مجله لوریس تولز

۰ تا ۱۰۰ جوشکاری CO2 (جوشکاری با گاز محافظ)

تورچ CO2

فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW) و جوشکاری CO2

 

فرآیند جوشکاری با گاز محافظ یا GMAW که مخفف عبارت انگلیسی Gas Metal Arc Welding است، فرآیندی است که گرما توسط قوس بین الکترود و قطعه کار بوجود می‌آید. نام عامیانه این فرآیند جوشکاری، جوشکاری CO2 است که در ادامه علت انتخاب این نام را توضیح می‌دهیم و خواهیم گفت که این نام، جایگزین مناسبی برای فرآیند جوشکاری GMAW نیست. در این فرآیند الکترود یک سیم جوش توپر است که پیوسته به محل جوش تغذیه شده و مصرف می‌شود. وظیفه حفاظت از حوضچه مذاب جوش و حتی قسمتی از فلز مبنا که نزدیک محل ذوب است در حین جوشکاری توسط یک گاز یا ترکیب گاز انجام می‌گیرد که به آن گاز محافظ گفته می‌شود.

در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ، گاز محافظ باید یک حفاظت کامل و خوب را انجام دهد زیرا اگر حتی مقدار جزئی اتمسفر وارد حوضچه مذاب شود، سبب آلوده شدن فلز جوش و بروز عیوب جوش خواهد شد.

فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (جوشکاری CO2) شامل دو نوع اتوماتیک و نیمه اتوماتیک است که در هر دو اندازه طول قوس و سرعت تغذیه الکترود به صورت اتوماتیک است و در نوع اتوماتیک آن علاوه بر این، سرعت حرکت تورچ و حالت قرار گرفتن تورچ نسبت به درز جوش نیز ثابت است و در نوع نیمه اتوماتیک آن سرعت حرکت تورچ و حالت آن بسته به مهارت جوشکار دارد.

تفاوت جوشکاری میگ با جوشکاری مَگ در چیست؟

تفاوت جوشکاری میگ با جوشکاری مَگ در نوع گاز محافظ آن است؛ در جوشکاری مَگ از نوع گاز محافظ فعال مانند گاز CO2 یا ترکیب گاز خنثی با گاز CO2 استفاده می‌شود. همانطور که اشاره شد جوشکاری مَگ (MAG) مخفف کلمه انگلیسی Metal Active Gas است که معنای Active Gas گاز فعال می‌باشد.

جوشکاری میگ از نوع گاز محافظ خنثی مانند هلیوم و آرگون استفاده می‌شود، جوشکاری میگ (MIG) که مخفف کلمه انگلیسی Metal Inert Gas است که معنای Inert Gas گاز خنثی می‌باشد.

جوشکاری میگ نسبت به جوشکاری مَگ کیفیت بیشتری دارد، اما قیمت آن بیشتر می‌باشد، برای همین منظور در مصارف عمومی مانند جوشکاری فولاد‌های ساختمانی از گاز میکس CO2 با آرگون استفاده می‌شود، که توازن مناسبی از کیفیت خوب و قیمت پائین را دارد.

قیمت تورچ آرگون

ارتباط جوشکاری میگ و مَگ با جوشکاری GMAW

فرآیند جوشکاری با گاز محافظ در سال ۱۹۴۸ میلادی در ایالات متحده بوجود آمد و در آن زمان این فرآیند را میگ (MIG) که از سر واژه عبارت انگلیسی Metal Inert Gas برگرفته شده است نام‌گذاری کردند. فرآیند جوشکاری میگ، جوشکاری با الکترود مصرفی شدنی فلزی و گاز محافظ خنثی نامیده می‌شد و توسط گاز‌های خنثی هلیم و آرگون برای جوشکاری آلومینیوم به کار می‌رفت. سپس این فرآیند در سال ۱۹۵۳ برای جوشکاری فولاد توسط گاز CO2 به کار رفت و از آنجایی که گاز CO2 خنثی نبود نام آن را جوشکاری مَگ (MAG) که از سر واژه عبارت انگلیسی Metal Active Gas برگرفته شده است نام‌گذاری کردند.

در نهایت در سال ۱۹۷۳ میلادی از ترکیب دو نوع فرآیند MIG و MAG نام جوشکاری قوسی فلزی با گاز محافظ (GMAW) را برای کل فرآیند نام‌گذاری شد.

