welding part 1

by mahdi-farsibaf @ 2012-12-17 – 19:58:34

When first humans recognized the metals he also learned how to melt them. He tried to connect them together and learn the simple way of soldering and welding.Bracelets of gold have been found in archeological excavations that date to the period long before and their heads were welded by hammers. In old jewelry, gold particles bonded together by tree's gum and a copper salt and the mixture was burned. Because of burning of gum, copper was restored and small pieces of gold was welded . The ancient Romans used alloys for soldering that are still used in industry.Welding developed in the nineteenth century. In 1887 AD, Russian Brnadvs used coal electrode and arc welding Today, more than a hundreds of welding and cutting and soldering methods are invented and open scientific fields with numerous branches in: welding processes, design, inspection, metallurgy and .... And so many people are working in this industry.

Types of connections
In industry,each Steel Structure is made by casting parts, and machined worked parts and these components are connected in several ways, including: bolts, rivets, thorns, pins, soldering, welding.
These methods can be categorized as follows:
A - Temporary connection: screws, pins, thorns
B - semi-temporary connections: riveted, soldered
C - Constant Connection: Welding

Temporary connection: by separating the binding agent (screws, pins, thorns) base metal is not damaged.
Semi-temporary connection: by separate the binding agent (riveted, soldered) base metal is not damaged but we lost the binding agent.
Permanent link: by removing the binding agent, the binding agent and base metal both are damaged.

The advantage of a permanent connection:
1. Its strength is higher.
2. There is the possibility of sealing.
3. Is faster.
4. Require less preparation.
5. Over the time, the connection will not be loose.
Welding:
Definition: the act of bonding between atoms of two objects is called welding. This bond could be between metallic or non-metallic materials.
Welding can be done with or without heat, with or without pressure, with or without supporting material.Welding could be divided into two general categories from the point of melting:
1.Non-fusion Welding
2. Fusion welding

Aircraft Piston engine part 1

Aircraft Piston engine part 1

by mahdi-farsibaf @ 2012-12-19 – 19:59:59

Aircraft Piston engine part 1
Engine types
Normally reciprocating engine in aircraft divided to 3 groups
1 In-line engines
In this type cylinders are placed in a line up right on the crankcase or inverted under the crankcase of engine. There are usually 4 or 6 cylinders in this type

2 Opposed engines
In this type the cylinders are placed in front of each others across the body on pair

3 Radial engines
The cylinders are placed around the body in a circle in single row or double row each row has 7 or 9 cylinders in single row and 14 or 18 in double row

The major parts of aircraft reciprocating engine
1. crankcase
2. cylinder
3. piston
4. connecting rod
5. crankshaft

(figure 1-1)

Crankcase is made of aluminum alloy and house the cylinders.

Cylinder consist of cylinder head-cylinder barrel that house the spark plug bushing and valve guide and valve seat and also rocker arm supports and cooling fins
Cylinder head and barrel are connected by the method of shrink & screw

Piston is made of aluminum alloy and connect to connecting rod by piston pin

This part is consist of compression ring and oil ring

Connecting rod this part connect piston to the crankshaft
These parts are made of chrome nickel steel in the method of forging and are in 3 type
Plain type-fork and blade type- master and articulated type

Crankshaft this part change the reciprocating liner moves of piston to Rotational moves of propeller and other accessories and consist of journals – crank pin-crank cheek-counter weight and damper.

مصرف گاز محافظ – حجم گاز محافظ – انتخاب نازل گاز

800x600

مصرف گاز محافظ – حجم گاز محافظ – انتخاب نازل گاز»

مصرف گاز محافظ و دبي گاز محافظ بستگي دارد به:

-         ضخامت قعطه كار

-         فلز پايه

-         اندازه حوضچه  مذاب

-         منطقه متأثر از حرارت

-         سرعت جوشكاري

-         نحوه حركت ترچ جوشكاري

-         نوع اتصال

 

حلقه‌هاي ناشي از ناخالصي تنگستن در جوش

در محيط جوش تنگستن اثر مشابهي چون شيارهاي تيز دارد. در صورتي كه در سطح جوش قرار گيرند باعث خوردگي و پيشرفت آن خواهد بود.

تماس الكترود تنگستن داغ با حوضچه جوش

تماس الكترود تنگستن داغ با سيم جوش

جريان بيش از حد الكترود تنگستن در جريان مستقيم الكترود منفي DCSP

جريان بيش از حد الكترود تنگستن در جريان مستقيم بصورت قطبيت معكوس DCRP

 

عيوب ناشي از ناخالصي اكسيدها

قبل از جوشكاري تيگ، اكسيدها بايد توسط فرچه سيمي يا سنگ فرز مخصوص تميز گردند در آلومينيوم و آلياژهاي آن بعلت نقطه ذوب بالاي اكسيدها (2000 درجه سانتي‌گراد) اهميت زيادي دارد.

تميز نبودن درز جوش، اكسيد بودن سطح سيم‌جوش و عدم تميزكاري بعد از هر پاس

خارج نمودن انتهاي سيم‌جوش از محدوده حفاظتي گاز محافظ هنگام جوشكاري

اكسيداسيون از طرف ريشه جوش

عدم حفاظت ريشه توسط گاز محافظ بخصوص در فلزات كم‌آلياژي، آلياژي و فولاد ضد زنگ

عمل محافظت ريشه جوش با گاز محافظ

عيوب ناشي از گاز محافظ

كم بودن دبي گاز خروجي

اغتشاش و تلاطم ناشي از دبي گاز زياد

وزش باد در اطراف گاز محافظ هنگام جوشكاري

كوچك بودن نازل گاز، نازل گاز بايد حداقل 5/1 برابر پهناي سطح جوش باشد.

بلند بودن قوس با بالا بودن تورچ جوشكاري

 

علل خطاهاي عدم ذوب

زاويه پخ خيلي كوك

بزرگ بودن پاشنه ريشه جوش

كم بودن فاصله بين دو لبه در ريشه جوش

عدم ذوب لبه ها در اثر سرعت بالاي حركت تورچ عدم تمركز تورچ در مركز جوش

نادرست بودن پاس‌هاي ريشه

 

عيوب ريشه جوش

بعلت عيوبي احتمالي زياد در پاس ريشه جوشكاري تيگ، حتماً جوشكاري ريشه بايد توسط يك جوشكار كارآزموده و با تجربه انجام گيرد.

در شكل (17) عيوب مهم ريشه جوش را نشان مي‌دهد.

زاويه پخ كم ، موقع آماده‌سازي لبه‌هاي لوله زياد

فاصله در ريشه بسيار زياد يا خيلي كوچك

قرينه نبودن لبه‌هاي درز جوش

هوا

فشار گاز بيش از حد

قوس بلند

آلودگي الكترود تنگستن

جهت حركت نادرست تورچ

آمپر با سرعت پايين جوشكاري

طبقه بندی الکترود ها

800x600

طبقه‌بندي الكترودها

، الكترودهاي تنگستن برحسب تركيبات شيميايي طبقه‌بندي مي‌شوند. ملزومات الكترودهاي تنگستن در A5,12 ANSI/AWS خصوصيات الكترودهاي تنگستن و آلياژ تنگستن براي جوشكاري را در جدول (3) مشاهده مي‌كنيد.

 

 

 

(عناصري نظير اورانيوم – توريم – سريم يا كبالت 60 ) عناصري راديواكتيو هستند.

عناصر راديواكتيو عناصري هستند كه در حالت طبيعي از خود اشعه‌هاي X يا  توليد كرده و براي بدن انسان مضر مي‌باشند و به مقدار زياد و در درازمدت باعث بروز سرطان مي‌شوند.

درصد عنصر آلياژي

 

عنصر آلياژي

 

welfrom

 

Electrod

 

 

 

 

سايز الكترودها و ظرفيت جريان

سايز و محدوده جريان الكترودهاي تنگستن و تنگستن تريم‌دار[تريم يك عنصر راديواكتيو نرم و چكش‌خوار است] و قطرهاي پيشنهادي براي سربوري‌هاي گاز محافظ را در جدول (2) مشاهده نموديد. اين جدول راهنمايي مفيد در كاربردهاي خاص شامل سطوح جرياني متفاوت و انواع منابع اغذيه مي‌باشد.

استفاده از جريان‌هاي قويتر از آنچه در مورد سايز الكترود و شكل نوك الكترود توصيه شده است. باعث فرسايش و ذوب شدن تنگستن مي‌شود. ممكن است ذرات تنگستن به داخل حوضچة جوش افتاده و باعث بروز نقص در كار شوند. استفاده از جريان‌هاي بسيار ضعيف نيز سبب ناپايداري قوس مي‌شود.

لازم است براي جريان مستقيم الكترود مثبت (DCEP)، از الكترودهاي قطورتري استفاده شود تا سطح جريان مورد مصرف را ساپورت نمايد. چرا كه نوك الكترود نه تنها به خاطر تبخير الكترون‌ها خنك نمي‌شود، بلكه به خاطر ضربات الكترون‌ها، گرم نيز مي‌گردد. بطور كلي، مقدار جرياني كه الكترود مثبت مي‌تواند تحمل كندف تنها 10 درصد مقدار جرياني است كه الكترود منفي با آن كار مي‌كند.

هنگام استفاده از جريان متناوب، نوك اكترود در سيكل‌هاي منفي الكترود، خنك و در سكل‌هاي مقبت الكترود، گرم مي‌شود، لذا مقدار جرياني كه يك الكترود در جريان ac مي‌تواند انتقال دهد بين حالت الكترود مثبت (DCEP) و الكترود منفي (DCEN) قرار دارد. بطور كلي جريان DCEP 50 درصد كمتر از مقدار جريان الكترود منفي DCEN است.

 

الكترودهاي گروه EWP

الكترود خاص تنگستن (EWP)، شامل حداقل 5/99% تنگستن و بدون هرگونه آلياژ افزودني مي‌باشد. ظرفيت انتقال جريان الكترود تنگستن كمتر از الكترودهاي آلياژدار است. از الكترودهاي تنگستن  خالص بيشتر براي جوشكاري آلياژهاي منيزيم و آلومينيوم با جريان متناوب (AC) مي‌گردند. از آنها مي‌توان با جريان dc نيز استفاده كرد. اما خصوصيات استارت و پاداري قوس در الكترود تنگستن خالص، به خوبي الكترودهاي تريم‌دار، سريم‌دار[عنصر شيميايي فلزي نادر] و لانتان‌دار[عنصري فلزي نقره فام و كمياب] نيست.

 

 

 

الكترودهاي گروه EWTh

گسيل يون حرارتي (ترمويونيك) در تنگستن پس از الياژ شدن با مقداري اكسيدهاي فلزي كه نقش چنداني در كار ندارند، بهبود مي‌يابد. بنابراين، الكترودها بدون بروز هرگونه نقصي، مي‌توانند سطوح جريان بالاتر را نيز كنترل نمايند. جهت جلوگيري از بروز اشتباه در شناسايي اين الكترودها و ساير الكترودها تنگستني، آنها داراي كدبندي رنگي هستند(جدول 3)

دو نوع الكترود تنگستن تريم‌دار در بازار موجود است. لكترودهاي 1-EWTh و 2-EWTh اين الكترودها شامل 1 و 2 درصد اكسيد تريم، (تريا ₂ThO) هستند كه به نسبت مساوي در تمام طول الكترود پراكنده شده‌اند. الكترودهاي تريم دار تنگستن در بسياري جهات از الكترودهاي تنگستن خالص، بهتر هستند. ظرفيت انتقال جريان تريا ₂ThO ، 20% بالاتر، طول عمر آنها بيشتر و مقاومت در برابر جذب آلودگي و ناخالصي‌ها در آنها قويتر مي‌باشد.

در اين نوع الكترودها، استارت قوس راحت‌تر است و قوس حاصله، از قوس الكترودهاي تنگستن خالص يا زيركنيم‌دار، پايدارتر و استوارتر است. الكترودهاي 2 و 1-EWTh براي كاربردهاي DCEN طراحي شده‌اند. در طول جوشكاري، نوك اين الكترودها، تيز باقي مي‌ماند كه اين حالت مخصوصاً براي جوشكاري فواد ايده‌آل است. معمولاً از آنها در جريان متناوب (AC)، استفاده نمي‌شود، چرا كه حفظ گردي نوك الكترودها كه يكي از ضروريات جوشكاري با جريان AC است، بدون ايجاد شكاف روي الكترود ممكن نيست.

تريم، يك ماده راديواكتيوي بسيار ضعيف است. مقدار راديواكتيو موجود در اين ماده، خطري براي سلامتي انسان ندارد. اما چنانچه جوشكاري در محيطي بسته و براي مدت زماني طولاني انجام مي‌شو، بايد اقدامات پيشگيرانه مانند تهوية هوا در نظر گرفتنه شوند. كاربر بايد در رابطه با كارشناسان ايمني، مشورت نمايد.

گروه 3- EWTh گروه منسوخ شده الكترودهاي تنگستن مي‌باشد. اين الكترودها داراي قطعات طولي يا محوري شامل 0/1 تا 0/2 درصد اكسدي تريم مي‌باشند. مقدار متوسط اكسيد تريم موجود در اين الكترودها 35/0 تا 55/0 درصد است. با پيشرفت‌هايي كه در زمينة پودرهاي آهني و صنايع متالوژيكي صورت گرفت، اين نسل از الكترود، منسوخ شده است و ديگر كاربرد خاصي در صنعت ندارد.

 

الكترودهاي گروه EWCe

الكترودهاي سريم‌دار اولين بار در اوايل دهه 1920 به بازار آمريكا معرفي و بعنوان جايگزيني مناسب براي الكترودهاي تريم‌دار مطرح شدند. سريم برخلاف تريم، عنصر راديواكتيو نمي‌باشد. الكترودهاي تنگستني گروه 2-EWCe ، شامل 2 درصد اكسيد سريم (سريا ₂CeO) هستند. در مقايسه با الكترودهاي تنگستني خالص، سرعت تبخير و مصرف اين نوع الكترودها كاسته شده‌است. اين مزيت‌ها در اكسيد سريم با افزايش مقدار سريا، بهبود مي‌يايند. الكترودهاي گروه 2-EWCe با هر دو جريان AC و DC عملكرد خوبي دارند.

 

 

 

الكترودهاي گروه EWLa

الكترودهاي اين گروه، تقريباً همزمان با الكترودهاي سريم‌دار و با دليلي مشابه، يعني نداشتن عناصر راديواكتيو وارد بازار شدند. اين الكترودها شامل 1 درصد اكسيد لانتانيم (لانتا – ₃O₂La) هستند.

مزيت و خصوصيات اجرايي اين الكترودها، بسيار شبيه به الكترودهاي تنگستني سريم‌دار (گروه EWCe) هستند.

 

الكترودهاي گروه EWZr

همانطور كه در جدول 2 مشاهده نموديد، الكترودهاي زيركنيم‌دار تنگستني، شامل مقدار كمي اكسيد زيركنيم (₂ZrO) هستند. اين نوع الكترودها، داراي خصوصيات اجرايي بين خصوصيات الكترودهاي تنگستني خالص و تريم دار هستند. الكترودهاي EWZr الكترودهاي منتخب براي جوشكاري با جريان AC مي‌باشند.

