خطاهای جوشكاری اتصالات در ساختمانهای فولادی

خطاهای جوشكاری اتصالات در ساختمانهای فولادی

چكيده
با و جود تجربه تلفات و خسارات سنگين زلزله هاي اخير مانند زلزله هاي منجيل و بم ، احتمال وقوع زمين لرزه هاي بزرگ در بيشتر مناطق پر جمعيت كشور و نياز جدي به اعمال كنترل كيفي در طراحي و اجراي ساختمانها ، هنوز توجه كافي به ساخت و ساز صحيح نشده است . مشكل اصلي آسيب پذير ي لرزه اي ساختمانها، كم توجهي
به دانش فني و دستور العملهاي آيين نامه هاي موجود در مراحل اجرايي ساختمانها مي باشد . بيشتر ساختمانهاي كوچك مسكوني فاقد محاسبات سازه اي و جزئيات اجرايي لازم بوده و با نظارت صحيح مهندسين ساختماني كه دانش فني لازم را دارند ساخته نمي شوند و احداث آنها توسط پيمانكاران غير حرفه اي و فاقد صلاحيت لازم
انجام مي گيرد.
ساختمانهاي فولادي بخش قابل توجهي از ساخت و ساز در ايران را تشكيل مي دهدو سهم بزرگي از مشكلات اجرايي آنها به خطاها و ضعفهاي متنوع جوشكاري بر مي گردد. جوشكاري به عنوان مهمترين مسئله اتصالات در اجراي يك ساختمان فلزي بايستي مورد توجه قرار گيرد و روشهاي مختلف كنترل كيفيت جوش دراين خصوص بكار گرفته شود . در اين مقاله، ضمن مروري بر خطاها و عيبهاي معمول جوشكاري در اجراي ساختمانهاي فولادي، به اختصار روشهاي بازرسي و كنترل كيفيت جوش به منظور ترويج فرهنگ صحيح جوشكاري ارائه ميگردد. 

كليد واژه ها: ساختمان فولادي، جوشكاري، معايب جوش، كنترل كيفيت جوش.

١- مقدمه
با وجود تجربه تلفات و خسارات سنگين زلزله هاي اخير مانند زلزله هاي منجيل و بم (تصوير ١)، احتمال جدي وقوع زمين لرزه هاي بزرگ در بيش تر مناطق پر جمعيت كشور و نياز جدي به اعمال كنترل كيفي در طراحي و اجراي ساختمانها ، متاسفانه هنوز توجه كافي به ساخت و ساز صحيح نشده است . از نظر علم مهندسي زلزله، در حال حاضر ساخت بناهاي مقاوم در برابر زلزله امكان پذير است ، ليكن عملا به دليل يكسري مشكلات اجر ائي رسيدن به ساختمانهاي مقاوم تضمين نمي گردد [ ١و ٢ ].

 

مشكل اصلي آسيب پذيري لرزه اي ساختمانها حتي نمونه هاي جديد الاحداث در ايران، عدم استفاده صحيح از دانش فني در مراحل طراحي و اجرا مي باشد. دستورالعملهاي اتصالات جوشكاري شده و ضوابط طراحي ساختمانهاي فولادي، گاهي در طراحي و اجرا سهل انگاري مي شود. لذا بايستي سطح معلومات فني اين افراد افزايش يافته و نيز مكانيزمي براي اعمال قاطعيت اجرايي و كنترل امر در نظرگرفته شود و البته طوري كه حقوق مهندس ناظر حفظ شده و مسئوليتها به درستي تقسيم گردد[ ١ ].
ساختمانهاي فولادي بخش قابل توجهي از ساخت و ساز در ايران را تشكيل ميدهند و يكي از مهمترين موضوعات درهر ساختمان فولادي، كنترل جوشكاري آن ميباشد (تصاوير ٢ و ٣).اهميت اين امر در زلزله هاي .( اخير نشان داده شده است كه خسارات اساسي پس از بريدن جوش اتصال عضو ساز هاي پديد م يآيد(شكل ٤ )

 

جوشها درهمه بخشها بايستي منطبق بر اطلاعات نقشه بوده و از لحاظ بعد و طول جوش (شكل ٥) و كنترل كيفيت لازم بررسي گردد. در استاندارد ٢٨٠٠ ، آزمايشات اولتراسونيك و راديوگرافي براي كنترل اتصالات جوشي قابهاي خمشي ويژه اجباري شده است[ ٣] كه البته بسته به تشخيص مهندس ناظر در ساير حالات حتي در ساختمانهاي معمولي نيز بايد انجام گردد. در اين مقاله، ضمن مروري بر عيبهاي معمول جوشكاري در اجراي ساختمانهاي فولادي، روشهاي بازرسي و كنترل كيفيت جوش ارائه ميگردد.

 

 
٢. عيبها و ناپيوستگي هاي معمول در جوشكاري

يكي از مهمترين وظايف بازرس يا تيم كنترل كيفي جوش، ارزيابي حقيقي جوشها به منظور بررسي مناسب بودن آنها در شرايط بهره برداري و در واقع تعيين هر گونه كمبود و نيز نامنظمي درجوش يا قطعه جوشكاري شده كه عمومًا ناپيوستگي ناميده مي شود ميباشد. در حاليكه يك ناپيوستگي، هر گونه اختلال در ساختار يكنواخت را بيان مي كند، يك عيب ناپيوستگي ويژه است كه مناسب بودن سازه يا قطعه را زير سئوال مي برد. شكل ناپيوستگي را ميتوان به دو گروه كلي خطي و غير خطي تقسيم نمود. ناپيوستگي هاي خطي طولي به مراتب بيش از پهنا دارند. زمانيكه در جهت عمود برتنش اعمالي قرار گيرند، يك ناپيوستگي خطي نسبت به غير خطي شرايط بحراني تري را ايجاد مي كند، چرا كه احتمال اشاعه و در نهايت تخريب آن بيشتر خواهد بود[ ٤ ].