کاربرد تورچ CO2

 

روش‌های انتقال فلز پرکننده به حوضچه مذاب جوش در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW)

روش‌های انتقال فلز پرکننده به حوضچه مذاب جوش در فرآیند جوشکاری GMAW که از این به بعد به طور اختصار تحت نام انتقال فلز گفته می‌شود به سه طریق انجام می‌گیرد:

١- انتقال فلز به صورت اتصال کوتاه Short Circuit Metal Transfer

۲- انتقال فلز به صورت گلبولی یا گلبولی یا گلوله‌ایی Globular Transfer

۳- انتقال فلز به صورت اسپری Spray Transfer

شناخت نوع انتقال فلز پرکننده به حوضچه مذاب در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW)، بسیار حائز اهمیت است چرا که اگر با توجه به هندسه و ضخامت قطعه و دیگر پارامتر‌ها نوع انتقال فلز پرکننده مناسب انتخاب نشود احتمال به وجود آمدن عیوب جوش در دوباره کاری برای برطرف کردن عیب و جوشکاری مجدد سبب صرف انرژی و هزینه زیاد خواهد شد.

تورچ پلاسما چیست؟

۱) انتقال فلز به صورت اتصال کوتاه در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW)

انتقال فلز به صورت اتصال کوتاه یا Short Circuit Metal Transfer، که با نام GMAW-S شناخته می‌شود انتقال فلز پر‌کننده به حوضچه مذاب به صورت یکنواخت انجام می‌شود.

این نوع انتقال فلز در فرآیند جوشکاری GMAW وقتی به وجود می‌آید که مقدار شدت جریان و ولتاژ را از معمول خود خیلی پائین‌تر انتخاب کنند در این حالت وقتی الکترود با حوضچه مذاب برخورد می‌کند این پدیده رخ می‌دهد یعنی وقتی الکترود با حوضچه مذاب تماس پیدا کرد یا در آن غوطه ور شد برای لحظه‌ای یک اتصال کوتاه بوجود می‌آید و در این زمان مقدار شدت جریان به خاطر اتصال کوتاه به حداکثر مقدار خود خواهد رسید و باعث می‌شود که فشار آن باعث عقب رفتن مذاب شده و اتصال کوتاه از بین برود و مجدداً قطره مذاب بعدی از نوع الکترود به سمت حوضچه مذاب جوش ته نشین شود. به این روش علاوه بر روش اتصال کوتاه انتقال فلز غوطه وری یا قوس کوتاه نیز می‌گویند. در شکل زیر، انتقال فلز به صورت اتصال کوتاه نمایش داده شده است.

مزیت اصلی روش اتصال کوتاه این است که حرارت ورودی کمی را به فلز مبنا وارد می‌کند لذا برای جوشکاری قطعات نازک تا حدود ۵ میلیمتر مناسب است. از این روش برای جوشکاری لوله در وضعیتی که پخ V شکل به همراه گپ استفاده شده است زیاد استفاده می‌شود. چون گرمای ورودی جوش در این روش کم است در صورتی که جوشکار مهارت کافی نداشته باشد می‌تواند سبب بروز عیب ذوب و نفوذ ناقص جوش بشود. از وضعیت انتقال فلز به صورت اتصال کوتاه می‌توان برای اجرای تکنیک لایه واسطه (Buttering) در جوشکاری تمپربید و جوشکاری فولادهای کروم مولیبدن دار که به ترک خوردگی باز گرمی حساس هستند می‌توان استفاده کرد.

۲) انتقال فلز به صورت گلبولی (گلوله‌ای) در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW)

انتقال فلز به صورت گلبولی یا Globular Transfer یک روش انتقال فلز است که در این روش اندازه قطر قطرات مذاب بزرگ و مساوی ۲ الی ۳ برابر قطر الكترود مصرفی است. هم چنین قطرات بزرگ می‌توانند در یک لحظه هم با حوضچه مذاب جوش و هم با نوک الکترود در تماس باشد و اتصال کوتاه به وجود آید که این اتصالات کوتاه تناوبی خود باعث پاشش مذاب و جرقه زیاد می‌شوند. مسأله‌ی دیگری که در انتقال فلز به صورت گلبولی وجود دارد این است که این قطرات می‌توانند بجای این که در مسیر نوک سیم جوش قرار بگیرند با طرفین منحرف شوند.

تا دهه ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ میلادی این روش علارغم اینکه پاشش جرقه زیادی به همراه داشت به علت نرخ بازهی و رسوب زیاد به عنوان یک روش متداول در جوشکاری مورد استفاده قرار می‌گرفت اما امروزه این روش کمتر متداول است و با روش GMAW-P که قوس پایدارتر و جرقه کمتری ایجاد می‌کند جایگزین شده است.

آشنایی با سرپیک جوشکاری

۳) انتقال فلز به صورت اسپری در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW)

انتقال فلز به صورت اسپری یا Spray Transfer در وضعیتی به وجود می‌آید که اندازه قطرات مذاب از قطر الكترود مصرفی کوچکتر شود و به صورت بخار درآید.