اين نوع الكترود، خصوصيات مطلوب استواري قوس و انتهاي گرد الكترودهاي تنگستني خالص و ظرفيت جريان و استارت قوس مناسب الكترودهاي تنگستني تريم‌دار را يكجا دارد. اين الكترودها نسبت به الكترودهاي تنگستن خالص، در مقابل آلودگي و جذب ناخالصي‌ها مقاومت‌تر هستند و در جوشكاري با كيفيت راديوگرافيكي كه در آلودگي تنگستن جوش بايد به حداقل ميزان ممكن رسانده شود، بسيار مناسب مي‌باشند.

 

 

الكترودهاي گروه EWG

الكترودهاي گروه EWG شامل الكترودهاي آلياژداري است كه در زمره گروه‌هاي قبلي قرار نمي‌گيرند. اين الكترودها شامل مقاديري نامعين از اكسيدها يا تركيبات اكسيدي نامعين مي‌باشند. هدف از افزودن اين اكسيدها، تأثيرگذاري روي طبيعت يا خصوصيات قوس، مطابق آنچه كارخانه سازنده تعريف نموده است، مي‌باشد. سازنده بايد ماده يا مواد افزوده و كميت‌هاي اسمي اضافه شده را مشخص كند. اكنون انواع زيادي از اين نوع الكترودها بصورت تجاري در بازار موجود يا در حال پيشرفت و بهبود كيفيت مي‌باشند. اين الكترودها شامل مقاديري اكسيد تريم يا اكسيد منيزيم مي‌باشند. اين گروه الكترودهاي سريم دار يا لانتان‌دار، داراي مقاديري اكسيدهاي متفرقه را نيز در بر مي‌گيرد.

 

شكل نوك الكترد

يكي از تغييرات مهم فرآيند GTAW شكل نوك الكترود تنگستن مي‌باشد. از الكترود تنگستن با شكل‌هاي متفاوت نوك مي‌توان استفاده نمود.

در جوشكاري با جريان AC نوك الكترودهاي تنگستن خالص يا زيركنيم‌دار، گرد مي‌شود. در جوشكاري با جريان dc معمولاً الكترودهاي تنگستني لانتان‌دار سريم دار يا تريم‌دار مورد مصرف قرار مي‌گيرند. نوك اين الكترودها تخت مي‌باشد.

اشكال هندسي متفاوت نوك الكترود، روي شكل و سايز درز جوش تأثير مي‌گذارند. بطور كلي، هر چه زاويه انها بزرگتر شود، نفوذ افزايش و عرض درز جوش كاهش مي‌يابد. اگر چه ممكن است الكترودهاي نازكتر با نوك مربعي‌شكل در جوشكاري DCEN مورد مصرف قرار گيرند، اما الكترودهايي كه نوك مخروطي شكل دارند، خصوصيات اجرايي بهتري از خود نشان مي‌دهند. صرف نظر از شكل نوك الكترود، مهم است كه طرح الكترود نيز با فرآيند مورد استفاده سازگار باشد. تغيير در شكل الكترود مي‌تواند اثرات مهمي روي شكل و سايز درز جوش داشته باشد. لذا طرح نوك الكترود يك متغير مهم جوشكاري است كه بايد در روند گسترش و پيشرفت فرايندهاي جوشكاري، در نظر بوده و مورد مطالعه قرار گيرد. نوك الكترودهاي تنگستن اكثراً با گرد نمودن، سنباده‌زني يا واكنش‌هاي شيميايي مهياي كار مي‌شوند معمولاً در تمام الكترودها، يك نوك تيز و مخروطي ايجاد مي‌گردد.

 

گرد نمودن (Balling) نوك الكترود

براي جوشكاري با جريان AC (كه معمولاً با الكترودهاي تنگستن خالص يا زيركنيم‌دار انجام مي‌شود)، گرد بودن نوك الكترود مناسب كار است. قبل از استفاده در جوشكاري، نوك الكترود مي‌تواند توسط ضربه زدن روي يك بلوك مسي كه با آب خنك مي‌شود و يا ساير موادي كه مناسب جوشكاري DCEP يا AC هستند، گرد شود. جريان قوس به قدري افزايش مي‌يابد كه نوك الكترود از شدت داغي سفيد مي‌شود؛ سپس تنگستن ذوب مي‌شود و قطرات كروي كوچكي روي نوك الكترود شكل مي‌گيرند. بعد از آن جريان به تدريج ضعيف شده و قطع مي‌گردد و قطرات كروي كوچكي روي انتهاي الكترود تنگستن باقي مي‌گذارد. سايز اين قطرات نبايد از  برابر قطر الكترود تجاوز كند، و گرنه هنگاميكه ذوب شوند روي سطح كار سقوط مي‌كنند.

سنباده زني (Grinding)

براي ايجاد پايداري بهينه در قوس، سنباده‌زني الكترود تنگستن بايد در حالتي كه محور الكترود بر محور چرخ سنباده عمود است انجام شود. در طول سنباده‌زني ممكن است آلودگي يا اجسام خارج روي نوك سنباده بنشيند، لذا براي زدودن اين آلودگي‌ها بايد مقداري سنباده نگه‌داشته شود. جهت بيرون راندن گرد و غبار سنباده كه هنگام سنباده‌زني الكترودهاي تنگستن لانتان‌دار در فضاي كار منتشر مي شوند، بايد يك هود در محل نصب شود. الكترودهاي تنگستني لانتان‌دار، سريم‌دار و تريم دار به سهولت الكترودهاي تنگستن خالص يا زيركنيم‌دار، گرد نمي‌شوند. اگر از اين الكترودها در جريان AC استفاده شود، اغلب ترك مي‌خورند.

 

تغيير شكل نوك الكترود توسط واكنش‌هاي شيميايي

تيز كردن نوك الكترود به طريقة شيميايي بدين گونه صورت مي‌گيرد ؛ قسمت انتهايي الكترود كه از شدت حرارت سرخ شده است را در يك مخزن نيترات سديم غوطه‌ور مي‌كنيم. فعل و انفعالات شيميايي بين تنگستن داغ و نيترات سديم، سبب مي شود كه دور و نوك الكترود بطور يكنواخت يك شكل خورده شود. تكرار اين كار سبب ايجاد نوكي تيز در الكترود مي‌شود.

 

آلودگي الكترود

آلودگي در الكترود تنگستن بيشتر وقتي صورت مي‌گيرد كه جوشكار تصادفاً تنگستن را وارد حوضچة جوش مذاب نمايد يا الكترود تنگستن به سيم‌جوش اتصال پيدا كند. گاز محافظ نامناسب، جريان گاز ناكافي در طول جوشكاري يا بعد از خاموش شدن قوس نيز مي‌تواند سبب اكسيد شدن الكترود تنگستني گردد.

آلودگي در الكترود تنگستن بيشتر وقتي صورت مي‌گيرد كه جوشكار تصادفاً تنگستن را وارد حوضچة جوش مذاب نمايد يا الكترود تنگستن به سيم‌جوش اتصال پيدا كند. گاز محافظ نامناسب، جريان گاز ناكافي در طول جوشكاري يا بعد از خاموش شدن قوس نيز مي‌تواند سبب اكسيد شدن الكترود تنگستني گردد.

آلودگي در الكترود تنگستن بيشتر وقتي صورت مي‌گيرد كه جوشكار تصادفاً تنگستن را وارد حوضچة جوش مذاب نمايد يا با الكترود تنگستن به سيم‌جوش اتصال پيدا كند. گاز محافظ نامناسب، جريان گاز ناكافي در طول جوشكاري يا بعد از خاموش شدن قوس نيز مي‌تواند سبب اكسيد شدن الكترود تنگستني گردد.

ساير منابع آلودگي شامل بخارات فلزي حاصل از قوس، پاشش، جرقه و فوران حوضچه جوش به علت تجمع گاز و تبخير ناخالصي‌هاي سطح كار مي‌باشد. اگر انتهاي الكترود داراي آلودگي و ناخالصي باشد، روي خصوصيات قوس تأثيرات منفي خواهد گذاشت و ممكن است شاهد آلودگي جوش با تنگستن باشيم. اگر اين اتفاق افتاد، روند جوشكاري را بايد متوقف نمود و تا رسيدن به شكل مناسب، سنباده زد.

 

تغذيه‌كننده (فيدر) سيم‌جوش

از تغذيه‌كنندهاي سيم‌جوش، براي اضافه‌كردن سيم‌جوش در طول جوكاري هاي ماشيني و اتوماتيك استفاده مي‌شود. هم سيم‌هايي با درجة حرارت اتاق (سرد) و هم سيم‌هايي كه قبلاً گرم شده‌اند (داغ) مي‌توانند در حوضچة مذاب جوش تغذيه شوند. سيم سرد در لبة جلويي و سيم داغ در لبة پشتي حوضچة مذاب تغذيه مي‌شوند.

سيم سرد

سيستم تغذيه‌كننده سيم جوش سرد، سه بخش دارد:

1.      مكانيزم تغذية سيم جوش

2.      كنترل سرعت

3.      ملحقات راهنماي سيم‌جوش، جهت هدايت سيم جوش به حوضچة سيم مذاب

مكانيزم تغذيه شامل راهنماي يك موتور و چرخ دنده براي انتقال نيرو به غلطك‌هاي محرك كه سيم را فشار مي‌دهند مي‌باشد. كنترل لزوماً يك سامانه سرعت ثابت است كه ممكن است مكانيكي يا الكترونيك باشد. يك راهنماي الكترود قابل تنظيم روي دستگيره الكترود نصب مي‌شود، اين راهنما موقعيت و زاويه جوش نسبت به سطح كار و اتصال را تنظيم مي‌كند. در كاربردهاي سنگين، راهنماي سيم جوش توسط آب خنك مي‌شود و سيم‌جوش هايي با قطر 015/0 تا  اينچ (4/0 تا 4/2 ميليمتر) مورد مصرف قرار مي‌گيرند. تغذيه‌كننده‌هاي‌ مخصوصي نيز وجود دارند كه سيم‌جوش را بصورت پالس و مستمر تغذيه مي‌كنند.

سيم داغ

پروسة تغذيه سيم داغ، مشابه به سيم جوس سرد است؛ با اين تفاوت كه سيم جوش تا دمايي نزديك به نقطة ذوب و دقيقاً قبل از تماس با حوضچة جوش مذاب، در مقابل حرارت مقاوم است. هنگام استفاده از سيم‌جوش داغ (از پيش گرم شده) در GTAW اتوماتيك يا ماشيني در موقعيت تحت سيم جوش بصوت مكانيكي و از طريق يك نگهدارنده (كه از آن جهت محافظت سيم جوش داغ در مقابل اكسيداسيون، گاز خنثي جاري مي‌شود) در حوضچة جوش تغذيه مي‌شود. تصوير اين سيستم را در  شكل (5) مشاهده مي‌كنيد. بطور معمول تركيبي از 75% هليم و 25% آرگون، محافظت از الكترود تنگستن و حوضچة جوش مذاب را برعهده دارند، نرخ رسوب سيم‌جوش‌هاي گرم از نرخ رسوب سيم‌جوش‌هاي سرد بالاتر است (شكل 6)، و مي‌توان آن را با نرخ رسوب در فرايند GMAW مقايسه كرد.

هنگامي كه سيم‌جوش با سطح جوش تماس پيدا كند جريان جاري مي‌شود. سيم جوش مستقيماً در پشت قوس و در يك زاويه 40 تا 60 درجه‌اي نسبت به الكترود تنگستن، به كار تغذيه مي‌شود.

«الكترودهاي تنگستن (1)»

«مطابق استاندارد 32528DIN»

اندازه‌هاي استاندارد تنگستن در مقياس ميليمتر (mm):

قطر اسمي: 5/0، 1، 6/1، 4/2، 2/3، 4، 4/6، 8

طول: 50، 75، 150، 175

800x600 Normal 0 false false false EN-US X-NONE AR-SA MicrosoftInternetExplorer4

«الكترود تنگستن خالص (W)»

مزايا: كم هزينه و ثبات قوس خوب با استفاده از جريان متناوب فيلتر نشده.

معايب: خاصيت اشتعال ضعيف، عمر كم، كم ظرفيت براي حمل جريان الكتريسته

 

«الكترود تنگستن توريم‌دار (WT)»

مزايا: عمر مصرف خوب، مناسب براي حمل شدت جريان بالا، خاصيت اشتعال خوب

معايب: پرهزينه و ثبات قوس ضعيف در صورت استفاده از جريان متناوب فيلتر شده.

 

«الكترودهاي تنگستن (2)»

«مطابق استاندارد 32528DIN»

جوشکاری TIG

800x600

جوشكاري تيك TIG

Tungsten inert Gas welding

Gas Tungsten Arc welding (GTAW)

جوشكاري با الكترود تنگستني و گاز محافظ GTAW يك فرايند جوشكاري ذوبي بوده و حرارت لازم براي ذوب فلز پايه و سيم‌جوش مصرفي از طريق تشكيل قوس الكتريكي بين الكترود تنگستني (غيرمصرفي) و سطح كار ايجاد مي‌گردد. در اين فرايند براي محافظت قوس الكتريكي، حوضچه جوش و مناطق حرارت ديده اطراف از يك گاز خنثي استفاده مي‌گردد. اين فرايند مي‌تواند با اضافه كردن و يا دون فلز پركننده (سيم‌جوش) مورد استفاده قرار گيرد.(شكل 1)

فرايند جوشكاري GTAW به عنوان يك روش مناسب براي بسياري از صنايع ضروري شده است. زيرا جوشي با كيفيت بالا ايجاد مي‌كند و تجهيزت كمي نياز دارد. هدف اين درس بحث و بررسي اساس فرآيند، تجهيزات، موارد استفاده و نكات ايمني آن است در ابتداي دهه‌1920 امكان استفاده از گاز هليوم براي محافظت از قوس الكتريكي و حوضچة جوش مطرح شد.  در آن زمان هيچ پيشرفتي در اين روش انجام نشد. در جنگ جهاني دوم وقتي كه نياز زيادي به توسعه صنعت هواپيمايي احساس شد بجاي پرچ كردن اتصالات فلزاتي نظير آلومينيوم و منيزيم از جوشكاري تيگ استفاده شد. با استفاده از الكترود تنگستني و ايجاد قوس با جريان مستقيم الكترودمنفي، يك منبع گرمايي مؤثر و باثبات ايجاد شد كه با آن جوشهاي عالي مي‌توانست، ايجاد شود. گاز هليوم براي عمل محافظت انتخال شد چون در آن زمان تنها گاز خنثي‌اي بود كه به آساني در دسترس بود. فرآيند جوشكاري با الكترود تنگستني و گاز محافظ به جوشكاري تيگ TIG معروف شده است. اگرچه اصطلاحات فني انجمن جوشكاري آمريكا (AWS) براي اين فرايند (GTAW) مي‌باشد. زيرا براي محافظت مي‌توان تركيب از گازهايي كه خنثي نيست، را براي كاربردهاي معيني استفاده نمود. براي مثال مي‌توان از گاز فعال ₂H+Ar براي جوشكاري فولادهاي رنگ‌نزن آستنتي استفاده نمود از روزهاي نخستين اختراع اين فرآيند در تجهيزات آن پيشرفت‌هاي زيادي حاصل شده است. مخصوصاً منابع نيرو جريان، براي اين فرآيند توسعه يافته‌اند. مشعل‌هاي هوا خنك و آب خنك نيز پيشرفته‌ شده‌اند. براي بالارفتن قابليت انتشار و پخش الكترونها از سطح الكترود تنگستني، درصد كمي از عناصر فعال بصورت آلياژ به الكترود تنگستني اضافه شده است. كه اين امر باعث بهبود بخشيدن به شروع قوس، پايداري قوس و طول عمر الكترود شده است. گازهاي محافظ مخلوط براي بهتر شدن خصوصيات قوس معرفي شده است. محققان در حال حاضر در تلاش براي بهبود بخشيدن بيشتر به كنترل‌هاي اتوماتيك سنسورهاي كنترل قوس و نفوذ و ... مي‌باشند.