٣. ناپيوستگيهاي فلز جوش و فلز پايه 
1-3. تركها
بحراني ترين ناپيوستگي ها، تركها هستند . شرايط اضافه بار باعث ايجاد تركها و تمركز تنش مي شود . يك روش گروه بندي تركها با مشخص كردن آنها به صورت گرم يا سرد است . همچنين تركها را ميتوان توسط جهت آنها نسبت به محور طولي جوش توصيف نمود . تركهاي طولي بعلت تنشهاي انقباضي عرضي جوشكاري يا تنشهاي سرويس ايجاد مي شوند . تركهاي عرضي عمومًا به علت اثر تنشهاي انقباضي طولي جوشكاري روي جوش يا فلز پايه با انعطاف پذيري كم ايجاد مي شوند (شكل ٦). انواع مختلف ترك با توصيف دقيق موقعيتهاي آنها نسبت به اجزا مختلف شامل : تركهاي گلويي، ريشه، كناره، چاله جوش، زيرگرده منطقه متاثر از حرارت و فلز پايه هستند .
تركهاي گلويي كه از ميان گلويي جوش يا كوتاهترين مسير درسطح مقطع جوش گسترش مي يابد ، از نوع تركهاي طولي بوده واغلب در طبقه بندي ترك گرم قراردارند.

 

تركهاي ريشه در فلز پايه يا در خود جوش نيز در زمره تركهاي طولي هستند . تركهاي كناره جوش در فلز پايه ايجاد شده و در كناره جوش توسعه مي يابند . تركهاي چاله جوش درنقطه پاياني رديفهاي منفرد جوش در صورت عدم مهارت جوشكار ايجاد مي شوند . دسته بعدي تركها، ترك زير جوش به علت حضورهيدروژن است . اين نوع ترك بجاي فلز جوش در ناحيه تحت تاثير حرارت به موازات خط ذوب واقع هستند. 

٢-٣. ذوب و نفوذ ناقص
طبق تعريف، ذوب ناقص يك ناپيوستگي درجوش است كه ذوب شدن بين فلز جوش وسطوح ذوب و يا لايه هاي جوش رخ نداده باشد . بعلت خطي بودن و انتهاي نسبتًا تيزآن، ذوب ناقص از ناپيوستگي هاي بارز درجوش است و در وضعيتهاي مختلف در منطقه جوش تشكيل مي شود . نفوذ ناقص معرف حالتي است كه فلز جوش به طور كامل در سراسر ضخامت ورق گسترده نشده باشد . موقعيت اين عيب در مجاورت ريشه جوش است . ذوب و نفوذ ناكافي به علت عدم مهارت جوشكار، شكل نامناسب اتصال يا آلودگي اضافي ايجاد مي شود. 

٣-٣. سرباره هاي محبوس شده
مناطقي در سطح مقطع يا در سطح جوش هستند كه سرباره محافظ حوضچه جوش به طور مكانيكي درون فلز منجمد شده محبوس مي شود. اين سرباره منجمد شده بخشي از مقطع جوش را نمايش مي دهد كه فلز جوش بخوبي ذوب نمي شود. اين پديده خود سبب ايجاد بخشي ضعيف در نمونه خواهد شد . در حقيقت سرباره هاي
محبوس شده اغلب درارتباط با ذوب ناقص هستند. 

٤-٣. تخلخل  
اين نوع ناپيوستگي درخلال انجماد جوش در اثر حبس گاز ايجاد مي شود . بنابراين تخلخل را بسادگي ميتوان، حفره هاي گاز درون فلز ج وش منجمد شده دانست . به علت طبيعت كروي شكل آنها، تخلخل كمترين خطر را در ميان ديگر ناپيوستگي ها داراست ولي در زمانيكه جوش بايد تحمل فشارهاي بالا را داشته باشد حضور تخلخل خطرناك خواهد بود [ ٦]. منابع مختلفي براي حضور رطوبت يا آلودگي وجود دارد كه ميتوان الكترود فلز پايه، گازمحافظ يا محيط اطراف را در اين ميان نام برد، تغيير درتكنيك جوشكاري نيز مي تواند سبب ايجاد تخلخل شود. 

٥-٣. بريدگي كنار جوش
بريدگي كنار جوش يك ناپيوستگي سطحي است كه در فلز پايه مجاور فلز جوش رخ ميدهد . در شرايطي عيب را داريم كه فلز پايه شسته شد ه ولي با فلزي پركننده جبران نمي شود . نتيجه ، ايجاد يك شيار خطي با شكلي نسبتًا تيز است كه درفلز پايه تشكيل مي شود . اين عيب بعلت سطحي بودن ماهيت آن براي بارگذاري خستگي خطرناك است. بريدگي كنار جوش عمومًا به علت تكنيك جوشكاري نامناسب ايجاد مي گردد ، به ويژه اگ ر سرعت حركت جوش زياد باشد . علاوه بر اين اگر گرماي جوشكاري بسيار بالا باشد مي تواند سبب ذوب شدن بيش ازحد فلز پايه گردد. 

٦-٣. پرشدن ناقص
اين مورد مشابه بريدگي كنار جوش، يك ناپيوستگي سطحي است كه به علت كمبود ماده در مقطع عرضي ايجاد مي شود. تنها تفاوت دراين ميان اين است كه پرشدن ناقص در فلز جوش ولي بريدگي كنار جوش درفلز پايه يافت مي شود . به بيان ساده ، پرشدن ناقص ، زماني رخ مي دهد كه فلز پركننده به اندازه كافي براي پركردن اتصال جوش در دسترس نباشد (شكل ٧). مشابه بريدگي كنار جوش، پرشدن ناقص نيز هم در سطح رويي و هم در ريشه جوش ظاهر مي شود . دليل اوليه پرشدن ناقص، تكنيك غلط جوشكاري است . مثلا سرعت زياد جوشكاري اجازه پرشدن اتصال و هم سطح شدن آن با فلز را نمي دهد. 

 

٧-٣. سررفتن
نوع ديگر ناپيوستگي سطحي جوش كه از تكنيك نامناسب جوشكاري (سرعت جوشكاري خيلي آرام ) ناشي مي شود، سررفتن است كه در آن ، فلز جوش روي فلز پايه مجاورش سر مي رود و دركناره جوش، شياري تيز را ايجاد مي نمايد . به علاوه اگر مقدار سررفتن به اندازه كافي زياد باشد مي تواند تركي را كه از اين تمركز تنش ايجاد مي شود را مخفي نمايد. 