در این نوع پاشش خیلی کمتر بوده و مقدار شدت جریان و ولتاژ باید از بازه معمول خود بیشتر باشد. چون در این روش، پاشش جرقه و مذاب کم و قوس پایدار است، برای اکثر کاربرد‌های فرآیند جوشکاری GMAW پیشنهاد می‌شود. برای ایجاد این روش نیاز به گاز محافظ خنثی زیاد می‌باشد.با افزایش شدت جریان، انتقال گلبولی به انتقال اسپری تبدیل می‌شود و بنابراین نوع انتقال همانند نمودار زیر تابع مقدار شدت جریان است، و در بالاترین مقدار بازه انتقال قبلی انجام می‌گیرد. به نوع اصلاح شده انتقال اسپری، GMAW-P گفته می‌شود که یک روش مناسب برای جوشکاری آلومینیوم و جوشکاری فولاد زنگ نزن است.

چه زمانی نباید از انتقال فلز به صورت اسپری استفاده کرد؟

برای جوشکاری مواد خیلی نازک روش انتقال اسپری مناسب نیست، زیرا در این روش باید از شدت جریان‌های بالا استفاده کرد که موجب بالا رفتن انرژی جوش می‌شود و برای مواد خیلی نازک مضر بوده و حتی باعث برش آن می‌شود. این مشکل را می‌توان توسط استفاده از روش انتقال اسپری ضربانی برطرف نمود.

در روش انتقال اسپری ضربانی یا به انگلیسی High Frequency Pulsed Gas Metal Arc Welding که با نام GMAW-P شناخته می‌شود در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW)، منبع قدرت باعث ایجاد شدت جریان به صورت مربعی شده که دارای یک مقدار حداقل و یک مقدار حداکثر جریان است. در این روش با حداقل جریان یک میدان نوسانی بالا، انتقال لازم برای انتقال اسپری فراهم می‌شود. در هر حال یک قطره تولید و انتقال می‌یابد.

سطح انرژی قوس توسط فرکانس و میدان نوسان پالس‌ها کنترل می‌شود و توسط تغییر این دو پارامتر می‌توان به یک کیفیت مناسب برای انتقال اسپری برای جوشکاری مواد خیلی نازک و ورقه‌ای رسید.

تجهیزات فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW) و جوشکاری CO2

۱) منبع قدرت در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ

۲) دستگاه تغذیه در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ

۳) تورچ دستگاه در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ

۴) الكترود یا سیم جوش توپر

۵) منبع تغذیه گاز محافظ

۶) کابل‌های جوشکاری فرآیند جوشکاری با گاز محافظ

 

 

تورچ CO2

۱) منبع قدرت اصلی و سیم تغذیه‌کننده در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW)

در فرآیند جوشکاری GMAW و جوشکاری CO2، بیشتر از جریان مستقیم با قطب معکوس (الکترود مثبت) استفاده می‌شود. نوع منبع قدرت می‌تواند هم ژنراتور و هم ترانسفورماتور و رکتی فایر باشد. که نوع رکتی فایر و اینورتر بسیار بهتر از تراسفورماتور است، در مقاله «تفاوت‌های دستگاه جوش تراسفورماتور، رکتی فایر و اینورتر» تفاوت و مزیت‌های هر کدام از آن‌ها بررسی شده است.

منبع قدرت در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ باید از نوع منبع قدرت با ولتاژ ثابت (CV) باشد که علت آن را در مقاله انتخاب بین دستگاه جوشکاری ولتاژ ثابت و آمپر ثابت توضیح دادیم.

برای جوشکاری نیاز به منبع قدرت با ولتاژ ثابت و یک سرعت تغذیه شونده سیم جوش یا الکترود نیاز است. هم چنین باید بتوان از الکترود با قطر‌های مختلف استفاده نمود و مقدار شدت جریان برای هر قطر مخصوص الكترود توسط شرکت سازنده مشخص می‌شود.

انواع منبع قدرت در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW)

الف) منبع قدرت ولتاژ ثابت با پالس ثابت

الکترود با یک سرعت ثابت تغذیه می‌شود که تنظیم و تغییر آن توسط صفحه کنترل شماره گیر و نیز پتانسیومتر نصب شده روی دستگاه انجام می‌گیرد. در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ طول قوس به صورت اتوماتیک تنظیم می‌شود، بدین صورت که جوشکار اندازه طول قوس را از حد معمول کمتر کند باعث کاهش ولتاژ می‌شود و با توجه به ثابت بودن سرعت تغذیه الکترود منبع قدرت به طور سریع یک جریان بالاتر ارسال می‌کند تا نرخ ذوب الكترود بیشتر شده و مجدداً طول قوس و ولتاژ به اندازه قبلی خود برگردد.

در منبع قدرت با ولتاژ ثابت، یک تغییر کوچک در ولتاژ باعث یک تغییر بزرگ در شدت جریان می‌شود.