 

توضيح و تعريف فرايند

در اين فرايند از يك الكترود تنگستني (يا آلياژ تنگستن) مصرف نشدني كه در داخل مشعل قرار گرفته است، استفاده مي‌گردد. از گاز محافظ كه از سر نازل خارج مي‌شود براي محافظت از الكترود، حوضچة جوش مذاب و جلوگيري از تأثير مخرب بعضي عناصر موجود در هوا استفاده مي‌گردد. در اثر عبور جريان از گاز محافظ يونيزه و رسانا شده و قوس الكتريكي ايجاد مي‌گردد. قوس بين نوك الكترود و سطح قطعه كار ايجاد مي‌گردد. فلز پايه بوسيله گرماي قوس ذوب شده و حوضچة مذاب در يك لحظه كوتاه ايجاد مي‌گردد. مشعل در راستاي مسير اتصال بحركت درآمده و باعث ذوب لبه‌هاي اتصال به صورت مداوم مي‌گردد.

اگر از فلز پركننده‌اي براي پرنمودن درز اتصال استفاده شود به داخل حوضچه جوش اضافه مي‌شود. براي انجام جوسكاري (GTAW) چهار جزء تشكيل‌دهنده زير امري اساسي مي‌باشد.

1.      منبع نيرو

2.      مشعل

3.      الكترود

4.      گاز محافظ

 

مزاياي جوشكاري تيگ

1.      حاصل اين فرايند، جوش با كيفيت بالا و بدون عيب مي‌باشد.

2.      اين فرايند بدون پاشش جرقه مي‌باشد در صورتي كه فرايندهاي ديگر با پاشش جرقه همراه مي‌باشند.

3.      در اين فرايند قطعات را مي‌توان با استفاده از سيم‌جوش و يا بدون آن جوشكاري نمود.

4.      اين فرايند، كنترل عالي در نفوذ جوش پاس ريشه را امكان‌‌پذير مي‌سازد.

5.      جوشكاري ورق‌هاي نازك را مي‌توان با سرعت بالا انجام داد.

6.      اين فرايند اجازه كنترل دقيق بر روي شكل گرده جوش را مي‌دهد.

7.      اين فرايند مي‌تواند براي جوشكاري اكثر فلزات و همچنين جوشكاري فلزات غيرمشابه استفاده شود.

8.      در اين فرايند منبع گرما و افزودن فلز پركننده بصورت مستقل كنترل مي‌شود.

9.      اين فرايند در همه حالات قابل استفاده مي‌باشد.

10.   دود بسيار كمي از فرآيند ايجاد مي‌شود.

 

محدوديت‌هاي فرايند تيگ

موارد ذيل برخي از محدوديتهاي فرآيند جوشكاري تيگ مي‌باشد

1.      نرخ رسوب در اين فرايند كمتر از روشهاي جوشكاري با الكترود مصرف شدني است.

2.      اين روش نياز به مهارت بالاي جوشكاري نسبت به ديگر فرايندهاي ديگر دارد.

3.      اين روش براي جوشكاري ورقهاي ضخيم‌تر از 10 ميليمتر مقرون بصرفه نمي‌باشد.

4.      در اين روش محافظت مناسب از حوضچه جوش در محيطي كه باد مي‌وزد، مشكل است.

 

عيوب حاصل از اين فرايند عبارتند از:

1.      اگر الكترود با حوضچه جوش تماس پيدا نمايد، باعث ايجاد عيب آلودگي تنگستني مي‌گردد.

2.      اگر حفاظت مناسب از نوك فلز پركننده (سيم‌جوش) توسط گاز محافظ صورت نگيرد باعث آلودگي فلز جوش مي‌شود.

3.      اين فرايند به آلودگي و كثيف‌بودن فلز پايه و فلز پركننده حساس است.

4.      نشت آب از مشعلهاي آب خنك باعث اكسيدشدن و تخلخل در فلز جوش مي‌گردد.

5.      در اين فرايند همانند فرايندهاي ديگر استفاده از جريان DC مي‌تواند باعث ايجاد وزش قوس شود.

6.  در فرايندهاي جوشكاري افزايش ولتاژ باعث مي‌شود تمركز جوش كمتر و پهناي حرارتي بيشتر شود و در نتيجه منطقه H.A.Z هم افزايش مي‌يابد.

 

متغيرهاي فرايند جوشكاري تيگ

متغيرهاي جوشكاري تيگ عبارتند از : ولتاژ قوس (طول قوس)، شدت جريان، سرعت جوشكاري و گاز محافظ مي‌باشد. مقدار انرژي حرارتي توليد شده توسط قوس الكتريكي به ولتاژ و شدت جريان بستگي دارد ‌ مقدار رسوب فلز جوش در واحد طول با سرعت جوشكاري نسبت عكس دارد. قوس الكتريكي با استفاده از گاز هليوم نفوذ بيشتري نسبت به گاز آرگون ايجاد مي‌نمايد.(بخاطر ولتاژ يونيزاسيون بالاتر گاز هليوم)

 حرارت ورودي به قطعه كار براي همه فرايندها

 

شدت جريان الكتريكي

بطور كلي شدت جريان در قوس الكتريكي نفوذ جوش را كنترل مي‌نمايد. همچنين مقدار جريان بر روي ولتاژ قوس نيز تأثير مي‌گذارد . اين فرايند مي‌تواند با جريان مستقيم و جريان متناوب مورد استفاده قرار گيرد، البته انتخاب نوع جريان به فلزي كه جوئشكاري مي‌شود بستگي دارد. جريان مستقيم با الكترود منفي، براي نفوذ زياد و سرعت جوشكاري بالا استفاده مي‌شود. مخصوصاً هنگامي كه از گاز هليوم به عنوان گاز محافظ استفاده مي‌شود. هليوم گزينه مناسبي براي جوشكاري مكانيزه و جوشكاري فلزاتي كه داراي قابليت هدايت حرارتي بالايي هستند،مي‌باشد جريان متناوب عمل تميزكاري كاتدي را فراهم مي‌كند اگر اكسيدهاي مقاوم و سخت بر روي فلزات مورد جوشكاري (نظير اكسيد آلومينيوم يا اكسيد منيزيم) وجود داشته باشد، توسط تميزكاري كاتدي برداشته مي‌شود و باعث ايجاد جوش سالم و مناسب مي‌شود. در اين گونه موارد بايد از گاز محافظ آرگون استفاده شود. زيرا گاز هليوم باعق عمل تميزكاري لايه اكسيدي نمي‌شود. گاز آرگون گزينه مناسبي براي جوشكاري دستي با جريان مستقيم و جريان متناوب مي‌باشد. اگر ولتاژ آمپري بالا رود باعق مي‌شود كه تنگستن سريعتر اكسيد شود.

سومين گزينه در منبع نيرو براي جوشكاري، استفاده از جريان مستقيم با الكترود مثبت مي‌باشد اين قطبيت به ندرت استفاده مي‌شود. زيرا باعث ايجاد گرماي بسيار زيادي در نوك الكترود و ذوب آن مي‌گردد. جزئيات بيشتر در مود تأثير قطبيت در بخش‌هاي بعدي توضيح داده مي‌شود.

ولتاژ قوس

مقدار ولتاژ بين الكترود تنگستني و سطح كار، ولتاژ قوس ناميده مي‌شود. ولتاژ قوس متغيري مي‌باشد، كه تحت تأثير موارد زير مي‌باشد:

1. جريان قوس               

2. شكل و حالت نوك الكترود تنگستني

3. فاصله بين نوك الكترود و سطح كار (طول قوس)

4. نوع گاز محافظ ولتاژ قوس توسط متغيرهاي ديگر نيز تغيير مي‌نمايد.

طول قوس در اين فرايند بسيار مهم است زيرا بر روي پهنا و عرض حوضچه جوش تأثير مي‌گذارد. پهناي حوضچه جوش به طول قوس بستگي دارد  به همين خاطر در بيشتر موارد استفاده (بغير از بعضي از ورق‌هاي خاص) طول قوس مورد نظر بايد كوتاه‌ترين حد ممكن باشد. البته اگر طول قوس بسيار كوتاه باشد، احتمال برخورد الكترود و سيم‌جوش باهم و يا با حوضچه مذاب وجود دارد. يك مورد استثنا وجود دارد و آن در جوشكاري مكانيزه با استفاده از گاز محافظ هليوم و جريان DCEN و شدت جريان زياد، امكان فرو بردن نوك الكترود در مذاب و مخفي شدن آن جهت توليد نفوذ عميق امكان‌پذير مي‌باشد. اما بايد بصورت جوشي با عرض باريك و سرعت زياد انجام شود كه اين تكنيك قوس مخفي ناميده مي‌شود. وقتي كه از ولتاژ قوس براي كنترل طول قوس در كاربردهاي حساس استفاده مي‌شود، بايد به متغيرهاي ديگر كه بر روي ولتاژ تأثير مي‌گذارند توجه داشته باشيم. در رأس همه عيوب آلودگي توسط الكترود و گاز محافظ، تغذيه نامناسب سيم‌جوش و تغيير دماي الكترود و فرسايش و سائيدگي الكترود مي‌باشد.

سرعت پيشروي

سرعت پيشروي برروي نفوذ و عرض گرده جوش در جوشكاري تيگ تأثير مي‌گذارد. اگر چه تأثير آن بيشتر بر روي پهناي جوش بيشتر ديده مي‌شود تا در نفوذ جوش، سرعت پيشروي به خاطر تأثيري كه بر قيمت و هزينه دارد بيشتر مورد اهميت مي‌باشد. در بعضي موارد و كاربردها، سرعت پيشروي به عنوان يك هدف با متغيرهاي انتخاب شده ديگر، براي بدست آوردن ظاهر جوش مورد نظر در همان سرعت، تعريف شده است. در موارد ديگر پيشروي، ممكن است يك متغير وابسته باشد كه براي بدست آوردن كيفيت جوش و تناسب مورد نياز، تحت بهترين حالت ممكن با ديگر متغيرها انتخاب شود.

صرف نظر از موارد ديگر هنگامي كه ديگر متغيرها نظير جريان يا ولتاژ براي كنترل جوش تغيير مي‌كند، سرعت پيشروي عموماً در جوشكاري‌هاي مكانيزه ثابت است.

 

تغذيه سيم‌جوش

در جوشكاري دستي، نحوه اضافه كردن فلز پركننده به حوضچه مذاب بر تعداد پاسهاي مورد نياز و ظاهر تمام شده جوش تأثير مي‌گذارد.

در ماشينها و دستگاه‌هاي جوشكاري اتوماتيك سرعت تغذيه سيم مقدار رسوب فلز جوش را به ازاي طول جوش تعيين مي‌كند. كم كردن سرعت تغذيه سيم مقدار نفوذ را بالا مي برد و حدفاصل مهره‌ها را پهن و مسطح مي‌كند. تغذيه كردن بسيار كند  و ارام سيم جوش مي‌تواند باعث ايجاد خوردگي كناره جوش (under cut) ترك در خط مركزي جوش و عدم پرشدن اتصال مي‌شود. بالا بودن سرعت تغذيه سيم، نفوذ را كم نموده و گرده جوش را محدب مي‌كند.

 

تجهيزات مورد نياز

تجهيزات مورد نياز GTAW شامل منبع نيرو، مشعل، الكترود و گاز محافظ مي‌باشد. سيستم‌هاي مكانيزه ممكن است داراي كنترل‌هاي ولتاژ قوس، نوسان‌دهنده عرضي قوس و سيستم تغذيه سيم باشد.

 

شعله‌هاي جوشكاري

مشعل‌هاي تيگ، الكترود تنگستني را كه رساناي جريان الكتريكي به قوس است را در خود نگه مي‌دارد همچنين عامل رساندن گاز محافظ به منطقه قوس و حوضچه مذاب مي‌باشد.

مشعلها با توجه به ظرفيت حمل حداكثر جريان جوشكاري بدون گرم شدن زياد، سنجيده مي‌شوند و تقسيم‌بندي ظرفيت حمل جريان مشعلها در جدول آمده است.

بيشتر مشعلها با توجه به تطابق آنها با درجه و سايز الكترود در مدلها و اندازه و سايز مختلفي طراحي شده است.

بيشتر مشعلهايي كه كاربرد دستي دارند داراي زاويه سرمشعل 120 درجه (زاويه بين الكترود و دسته مشعل) مي‌باشند. همچنين مشعل‌هايي با زاويه سر قابل تنظيم و مشعل‌هاي مستقيم (مدادي) و با زاويه سر 90 نيز وجود دارند.

اغلب مشعلهاي تيگ دستي داراي كليد يا شير خروجي گاز بر روي دسته مشعل بوده و براي كنترل جريان الكتريكي و جريان گاز محافظ بكار مي‌رود.

مشعلهايي كه براي جوشكاري تيگ ماشيني يا اتوماتيك هستند معمولاً بر روي دستگاه يا ربات نصب مي‌شوند. و در مسير اتصال به مشعل حركت سولي و عرضي مي‌دهد و در بعضي موارد فاصله مشعل با سطح كار را نيز تغيير مي‌دهد.