٨-٣. تحدب بيش از حد
اين ناپيوستگي مختص جوشهاي گوشه است و طبق تعريف تحدب عبارت از حداكثر فاصله از رويه محدب يك جوش گوشه تا خط واصل بين كناره هاي جوش است . از نقطه نظراستحكام مقدار تحدب در جوش گوشه ضروري است ولي اگر از حدي بيشتر باشد، به عنوان يك عيب تلقي مي شود. اين مطلب هم از نقطه نظر اقتصادي (مصرف فلز پركننده بيشتر ) و هم از نظر حضور مناطق تيز اطراف جوش به خصوص در بارگذاري خستگي مطرح مي شود. دليل ايجاد تحدب، آرام بودن سرعت جوشكاري يا تكنيك ناصحيح جوشكاري است.

٩-٣. لكه قوس و پاشش
لكه هاي قوس درنتيجه شرو ع قوس عمدًا ياتصادفي روي سطح فلز پايه دور از اتصال به وجود ميآيند . در اثر اين رخداد، منطقه اي متمركز شده از سطح فلز پايه ذوب شده و سريعًا سرد و شكننده مي شود . پاشش همان ذرات فلزي پراكنده ناشي از جريان بالاي جوشكاري هستند كه در تشكيل جوش نقشي ندارند . از نقط ه نظر بحراني بودن، پاشش ممكن است زياد مهم تلقي نشود، ولي درهر حال مقادير زياد پاشش ميتوانند گرماي موضعي زيادي را به سطح فلز مشابه با اثر لكه قوس ايجاد كنند و حتي سبب تشكيل ناحيه تحت تاثير حرارت شوند. 

١٠-٣ . اعوجاج 
خميدگي يا اعوجاج از مشكلات مهم جوشكاري اس ت كه بايد برطرف گردد . اين مسئله در اثر انقباض كه به هنگام گرم و سرد شدن پس از عمليات جوشكاري در فلز پايه و جوش بوجود مي آيد ، شكل مي گيرد . براي كنترل اعوجاج بايد شرايط لازم براي جوشكاري شامل كنترل قبل، حين و بعد از جوشكاري تامين گردد. 

١١-٣  . تورق و پارگي سراسري
اين ناپيوستگي ويژه مربوط به فلز پايه است . تورق در اثر حضور آلودگي و ناخالصي غير فلزي موجود درزمان توليد فولاد ايجاد مي شود . اين ناخالصي ها به طور طبيعي اكسيدي هستند كه در زمانيكه فولاد هنوز مذاب است تشكيل شده و در خلال عمليات بعدي نورد كشيده شده و موج ب تورق مي شوند. نوع ديگر ناپيوستگي مربوط به پارگي سراسري است و زماني رخ مي دهد كه در جهت تمام ضخامت دراثر جوشكاري تنشهاي انقباضي بزرگي ايجاد شده باشد . پارگي عمومًا موازي سطح نورد شده زير فلز پايه و معمولا موازي مرز ذوب جوش رخ مي دهد .
پارگي سراسري يك ناپيوستگي است كه مستقيمًا به طرز قرارگيري اتصال مرتبط مي شود. 

١٢-٣  . جابجا شدن و ناپيوستگي هاي ابعادي
دراثر سواركردن و مونتاژ غلط اجزاي مورد جوش در كنار يكديگر ، جابجايي بصورت هم محور نبودن دو سطح قطعه كار در جوشهاي لب به لب است كه در مواردي با برشكاري رفع مي شود، اما در بيشتر مواقع بايد جوش را بريده و مجددًا عمليات جوشكاري بادقت تكرار شود . ناپيوستگي هاي ابعادي، نقائص شكل يا ابعاد هستند و هم درجوش و هم در سازه جوش شده بروز مي كنند. 

٤. آزمايشهاي جوش 

١-٤. ارزيابي جوشكار
آزموني كه صلاحيت جوشكار را براي اجراي ضوا بط آيين نامه اي تاييد مي كند، آزمايش تشخيص صلاحيت يا ارزيابي جوشكار و يا آزمون كيفيت اجرا خوانده مي شود . اين ارزيابي مشخص مي كند كه آيا جوشكار دانش و مهارت لازم را در بكارگيري و اعمال دستورالعمل جوشكاري مدود در رابطه با رده بندي كاري خود دارد ياخير . ارزيابي جوشكار ممكن است با تجهيزات جوشكاري دستي و يا با تجهيزات جوشكاري تمام اتوماتيك انجام شود .

- روشهاي آزمايشي كه كيفيت يك جوش را تعيين مي كند، در سه طبقه بندي بسيار وسيع قرار مي گيرد . ١- آزمايش هاي غير مخرب، ٢- آزمايشهاي مخرب و ٣- بازرسي عيني[ ٦و ٥ ]

٢-٤. آزمايشهاي غير مخرب
هدف از اين آزمايشها، بازرسي و تشخيص عيوب مختلف جوش (سطحي وعميق) و تاثيد آن مي باشد، بدون اينكه قطعه جوش داده شده غير قابل استفاده شود . اگر آزمايش نشان دهد كه محلي از جوش معيوب است مي توان از طرفين محل مذكور به اندازه لازم برداشته وبا جوش مجدد اتصال كاملي به دست آورد [ ٥ ].

1-2-4. آزمون ذرات مغناطيسي
آزمون ذرات مغناطيسي يكي از آسانترين آزمايشهاي غير مخرب جوشكاري است . اين روش جوش را براي معايبي از قبيل تركهاي سطحي، ذوب ناقص، تخلخل، بريدگي كنار جوش، نفوذ ناقص ريشه جوش و اختلاط سرباره كنترل مي كند . اين آزمايش محل تركهاي داخلي و سطحي بسيار ريز را براي رويت با چشم غير مسلح آشكار ميكند . قطعه مورد آزمايش با استفاده از جريان الكتريكي، يا قراردادن آن در داخل يك سيم پيچ مغناطيسي مي گردد . سطح مغناطيسي شده قطعه با لايه نازكي از يك گرد مغناطيسي نظير اكسيد آهن قرمز پوشيده مي شود و اين لايه گرد در صورت وجود يك عيب سطحي يا داخلي در داخل حفره يا ترك مربوطه فرو مي رود. 

