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.