 

مشعلهاي با گاز خنك شونده (هوا خنك)

حرارت توليد شده در مشعل در هنگام جوشكاري توسط سيستمهاي آب خنك يا هوا خنك دفع مي‌شود. در مشعلهاي گاز خنك (هوا خنك)، عمل خنك شدن توسط گاز محافظ خنكي كه از ميان مشعل عبور مي‌نمايد، انجام مي‌شود. ظرفيت حمل جريان الكتريكي مشعل‌هاي گازخنك پائين بوده و حداكثر تا 200 آمپر مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

 

مشعل‌هاي آب خنك

مشعل‌هاي آب خنك توسط جريان ابي كه از داخل سر مشعل جريان دارد، خنك مي‌شوند. همانطور كه در شكل نشان داده شده آب خنك‌كننده از ميان شيلنگ ورودي وارد مشعل مي‌شود. و در ميان مشعل به گردش درمي‌آيد. و از شيلنگ خروجي، خارج مي‌شود كابل جريان الكتريكي از منبع نيرو تا مشعل معمولاً از ميان شيلنگ خروجي آب خنك‌كننده مي‌گذردو مشعل‌هاي آب خنك براي استفاده با جريان‌هاي جوشكاري بالاتري نسبت به مشعلهاي هواخنك و در يك سيكل كاري مداوم طراحي شده است. بطور معمول مي‌توان از شدت جرياني تا 500 آمپر استفاده نمود. هرچند در بعضي مشعلها تا 1000 آمپر ظرفيت حمل جريان دارند. در بيشتر جوشكاري‌هاي ماشيني و اتوماتيك از مشعل‌هاي آب خنك استفاده مي‌گردد. مشعل‌هاي آب خنك، گرماي خود را به آبي كه از ميان انها جريان دارد منتقل نموده و خنك مي‌شود.

آب در يك سيستم بسته كه شامل پمپ و يك رادياتور خنك‌كننده و مخزن مي‌باشد جريان دارد و گرماي جذب شده مشعل را به محيط منتقل مي‌نمايد. ظرفيت اين سيستم تا پنجاه گالن مي‌باشد. با اضافه كردن ضديخ مي توان از يخ‌زدن و خوردگي سيستم جلوگيري نمود. ضديخ عمل روغن‌كاري پمپ را نيز فراهم مي‌كند.

 

قطعات مشعل

الكترود گير (Collet)

الكترود تنگستني توسط الكترودگير در مشعل نگه داشته مي‌شود. قطر الكترودگير بايد به قطر الكترود مصرفي برابر باشد. جنس كلتها معمولاً از الياژ مس مي‌باشد. وقتي كه دنباله (cap) مشعل در جاي خود محكم مي‌شود بر روي الكترودگير فشار وارد نموده و الكترود را محكم نگه مي‌دارد. به منظور انتقال مناسب جريان الكتريكي و خنك شدن الكترود تنگستني، اتصال خوب بين الكترود و قطر خارجي الكترودگير ضروري است.

 

 

نازل گاز

گاظ محافظ توسط نازل كه بر روي مشعل بسته مي‌شود، بر روي منطقه جوش متمركز مي‌شود. نازل گاز از مواد مختلف ضد حرارت ، در شكل‌هاي مختلف، قطر و طول‌هاي مختلف ساخته مي‌شوند. نازلها به مشعل پيچيده شده يا به روش اصطكاكي جا زده مي‌شود.

 

جنس مواد نازلها

نازلها از سراميك ، فلز، سراميك با روكش فلزي و كوارتز ساخته مي‌شوند. نازلهاي سراميكي ارزان‌ترين و پركاربردترين نازلها هستند، اما شكننده بوده و اغلب بعد از مدتي كاركردن، بايد تعويض شوند. نازلهاي كوارتزي شفاف و شيشه‌اي بوده و اجازه ديد بهتري از قوس و حوضچة مذاب را مي‌دهد. اگرچه بخاطر فلزات كه از حوضچة جوش بلند مي‌شود، مي‌تواند باعث مات شدن نازل شود. نازل‌هاي كوارتزي نيز بسيار شكننده مي باشد.

نازل‌هاي آب خنك فلزي طول عمر بيشتري دارند و بيشتر براي جوشكاري ماشيني و اتوماتيك و جائيكه جريان جوشكاري از 250 آمپر تجاوز مي‌كند، استفاده مي‌شود.

نازل‌هاي سراميكي كه داراي يك حلقه الومينيومي در انتهاي سطح بيروني مي‌باشند حرارت را سريعتر به محيط منتقل نموده و نسبت به نازل‌هاي سراميكي معمولي داراي طول عمر بيشتري مي‌باشند. قطر نازل با توجه به حجم گاز و پوشش گازي نياز انتخاب مي‌شود. يك رابطه بين قطر نازل و مقدار جريان گاز وجود دارد.

اگر مقدار جريان نسبت به قطر نازل مصرفي بيشتر باشد، باعث اغتشاش و تلاطم در گاز خروجي شده و راندمان محافظت كم مي‌شود. مقدار جريان گاز بالا بدون اغتشاش و تلاطم به نازل با قطر بزرگتري نياز دارد. مقدار گاز خروجي زياد براي شدت جريان‌هاي بالا و وضعيت‌هاي غير از حالت تحت ضروري مي‌باشد.

انتخاب سايز و اندازه نازل، به قطر الكترود، شكل اتصال، جنس فلز پايه، نوع گاز مصرفي و آمپر مصرفي دارد. اندازه قطر نازل مناسب با توجه به قطر الكترود در جدول نشان داده شده است. استفاده از نازل كوچك‌تر براي اتصالات شيار باريك، ديد بهتري از حوضچه جوش را مهيا مي‌نمايد. اگر چه استفاده از نازلهاي خيلي كوچك ممكن است باعث تلاطم و آشفتگي و فشار گاز خروجي شود. همچنين استفاده از نازل‌هاي خيلي كوچك، در اثر حرارت قوس الكتريكي مي‌تواند باعث ذوب و خوردگي لبه نازل شود. نازل‌هاي بزرگ حفاظت و پوشش گاز محافظ بهتري را نتيجه مي‌دهد. مخصوصاً براي جوشكاري فلزات فعال نظير تيتانيم بايستي از نازلهاي بزرگتر استفاده شود.

نازلها از نظر طول به شكل هندسي اتصال جوش و فاصله مورد نياز بين نازل و جوش بستگي داشته و در اندازه‌هاي مختلفي در دسترس مي‌باشند. نازلهاي بلندتر عموماً جريان گاز محافظ خروجي بهتري بدون تلاطم و متمركزي ايجاد مي‌نمايد. اكثر نازلهاي گاز، بشكل استوانه‌اي بوده و در بعضي از نازلها در مقطع انتهايي بصورت مخروطي مي‌باشد. براي به حداقل رساندن آشفتگي و تلاطم گاز محافظ، نازلهايي كه در قسمت مياني بصورت كروي مي‌باشد، وجود دارد. همچنين نازل‌هايي وجود دارد كه دهانه انتهايي آن به صورت صاف و كشيده بوده كه براي جوشكاري تيتانيم مناسب مي‌باشد.

 

الكترودها

در فرايند GTAW واژه تنگستن دلالت دارد بر عنصر خالص تنگستن و انواع آلياژهاي آن كه بعنوان الكترود مورد مصرف قرار مي‌گيرند. از آنجا كه اين نوع الكترودها در روند كار ذوب نمي‌شوند يا انتقال پيدا نمي‌كنندف چنانچه فرايند بنحو احسن اجرا گرددف الكترود در طول كار مصرف نمي‌شود. در ساير فرايندهاي جوشكاري مانند SMAW، GMAW و SAW الكترود، فلز پركننده است.

وظيفة الكترود تنگستن، تأمين گرماي مورد نياز جوشكاري بعنوان يكي از ترمينال‌هاي الكتريكي قوس است. نقطه ذوب الكترود تنگستن 6170 درجه فارنهايت (3410 درجة سانتيگراد) مي‌باشد. با رسيدن به اين درجه حرارت بالا، تنگستن حالت ترمويونيك(يون حرارتي) پيدا كرده و تبديل به منبع غني الكترون مي‌شود. مقاومت حرارتي ، عامل بالارفتن دما تا اين حد است. نوك الكترود سريعاً ذوب مي‌شود. در واقع نوك الكترود از بخشي كه بين نوك الكترود و قسمت بيروني و خنك الكترودگير قرار دارد، خنك‌تر مي‌باشد.

جوشكاري با گاز محافظ

800x600

مقدمه

در فرايند جوشكاري با گاز محافظ، الكترود، قوس و حوشچه مذاب بوسيله گازها محافظت مي‌شوند. پس حوضچه مذاب به طور كامل سه برابر هوا (نيتروژن و اكسيژن) محافظت مي‌شوند.

 

GTAW جوشكاري قوس الكتريك با گاز محافظ و الكترود مصرف نشدني (تنگستن)

اين فرآيند را اغلب با نام T.I.G مي‌شناسند. و معمولاً به ان جوش آرگون هم گفته مي‌شود.

قوس الكتريكي گرماي لازم را براي جوشكاري فر اهم مي‌كند و عمل محافظت توسط گازهاي آرگون و هليوم فراهم مي‌شود. آرگون اغلب در اروپا استفاده مي‌شود و هليوم بيشتر در آمريكا زيرا گازهاي طبيعي آنها شامل مقدار زيادي هليوم مي‌باشد.

در روش دستي فلز پركننده بوسيله دست اضافه مي‌شود ولي در فرايند ماشيني توسط ابزار اتوماتيك اضافه مي‌شود. (شكل 1)

هنگامي كه از يك منبع تغذيه D.C استفاده مي شود اگر الكترود به قطب منفي متصل شود، گرماي بيشتر به قطعه كار رسيده و الكترود گرماي كمتري دريافت مي‌كند پس الكترود خنك خواهد ماند كه سبب كاهش مصرف الكترود تنگستني مي‌شود و نيز خطر آخال تنگستني در فلز جوش كاهش مي‌يابد.

فلزاتي مثل آلومينيوم و منيزيم كه اكسيدهاي بهم پيوسته و نسبتاً محكم دارند توسط فرايند جوشكاري با جريان متناوب (A.C) جوشكاري مي‌شوند.

 

GTAW جوشكاري گاز محافظ با الكترود مصرف نشدني

اين فرآيند اغلب M.I.G گفته مي‌شود. در اين فرايند الكترود مصرف‌شدني توسط قوس الكتريكي ذوب شده و سبب پركردن درز جوش مي‌شود در اين فرايند مي‌توان از جريانهاي بالا بهره گرفت كه سبب افزايش سرعغت جوشكاري مي‌شود.

وجود گاز محافظ سبب مي‌شود كه نياز به فلاكس براي محافظت از جوش نباشد پس كيفيت فلز جوش بهتر خواهد شد و مشكلات سرباره و آخال را نخواهيم داشت.

 

- گاز آرگون و مخلوط‌هاي گاز آرگون

استفاده از گازها و مخلوط آنها بستگي به فلز جوش دارد. گاز خالص آرگون اغلب در اروپا براي فلزات غيرآهني مورد استفاده قرار مي‌گيرد. ارگون همراه با اكسيژن و دي‌اكسيد كرين در حين جوشكاري فولادها خواص قوس بهتري توليد مي‌كنند ولي سرعت رسوب‌گذاري را كاهش مي‌دهند. دو نوع از گازهاي مخلوط را در زير مي‌بينيد:

براي فولادهاي كربني ₂Co %18+Ar

(شكل 2)       براي فولادهاي ضد زنگ  ₂Co %2.5+Ar

 

- گاز دي‌اكسيد كربن (2Co)

قيمت گران گاز آرگون سبب شد تا استفاده از گاز دي‌اكسيدكربن گسترش يابد. اين گاز براي جوشكاري فولادها مورد استفاده قرار مي‌گيرد. از سيم‌جوشهاي مخصوص براي اين گاز بهره گرفتند تا بر مشكل اكسيدكنندگي طبيعي اين گاز غلبه كنند. خواص گاز دي‌اكسيد كربن كاملاً با گاز ارگون متفاوت است.

 

2. فيزيك قوس الكتريكي

 نكات مهم در جوشكاري قوس الكتريكي

- قوس الكتريكي منبع گرماست، سبب شكل‌دهي حوضچة مذاب و اغلب سبب ذوب الكترود مي‌شود.

- دماي بالاي قوس و سرعت بالاي پلاسماي قوس سبب مي‌شود تا واكنشهاي شيميايي بدون حوضچه شدت يابد و حوضچة جوش را بخوبي مخلوط و همگن مي‌كند.

- نيروي قوس سبب انتقال مذاب از الكترود به قطعه كار مي‌شود.

- نوع طراحي منبع تغذيه و گاز محافظ خواص پايداري قوس را مشخص مي كند.

- گاز He به دليل درجه يونيزاسيون بالا حدود 23 كيلو الكترون ولت توليد حرارت بيشتر نسبت به A.r كه حدود 15 كيلو الكترون ولت درجه يونيزاسيون آن مي‌باشد مي‌كند.

الكترونهاي  به سمت آند و يونهاي مثبت به سمت كاتد حركت مي‌كنند. قوس شامل ستوني است كه گازهاي يونيزه‌شده هادي جريان الكتريسته‌اند.

ستون قوس بين دو قطب به سه ناحيه تقسيم مي‌شود كه از نظر خواص فيزيكي متفاوتند شكل (4و3) منطقة اطراف كاتد كه حدود cm^6-10 است و فضاي آن مثبت است و منطقة اطراف آند كه فضاي اطراف آن منفي است و ناحية بين اين دو كه شامل ستون قوس مي‌باشد و بيشتر فضاي بين قطب مثبت و منفي را اشغال مي‌كند.

- مكانيزم قوس

براي سادگي كار جريان مستقيم را در الكترود تنگستني در نظر بگيريد. الكترونها از تنگستن گرم شده ساطع مي‌شوند و در فضاي بين دو قطب سرعت مي‌گيرد اين الكترونها به مولكولهاي گاز در ستون قوس برخورد كرده و دماي آنها را بالا مي‌برد و گازهاي يونيزه شده و هادي جريان مي‌شوند.

 

- دماي قوس

(شكل 12) نقشه ايزوترم يك قوس را نشان مي‌دهد. دما نزديكي كاتد در يك نقطه حدود ^ok20000 مي‌باشد و آمپر حدود ^A400 مي‌باشد.

دماي قوس درون ستون قوس از بالا به پايين و از مركز ستون قوس به كناره‌ها كاهش مي‌يابد.

انرژي قوس = يونيزه شدن هوا + يونيزه شدن گاز محافظ

 

- روشن كردن قوس

شروع يك قوس ممكن است به چندين روش متفاوت صورت گيرد:

·         روش كردن تماسي                       Touch Striking

·         ولتاژ بالاي DC                     High voltage DC

·         ولتاژ بالا و فركانس بالا            High voltage , High frequency

·         افزايش ناگهاني ولتاژ              High voltage

 

روشن كردن قوس تماسي

اگر الكترود با قطعة كر تماس پيدا كند، اتصال كوتاه رخ خواهد داد، سپس با كشيدن سريع الكترود تنگستن گرم شده و قوس به پايداري مي‌رسد.

شكل عمده روش تماسي آنست كه گاهي اوقات سبب توليد اخال تنگستني مي‌شود و سبب عيوب در جوش مي‌شود.

براي TIG روش تماسي روش مناسبي نيست ولي براي GMAW يك روش نرمال و كارآمد مي‌باشد.