٢-٢-٤. بازرسي با مواد نافذ
بازرسي با مواد نافذ يكي از شيوه هاي غير مخرب براي محل يابي معايب سطحي مي باشد . سطح مورد بازرسي بايد ابتدا از لكه هاي روغن، گريس و مواد ناخالص و خارجي تميز شود . سپس ماده رنگي مورد نظر بر روي سطح پاشيده شده و در داخل تركها و ساير ناهمواريهاي نفوذ مي كند . رنگ اضافي از روي سطح پاك شده و سپس يك ماده فوق العاده فرار حاوي ذرات ريز سفيدرنگ بر روي سطح پاشيده مي شود . تبخير مايع فرار باعث برجاي ماندن گرد خشك سفيد رنگ بر روي ماده قرمز نفوذ كرده در ترك مي گردد و بر اثر عمل مويينگي، ماده قرمز از ترك بيرون كشيده شده و پودر سفيد كام ً لا قرمز مي شود. 

٣-٢-٤. آزمون فراصوتي
آزمون فراصوتي قادر به تشخيص معايب داخلي بدون نياز به تخريب قطعه جوش شده مي باشد . موج هاي فراصوتي از داخل قطعه مورد آزمايش عبور داده مي شوند و با هرگونه تغيير درتراكم داخلي قطعه منعكس مي شوند. امواج منعكس شده (پژواك ها ) به صورت برجستگي هايي نسبت به خط مبنا، بر روي صفحه نمايش دستگاه ظاهر مي شوند . هنگامي كه عيب يا ترك داخلي توسط واحد جست و جو پيدا شود توليد ضربان سومي مي كند كه بين ضربان اول و دوم بر روي صفحه نمايش ثبت مي شود (شكل ٨). بنابراين مشخص مي شود كه اين عيب بين سطوح بالاو پايين مصالح (در داخل جسم مصالح ) مي باشد. 

 

٤-٢-٤. آزمايش پرتونگاري
پرتونگاري يكي از روشهاي آزمايش غير مخرب است كه نوع و محل عيوب داخلي و بسيار ريز جوش را نشان ميدهد. پرتو راديويي در ضخامت فلز نفوذ كرده و پس از عبور اين ضخامت لكه اي بر روي صفحه فيلم ايجاد مي كند. ميزان جذب پرتوهاي راديويي توسط مواد مختلف متفاوت است . نفوذ گل، حفره گازي، تركها، بريدگي هاي كناره جوش و قسمتهاي نفوذ ناقص جوش تراكم كمتري نسبت به فولاد سالم دارند . بنابراين در حوالي اين قسمتها پرتو بيشتري به سطح فيلم مي رسد و عيوب فلز جوش، به صورت لكه هاي تاريكي بر روي فيلم ثبت مي شوند[ ٥ ].

٣-٤. آزمايشهاي مخرب  
اين آزمايشهاي مكانيكي نمونه جوش شده جهت تعيين مقاومت و سايرخواص مكانيكي ، نسبتًا ارزان قيمت و بسيار كاربردي هستند . به همين جهت در سطح وسيعي براي ارزيابي وتاييد دستوالعمل جوشكاري و صلاحيت جوشكار به كار مي روند. 


٥. نتيجه گيري
ساختمانهاي فولادي بخش قابل توجهي از ساخت و ساز در ايران را تشكيل مي دهند و يكي از مهمترين موضوعات درهر ساختمان فولادي بويژه از نقطه نظر مقاومت لرزه اي، كنترل جوشكاري آن ميباشد . جوشها درهمه بخشها بايستي منطبق بر اطلاعات نقشه بوده و از لحاظ بعد و طول جوش و كنترل كيفيت لازم بررسي (NDT) گردد. دراين خصوص حتي ممكن است در يك ساختمان فولادي كوچك به انجام آزمايشات غير مخرب بر روي جوش نياز باشد . در استاندارد ٢٨٠٠ ، آزمايشات اولتراسونيك و راديوگرافي براي كنترل اتصالات جوشي قابهاي خمشي وي ژه اجباري شده است كه البته بسته به تشخيص مهندس ناظر در ساير حالات نيز انجام مي گيرد.

طبقه‌بندی الکترود (Electrode Classification)

طیف و انواع مختلفی از الکترودهای جوشکاری در صنعت تولید می‌شود و تحت عنوان‌های مختلف به بازار عرضه می‌شود. انجمن جوشکاری آمریکا (American Welding Society) به کمک یک سری اعداد الکترودها را طبقه‌بندی می‌کند که مختصر شرح این طبقه‌بندی بصورت زیر می‌باشد

11ـ حرف E قبل از یک عدد چهار یا پنج رقمی EXXXXX منظور الکترود می‌باشد که در روشجوشکاری با قوس الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. چنانچه جوشکاری با روش گازانجام گیرد از کلمه E استفاده نمی‌شود بلکه بجای آن از کلمه RG استفاده می‌شود و منظور ایناست:

22ـ دو یا سه رقم عدد چهار یا پنج رقمی بعد از حرف E مشخص کننده استحکام کششی جوش می‌باشد. مثلاً Elooxx, E60xx که منظور 60k.s.i یا 60000P.S.i و 100k.s.i یا 100,000منظور استحکام کششی جوش است که ممکن است بر حسب Welded As یا تنش زدائی شده (Stress Relieved) بیان گردیده باشد که این موضوع توسط دستورالعمل سازنده مشخص می‌گردد.
ـ دومین عدد از سمت راست مشخص کننده موقعیت جوشکاری می‌باشد که الکترود برای آن حالت طراحی شده است. بطور مثال الکترود با این کد EXX1X برای تمامی موقعیت‌های جوشکاری مورد استفاده می‌باشد:

جدول 5ـ رقم سوم یا چهارم در طبقه‌بندی الکترودها (EXXXX) Welding Rod Used for Gas Welding p.s.i 33