ب) منبع قدرت جریان ثابت با ولتاژ قوس ثابت

در این روش در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ چنانچه طول قوس و ولتاژ هم مانند یک اتصال کوتاه کاهش یابد در این هنگام منبع قدرت کمی شدت جریان را افزایش می‌دهد. هم چنین یک تغییر کوچک در ولتاژ، باعث یک تغییر کوچک در شدت جریان می‌شود که این توسط دستگاه اتوماتیک تنظیم می‌شود.

۲) سیستم تغذیه الکترود در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW)

اجزاء اصلی یک سیستم تغذیه الکترود در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW) شامل قرقره الكترود، چرخ‌های راننده، راهنما‌های ورودی و خروجی، شلنگ‌ها، تورچ جوشکاری و موتور تغذیه‌کننده الکترود است.

دستگاه تغذیه الکترود که می‌تواند شامل منبع قدرت با ولتاژ ثابت (CV) و نیز جریان ثابت (CC) باشد.

موتور تغذیه الکترود در فرآیند جوشکاری GMAW به چرخ راننده وصل شده است که این چرخ‌های راننده، الکترود را از قرقره الکترود دریافت کرده و توسط فشار به طرف راهنما خروجی، کابل و تورچ ارسال می‌نماید. اندازه راهنما‌ها و شیار آن‌ها باید با قطر الکترود عبوری همخوانی داشته باشد و نیز باید از کمانه کردن الکترود جلوگیری کنند. تعداد این چرخ‌ها می‌تواند یک، دو یا چهار چرخ باشد.

۳) تورچ دستگاه در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW)

تورچ دستگاه در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW) وظیفه هدایت سیم جوش به حوضچه مذاب را دارد، و با فشردن اهرم روی تورچ سیم جوش به بیرون هدایت می‌شود.

تورچ دستگاه GMAW در دو مدل آب خنک و هوا خنک تولید می‌شود، که نمونه آب خنک با دارا بودن قابلیت جوشکاری در مدت زمان طولانی‌تر برای جوشکاری در مدت زمان طولانی مناسب‌تر از نمونه هوا خنک می‌باشد.

تورچ‌های آب خنک برای جریان‌های بیشتر از ۳۵۰ آمپر و با سیکل کاری (چرخه کاری) بیشتر از %۴۰ می‌توانند استفاده شوند در حالی که تورچ‌های هوا خنک برای جریانی حدود ۳۵۰ آمپر و با سیکل کاری کمتر از %۴۰ مورد استفاده قرار می‌گیرند.

۴) سیم جوش فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW)

سیم جوش‌های مورد استفاده در فرآیند جوشکاری میگ MIG و فرآیند جوشکاری مَگ MAG برای جوشکاری روی فولاد‌های بدون آلیاژ و فولاد‌های آلیاژی قبلاً با استاندارد ۸۵۵۹ DIN مشخص می‌شد ولی امروزه در استاندارد جدید اروپا با استاندارد EN ۴۴۰ و AWS/ASME SFA ۵.۱۸ دسته‌بندی شده است.

روکش مسی در این نوع از الکترود‌ها (سیم جوش‌ها) برای دو منظور استفاده می‌شود:

۱) از اکسید شدن سیم جلوگیری می‌کند.
۲) به هدایت بهتر جریان برق نیز کمک می‌کند.

این سیم‌ها به عنوان سیم مس‌وار نیز معرفی می‌گردند که روکش آن‌ها مس و مغزی سیم از جنس فولاد نرم است که در آنالیز سیم موادی چون کربن، سیلیسیم، منگنز، فسفر، گوگرد، مس، زیرکونیم و… وجود دارند.

این سیم جوش‌ها دارای قابلیت بارگذاری بالا و رسوب رقیق در تشکیل فلز جوش می‌باشند. از این سیم جوش‌ها مدت هاست که در جوشکاری‌های تمام خودکار و با نیمه خودکار و مخصوصاً در پاس ریشه و همچنین در جوشکاری لوله استفاده می‌شود.

سیم جوش‌های GMAW، با توجه به ترکیبات شیمیایی آن برای جوشکاری فولاد‌های بدون آلیاژ و کم آلیاژ عرضه شده‌اند. همچنین در بازار انواع دیگر آن برای جوشکاری فولاد‌های زنگ نزن و جوشکاری فولاد‌های نیکل دار و سایر فلزات مانند آلومینوم موجود می‌باشد.

سیم جوش‌ها در قطر‌های پر مصرف ۰/۰۲۳ اینچ (۰/۶ میلی‌متر)، ۰/۰۳۰ اینچ (۰/۸ میلی‌متر)، ۰/۰۳۵ اینچ (۰/۹ میلی‌متر) و ۰/۰۴۵ اینچ (۱/۲ میلی‌متر)، عرضه می‌شوند. البته تا قطر‌های بیشتر ۲ میلی‌متر هم این سیم جوش‌ها تولید شده‌اند.