 

ولتاژ بالاي DC

اگر يك منبع تغذيه با ولتاژ بالا فراهم شود، اين اختلاف پتانسيل دو سر قطب مثبت و منفي سبب يونيزه شدن فضاي دو قطب شده و قوس برقرار مي‌شود، براي گاز آرگون ولتاژ مورد نياز حدود KV 10-5 مي‌باشد اين ميزان ولتاژ بسيار خطرنك است.

 

فركانس بالا- ولتاژ بالا

خطرناك بودن ولتاژ بالا را با ايجاد فركانس جريان بالا حل كرده‌اند (بعنوان مثال MHZ5 و kv3) چون جريان فركانس بالا و ولتاژ بالا از لايه بيروني پوست حركت كرده و خطري براي انسان ندارد.

اين روش در TIG بيشتر استفاده مي‌شود. شكل اين روش توليد Radio noise نويزهاي راديويي است كه سبب اختلال در سيستم‌هاي كامپيوتري و كنترل از راه دور دستگاه‌ها و ... مي‌شوند.

 

تجهيزات جوشكاري با گاز محافظ

-         GTWA

شكل 6 اين تجهيزات را كه با سيستم آب گرد خنك مي‌شود نشان مي‌دهد.

اين تجهيزات شامل سه قسمت اصلي است.

-         منبع تغذيه

-         تفنگ‌‌جوش

-         سيلندر گاز

-         GMAW

شكل (7) تجهيزات GMAW را كه با سيستم آب گرد خنك مي‌شود نشان مي‌دهد.

تجهيزات GMAW شامل

-         سيلندر گاز محافظ

-         ابزار تغذيه سيم

-         تفنگ جوش

-         خصوصيات الكتريكي منبع تغذيه

منحني مشخصة دستگاه‌هاي تغذيه نشان‌دهنده مشخصات ولتاژ و آمپر و طول قوس در هر نقطه از شرايط كاري است.

نوع دستگاه‌ها براي آمپرهاي مختلف

آمپرهاي پايين حدود A150  دستگاه هواخنك

آمپرهاي بالا بالاتر از A150 دستگاه آب‌خنك

 

- منبع تغذيه جريان ثابت

منحني مشخصة جريان ثابت (شكل 8 و 9) داراي اين خصوصيت مي‌باشد كه با تغييرات كوچك ولتاژ تقريباً ميزان جريان ثابت مي‌ماند، از اين منحني‌ها در دستگاه‌هاي دستي (MMAW) و TIG بهره مي‌گيرند.

 

- منبع تغذيه ولتاژ ثابت

منحني مشخصة ولتاژ ثابت (شكل22) داراي اين خصوصيت مي‌باشد كه با تغييرات كوچك جريان ولتاژ تقريباً ثابت مي‌ماند، از اين منحني‌مشخصه در دستگاه‌ (GMAW) استفاده مي‌شود.

 

- گاز محافظ

نوع گاز محافظ اثرات زيادي بر فرايند جوشكاري دارد. گاز محافظ از الكترود و حوضچة جوش در مقابل هوا محافظت مي‌كند.

گاز محافظ به دو دسته گازهاي فعال و گازهاي خنثي تقسيم مي‌شوند.

 

- گازهاي خنثي Inert Gases

گاز خنثي گازي است كه اثر متالوژيكي بر حوضچة مذاب نداشته باشد.

گاز خنثي نمي‌سوزد، تركيب نمي‌شود و سبب سوختن نمي‌شود.

 

-گازهاي خنثي مورد استفاده

- ارگون

گاز غير قابل اشتعال، بي‌بو، از هوا سنگين‌تر مي‌باشد. آرگون از هوا تهيه مي‌شود، حدوداً %9/0 هوا ارگون مي‌باشد.

- هليوم

گاز غير قابل اشتعال، بي‌بو، سبك‌تر از هواست. هليوم معمولاً از گازهاي طبيعي بدست مي‌آيد.

مزاياي هليوم

براي جوشكاري مس با TIG بسيار مناسب است و سبب بالا رفتن دما در قوس مي‌شود.

معايب هليوم

قيمت گران و نيز هليوم سبك‌تر از هواست و براي محافظت به حجم بيشتر و سرعت بيشتري از گاز هليوم نياز است.

 

- گازهاي فعال

گازهايي كه از نظر شيميايي فعال هستند، مثل₂co و ₂ o. اين گازها با حوضچة مذاب واكنش شيميايي مي‌دهند.

 

انتخاب گاز محافظ

براي انتخاب گاز محافظ موارد زير را بايد در نظر داشت:

-         فلز پايه

-         نوع فرايند جوشكاري

-         خواص مورد نياز در جوش (شكل 11)

براي فرايند TIG فقط از گازهاي خنثي استفاده مي‌كنند.

بري فرايند MIG/MAG هم از گاز خنثي و هم گاز فعال بهره مي‌گيرند.

 

گازهاي پشتي Forming gas (Backing gas)

گاز پشتي براي محافظت از پاس ريشه بسيار ضروري است. بعنوان مثال براي فولادهاي ضدزنگ، اين گازها از تشكيل اكسيد در ريشة جوش جلوگيري مي‌كنند.

يك نوع از گاز محافظ پشتي

در مثال فوق براي گاز پشتي دست كم بايد ميزان هيدروژن %10 باشد تا سبب انفجار نشود.

 

تجهيزات گاز محافظ

1. رگولاتور

وظيفه رگولاتور كاهش فشار گاز داخل سيلندر به فشار كاري است و نيز ثابت نگه‌داشتن فشار گاز در حين كار مي‌باشد(شكل 12)

2. فلومتر

فلومتر براي كنترل سرعت جريان گاز در تفنگ جوش ستفاده مي‌شود فلومتر برحسب ليتر بر دقيقه كاليبره مي‌شود. فشار گاز با شيري كه روي فلومتر نصب شده است كنترل مي‌شود. (شكل 13)

3. سيلندر

گازها درون سيلندرهايي با فشار بالا نگهداري مي‌شوند و يا بصورت مايع ذخيره مي‌شوند.

رگولاتورها و فلومترها بايد فقط براي گازي كه طراحي شده‌اند مصرف شوند.

 

الكترود

فلز پركننده معمولاً از نظر شيميايي شبيه فلز پايه است اما هميشه اينگونه نيست. معمولاً تركيب مغز پركننده مطابق با شرايط جوشكاري و خواص فلز پايه انتخاب مي‌شود. براي اين منظور براي توليد فلز پركننده از نظر شيميايي، خلوص و كيفيت نسبت به فلز پايه كنترل دقيق‌تري صورت مي گيرد.

سيم‌جوش جامد          Solid wire

سيم جوش جامد توسط نورد گرم توليد مي‌شود پس از نورد و كشش يك پوشش از مس براي جلوگيري از زنگ‌زدن روي آن مي‌كشند (به جز سيم‌هاي زنگ‌نزن)

سيم جوش توپودري      Flux cored wire

حدود سال 1927 شركت بوهم سيم‌جوشي را طراحي كرد كه آن را سيم جوش هسته‌اي ناميد اين سيم‌جوش براي مقاصد خاصي مثل افزايش سرعت جوشكاري و محافظت بيشتر از حوضچه مذاب طراحي شد (شكل 14)

براي ساخت سيم‌جوش توپودري يك سيم از فولاد را (شكل 15) به شكل u درآورده و داخل آن از پودر جوش كه شامل كربناتها و اكسيدزداها مي‌باشند پرمي‌كنند و سپس سيم به صورت لوله درآمده و ان را مي‌كشند و به قطرها و اندازه‌هاي مناسب عرضه مي‌كنند.

برخي مزاياي سيم‌جوش توپودري نسبت به سيم‌جوش جامد شامل افزايش سرعت جوشكاري، محافظت بهتر، عيوب كمتر، حمل و نقل راحت‌تر، جوشكاري آسان‌تر، خواص مكانيكي مطلوبتر است و از نظر اقتصادي مقرون به صرفه مي باشد.

منابع نیرو در جوشکاری

800x600

منابع نيرو در جوشكاري با قوس الكتريكي

دستگاه‌هاي جوشكاري، جريان الكتريكي مورد نياز براي تشكيل قوس الكتريكي را تأمين مي‌نمايند. دستگاه‌هاي جوشكاري به دو دسته تقسيم مي‌گردند.

الف) مولدها                    ب) مبدلها

 

الف) مولدها :

دستگاه‌ههاي جوشكاري از نوع مولد جريان مورد نياز را خود توليد نموده و معمولاً در مكان‌هايي كه دسترسي به برق شهري نباشد، مورد استفاده قرار مي‌گيرند براي مثال براي جوشكاري خطوط لوله بين شهري و انجام جوشكاري در سايتها از دستگاه‌هاي مولد استفاده مي‌گردد. دستگاه‌هاي مولد عبارتند از موتور ژنراتور ديزلي و بنزيني البته يك دستگاه مولد ديگر كه به دينام معروف است، نيز وجود دارد كه توسط يك موتور الكتريكي سه فاز كه با يك دينام كوپل شده است، جريان مورد نياز جوشكاري را توليد مي‌نمايد، اين دينام‌ها با پيدايش دستگاه‌هاي ركتيفاير تقريباً از رده خارج شده‌اند.

پس مولدها عبارتند از

1)      موتور ژنراتور احتراقي (بنزيني، گازوئيلي)

2)      موتور ژنراتور الكتريكي (دينام)

 

 

 

ب) مبدلها

دستگاه‌هاي مبدل جريان الكتريكي، برق شهر را به جريان مورد نياز جوشكاري تبديل مي‌نمايند اين دستگاه‌ها عبارتند از دستگاه ترانس ركتيفايردار و دستگاه اينورتر . در دسته‌بندي ديگري مي‌توان دستگاه‌هاي جوشكاري را بصورت ذيل نشان داد.

 

دستگاه ترانسفورماتور

ترانس بعنوان يكي از اصلي‌ترين قسمت‌ها در دستگاه‌هاي مبدل مي‌باشد. ترانس از يك هسته اهني و دو سيم پيچ به نام‌هاي سيم پيچ اوليه و ثانويه تشكيل شده است. هر دو سيم‌پيچ بر روي هسته پيچيده شده‌اند و سيم‌پيچ اوليه با تعداد دور زياد سيم و قطر نازك‌تر به برق شهر وصل شده و سيم‌پيچ ثانويه با تعداد دور كمتر و قطر ضخيم‌تر به خروجي دستگاه متصل مي‌باشد.

ترانس‌هاي جوشكاري از نوع كاهنده ولتاژ و افزاينده جريان مي‌باشند.

مقدار ولتاژ در سيم‌پيچ ثانويه به نسبت تعداد دور سيم‌پيچ‌ها بستگي دارد و از رابطه

ولتاژ اوليه	= تعداد
دور سيم‌پيچ اوليه

 

ولتاژ ثانويه	= تعداد
دور سيم‌پيچ ثانويه

بدست مي‌آيد.

براي كنترل تنظيم جريان خروجي از تجهيزات مكانيكي يا الكتريكي استفاده مي‌گردد.

كنترل‌كننده هاي مكانيكي عبارتند از:

الف) اتصال يك‌سري مقاومت قابل تغيير به مدار خروجي

ب) استفاده از يك هسته اصلي دو تكه كه با يك پيچ فاصله آن قابل تنظيم باشد.

ج) استفاده از يك هسته فرعي در وسط هسته اصلي كه با يك پيچ حركت آن تنظيم باشد.

د) استفاده از يك سيم‌پيچ كمكي كه بر روي يك هسته آهني ديگر پيچيده شده و داراي انشعابات مختلفي است.

و) استفاده از سيم‌پيچ‌هاي متحرك

 

دستگاه ترانس ركتيفاير

اين دستگاه از ترانس و يكسوكننده تشكيل شده است جريان خروجي متناوب ترانس وارد يكسوكننده شده و به جريان مستقيم تبديل مي‌شود. براي حصول جريان مستقيم صاف‌تر از ترانس‌هاي سه‌فاز استفاده مي‌گردد.

 

دستگاه اينورتر

نسل جديد دستگاه‌هاي جوشكاري داراي سيستم‌هاي اينورتوري مي‌باشند كه موجب سبكي وزن و قابليت‌هاي الكترونيكي زياد مي‌باشند در اين دستگاه‌ها برق ورودي ابتدا يكسو شده سپس ترانزيستور به جريان متناوبي با فركانس بالا تبديل مي‌گردد. سپس جريان متناوب فركانس بالا، وارد ترانس شده و سپس به جريان مستقيم يكسو تيديل مي‌گردد و مورد استفاده قرار مي‌گيرد. با افزايش فركانس برق ورودي ترانس‌ها، ابعاد ترانس كم مي‌شود و همين امر باعث سبكي وزن دستگاه‌هاي اينورتردار شده است.

 

موتور ژنراتورها

در موتور ژنراتورها، يك موتور احتراقي با الكتريكي، ژنراتور را به حركت درآورده و جريان مورد نياز براي جوشكاري توليد مي‌شود. بسته به طراحي ژنراتور، خروجي جريان مي‌تواند AC يا DC و يا يا قابليت خروجي هر دو جريان باشد.

 

علامت شناسايي دستگاه‌ها

بر روي هر دستگله يك پلاك آلومينيومي وجود دارد كه اطلاعات مختلفي روي آن حك شده است. يكي از موارد شناسايي نوع دستگاه مورد استفاده مي‌باشد.

دستگاه ترانس با علامت                           نشان داده مي‌شود.

(دو دايره در داخل هم به معني سيم‌پيچ اوليه و ثانويه مي‌باشد).

جريان ورودي ترانس، برق متناوب و خروجي آن نيز برق متناوب مي‌باشد.

دستگاه ترانس با جرين تك‌فاز و يا دو فاز مورد استفاده قرار مي‌گيرد و دستگاه ترانس ركتيفايردار با جريان سه فاز مورد استفاده قرار مي‌گيرد. تعداد فاز ورودي بصورت عددي يا خط كج در سمت چپ علامت مشخص مي‌گردد.

 

800x600 Normal 0 false false false EN-US X-NONE AR-SA MicrosoftInternetExplorer4

در دستگاه‌هاي جوشكاري تيگ كه نياز به هر دو جريان متناوب و مستقيم مي‌باشد و همچنين براي جوشكاري به روش قوس الكتريكي دستي كه در آمپرهاي بالا امكان ايجاد وزش قوس وجود دارد، از اين نوع دستگاه استفاده مي‌گردد.

اين نوع دستگاه بصورت زير مشخص مي‌گردند

 

 

در صورتي كه خروجي ژنراتور جريان مستقيم باشد:

در صورتي كه خروجي ژنراتور جريان متناوب باشد:

موتور ژنراتورهاي داراي ركتيفايربا اين علامت مشخص مي‌گردند

 

 

و موتور ژنراتور با خروجي AC و DC بصورت ذيل مشخص مي‌گردد.

 

دستگاه اينورتر

علامت مشخصه دستگاه اينورتر

 

 

علامت مشخصه دستگاه اينورتر با خروجي AC و CD

 

سيكل‌كاري

 

 

سيكل كاري مدت زماني است كه در يك آمپر مشخص مي‌توان با دستگاه جوشكاري نمود، بدون آن كه دستگاه آسيب ببيند.