EXX1X	کاربری الکترود در همه موقعیت‌ها می‌باشد. All Position	منظور از 1
EXX2X	کاربری الکترود فقط برای Flat & Horizontal می‌باشد.	منظور از 2
EXX3X	کاربری الکترود فقط برای حالت Flat می‌باشد.	منظور از 3
EXX4X	کاربری الکترود در همه موقعیت‌ها و V- down	منظور از 4

44ـ دو عدد آخر سمت راست مشخص‌کننده چندین عامل نظیر نوع منبع قدرت مورد استفاده (AC-DCSP-DCRP) همچنین نوع پوشش الکترود که آیا مثلاً در پوشش پودر آهن وجود دارد یا نه و یا اینکه مشخص کننده الکترود کم هیدروژن است و یا هر دو.
به منظور بکارگیری الکترود دو عدد سمت راست (آخر) بایستی تواماً با یکدیگر مورد توجه قرار گیرند تا به کمک آنها بتوان ترکیب پوشش وکاربرد صحیح الکترود را تشخیص داد.
به طور مثال:
EXX10 High cellulose, Sodium

EXX11 High cellulose, Potassium

EXX12 High Titania or Rutile, Sodium

EXX13 High Titania or Rutile, Potaxxium

EXX14 Iron Powder, Titania

EXX15 Low Hydrogen Sodium

EXX16 Low Hydrogen Potasium

EXX18 Iron Powder, Low Hydrogen

EXX20 High Iron Oxide

EXX24 Iron Powder, Titania

EXX27 Iron Powder, Iron Oxide

EXX28 Iron Powder, Low Hydrogen

در این راستا جداولی وجود دارد که موقعیت (Position) و کاربرد (Application) و قطبیت (Polarity) را برای انواع الکترودها مشخص می‌نماید.

نوع جریان	موقعیت جوشکاری	نوع پوشش	کلاسAWS
DCRP	ALL	سلولز بالا، سدیم	E6010
DCPR, AC	ALL	سلولز بالا، پتاسیم	E6011
DCSP, AC	ALL	رتیل بالا، سدیم	E6012
DCSP,DCRP,AC	ALL	رتیل بالا، پتاسیم	E6013
DCSP, AC	F,H	اکسید آهن بالا	E6020
DCSP,DCRP,AC	F,H	اکسید آهن بالا	E6022
DCSP, AC	F,H	اکسید آهن و پودر آهن	E6027
DCSP,DCRP,AC	ALL	پودر آهن، رتیل	E7014
DCRP	ALL	هیدروژن پائین، سدیم	E7015
DCRP, AC	ALL	هیدروژن پائین، پتاسیم	E7016
DCRP, AC	ALL	هیدروژن پائین، پتاسیم، پودر آهن	E7018
DCSP,DCRP,AC	F,H	پودر آهن، رتیل	E7024
DCSP, AC	F,H	اکسید آهن و پودر آهن	E7027
DCRP, AC	F,H	هیدروژن پائین، پتاسیم، پودرآهن	E7028
DCRP, AC	F, H, V(Down-hill), OH	هیدروژن پائین، پتاسیم، پودر آهن	E7048

جوشکاری در حالات OH, V با الکترودهای نازکتر از 4.8mm و برای الکترودهای گروه E7015،،و E7018 با الکترودهای نازکتر از 4.0mm امکانپذیر است. الکترودهای گروهبرای جوشهای تک پاسه بکار می روند.
برای الکترودهای با استحکام کششی مساوی یا بالاتر از 70,000 psi بعد از چهار یا پنج x آورده شده، بعضی از کدها خط تیره و حرف و عددی نیز بدنبال دارد که x انتهایی نشان دهنده ترکیب شیمیائی فلز جوش (Weld Metal ) می باشد.
بطور مثال:
E6022 E70XX-X E7016 E7014

E80XX-X

E100XX-X

E110XX-X

E120XX-X

E8010-A1 ½%MO
E8010-B1 ½%Cr-1/2% Mo

E9010-B2 1 ¼% Cr-1/2% Mo
E9010-B3 2 ¼% Cr-1% Mo

E10010-C1 2 ½% Ni
E11015-C2 3 ¼% Ni

E12015-C3 1 % Ni, 0.35 Mo, 0.15 % Cr
E12015D1&D2 0.25-0.45% Mo, 1.25-2.00% Mn
E12015-G 0.5% Min Ni, 0.3%Min Cr 0.2% Min Mo
0.1%MiN V

در حقیقت شماره الکترود توام با حرفی در پشت آن و به دنبال آن عددی گویای الکترودهایفولادی کم آلیاژ می باشد.
مشخص کننده فولاد کربنی مولیبدن دار است.
مشخص کننده فولاد محتوی Cr,Mo.
C مشخص کننده فولاد محتوی Ni.
D مشخص کننده فولاد محتوی Mn , Mo.
G برای سایر الکترودها و عناصر آلیاژی کم (Low Alloy Steel) می باشد.
مثال الکترود E8016-B2
1ـ E مشخص کننده الکترود
ـ 80 مشخص کننده حداقل استحکام کششی 80,000 Psi
3ـ 6 مشخص کننده الکترود کم هیدروژن، با پوشش پتاسیم
ـ عدد 1 بکارگیری الکترود در همه موقعیتها با جریان AC و DCRP
5ـ پسوند B2 مشخص کننده این است که فلز جوش (الکترود) از نوع فولاد کم آلیاژی محتوی Cr وبا درصد ¼ Cr و ½
Mo می باشد B 2 4 Mo A

نکاتی در مورد جوشکاری ساختمانهای فلزی

فرآیند برپا سازی اسکلت ساختمانهای فلزی (غالباً مسکونی و تجاری های کوچک) در زمان کوتاهی٬ حدوداً یک روزه٬ انجام می شود. به همین دلیل نمی توان تمام جوشکاریها را در همان روز انجام داد. در این حالت در قدم اول جوشکار سعی می کند تیر و ستونهای ساختمان را با حداقل جوش بر پا کند و بعد از رفتن جرثقیل٬ هزینه ساعتی اجاره جرثقیل زیاد است و برای همین نمی توان چند روز از آن استفاده کرد مضافاً اینکه اگر حتی یک ساعت در روز از آن استفاده شود باید هزینه کل روز را پرداخت نمود٬ شروع به جوشکاری کامل کند.

