عبارتند از:
جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود دستی (SMAW)
این روش جوشکاری در ایران بسیار متداول بوده و در اکثر کارگاه‌های ساختمانی کاربرد دارد. چرا که در تمام حالت‌های تخت، افقی، سربالا و سقفی قابل اجرا است.
برای آشنایی بیشتر با این نوع جوشکاری به مقاله “جوشکاری قوس الکتریکی دستی با الکترود روکش دار یا SMAW چیست ؟“ مراجعه کنید.
جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ (GMAW)
روش جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ یکی دیگر از موارد مهمی است که باید به خوبی درباره آن اطلاعات داشته باشید. در این فرآیند جوشکاری قوسی الکترود مصرفی، که تحت پوشش گاز محافظ است به صورت خودکار تغذیه میشود.
الکترود، مفتول لخت و پیوسته‌ای است که از میان گره الکترود گذشته و با یک قرقره تغذیه میشود. گازهای مورد استفاده در این روش جوشکاری نیز از نوع فعال مانند CO2 و غیر فعال مانند آرگون است.
برای اطلاعات بیشتر در مورد این نوع جوشکاری به مقاله “جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ یا GMAW چیست ؟“ مراجعه کنید.
جوشکاری قوس الکتریکی زیر پودری (SAW)
در جوشکاری به روش قوس الکتریکی زیر پودری که به روش خودکار انجام میشود، از ماده محافظت کننده جوش که پودر است، برروی درز ریخته میشود و پس از آن قوس الکتریکی توسط الکترود لخت و زیر پودر برقرار میشود.
برای آشنایی بیشتر با این روش جوشکاری به مقاله “جوشکاری زیر پودری یا SAW چیست؟“ مراجعه کنید.
جوشکاری قوس گاز تنگستن (GTAW)
در آخرین مورد از انواع قوس الکتریکی در جوشکاری به گاز تنگستن می‌رسیم. در این حالت از جوشکاری یک قطب جریان به قطعه کار متصل شده و قطب دیگر جریان به یک تنگستن متصل میشود.
قوس الکتریکی بین الکترود تنگستن و قطعه کار برقرار شده، فضای قوس و الکترود سرخ شده و حوضچه مذاب فلز پایه با استفاده از گاز خنثی در برابر اکسیدشدگی محافظت میشود.
عوامل مهم در جوشکاری قوسی
در ادامه فرایند این نوع جوشکاری به عوامل مؤثر می‌رسیم. موارد مهمی وجود دارند که بر کیفیت جوش بسیار مؤثر هستند. برای داشتن یک جوش خوب باید هر کدام از این عوامل با نوع کار و وسایل مورد استفاده هماهنگ شوند. این عوامل عبارتند از:
شدت جریان
شدت جریان قوس متناسب با قطر الکترود مصرفی بوده و هر چه قدر قطر الکترود بیشتر باشد، جریان مصرفی بیشتر خواهد بود. همیشه باید به میزان آمپری که سازنده الکترود پیشنهاد کرده، توجه کرد.
ولتاژ، قابلیت تشکیل و تدوام قوس الکتریکی را مشخص کرده و میزان پایداری یا دوام آن را مشخص می‌کند. در صورتی که ولتاژ زیاد باشد، طول قوس بلند بوده و ممکن است موجب انحراف قوس شود.
در صورتی که ولتاژ کم باشد، طول قوس خیلی کوچک بوده و برقراری قوس بسیار مشکل است.
طول قوس
زمانی که قوس برقرار و جوشکاری شروع شد، مقدار آمپری که از مدار جوشکاری عبور می‌کند به شدت جریان جوشکاری معروف است. جریان قوس متناوب با قطر الکترود مصرفی روی ماشین جوشکاری میزان میشود.
۱) در جوشکاری با الکترودهای روکش دار استاندارد، عدد آمپر به طور تقریبی با عدد قطر بر اساس هزارم اینچ برابر است. بنابراین الکترود به قطر ۳٫۲۵ میلی‌متر یا یک هشتم اینچ که برابر با ۰٫۱۲۵ اینچ است، با ۱۲۵ آمپر خوب کار می‌کند.
نکته بسیار مهم اینکه زمانی که صحبت از قطر میشود، منظور قطر سیم مغزه است، نه قطر روکش الکترود.
۲) طول قوس، فاصله بین سر الکترود تا سطح قطعه مورد جوشکاری به هنگام برقراری قوس است. طول قوس با ولتاژ دو سر قوس رابطه مستقیم دارد، یعنی باید برای دو برابر کردن طول قوس، ولتاژ را دو برابر کرد.
به طور تجربی می‌توان گفت که به ازای هر یک شانزدهم اینچ، طول قوس ۱۰ ولت بین دو سر قوس لازم است. برای هر یک میلی‌متر قوس، تقریباً ۶٫۳ ولت لازم است. یک قاعده کلی می‌گوید طول قوس باید قدری کمتر از قطر الکترود مصرفی باشد.
مثلاً برای الکترودی به قطر ۴ میلی‌متر، طول قوس بین ۳ تا ۴ میلی‌متر و ولتاژ ۲۰ تا ۲۲ ولت مناسب است.
معمولاً برای جوشکاری اندازه‌گیری دقیق طول قوس هنگام جوشکاری مقدور نیست، اما جوشکار می‌تواند با گوش دادن به صدای قوس یا تمرین، طول قوس مناسب را برقرار کند.
سرعت پیشروی
در ادامه توضیح جوشکاری قوس الکتریکی به سرعت پیشروی آن می‌رسیم.
سرعت پیشروی قوس با ضخامت فلز مورد جوشکاری، مقدار جریان و اندازه، شکل یا گرده دل‌خواه جوش تغییر خواهد کرد.
به طور کلی سرعت پیشروی مناسب عبارت است از سرعتی که در اجرای یک جوش تک پاسه ساده با طول قوس ثابت، حوضچه مذاب تشکیل شده دو برابر قطر الکترود باشد.
زاویه الکترود
در جوشکاری ورق حالت مسطح (حالت تخت)، الکترود باید عمود بر ورق باشد و در حالت‌های دیگر بهتر است الکترود زاویه موجود جوشکاری را نصف کند.
معمولاً انحراف تا ۱۵ درجه از آنچه گفته شد، اشکالی ندارد. محدوده زوایای مناسب جوشکاری در وضعیت‌های مختلف جوشکاری در آئین‌نامه جوشکاری ساختمانی ایران آمده است.
برای مطالعه بیشتر در مورد انواع وضعیت‌های جوشکاری به مقاله “انواع وضعیت جوشکاری لوله و صفحات از صفر تا صد“ حتما سر بزنید.
امیدواریم در پایان این مقاله به جواب تمام سوال‌های خود در مورد انواع روش های جوشکاری قوس الکتریکی و انواع آن رسیده باشید و از اینکه تا پایان مقاله با ما همراه بودید، تشکر می‌کنیم. نظرات و تجربیات خود را در مورد این مقاله با ما به اشتراک بگذارید.