اين مدت زمان معمولاً بر مبناي ده دقيقه مي‌باشد. در توضيح اين مطلب بايد يادآور شد وقتي دستگاه جوشكاري داراي خروجي 500 آمپر مي‌باشد، شما نمي‌توانيد بصورت مداوم با 500 آمپر جوشكاري نماييد زيرا باعث داغ شدن و سوختن سيم‌پيچ‌ها و مدارات داخلي دستگاه مي‌گردد. بنابراين براي دستگاه‌ها سيكل‌كاري تعريف شده است. و سيكل‌كاري در 30% و 60% و 100% در پلاك مشخصه قيد شده است براي مثال وقتي گفته مي‌شود سيكل كاري دستگاه در 500 مپر 30 درصد است يعني شما بايد 3 دقيقه با 500 آمپر جوشكاري نموده و بمدت 7 دقيقه دستگاه روشن بوده ولي جوشكاري انجام نگيرد تا دستگاه خنك شود.

مثال دوم: سيكل كاري در 300 آمپر 60 درصد است يعني شما بايد با 300 آمپر بمدت 6 دقيقه جوشكاري نموده و 4 دقيقه به دستگاه براي خنك شدن استراحت دهيد.

مثال سوم: سيكل كاري در 200 آمپر 100 درصد است يعني شما مي‌توانيد تا 200 آمپر بطور مدام با دستگاه جوشكاري نماييد بدون آن كه دستگاه صدمه ببيند.

سيكل‌كاري براي دستگاه‌هايي نظير جوشكاري زيرپودري، جوشكاري ميگ‌مگ و فلاكس كورد كه در خطوط توليد بطور مداوم مورد استفاده قرار مي‌گيرند، بايد مورد توجه قرار گيرد. در جوشكاري با قوس الكتريكي دستي بايد زمان وقفه‌اي كه براي تعويض الكترود و تميزكردن گل‌جوش ايجاد مي‌شود مدنظر قرار گيرد.

چنانچه در آمپر خاصي سيكل‌كاري آن را بخواهيد محاسبه نماييد از فرمول زير استفاده نماييد.

 

سيكل كاري مشخص ×	^2(آمپري كه سيكل آن مشخص است)	= سيكل كاري موردنظر
	^2(آمپر مورد نظر)

 

براي مثال سيكل كاري دستگاهي در 300 آمپر 60 درصد است، 370 آمپر سيكل‌كاري چند درصد مي‌باشد؟

سيكل كاري مورد نظر

 

منحني ولتاژ و آمپر در قوس الكتريكي

قوس يك مقاومت غيرعادي است يعني تا 80-70 آمپر از قانون اهم پيروي نمي‌كند و با افزايش آمپر، مقاومت قوس كم مي‌شود. ولي در آمپرهاي بالاتر ز قانون اهم پيروي نموده و مقاومت قوس ثابت بوده و با افزايش آمپر، ولتاژ نيز افزايش مي‌يابد.

 

منحني ولت آمپر دستگاه‌هاي جوشكاري

دو نوع نمودار ولت – آمپر در دستگاه‌هاي جوشكاري بكار مي‌رود.

الف) نمودار ولت – آمپر نزولي (شدت جريان ثابت)

ب) نمودار ولت – آمپر از نوع ولتاژ ثابت

 

نمودار ولت آمپر نزولي :

نمودار ولت – آمپر دستگاه‌هاي قوس الكتريكي دستي و جوشكاري تيگ و پلاسما از نوع نزولي مي‌باشد. در اين دستگاه‌ها با تغييرات طول قوس توسط جوشكاري مقاومت قوس تغيير نموده و باعث نوسانات در ولتاژ و آمپر مي‌گردد.

در اين نوع دستگاه‌ها تنظيمات دستگاه‌ها روي آمپر است

مثال: روش الكترود ولتي يا T16 دستي

در نمودار فوق تغييرات آمپر با نوسانات كم طول قوس بسيار شديد است و باعث مي‌گردد با تغييرات طول قوس، قدرت قوس كم و زياد شود. براي رفع اين مشكل دستگاه‌هاي جديد مجهز به سيستم حسگر آمپر مي‌باشند. وقتي آمپر را روي مقداري خاص تنظيم مي‌نماييد در هنگام جوشكاري با تغييرات طول قوس، حسگر جلوي نوسانات آمپر را گرفته و مقدار آمپر تقريباً ثابت مي‌ماند.

 

نمودار ولت – آمپر

 اين دستگاه‌ها از نوع نزولي با شيب نزولي تند مي‌باشد و به آنها دستگاه‌هاي شدت جريان ثابت گفته مي‌شود(C.C)

همانطور كه در نمودار مشاهده مي‌نماييد با تغييرات طول قوس، ميزان نوسانات آمپر بسيار كم مي‌باشد و در حدود 8-5 آمپر مي‌باشد. دستگاه‌هاي قوس الكتريكي دستي و جوشكاري تيگ از نوع دستگاه‌هاي شدت جريان ثابت مي‌باشد.

با ادغام منحني ولت – آمپر قوس و منحني ولت – آمپر دستگاه، محدوده كاري قوس مشخص مي‌‌گردد.

 

نمودار ولت – آمپر از نوع ولتاژ ثابت

دستگاه‌هاي جوشكاري زيرپودري، جوشكاري ميگ، مگ و فلاكس كورد از نوع ولتاژ ثابت مي‌باشند. در اين دستگاه‌ها تغييرات طول قوس سريعاً جبران شده و قوس اثر خود تنظيمي دارد. در اين دستگاه‌ها ولتاژ از روي دستگاه تنظيم شده و امپر در ارتباط با سرعت تغذيه سيم مي‌باشد با افزايش سرعت سيم آمپر زياد شده و با كاهش آن آمپر كم مي‌شود.

با ادغام منحني ولت – آمپر قوس با نمودار ولت – آمپر محدوده كاري قوس در جوشكاري ميگ، مگ و زيرپودري مشخص مي‌گردد.

 

 

در اين نوع دستگاه‌ها تنظيمات دستگاه‌ها روي ولتاژ مي‌باشد

مثال: MA6 – Mi6 يا SAW زيرپودري

 

نحوه برقراري قوس در فرآيندهاي مختلف

براي برقراري قوس در فرآيند قوس الكتريكي دستي از طريق تماس نوك الكترود با سطح كار استفاده مي‌گردد. در بعضي از دستگاه‌ها از سيستم (Hot start) استفاده مي‌گردد.

در اين روش در لحظه برخورد نوك الكترود با سطح كار آمپري 5/1 برابر حالت تنظيم شده، اعمال شده و به محض برقراري قوس آمپر كاهش يافته و به حد تنظيم شده مي‌رسد. در بعضي از دستگاه‌ها با افزايش ولتاژ مدار باز برقراري قوس راحت‌تر انجام مي‌گيرد.

در فرآيند ميگ،مگ و فلاكس كورد چون قطر سيم جوش مصرفي نازك بوده و آمپر بسيار بالا مي‌باشد، به محض برخورد نوك سيم با سطح كار سيم ذوب شده و قوس تشكيل مي‌شود.

در فرآيند زيرپودري در سيم‌هاي نازك از طريق برخورد سيم با سطح كار قوس برقرار مي‌شود. در سيم‌هاي قطورتر نوك سيم تحت زاويه بريده شده در نوك سيم و سطح كار و يا از سيستم HF نيز

 

استفاده مي‌گردد.

در جوشكاري تيگ از سيستم‌(هاي فركانس) (HF) و قوس تماس برنامه‌ريزي شده (lift Arc) استفاده مي‌گردد.

 

سيستم (هاي فركانس) HF:

در جوشكاري تيگ در اثر برخورد نوك الكترود تنگستني با سطح كار امكان آلودگي فلز جوش به تنگستن وجود دارد. كه يكي از عيوب جوشكاري مي‌باشد براي رفع اين مشكل از سيستم ولتاژ بالا مانند سيستم جرقه شمع اتومبيل استفاده مي‌گردد ولتاژ بالا در فاصله بين نوك الكترود با سطح كار جرقه‌زده و محيط گازي را يونيزه نموده و امكان برقراري قوس را فراهم مي‌نمايد.

ولتاژ بالا خطر برق‌گرفتگي براي جوشكار در پي دارد. براي رفع اين مشكل فركانس جريان متناوب ولتاژ بالا را افزايش مي‌دهند. در فركانس‌هاي بالا جريان الكتريكي از سطوح جانبي بدن (پوست) عبور نموده و بر روي سيستم عصبي، مغز و قلب تأثير نمي‌گذارد. در جوشكاري تيگ با جريان مستقيم فقط در لحظه شروع از سيستم HF استفاده شده و پس از برقراري قوس، سيستم HF از مدار خارج مي‌شود در جوشكاري با جريان AC سيستم HF در زمان جوشكاري بطور مداوم در مدار مي‌باشد. چون جريان AC در هر ثانيه چندين مرتبه به صفر مي‌رسد كه امكان قطع شدن قوس وجود دارد.

يكي از اشكالات سيستم HF توليد نويز مي‌باشد و عملكرد دستگاه‌هاي كامپيوتر، CNC و رباتيك را مختل مي‌نمايد. بنابراين در محل‌هايي كه دستگاه‌هاي فوق در حال كار مي‌باشند نبايد سيستم HF را بكار برد.

سيستم برقراري به روش تماس برنامه‌ريزي شده (Lift Arc)

براي رفع مشكل سيستم HF و روش تماس معمولي كه امكان الودگي تنگستني وجود دارد، از روش برقراري قوس به روش تماسي برنامه‌ريزي شده استفاده مي‌گردد نحوه برقراري قوس مانند روش تماسي در الكترود دستي بوده ولي با اين تفاوت كه در لحظه تماس نوك الكترود تنگستني با سطح كار، دستگاه آمپر بسيار كمي در حدود 15-10 آمپر اعمال نموده و پس از برقراري قوس و افزايش فاصله نوك الكترود با سطح كار، آمپر افزايش يافته و به حد تنظيم شده مي‌رسد. اين روش باعث نويز و آلودگي تنگستني نمي‌گردد.

بعضي دستگاه‌هاي ركتيفاير كه براي قوس الكتريكي دستي بكار مي‌روند مجهز به سيستم برقراري قوس تماس برنامه‌ريزي شده مي‌باشند كه مي‌توان از اين امكان براي جوشكاري تيگ استفاده نمود.

 

قوس الکتریکی

800x600

قوس الكتريكي

در اكثر فرآيندهاي مهم جوشكاري از قوس الكتريكي به عنوان منبع گرمايي جهت ذوب فلز پايه و ماده پركننده استفاده مي‌شود. حرارت حاصل باعث ذوب فلز پايه و تشكيل حوضچه جوش مي‌گردد و پس از انجماد و سرد شدن حوضچه جوش، اتصال دو فلز انجام مي‌شود. در ابتدا بايد با بعضي تعاريف اصولي كه در قوس الكتريكي بكار مي‌رود، آشنا شويم.

قوس الكتريكي تخليه انرژي در يك محيط گازي يونيزه‌شده مي‌باشد كه انرژي كافي براي تخليه الكتريكي و انتقال ماده و انرژي وجود داشته باشد.

 

تعاريف

 

ولتاژ مدار باز:

وقتي دستگاه جوشكاري روشن بوده ولي عمل جوشكاري انجام نمي‌گيرد به اختلاف پتانسيل خروجي دستگاه كه در بالاترين حد ممكن مي‌باشد، ولتاژ مدار باز گفته مي‌شود. ولتاژ مدار باز دستگاه‌هاي جوشكاري در جدي است كه خطر برق گرفتگي براي جوشكار نداشته باشد. ولتاژ مدار باز در جريان DC بايد كمتر از 100ولت و در جريان AC كمتر از 68 ولت باشد. بالا بودن ولتاژ مدار باز باعث برقراري آسان و سريع‌تر قوس الكتريكي مي‌گردد.

 

 

 

ولتاژ اتصال كوتاه

وقتي دستگاه روشن مي‌باشد در اثر برخورد نوك الكترود با سطح كار ولتاژ سريعاً افت نموده و تقريباً صفر مي‌شود و آمپر به بالاترين حد خود مي‌رسد. به اين عمل اتصال كوتاه گفته مي‌شود كه اگر براي مدتي ادامه يابد، امكان آسيب‌ديدن سيم‌پيچ‌ها و مدارات داخلي دستگاه وجود دارد.

 

ولتاژ قوس (ولتاژ مدار بسته)

وقتي قوس الكتريكي برقرار مي‌شود به ولتاژ نوك الكترود و سطح كار، ولتاژ قوس گفته مي‌شود. مقدار ولتاژ قوس بستگي به نوع فرآيند، ميزان آمپر، جنس الكترود نوع گاز محافظ، نوع روپوش و اندازه طول قوس دارد. و بين 10 تا 44 ولت در فرايندهاي قوس الكتريكي مي‌باشد.

         I = آمپر                   I04/0 + 10 = V فرمول ولتاژ در جوشكاري تيگ

I04/0 + 20 = V فرمول ولتاژ در قوس دستي

I05/0 + 14 = V فرمول ولتاژ در ميگ، مگ

(ولتاژ در آمپرهاي بالاي 600 ثابت مي‌ماند و برابر 44 ولت مي‌باشد)

 

نحوه برقراري قوس الكتريكي

مرحله اول: دستگاه روشن بوده و اختلاف پتانسيل مداري باز بين نوك الكترود و سطح كار وجود دارد ولي بعلت مقاومت زياد فضاي بين الكترود و سطح كار جرياني از مدار عبور نمي‌كند.

مرحله دوم: الكترود به سمت قطعه كار حركت نموده و با سطح كار تماس مي‌يابد در اين حالت اتصال كوتاه در مدار صورت گرفته و آمپر زيادي در حال عبور در نقطه تماس مي‌باشد.

مرحله سوم: وقتي نوك الكترود از سطح كار به عقب كشيده مي‌شود، الكترونهايي كه در حال عبور مي‌باشند به اتمها و مولكول هاي گازي برخورد نموده و باعث يونيزه‌شدن اتمهاي گازي مي‌گردد. در اثر يونيزه شدن، گاز رسانا شده و بخاطر اختلاف پتانسيل موجودف عبور جريان الكتريكي امكان‌پذير شده و قوس الكتريكي تشكيل مي‌گردد. در ادامه گازهاي بيشتري در اثر حرارت و برخورد الكترونها يونيزه شده تا به يك حالت پايدار براي حمل جريان الكتريكي تنظيم شده برسد.

مرحله چهارم: مواد و گازهاي يونيزه شده با بار مثبت به سمت قطب منفي جذب كشيده و به سطح كاتد برخورد نموده و الكترونها كه داراي بار منفي مي‌باشد به طرف قطب مثبت رفته و به آند برخورد مي‌نمايند.