برای همین است که پایداری ساختمان فلزی در چند روز اول که جوشکاری ها هنوز نیمبند هستند بسیار کم است. بلای جان این وضعیت٬ باد است. بله وزش باد. من خود ساختمانی را به چشمم دیدم که بر اثر وزش باد پاییزی براحتی ناپایدار شد و فرو ریخت. صحنه وحشتناکی بود. تیرآهنهای ساختمان بهنگام فروریختن٬ بدلیل کوچکی عرض کوچه٬ از پنجره به خانه ملک روبرویی رفته بودند. واقعاً خطرناک بود. چه باید کرد؟

خب٬ این خودش یک بحث علمی را میطلبد. آیا تابه حال به واژه "بارهای حین ساخت" (Construction Loads) برخورده اید؟ اساس قضیه اینست که تکنولوژی ساخت نیز علاوه بر بارهای اعمالی بر سازه٬ ممکن است بارهای جدیدی را به سازه اعمال کند. مثلاً در مبحث پل سازی٬ اگر برای ساخت پل مجبوریم که از تکنولوژی ساخت خاصی استفاده کنیم٬ شاید که لازم باشد سازه را برای یک بارگذاری جدید که ریشه آن فقط و فقط روش ساخت است طراحی کنیم. حالا جالب است که بعضی مواقع این بارها هستند که در طراحی سازه حاکم می شوند. بهر حال٬ می توان یک تحقیق علمی خوب در این زمینه مربوط به مسیله ای که اشاره شد انجام داد. اما اگر بخواهیم این مسئله را بصورت تقریبی و تجربی حل کنیم٬ بهتر است که دستورالعمل های ساده ای را رعایت کنیم.

- به هواشناسی اهمیت دهیم. روزهایی که وزش باد زیاد است (Windy Weather) از الم کردن سازه اجتناب کنیم.

- اگر که مجبور به ادامه کار در حین وزش باد هستیم در طول برپا سازی به ارتفاع و عرض سازه عمود بر جهت وزش باد (سطح بادگیر سازه) دقت کنیم. طوری باید کار را پیشرفت داد که همواره این عامل حداقل باشد.

- اگر در یک سایت با محوطه باز هستید احتمال تغییر جهت باد به نفع خود با آرایش و چیدمان مهندسی و حساب شده ماشین آلات کانتینرها و هر چیز دم دستتان که دارای حجم و سطح مناسبی است را بررسی کنید.

- استفاده از حایل برای افزایش پایداری هم گزینه مناسبی است.

- از علم مهندسی سازه نیز استفاده کنید. در حین علم سازی سازه دقت کنید که اگر بعضی از اتصالات کامل جوشکاری شوند می توانید حداقل یک سازه معین پایدار داشته باشید. اکنون باید مطمئن باشید که سازه معین انتخابی شما پایدار است.

- موارد دیگری که نسبت به جایی که شما هستید احتمالاً وجود دارند که شما باید از خلاقیت خود کمک بگیرید.

معرفی جوش آرگون

در جوش آرگون یا تیگ (TIG) برای ایجاد قوس جوشکاری از الکترود تنگستن استفاده می شود که این الکترود برخلاف دیگر فرایندهای جوشکاری حین عملیات جوشکاری مصرف نمی شود.حین جوشکاری گاز خنثی هوا را از ناحیه جوشکاری بیرون رانده و از اکسیده شدن الکترود جلوگیری می کند.

در جوشکاری تیگ الکترود فقط برای ایجاد قوس بکار برده می شود و خود الکترود در جوش مصرف نمی شود در حالیکه در جوش قوس فلزی الکترود در جوش مصرف می شود. در این نوع جوشکاری از سیم جوش(Filler metal)بعنوان فلز پرکننده استفاده می شود.و سیم جوش شبیه جوشکاری با اشعه اکسی استیلن(MIG/MAG)در جوش تغذیه می شود. در بین صنعتکاران ایرانی این جوش با نام جوش آلومینیوم شناخته می شود. نامهای تجارتی هلی آرک یا هلی ولد نیز به دلیل معروفیت نام این سازندگان در خصوص ماشینهای جوش تیگ باعث شده بعضا این نوع جوشکاری با نام سازندگان هم شناخته شود. نام جدید این فرایند G.T.A.W و نام آلمانی آن WIGمی باشد.همانطور که از نام این فرایند پیداست گاز محافظ آرگون میباشد که ترکیب ین گاز با هلیم بیشتر کاربرد دارد.علت استفاده از هلیم این است که هلیم باعث افزایش توان قوس می شود و به همین دلیل سرعت جوشکاری را می توان بالا برد و همینطور باعث خروج بهتر گازها از محدوده جوش می شود.

کاربرد این جوش عموما در جوشکاری موارد زیر است:

1- فلزات رنگین از قبیل آلومینیوم...نیکل...مس و برنج (مس و روی) است.

2- جوشکاری پاس ریشه در لوله ها و مخازن

3- ورقهای نازک(زیر1mm)

مزایای TIG

1- بعلت اینکه تزریق فلز پرکننده از خارج قوس صورت میگیرد. اغتشاش در جریان قوس پدید نمی آید.در نتیجه کیفیت فلز جوش بالاتر است.

2- بدلیل عدم وجود سرباره و دود و جرقه , منطقه قوس و حوضچه مذاب بوضوح قابل رویت است.

3- امکان جوشکاری فلزات رنگین و ورقهای نازک با دقت بسیار زیاد.

انواع الکترودها در TIG

1- الکترود تنگستن خالص (سبز رنگ)برای جوش آلومینیوم استفاده می شود و حین جوشکاری پت پت می کند.

2- الکترود تنگستن توریم دار که دو نوع دارد الف-1% توریوم دار که قرمز رنگ است ب-2 % توریم دار که زرد رنگ می باشد.

3- الکترود تنگستن زیرکونیم دار که علامت مشخصه آن رنگ سفید است.

4- الکترود تنگستن لانتان دار که مشکی رنگ است.

5- الکترود تنگستن سزیم دار که طلایی رنگ است.

این دو نوع آخر جدیدا در بازار آمده اند.