خرید لوازم مانومتر

نحوه نام‌گذاری سیم جوش‌های جوشکاری GMAW و جوشکاری CO2

نحوه نام‌گذاری سیم جوش‌های جوشکاری GMAW، جوشکاری CO2 و جوشکاری توپودری از یک الگوی مشابه با فرمت ER-XX-XX-X استفاده می‌شود. برای مثال در سیم جوش‌های ER۷۰S-۶ که برای جوشکاری GMAW استفاده می‌شوند، عدد ۷۰ معرف استحکام کششی نهایی (Ultimate Tensile Strength) برحسب هزار پوند بر اینچ مربع یا KSI و S به معنای توپر است. در سیم جوش‌های ER۷۰TS-۶ عدد ۷۰ استحکام کششی نهایی برحسب هزار پوند بر اینچ مربع یا KSI و TS به معنای سیم توپودری است که در فرآیند جوشکاری توپودری FCAW استفاده می‌شود. عدد انتهایی نام گذاری سیم جوش نشان دهنده ترکیبات شیمیایی آن و مواد جلوگیری کننده از اکسید شدن فلز جوش که در آن وجود دارد، می‌باشد.

تفاوت اصلی عدد ۳، ۴ و ۶ در مقدار وجود منگنز و سیلیسیم موجود در آن است. سیم جوش با عدد ۶ حاوی بالاترین درصد مقدار منگنز و سیلیسیم می‌باشد.

در سیم جوش با عدد انتهایی ۲ سایر عناصر مانند: تیتانیوم، زیرکونیوم و آلومینیوم به غیر از منگنز و سیلیسیم در آن موجود می‌باشد که سبب بهبود خواص جوش و جلوگیری از اکسید شدن آن می‌شود.

ویژگی سیم جوش ER۷۰S-۶ عبارت است از:

۱- دارای بالاترین ترکیب سیلیسیم و منگنز

۲- دارای نمای جوش زیبا و جرقه کم سیم جوش در قطر‌های ۰/۸، ۱، ۱/۲، ۱/۴، ۱/۶ و… جهت مصرف عرضه می‌گردند.

۳- امكان جوشکاری با گاز محافظ CO2 تنها

۴- امکان ارائه جوش با کیفیت بیشتر بر روی سطوح دارای کثیفی و زنگ زدگی

۵- ایجاد فلز جوش با شکل‌پذیری (Ductility) بیشتر

آیا تغییر از ER۷۰S-۶ به ER۷۰S-۳ طبق ASME IX مجاز است؟

در مقاله جداگانه در مورد تعیین دستور العمل جوشکاری WPS و تائید آن PQR صحبت شده است. بدیهی است که در هر فرآیند جوشکاری، اگر متغیر‌های تأثیر‌گذار آن فرآیند با آزمایش نمونه تغییر کنند نتیجه WPS از درجه اعتبار ساقط است.
در مقاله «آشنایی با P نامبر، F نامبر و A نامبر در WPS جوشکاری» اشاره شد که کد ASME IX برای کاهش تعداد نمونه‌های تائید WPS ملاحظاتی را در نظر گرفته است که در صورت قرار گرفتن ترکیب شیمیایی در یک گروه در صورتی که نتیجه تست چقرمگی شکست یکسان باشد می‌توان نسبت به تغییر سیم جوش اقدام کرد. F نامبر و A نامبر در سیم جوش‌های ER۷۰S-۶ و ER۷۰S-۳ مشابه است اما نتیجه چقرمگی شکست نمونه جوشکاری شده با ER۷۰S-۳ برابر ۲۷ ژول در دمای ۲۰- °C است در حالی که نتیجه ER۷۰S-۶ برابر ۲۷ ژول در دمای ۳۰- °C است. بنابراین، اگر WPS تائید شده برای ER۷۰S-۶ باشد، مجاز به استفاده از آن با ER۷۰S-۳ نیستید. اما اگر WPS با ER۷۰S-۳ باشد، می‌توانید از ER۷۰S-۶ بدون نیاز به تائید مجدد استفاده از آن مجاز است.

۵) منبع تغذیه گاز محافظ در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW)

منبع تغذیه گاز محافظ در فرآیند جوشکاری GMAW، کپسول گاز محافظ می‌باشد که با استفاده از رابط به دستگاه متصل شده است. منبع تغذیه گاز دارای رگلاتور تنظیم فشار گاز می‌باشد که اپراتور جوشکاری باید آن را قبل از جوشکاری فشار گاز محافظ تنظیم کند. بر روی کپسول گاز محافظ دو فشار سنچ نصب شده است که یکی فشار داخل کپسول را نشان می‌دهد و دیگری فشار گاز خروجی را نشان می‌دهد.