 

قوس الكتريكي با جريان‌ها و قطبيت مختلف:

 

جوشكاري با جريان مستقيم و قطبيت مستقيم

DCEN Direct Current Electrode Negative

 DCSP Direct Current Straight Polarity

در جوشكاري با جريان مستقيم اگر الكترود به قطب منفي و قطعه كار به قطب مثبت وصل شود به آن جوشكاري با قطبيت مستقيم گفته مي‌شود. در اين حالت حركت الكترونها از سمت نوك الكترود به سمت قطعه كار مي‌باشد.

 

 

جوشكاري با قطبيت معكوس

DCEP Direct Current Electrode Positive

 DCRP Direct Current Reverse Polarity

در جوشكاري با جريان مستقيم اگر الكترود به قطب مثبت و قطعه كار به قطب منفي وصل شود به آن جوشكاري با قطبيت معكوس گفته مي‌شود. در اين حالت حركت الكترونها از سطح كار به سمت نوك الكترود مي‌باشد.

 

قوس الكتريكي با جريان متناوب

در جريان متناوب جهت جريان الكتريكي متناوباً تغيير مي‌نمايد. يعني در يك لحظه الكترونها از سمت نوك الكترود به طرف سطح كار رفته و در لحظه بعد جهت حركت الكترونها عوض مي‌شود و با توجه به فركانس برق شهر كه 50 هرتز مي‌باشد در يك ثانيه 50 مرتبه قطب مستقيم و 50 مرتبه قطب معكوس اتفاق مي‌افتد.

انتخاب قطبيت در جوشكاري با الكترود دستي به نوع الكترود مصرفي بستگي دارد.

در جوشكاري ميگ، مگ فقط از جريان DC بصورت معكوس استفاده مي‌گردد در جوشكاري تيگ از جريان DC بصورت قطب مستقيم براي اكثر فلزات و از جريان AC براي جوشكاري آلومينيوم و منيزيم استفاده مي‌گردد.

شكل موج جريان متناوب معمول بصورت سينوسي مي‌باشد. جريان از صفر شروع شده و به يك حد ماكزيمم رسيده، سپس كاهش يافته، به صفر مي‌رسد. بعد مسير حركت جريان عوض شده و به حد ماكزيمم رسيده و دوباره كاهش يافته و به صفر مي‌رسد. چون اين عمل با يك شيب آرامي صورت مي‌گيرد وقتي جريان به صفر مي‌رسد امكان قطع شدن قوس الكتريكي وجود دارد. براي رفع اين مشكل در قوس الكتريكي از مواد پايدار كننده قوس بيشتري نظير پتاسيم و سديم در مواد روپوش الكترود استفاده مي‌گردد.

در جوشكاري تيگ با جريان AC براي رفع اين مشكل از سيستم HF بصورت دائم استفاده مي‌گردد و هر وقت جريان صفر شود سيستم HF به برقراري مجدد قوس كمك مي‌كند. راه ديگر استفاده از جريان AC با موج مربعي مي‌باشد در اين جريان چون جهت جريان به يك باره عوض مي‌گردد، عمل قطع شدن، اتفاق نمي‌افتد.

 

قوس الكتريكي

قوس يك مقاومت غيرعادي است يعني تا حدود 80-70 آمپر از قانون اهم پيروي نمي‌كند ولي در آمپرهاي بالاتر از قانون اهم پيروي نموده و با افزايش آمپر، ولتاژ نيز زياد شده و مقاومت قوس ثابت مي‌ماند. در شكل منحني ولت – امپر در قوس الكتريكي را با طول قوس‌هاي مختلف مشادهد نماييد.

ولتاژ در قوس الكتريكي به سه قسمت تقسيم مي‌گردد:

1.      منطقه افت ولتاژ در آند

2.      منطقه افت ولتاژ در كاتد

3.      منطقه ستون قوس پلاسما

 

توزيع دما در مناطق مختلف قوس الكتريكي

دما در مناطق مختلف قوس متفاوت مي‌باشد و در قطب منفي 3600 درجه سانتيگراد و در قطب مثبت 400 درجه و در ستون قوس بين 4500 تا 20000 درجه سانتيگراد مي‌باشد. هرچه ستون قوس پلاسما متمركزتر باشد، دماي آن بالاتر است. براي مثال در جوشكاري پلاسما بخاطر تمركز ستون قوس، دما در حدود 20000 درجه سانتيگراد مي‌باشد در قوس الكتريكي دستي بخاطر عدم تمركز قوس، بين 4500 تا 5500 درجه سانتيگراد مي‌باشد.

 

نحوه ايجاد قوس الكتريكي

براي يونيزه كردن محيط گازي و تشكيل قوس الكتريكي از روشهاي زير استفاده مي‌گردد:

1.      روش تماس مستقيم الكترود با سطح كار

2.      استفاده از ولتاژ و فركانس بالا

3.      استفاده از قوس كمكي(پيلوت)

 

1. روش تماسي

در جوشكاري قوس الكتريكي دستي، ميگ‌مگ، زيرپودري، با برخورد نوك الكترود با سطح كار قوس الكتريكي روشن مي‌گردد. در جوشكاري تيگ مي‌توان از اين روش استفاده نمود ولي امكان آلودگي فلز جوش به فلز تنگستن وجود دارد براي رفع اين مشكل از روش تماسي برنامه‌ريزي شده استفاده مي‌گردد. در اين روش در لحظه برخورد نوك الكترود تنگستني با سطح كار، جريان

كمي در حدود 15-10 آمپر اعمال مي‌گردد. به محض فاصله گرفتن نوك الكترود از سطح كار سنسورهاي ولتاژ بتدريج آمپر دستگاه را افزايش مي‌دهند تا آمپر به حد تنظيم شده لازم برسد. در اين روش امكان آلودگي تنگستن وجود ندارد. (شكل 1)

 

2.‌‌‌ استفاده از ولتاژ و فركانس بالا HVF(HF)

ولتاژ بالا وقتي به يك محيط گازي اعمال شود باعث شكسته شدن مولكولها و يونيزه شدن اتمها مي‌گردد. در نتيجه محيط رسانا شده و امكن برقراري امكان‌پذير مي‌شود و ميزان ولتاژ لازم بستگي به نوع گاز مصرفي و فاصله بين الكترود و سطح كار دارد.

براي گاز آرگون در يك طول قوس نرمال نياز به 5 تا 10 كيلو ولت مي‌باشد.

ولتاژ بالا خطر برق‌گرفتگي براي جوشكار دارد و احتمال مرگ در اثر تماس با ولتاژ بالا وجود دارد براي رفع اين مشكل فركانس جريان ولتاژ بالا را افزايش مي‌دهند. در فركانس‌هاي بالا، جريان الكتريكي از سطوح جانبي بدن(پوست) عبور مي‌نمايد. بنابراين جريان ولتاژ و فركانس بالا خطري براي جوشكار ندارد.

ميزان فركانس بالاي MHz5 مي‌باشد از اين روش بيشتر در جوشكاري تيگ استفاده مي‌گردد. سيستم HF توليد نويز الكتريكي مي‌نمايد كه باعث مختل شدن عملكرد دستگاه‌هاي كامپيوتري CNC و ربات مي‌گردد.

800x600 Normal 0 false false false EN-US X-NONE AR-SA MicrosoftInternetExplorer4

وزش قوس Arc Blow

در اطراف هر هادي كه جريان الكتريسته عبور مي‌نمايد، يك ميدان مغناطيسي به صورت دواير متحدالمركز وجود دارد. اين ميدان مغناطيسي را مي‌توان با عبور هادي جريان از ميان كاغذ و پاشيدن براده آهن بر روي كاغذ مشاهده نمود.

در جوشكاري نيز اين ميدان اطراف الكترود، كابل و در مسير عبور جريان در داخل قطعه نيز بوجود مي‌آيد. اثر اين ميدان مغناطيسي در بعضي موارد باعث انحراف قوس الكتريكي مي‌گردد و قوس از مسير خود منحرف شده و به اطراف متمايل مي‌شود. در اثر وزش قوس، فلز پايه بخوبي ذوب نشده و الكترود بصورت يكطرفه مي‌سوزد و باعث ايجاد خوردگي در كنار جوش، گل جوش و پاشش جرقه زياد مي‌گردد.

 

عوامل موثر در ايجاد وزش قوس:

فولادهاي فريتي، مواد فرومغناطيس مي‌باشند در نتيجه ميدانهاي مغناطيسي جذب فولاد مي‌شود. مسير انحراف و شدت انحراف قوس در اثر ميدانهاي مغناطيسي پيچيده بوده و غيرقابل پيش‌بيني مي‌باشد. ولي يكسري قوانين بر آن تأثيرگذار است كه به تشريح آن پرداخته مي‌شود.

1.      انحراف قوس الكتريكي در جهت زاويه الكترود بيشتر ديده مي‌شود.

2.      قوس الكتريكي در جهت زاويه الكترود بيشتر ديده مي‌شود.

3.      در ابتدا و انتهاي مسير جوشكاري قوس به طرف قلعه كار منحرف مي‌گردد (بخاطر تمايل ميدان مغناطيسي براي جذب در فولاد).

4.      در صورت نزديك بودن انبر اتصال به محل جوشكاري قوس بطرف انبر اتصال منحرف مي‌گردد.

5.      ايجاد وزش قوس در طول قوس بلندتر، بيشتر است.

6.      وزش قوس در جريان مستقيم بوجود مي‌آيد و در جريان متناوب بسيار ضعيف است.

در جوشكاري پاس اول در جوش گوشه‌اي يا پاس اول جوشهاي نفوذي قوس به سمت فلز جوش منحرف مي‌گردد.

مروری بر الکتریسیته

الكتريسيته

تئوري الكتريسيته

جريان الكتريكي به حركت جهت دار الكترونها در يك هادي گفته مي‌شود.

حركت الكترونها را مي‌توان با جريان آب در سيستم لوله‌كشي مقايسه نمود. براي جريان يافتن آب در يك مدار بايد اختلاف ارتفاع بين منبع و شيرآب وجود داشته باشد كه براي اين كار منبع آب را در ارتفاع بالا قرار مي‌دهند.

در يك مدار الكتريكي براي بحركت درآمدن الكترونها بايد اختلاف پتانسيل يا ولتاژ وجود داشته باشد بنابراين عامل بحركت درآمدن الكترونها ولتاژ مي‌باشد.

آمپر: آمپر تعداد الكترونهايي است كه در واحد زمان از يك نقطه از مدار عبور مي‌نمايد. واحد شدت جريان آمپر مي‌باشد(A) و يك آمپر برابر عبور الكترون در يك ثانيه از يك نقطه مدار مي‌باشد. سرعت حركت الكترونها برابر سرعت نور مي‌باشد. وسيله‌اي كه شدت جريان را اندازه‌گيري مي‌نمايد، آمپرمتر مي‌باشد و آن را با علامت اختصاري بصورت زير نشان مي‌دهند:

 

 

ولتاژ: نيروي محركه لازم جهت حركت الكترونها را ولتاژ مي‌نامند اين نيروي محركه توسط انرژي‌هاي زير توليد مي شود الكترود با مقطع مثلثي و مستطيلي نيز وجود دارد.

1.      انرژي شيميايي (باطري)

2.      انرژي مغناطيسي (ژنراتور)

3.      انرژي نوراني (فتوسل)

4.      انرژي حرارتي (ترموكوپل)

5.      با اعمال فشار بر روي كريستال‌هاي خاص

واحد اختلاف پتانسيل، ولت مي‌باشد و توسط ولتمتر در مدار اندازه گيري مي‌شود و ولتمتر در مدار بصورت موازي قرار گرفته و با اين علامت اختصاري نشان داده مي‌شود.

مقاومت: حركت الكترونها در اثر تصادم با يكديگر كندتر مي‌شود. مخالفت هادي در برابر حركت الكترونها را مقاومت مي‌نامند و با حرف R نشان داده مي‌شود مقاومت هاديها بسيار متفاوت بوده و بستگي به ابعاد هادي ساختمان داخل آنها دارد. مقاومت هادي نسبت مستقيم با طول هادي (L) و نسبت معكوس با سطح مقطع (S) آن دارد. بسته با ساختمان داخلي مواد، ضريبي در مقاومت الكتريكي تأثير خواهد كرد كه آن را ضريب (f) مي‌نامند. رابطه مقاومت الكتريكي بصورت زير مي‌باشد:

واحد مقاومت الكتريكي اهم مي‌باشد.

 

قوانين اساسي در برق

قانون اهم: نسبت بين سه كميت جريان، ولتاژ و مقاومت توسط قانون اهم بيان مي‌شود.

مثال: ولتاژ قوس الكتريكي برابر 24 ولت و جريان عبوري آن 120 آمپر مي‌باشد. ميزان مقاومت قوس را محاسبه نماييد.

 

نحوه اتصال مقاومتها در مدار الكتريكي

مقاومت‌ها در مدارات الكتريكي به دو صورت سري و موازي بسته مي‌شود.

 

مقاومت در مدار سري

در مدار سري مقاومت‌ها پشت سر هم بسته مي‌شوند. بنابراين جرياني كه از مقاومت اول عبور مي‌نمايد، از ساير مقاومت‌ها نيز عبور مي‌نمايد  و ولتاژ برابر است با

 

مقاومت در مدار بصورت موازي

در مدار موازي مقاومت‌ها هم جهت هم بسته مي‌شوند. ميزان آمپر برابر است با آمپر عبوري از هر يك از مقاومت ها  ولتاژ در سر هر يك از مقاومت‌ها برابر هم مي‌باشد  و مقاومت كل برابر است با

 

مقدار حرارت توليد شده توسط الكتريسته

انرژي حرارتي براحتي مي تواند با انرژي‌هاي ديگر تبديل شود. در اثر عبور جريان الكتريكي از مقاومت، انرژي الكتريكي به نور و حرارت تبديل مي شود.

زمان بر حسب ثانيه (مقاومت)  حرارت ايجاد شده (ژول)

مقال: ميزان حرارت ايجاد شده حاصل از قوس الكتريكي با A120 و A2 ولت را در مدت يك دقيقه محاسبه نماييد.

 

انواع جريان‌هاي الكتريكي

دو نوع جربان الكتريكي وجود دارد

الف) جريان مستقيم Direct current

ب) جريان متناوب Alternative current

 

جريان مستقيم D-C:

در جريان مستقيم، الكترونها هميشه در يك جهت حركت نموده و از قطب منفي به طرف قطب مثبت حركت مي‌نمايند. بنابراين جاي قطب مثبت و منفي عوض نمي‌شود

 

جريان متناوب(A-C)

در جريان متناوب، الكترونها هميشه در يك جهت حركت نمي‌كنند. بلكه ابتدا در يك جهت حركت نموده و در لحظه بعدي جهت الكترونها برعكس حالت قبل مي‌گردد.

DC

 

بنابراين در جريان متناوب جهت جريان دائماً عوض مي‌شود و جاي قطب مثبت و منفي جابجا مي‌شود در جوشكاري با جريان متناوب وقتي جريان الكتريكي به صفر مي‌رسد، قوس الكتريكي خاموش مي‌شود كه بايد با تدابير خاصي اين مشكل را در جوشكاري رفع نمود.