چند نکته در مورد مزایای تنگستن

1- افزایش عمر الکترود

2- سهولت در خروج الکترونها در جریان DC

3- ثبات و پایداری قوس را بیشتر می کند

4- شروع قوس راحت تر است.

نوع قطبیت مناسب در جوشکاریTIG

جریان DCEN برای جوشکاری چدن-مس-برنج-تیتانیوم و انواع فولادها

جریان ACبرای جوشکاری آلومینیوم و منیزیوم و ترکیبات آن

فرآیندهای جوشکاری

جوشکاری یکی از روشهای تولید می‌باشد. هدف آن اتصال دایمی مواد مهندسی (فلز، سرامیک، پلیمر، کامپوزیت) به یکدیگر است به گونه‌ای که خواص اتصال برابر خواص ماده پایه باشد.

پیشینه

موسیان در ۱۸۸۱ قوس کربنی را برای ذوب فلزات مورد استفاده قرار داد.

اسلاویانوف الکترودهای قابل مصرف را در جوشکاری به کار گرفت.

ژول در ۱۸۵۶ به فکر جوشکاری مقاومتی افتاد

لوشاتلیه در ۱۸۹۵ لوله اکسی استیلن را کشف و معرفی کرد.

الیهوتامسون آمریکائی از جوشکاری مقاومتی در سال ۷-۱۸۷۶ استفاده کرد.

در جریان جنگهای جهانی اول و دوم جوشکاری پیشرفت زیادی کرد. احتیاجات بشر به اتصالات مدرن – سبک – محکم و مقاوم در سالهای اخیر و مخصوصاً بیست سال اخیر سبب توسعه سریع این فن شده‌است.

فرآیندهای جوشکاری با قوس الکتریکی

جریان الکتریکی از جاری شدن الکترونها در یک مسیر هادی به وجود می‌‌آید. هرگاه در مسیر مذکور یک شکاف هوا(گاز)ایجاد شود جریان الکترونی و در نتیجه جریان الکتریکی قطع خواهد شد. چنانچه شکاف هوا باندازه کافی باریک بوده و اختلاف پتانسیل و شدت جریان بالا، گاز میان شکاف یونیزه شده و قوس الکتریکی برقرار می‌شود. از قوس الکتریکی به عنوان منبع حرارتی در جوشکاری استفاده می‌شود.روشهای جوشکاری با قوس الکتریکی عبارتند از:

1- جوشکاری با الکترود دستی یا MAW

2- جوشکاری زیر پودری SMAW

جوشکاری زیرپودری یا SAW یکی از فرآیند های جوشکاری قوسی است. در این روش نوک الکترود داخل پودری از مواد معدنی ویژه قرار می گیرد و قوس در زیر این پودر در امتداد مسیر جوشکاری تشکیل می شود. در این روش قوس قابل مشاهده نیست.درسیستم زیرپودری از سیم بدون روکش استفاده می شود:طوری که سیم به طور متوالی از قرقره مخصوص رها می گردد و ضمن تشکیل قوس نقش واسطه اتصال را نیز بر عهده دارد.

3- جوشکاری با گاز محافظ یا GMAW یا MIG/MAG

اساس روش GMAW بر برقراری قوس الکتریکی میان الکترود (سیم‌جوش) مصرف شدنی و قطعه کار می‌باشد و قوس و حوضچه جوش توسط گاز بی اثر محافظت می‌‌گردد. این روش به دو صورت اتوماتیک و نیمه اتوماتیک قابل انجام می‌‌باشد.تمام فلزات و آلیاژهای مهم صنعتی مانند فولادهای کربنی، فولادهای کم آلیاژ، فولادهای زنگ نزن، آلیاژهای آلومینیم، مس، نیکل، در تمام وضعیتها با این روش قابل جوشکاری می‌‌باشند.

- مزایا

سرعت جوشکاری در این روش بالاست.

نرخ رسوب بالاتر از روش زیر پودری SMAW است.

استفاده از سیم جوش امکان جوشکاری طویل و بدون توقف را فراهم می‌‌سازد.

امکان نفوذ بیشتر از روش زیرپودری فراهم است که در این صورت امکان ایجاد گرده کوچکتر با استحکام مشابه فراهم است.

احتیاج به توانایی های شخصی کمتری برای جوشکاری دارد.

به دلیل عدم وجود سرباره احتیاج به تمیزکاری کمی دارد.

- محدودیتها

تجهیزات این روش به نسبت گران و حمل و نقل آن مشکل تر از SMAW است.

استفاده ار این روش برای مقاطعی که دسترسی به آنها مشگل است با محدودیت در زمینه محافظت گاز مواجه است.

استفاده از این روش در فضای باز به دلیل امکان وزش باد و اخلال در محافظت گاز با محدودیت مواجه است.

به دلیل عدم وجود گل جوش و به تبع آن عدم کاهش نرخ انجماد در فولادهای سختی‌پذیر امکان ترک خوردن در فلز جوش وجود دارد.

4- جوشکاری با گاز محافظ و الکترود تنگستنی یا GTAW یا TIG

در این فرآیند برای ایجاد قوس الکتریکی از الکترود مصرف نشدنی تنگستن استفاده می‌شود و الکترود و حوضچه مذاب به‌ وسیله گاز خنثی محافظت می‌شود. این روش با نام جوش آرگون نیز نامیده می‌شود که اشتباه است. چون می‌توان برای مثال از هلیوم نیز به عنوان محافظ استفاده کرد.

5- جوشکاری پلاسما

جوشکاری پلاسما یکی از روش‌های جوشکاری است که در آن با کاربرد گازهای خنثی درجه حرارت به بالای ۲۰۰۰۰ درجه سانتیگراد میرسد و و انرژی قوس بسیار متمرکز تر و پایدار تر از روش جوشکاری با گاز محافظ و الکترود تنگستنی TIG است.

پلاسما به معنی گاز یونیزه شده می‌‌باشد. به دلیل اینکه این گاز در این درجه حرارت و حالت از قانون گازها پیروی نمی‌کند، حالت چهارم وجود ماده به آن گفته می‌شود (جامد، مایع، گاز، پلاسما) چنانچه هوا یا گاز در قوس الکتریکی شرایط گذار به حالت پلاسما را بیابد قوس مربوط دارای انرژی حرارتی بسیار زیادی خواهد شد.