۶) کابل برق دستگاه جوشکاری گاز محافظ

کابل برق دستگاه جوشکاری گاز محافظ، برای رساندن جریان الکتریسیته به دستگاه مورد استفاده قرار می‌گیرد، و باید از نظر قدرت کشش جریان برق به نحوی تهیه شده باشد که بتوانند جریان لازم برای انجام جوشکاری را فراهم کند.

کابل‌های جوشکاری شامل کابل اتصال که به فلز مبنا وصل می‌شوند و کابل جوشکاری که به انبر جوشکاری (تورچ جوشکاری) وصل می‌شود.

سیکل تناوب در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW) یا جوشکاری CO2

زمان کار کرد خروجی منابع قدرت جوشکاری مخصوصاً از نوع دستی ۱۰۰٪ نمی‌باشد زیرا باعث گرم شدن زیاد دستگاه می‌شود. زمان کلی که در نرخ خروجی دستگاه، می‌توان دستگاه کار کند را سیکل تناوب (سیکل کاری یا چرخه کاری) گویند. برای مثال یک دستگاه با سیکل نامتناوب ۶۰٪ که معمولاً در صنعت کاربرد دارد بدین معنی است که در هر ۱۰ دقیقه تنها ۶ دقیقه از دستگاه فعالیت (انجام جوشکاری) گرفته شده است و لذا در ۴ دقیقه دیگر فن دستگاه به خنک شدنش کمک می‌کند.

همچنین در یک دستگاه با سیکل تناوبی ۶۰٪ نمی‌توان در یک ساعت بیش ۳۶ دقیقه از آن بار کشید. چنانچه یک دستگاه به پیوسته کار کند دارای یک سیکل تناوبی ۱۰۰٪ می‌باشد.

چنانچه دستگاه در یک شدت جریان پائین‌تر از شدت جریان خروجی‌اش کار کند می‌توان سیکل تناوبی‌اش را افزایش داد و چنانچه بالاتر از شدت جریان خروجی‌اش باشد، سیکل تناوبی آن کاهش می‌یابد.

گاز‌های محافظ در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW)

کاربرد وسیعی از گاز محافظ در فرآیند جوشکاری GMAW موجود هست. در این فرآیند انتخاب نوع گاز و اثر آن بر فرآیند با توجه به خواص فیزیکی گاز می‌باشد. همچنین می‌توان از ترکیب گاز‌ها نیز استفاده نمود بنابراین برای انتخاب گاز محافظ باید اثرات قابل توجه ترکیبات گاز را در نظر گرفت.

این اثرات عبارتند از:

اثر آن روی مشخصات انتقال فلز (مثلاً اتصال کوتاه یا گلبولی یا اسپری)

اثر روی خواص مکانیکی و اثر روی مشخصات ذوب (نفوذ) در فلز مبنا

اثرات گاز‌های مختلف در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW) و جوشکاری CO2

استفاده از گاز آرگون در فرآیند جوشکاری GMAW

آرگون یک گاز خنثی بطور کامل است و با پتانسیل یونیزاسیون کم و پایداری قوس را تسهیل می‌کند؛ بنابراین آن برای یک بازه وسیع مواد به عنوان یک گاز محافظ مناسب هست زیرا آن با هر فلز مذابی واکنش نمی‌دهد. گاز محافظ آرگون در جوشکاری آلومینیوم به جدا‌سازی لایه اکسید آن کمک می‌کند و نیز انتقال فلز را به صورت یک انتقال محوری صاف در یک شرایط قوسی اسپری انجام می‌دهد. اما استفاده از گاز محافظ آرگون تنها برای جوشکاری فولاد سبب ایجاد یک قوس ناپایدار و بریدگی کناره جوش و یک گرده جوش بد شکل می‌شود.

استفاده از گاز کربن دی‌اکسید در فرآیند جوشکاری GMAW

کربن دی‌اکسید یک گاز فعال هست که به طور شیمیایی با مواد مذاب واکنش می‌دهد لذا برای فلزات واکنش دهنده هم چون آلومینیوم مناسب نیست. گاز کربن دی‌اکسید می‌تواند در قوس تجزیه شود و اکسیژن و کربن مونوکسید آزاد کند و این می‌تواند با واکنش دادن با عناصری مانند سیلیسیم، منگنز و تیتانیوم، خواص مکانیکی فلز جوش را تضعیف کند. همچنین در گرمای قوس، کربن دی‌اکسید به کربن منواکسید و اکسیژن تجزیه می‌شود که باعث بوجود آمدن تخلخل (Porosity) می‌شود. البته وجود مقداری منگنز و سیلیسیم در فلز پرکننده می‌تواند با اکسیژن و کربن منواکسید ترکیب شده و هم کربن گرفته شده را آزاد کند و هم گاز کربن منواکسید تولید نشود. در نتیجه به دلیل واکنش شیمیایی آن، استفاده از گاز کربن دی‌اکسید به جوشکاری فولاد محدود شده است. گاز کربن دی‌اکسید، قوس نسبتاً ناپداری به خصوص در جریان‌های بالا به وجود می‌آورد.