   

 

 

فركانس

در جريان متناوبف تغييرات ولتاژ با شدت جريان در جهت مثبت اط صفر شروع شده و به ماكزيمم مقدار رسيده و سپس به صفر مي‌رسد. دوباره در جهت منفي از صفر به ماكزيمم و بعد به صفر مي‌رسد به يك نيم سيكل مثبت و منفي يك سيكل كامل مي‌گويند. و به هر سيكل بر ثانيه هرتزHz گفته مي‌شود. هرچه تعداد سيكل‌ها در ثانيه بيشتر باشد، فركانس آن بيشتر است. فركانس برق توليدي در ايران داراي Hz50 مي‌باشد.

 

يكسوكننده‌ها (ديود)

يكسوكننده‌ يا ركتيفاير وسيله‌اي است كه جريان متناوب را به جريان مستقيم تبديل مي‌نمايد. يكسو‌كننده مانند شير يكطرفه در سيستم لوله‌كشي عمل مي‌نمايد و فقط از يك طرف عبور الكترونها را ميسر مي‌سازد.

استفاده از يك ديود در مسير جريان متناوب به صورت نيم موج جريان را يكسو مي‌نمايد. براي رفع اين مشكل و يكسوسازي كامل جريان از چهار عدد ديود بصورت پل ديودي استفاده مي‌گردد.

 

تريستور

تريستور مانند ديود، براي يكسوسازي بكار مي‌رود. فرق تريستور با ديود آنست كه جريان خروجي تريستورها قابل كنترل مي‌باشد.

تنظيم آمپر در دستگاه ركتيفاير از طريق تريستور تنظيم مي‌گردد.

ترانسفورماتور

ترانسفورماتور وسيله‌اي براي كاهش يا افزايش ولتاژ مي‌باشد بنابراين به ترانس‌هاي افزاينده يا كاهنده ولتاژ ناميده مي‌شوند.

ميزان آمپر خروجي ترانس‌ها بستگي به طراحي ترانس‌ دارد. ترانس‌هاي جوشكاري كاهنده ولتاژ برق شهر را تا زير 100 ولت كاهش داده و آمپر را افزايش مي‌دهند علت اين مسئله آنستكه ولتاژ قوس الكتريكي بسته به نوع فرآيند جوشكاري بين 10 تا44 ولت متغير مي‌باشد و براي آنكه بتوان حرارت لازم براي ذوب فلز پايه و الكترود فراهم شود، از آمپر بالا استفاده مي‌گردد.

از طرف ديگر با كاهش ولتاژ، خطر برق‌گرفتگي براي جوشكار تا حد زيادي كمتر مي‌شود.

ترانس‌ها از سه قسمت هسته آهني، سيم‌پيچ اوليه و سيم‌پيچ ثانويه تشكيل مي شود. هسته از جنس آهن نرم و ازورق‌هاي نازك كه بر روي هم قرار گرفته، تشكيل شده است. سيم‌پيچ اوليه و سيم‌پيچ ثانويه به دور هسته آهني پيچيده مي‌شوند.

سيم‌پيچ اوليه داراي تعداد دور زياد و از سيمي با قطر نازك تشكيل شده و به برق شهر متصل مي‌گردد. سيم‌پنچ ثانويه داراي تعداد دور كمتر و از سيمي با قطر ضخيم تر مي‌باشد. خروجي سيم‌پيچ ثانويه به انبر اتصال و انبر الكترود گير متصل مي‌شود ميزان توان ورودي با توان خروجي در ترانس‌ها تقريباً برابر مي‌باشد.

براي مثال اگر ميزان ولتاژ خروجي _v22 و آمپر _A100 باشد، آمپر ورودي برق تك‌فاز  را حساب نماييد.

                         آمپر برق ورودي

 

مثال 2) در كارگاهي نياز به دستگاه جوشكاري با قابليت خروجي 150 آمپر و 22 ولت مي‌باشد، آمپر مورد نياز برق ورودي  محاسبه نماييد.

                        w66000 = 150 × 22 × 20 = توان مصرفي

ورودي

 

افت توان در ترانس‌ها

پسم‌پيچ ترانسفورماتور معمولاً از سيم مسي با تعداد دور زياد مي‌باشد. سيم مسي داراي مقاومت معيني مي‌باشد و هر چه تعداد دور سيم‌پيچ بيشتر باشد، طول سيم بيشتر شده و لذا مقاومت آن افزايش مي‌يابد، وقتي جريان الكتريكي درسيم‌پيچ اوليه و ثانويه جاري مي‌شود، مقداري از جريان الكتريكي در سيم‌پيچ‌ها به گرما تبديل مي‌شود اين افت  را افت مسي مي‌نامند.

 

ميدان مغناطيسي حاصل از جريان الكتريكي

يك جريان الكتريكي از تعداد زيادي الكترون آزاد كه در يك جهت مشترك در يك سيم حركت مي‌كنند، تشكيل شده است. هر الكترون متحرك به تنهايي يك ميدان مغناطيسي ايجاد مي‌نمايد. از آنجا كه همه الكترونها در يك جهت حركت مي‌كنند، ميدانهاي جداگانه الكترنها بهم پيوسته و يك ميدان بسيار قوي‌تر ايجاد مي‌كنند.

وقتي يك ولتاژ DC به يك هادي داده مي‌شود، شدت جريان ناگهان از صفر به ماكزيمم مقدار خود مي‌رسد و تا موقعي كه جريان در آن جاري است، همين مقدار باقي مي‌ماند. وقتي مدار  باز مي‌شود، جريان صفر شده و ميدان مغناطيسي اطراف هادي نيز تا صفر پايين مي‌آيد. وقتي كه جريان متناوبي در داخل يك هادي جاري مي‌شود مقدار شدت جريان پيوسته تغيير مي‌كند. يعني در حقيقت تعداد الكترونهاي آزادي كه در يك جهت حركت مي‌كنند، تغيير مي‌كند. در نتيجه شدت ميدان مغناطيسي اطراف هادي پيوسته تغيير مي‌كند. هرچه شدت جريان بيشتر باشد ميدان قويتر است و هرچه شدت جريان كمتر باشد قدرت ميدان كمتر است. از آنجا كه جريان متناوب به تناوب تغيير جهت مي‌دهد جهت ميدان مغناطيسي نيز معكوس مي شود در هر لحظه جهت ميدان مغناطيسي به وسيله جهت جريان معلوم مي‌شود.

 

نحوه توليد جريان در ترانسفورماتور

هنگامي كه بين دو سيم‌پيچ القا متقابل وجود داشته باشد، هر تغييري در جريان يكي باعث القاء ولتاژ در سيم‌پيچ ديگر مي‌شود. سيم‌پيچ اوليه انرژي را از منبع گرفته و آن را از طريق تغيير ميدان مغناطيسي به سيم‌پيچ ثانويه منتقل مي‌نمايد. در ترانس انرژي الكتريكي از يك مدار به مدار ديگر بدون اتصال الكتريكي بين دو سيم‌پيچ منتقل مي‌شود.

 

 

دليل آمپراژ زياد در ترانسفورماتور : تا شدت جريان بتواند بر مقاومت هوا غلبه كرده و آنرا يونيزه كند و ايجاد قوس كرده و توليد حرارت زياد كند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مقدمه ای بر جوشکاری

800x600

-1- مقدمه

بشر اوليه زماني كه فلز را شناخت و به نحوه ذوب و ريخته‌گري آن پي برد در زمينه اتصال فلزي نيز تلاشهاي زيادي كرد و توانست لحيم‌كاري و بعضي از روشهاي ساده جوشكاري را ابداع نمايد. در كاوشهاي باستان‌شناسي دست‌بندهاي طلائي پيدا شده است كه مربوط به دوران قبل تاريخ بوده و سر اين دست‌بندها بوسيله‌ ضربات چكش جوشكاري شده است. در جواهرات قديمي ذرات ريز طلا را بوسيله صمغ درخت و نمك مس بهم چسبانده سپس آنرا آتش مي‌زدند، در اثر حاصل از سوختن صمغ درخت، فلز مس احيا شده و با طلا تركيب مي‌شد و بدين ترتيب جوشكاري قطعات ريز طلا انجام مي‌گرفت. روميان قديم از آلياژهائي براي لحيم‌كاري استفاده مي‌كردند كه هنوز هم در صنعت امروزي كاربرد دارند. جوشكاري بصورت امروزي در قرن نوزدهم اهميت بيشتري پيدا نمود و پيشرفت كرد. در سال 1887 ميلادي برنادوس روسي از قوس الكتريكي و الكترود ذغالي براي جوشكاري استفاده نمود و بعد از او اسكاويافوف الكترود فلزي بدون درپوش و قوس‌الكتريكي را براي جوشكاري بكار گرفت. امروزه بيشتر صد روش جوشكاري و برشكاري و لحيم‌كاري اختراع شده و جوشكاري را بعنوان يك شاخه علمي مطرح نموده است و داراي شاخه‌هاي متعددي در زمينه: فرآيندهاي جوشكاري، طراحي، بازرسي، متالوژي و .... مي‌باشد. و جمعيت زيادي را در اين صنعت مشغول به كار نموده است.

2-1- انواع اتصالات

در صنعت، هر سازه فلزي از قطعات مختلف ريخته‌گري شده، نورد كاري شده و ماشين‌كاري شده ساخته مي‌شود و اين قطعات به روشهاي مختلفي بهم متصل مي‌گردند كه عبارتند از: پيچ، پرچ، خار، پين، لحيم، جوش.

روشهاي فوق را مي‌توان به صورت ذيل دسته‌بندي نمود:

الف- اتصال موقت : پيچ، پين، خار

ب- اتصال نيمه موقت: پرچ، لحيم

ج- اتصال دائم: جوشكاري

اتصال موقت: به اتصالي گفته مي‌شود كه در صورت جدا نمودن عامل اتصال (پيچ، پين، خار) به فلز پايه و عامل اتصال آسيبي وارد نمي‌گردد.

اتصال نيمه موقت: به اتصالي گفته مي‌شود كه در صورت جدا نمودن عامل اتصال(پرچ، لحيم) فلز پايه صدمه‌اي نمي‌بيند ولي عامل اتصال از بين مي‌رود.

اتصال دائم: به اتصالي گفته مي‌شود كه در صورت جدا نمودن عامل اتصال، هم فلز پايه و هم عامل اتصال آسيب مي‌بيند.

مزيت اتصال موقت نسبت به اتصال دائم آنست كه كمترين عيب احتمالي را دارد در صورتيكه در اتصال دائم نظير جوشكاري عيوب مختلفي ايجاد مي‌گردد.

مزيت اتصال دائم:

1.      استحكام آن بالاتر است.

2.      امكان آب‌بندي وجود دارد.

3.      سريعتر انجام مي‌شود.

4.      آماده‌سازي كمتري نياز دارد.

5.      به مرور زمان عامل اتصال شل نمي‌شود.

 

3-1- لحيم‌كاري

لحيم‌كاري يك نوع اتصال موقت مي‌باشد و به دو دسته تقسيم مي‌شود:

1.      لحيم‌كاري نرم

2.      لحيم‌كاري سخت

در لحيم‌كاري از يك فلز سيال با نقطه ذوب پايين‌تر از فلز پايه براي اتصال استفاده مي‌شود. ابتدا لبه‌هاي قطعات فلزي را تا دماي بالاتر از نقطه ذوب فلز لحيم حرارت داده سپس فلز لحيم را اضافه مي‌نمايند. فلز لحيم‌ ذوب شده و در شكاف بين دو قطعه جاري مي‌گردد و در پستي و بلندي‌هاي سطح فلز قرار گرفته و پس از انجماد باعث عمل اتصال مي‌گردد. اگر نقطه ذوب فلز لحيم كمتر از ^oc450 باشد لحيم‌كاري نرم و اگر بالاتر از ^oc450 باشد، لحيم‌كاري سخت ناميده مي‌شود.

جوشكاري:

تعريف: عمل ايجاد پيوند بين اتم‌هاي دو جسم را جوشكاري گويند. اين پيوند مي‌تواند بين دو فلز همجنس و يا غيرهمجنس، بين فلز يا غيرفلز و يا بين دو ماه غيرفلزي (پلاستيك) انجام شود.

عمل جوشكاري مي‌تواند با حرارت و يا بدون حرارت، با فشار يا بدون فشار، با ماده كمكي يا بدون آن انجام شود.

جوشكاري از نظر ذوب به دو دسته كلي تقسيم‌بندي مي‌گردد:

1.      جوشكاري غيرذوبي

2.      جوشكاري ذوبي

 

4-1 جوشكاري غيرذوبي

در اين روشها بدون ذوب لبه‌هاي اتصال، عمل جوشكاري انجام مي‌گيرد.

جوشكاري غيرذوبي به دو دسته تقسيم مي‌گردد:

الف: بدون استفاده از حرارت

ب: با استفاده از حرارت

الف: جوشكاري غيرذوبي بدون استفاده از حرارت

در اين روش قطعات در دماي محيط توسط ضربه يا فشار به يكديگر جوشكاري مي‌شوند مثل: جوشكاري انفجاري، جوشكاري التراسونيك، جوشكاري با ضربات چكش، جوشكاري توسط غلطك كاري.

 

ب: جوشكاري غيرذوبي بوسيله حرارت

در اين روش قطعات تا دماي خميرشدن حرارت داده مي شوند سپس توسط فشار با ضربه عمل جوشكاري انجام مي‌گيرد مثل: جوش آهنگري، جوش غلطك‌كاري گرم.

 

5-1 جوشكاري ذوبي

در اين روش با استفاده از حرارت لبه‌هاي اتصال ذوب شده و سپس با استفاده از ماده كمكي و يا بدون آن عمل جوشكاري انجام مي‌شود. مانند جوشكاري اكسي گاز كه از حرارت حاصل از سوختن يك گاز سوختني مانند استيلن با اكسيژن لبه‌هاي كار به دماي ذوب رسيده و در هم ادغام مي‌گردند و پس از منجمد شدن عمل جوشكاري انجام مي‌شود و يا مثل جوشكاري با قوس الكتريكي نظير: جوشكاري برق، تيگ، ميگ‌مگ، زيرپودري، پلاسما.

منابع حرارتي مورد استفاده در جوشكاري عبارتند از:

1.      شيميايي: از فعل و انفعالات شيميايي مي‌توان براي توليد حرارت استفاده نمود مانند عمل سوختن گازهاي سوختني با اكسيژن يا جوشكاري ترميت كه از واكنش بين پودر آلومينيوم و اكسيد آهن حرارت زيادي ايجاد شده و باعث ذوب و احياء اكسيد آهن مي‌گردد و آهن مذاب حاصل براي جوشكاري بكار مي‌رود.

2.  الكتريكي : از انرژي الكتريكي مي‌توان براي جوشكاري مقاومتي، جوشكاري با قوس الكتريكي و جوشكاري الكترون بيم استفاده نمود.

3.      نوري: انرژي نوري در جوشكاري با ليزر از يك شعاع نوري متمركز با انرژي زياد استفاده مي‌گردد.