گاز‌های محافظ در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW)

کاربرد وسیعی از گاز محافظ در فرآیند جوشکاری GMAW موجود هست. در این فرآیند انتخاب نوع گاز و اثر آن بر فرآیند با توجه به خواص فیزیکی گاز می‌باشد. همچنین می‌توان از ترکیب گاز‌ها نیز استفاده نمود بنابراین برای انتخاب گاز محافظ باید اثرات قابل توجه ترکیبات گاز را در نظر گرفت.

این اثرات عبارتند از:

اثر آن روی مشخصات انتقال فلز (مثلاً اتصال کوتاه یا گلبولی یا اسپری)

اثر روی خواص مکانیکی و اثر روی مشخصات ذوب (نفوذ) در فلز مبنا

اثرات گاز‌های مختلف در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW) و جوشکاری CO2

استفاده از گاز‌های مخلوط در فرآیند جوشکاری GMAW

استفاده از مخلوط‌های گاز محافظ در فرآیند جوشکاری با گاز محافظ (GMAW) و جوشکاری CO2 سبب ایجاد خواصی که یک مخلوط گازی متأثر از خواص تک تک اجزاء تشکیل دهنده آن است، می‌شود.

آرگون به اضافه اکسیژن، آرگون به اضافه کربن دی‌اکسید، آرگون به اضافه کربن دی‌اکسید و اکسیژن نمونه‌ایی از گاز‌های مخلوط هستند.استفاده از مخلوط گاز آرگون-اکسیژن (Ar-O2): گاز آرگون خالص برای جوشکاری GMAW مناسب نیست، زیرا سبب ایجاد قوس ناپایدار و شکل نامناسب مهره جوش می‌شود. افزودن اکسیژن کمتر از ۱% بهبود قابل توجهی در پایداری قوس می‌دهد و سبب بهبود شکل مهره‌های جوش می‌شود. مخلوط‌های حاوی ۱ تا ۲ درصد اکسیژن می‌تواند سبب ایجاد انتقال پالس اسپری شود و پایداری قوس را فراهم کند اما مقدار نفوذ با با افزودن اکسیژن بهبود نمی‌یابد. افزایش درصد اکسیژن بیش از ۸ درصد سبب اکسید شدن فلز جوش خواهد شد که غیر قابل قبول است.

استفاده از مخلوط گاز آرگون-کربن دی‌اکسید (Ar-CO2): اضافه نمودن ۲۰-۵% CO2 باعث پایداری قوس می‌شود و مقدار ته نشین شدن سرباره افزایش می‌یابد. البته اگر مقدار CO2 از ۲۲% بیشتر شود انتقال اسپری بوجود نمی‌آید. مخلوط گازی با ۲۵% CO2 و ۷۵% Ar انتقال اسپری بوجود نمی‌آید اما انتقال گلبولی مناسب وجود دارد بنابراین از این مخلوط گازی می‌توان برای اتصال کوتاه برای مواد نازک استفاده نمود. همچنین افزایش بیش از ۲۵% CO2، پایداری قوس کاهش می‌دهد.

استفاده از مخلوط گاز آرگون-کربن دی‌اکسید-اکسیژن (Ar-CO2-O2): اضافه نمودن هر دو گاز CO2 و O2 به آرگون، شکل گرده جوش را خوب می‌کند و مشخصات ذوب را بهبود می‌بخشد.

تنظیم پارامتر‌های صحیح برای جوشکاری GMAW (جوشکاری CO2)

ایجاد یک جوش صحیح و قابل قبول با استفاده جوشکاری CO2، نیازمند تنظیم درست و اصولی پارامتر‌های آن است. در غیر این صورت بروز عیوب جوش مانند: تخلخل (Porosity)، بریدگی کناره جوش (Under Cut)، پاشیدگی (Spatter) و غیره شایع است.
آنچه که در ادامه بررسی می‌شود مجموعه توصیه‌هایی است که در دفترچه راهنمای شرکت Miller، آمده است. باید توجه داشت در دفترچه راهنمای فوق اعداد برحسب واحد‌های آمریکایی (اینچ، پوند و غیره) آمده است که تبدیل آن برحسب سیستم متریک در این مقاله آمده است.
۱) ضخامت فلز پایه میزان جریان مورد نیاز را تعیین می‌کند. به عنوان یک دستورالعمل، هر ۰/۰۰۱ اینچ ضخامت مواد به ۱ آمپر خروجی نیاز دارد. به عنوان مثال برای هر ۳ میلیمتر تقریباً ۱۲۰ آمپر، جریان نیاز است.
۲) اندازه قطر سیم مناسب با توجه به جریان انتخاب می‌شود. از آنجایی که قطر سیم دائماً قابل تغییر نیست باید با توجه بیشترین مصرف، باید انتخاب شود.
۳۰-۱۳۰ آمپر: ۰/۶ میلی‌متر
۴۰-۱۴۵ آمپر: ۰/۸ میلی‌متر
۵۰-۱۸۰ آمپر: ۰/۹ میلی‌متر
۷۵-۲۵۰ آمپر: ۱/۲ میلی‌متر

۳) تنظیم ولتاژ با بررسی وضعیت قوس انجام می‌شود. برای تنظیم ولتاژ قوس ابتدا ولتاژ را به تدریج کم کنید تا قوس ضعیف شود و سپس ولتاژ را زیاد کنید تا قوس به وضعیت ناپایدار در آید. در نتیجه ولتاژ مناسب مقداری بین این دو است.

۴) سرعت تغذیه سیم را تنظیم کنید. سرعت تغذیه سیم، میزان نفوذ جوش را کنترل می‌کند. سرعت‌های بالا و پائین هر دو سبب ایجاد عیب در جوش خواهند شد. سرعت تغذیه سیم با توجه به قطر سیم جوش می باشد و برای قطر‌های کم مقدار بالاتر و برای قطر‌های زیاد مقدار کمتر پیشنهاد شده است. محدود سرعت تغذیه سیم بین ۳ تا ۱۲ متر بر دقیقه است.

۵) فاصله بین نازل و قطعه کار مناسب باشد. به فاصله بین محل ظاهر شدن سیم جوش و قطعه کار به انگلیسی Contact Tip to Work Distance گفته می‌شود که اختصاراً با نام CTWD شناخته می‌شود. در مراجع مرتبط، فاصله مناسب CTWD را بین ۱۶ تا ۲۵ میلیمتر ذکر کرده‌اند.

بررسی جوش با پارامتر‌های تنظیم شده در جوشکاری GMAW (جوشکاری CO2)

بررسی جوش با پارامتر‌های تنظیم شده، مشخص می‌کند که کدام یک از پارمتر‌های دستگاه باید دوباره تنظیم شود.
۱) ایجاد تخلخل (Porosity): ایجاد تخلخل، ناشی از عدم تغذیه کافی گاز محافظ به حوضچه جوشکاری است. برای رفع این مشکل باید از تنظیم صحیح رگلاتور گاز محافظ مطمئن شد. مقدار توصیه شده برای دبی خروجی گاز ۱ تا ۱/۵ متر مکعب بر ساعت (m³/h) است. همچنین از تمیز بود نوک نازل جوشکاری که محل خروج گاز است مطمئن شوید و هر از چند گاه آن را تمیز کنید. در نظر گرفتن فاصله زیاد CTWD، بیش از ۲۵ میلیمتر نیز می‌تواند علت ایجاد تخلخل باشد.
۲) ایجاد پاشش بیش از حد (Excessive Spatter): ولتاژ کم در حالت جوشکاری GMAW-P و جریان ناکافی یا طول قوس بلند موجب ایجاد این مشکل می‌شود.
۳) بریدگی کناره جوش (Undercut): ولتاژ زیاد در حالت جوشکاری GMAW-P و زاویه ناکافی نازل جوشکاری نسبت به قطعه کار و سرعت زیاد حرکت دست یا سرعت تغذیه کم سیم جوش می‌تواند به وجود آید.
۴) پروفیل نادرست جوش (Bead Roll & Cold Lap): زاویه نادرست نازل و جریان ناکافی می‌تواند سبب بروز این عیب شود.
۵) تحدب بیش از حد (Excessive Convexity): سرعت کم حرکت نازل و تغذیه بیش از حد سیم جوش می‌تواند سبب بروز این عیب شود.
۶) تقعر بیش از حد (Excessive Concavity): سرعت زیاد حرکت نازل و تغذیه کم سیم جوش می‌تواند سبب بروز این عیب شود.
۷) ذوب ناقص (Lack of Fusion): جریان ناکافی و زاویه نادرست نازل می‌تواند سبب بروز این عیب شود.
۸) ایجاد ساق نا برابر جوش (Unequal Leg Sizes): زاویه نادرست نازل و مونتاژ نادرست قطعه می‌تواند سبب بروز این عیب شود.

نوشته قبلی

تورچ جوشکاری چیست؟ معرفی انواع تورچ + کاربردشان

نوشته بعدی

تورچ آرگون چیست؟

دیدگاهتان را بنویسید

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

سبد خرید
ورود

هنوز حساب کاربری ندارید؟

ایجاد حساب کاربری

تماس تلفنی