فرآیندهای جوشکاری مقاومتی

در جوشکاری مقاومتی برای ایجاد آمیزش از فشار و گرما هردو استفاده می‌شود.گرما به دلیل مقاومت الکتریکی قطعات کار و تماس آنها در فصل مشترک به وجود می‌آید. پس از رسیدن قطعه به دمای ذوب و خمیری فشار برای آمیختن دو قطعه بکار می‌رود. در این روش فلز کاملاً ذوب نمی‌شود.

گرمای لازم از طریق عبور جریان برق از قطعات بدست می‌آید. روشهای جوشکاری مقاومتی عبارت‌اند از:

جوش نقطه‌ای

درز جوشی

جوش تکمه‌ای

فرآیندهای جوشکاری حالت جامد

دسته‌ای از فرآیندهای جوشکاری هستند که در آنها، عمل جوشکاری بدون ذوب شدن لبه‌ها انجام می‌شود. در واقع لبه‌ها تحت فشار با حرارت یا بدون حرارت در همدیگر له می‌شوند. فرآیندهای این گروه عبارت‌اند از:

جوشکاری اصطکاکی

جوشکاری نفوذی

جوشکاری با امواج مافوق صوت

ثابت شده‌است که فلزات در دمای اتاق هم قابل اتصالند. این عمل توسط ایجاد پیوندهای فلزی در دو سطح مورد اتصال ، انجام می‌گیرد . بطور ایده آل ، تشکیل اتصال فلزی بوسیلهٔ جوشکاری سرد ، و یا پیوند ( Bonding ) بطریق زیر متصور است :

دو قطعهٔ بسیار صیقلی و تمیز در اختیار است . هرکدام از ایندو، مجموعه‌ای از بارهای (+) و (-) می‌باشد به گونه‌ای که هر قطعه بدون عیب و با استحکام کافی دارای پایداری است. اگر دو قطعه کاملاً نزدیک هم قرار گرفته و به هم بچسبند ، الکترونهای فرار از هر قطعه ، بین آندو مشترک می‌شود و در نتیجه نیروی عکس العمل بین سطوح زیاد می‌گردد . بنابراین وقتی دو سطح تماس کامل داشته باشند ، نیروهای عکس العملی بین اتمها ، خود به خود زیاد شده و یک اتصال محکم و قدرتمند بوجود می‌آید .

ولی در عمل ، یک فلز هرگز صیقل کامل نمی‌خورد و همواره اعوجاج ماکروسکوپی در سطح دارد.

Ultra Mic or Macroscopic و همین ناهمواریها ، مساحت واقعی تماس را چند برابر مقدار واقعی می‌کند.

بدلیل وجود نقاط ناهموار میکروسکوپی ، لایه‌های سطحی فلز دارای انرژی سطحی قابل ملاحظه‌ای در اثر پیوندهای فلزی اشباع نشده ، جاهای خالی و نیز نابجائی‌ها Vacancies & Dislocations می‌باشد . بنابراین عکس العمل‌های شدیدی بین انتهای سطح فلز و محیط ایجاد می‌شوند .

دقیقاٌ بلافاصله پس از سطح فلز ، یک ابر پیوسته از الکترونهای متحرک موجود است که متناوباً از سطح جدا و به آن مجدداً می‌پیوندند (dipole ۷ Double electric ) دانسیته بار این لایه که شامل دو قطب + و – می‌باشد ، ثابت نمی‌ماند و به هندسهٔ میکروسکوپی و سطح وابسته‌است . به همین دلیل لایه‌های سطحی فلز بسیار فعالند . سطح فلز همیشه با اکسیدهای مایع و گاز پوشانیده شده و هرگاه این سطح بطور ایده آل و در فشار کمتر از mmhg ۹- ۱۰ کاملاً تمیز شود ، سطح فلز عاری از این اضافات می‌شود .

این سطح تمیز ، مدت زیادی نمی‌تواند دوام داشته باشد . تشکیل اتصال قوی مابین فلزات ، در متد پیوند سرد ، با تغییر شکل دو جانبه و طی سه مرحله انجام می‌پذیرد .

در طی مرحلهٔ اول؛ سطوح مورد اتصال بایستی بطور کامل به هم نزدیک شوند .

در مرحلهٔ دوم ؛ metallic contact یا اتصال بین فلزی شکل می‌گیرد .

در مرحلهٔ سوم ؛ یک اتصال جوش قوی تولید می‌گردد . اکنون این مراحل به تفصیل مورد بحث قرار می‌گیرد :

زمانیکه دو سطح کنار هم قرار داده می‌شوند ، ناهمواری‌های میکروسکوپی و نقاط موجی شکل تشکیل می‌یابند . ابتدا این دو قطعه یکدیگر را در نقاط منفرد بالاتر از سطح ، لمس می‌کنند . برای تماس بیشتر به مساحت زیادتری نیاز است . این عمل بوسیلهٔ وارد آوردن نیرو انجام می‌شود .

به دلیل وجود لایه‌های سخت و نازک اکسیدی ( Fragile ) میزان نیرو بسیار بالا خواهد بود .

البته اگر نیرو کافی نباشد اتصالی بدست می‌آید که پلاستیستهٔ آن کم و استحکام ضربه‌ای آن ناکافیست . لایه‌های نازک روغنی یا ارگانیک آلی ، اثر به مراتب زیان آورتری دارند و اگر مقدارشان زیاد شود بطور کامل از ایجاد پیوند جلوگیری می‌کند و حتماً بوسیلهٔ حلال‌های قوی بایستی آنها را زدود .

مرحلهٔ دوم هنگامی رخ می‌دهد که مساحت اتصال فلزی بین دو قطعه زیاد می‌شود و بلورهای مشترکی بین دو سطح تولید می‌گردد.

زمانیکه تماس فلزی کاملاً شروع به شکل گیری می‌کند ، بلورها و شبکه‌های کریستالی ، توسط لایه‌های نازک از یک ترکیب پیچیده جدا می‌شوند .

در حین این تغییر ، سطح فشرده شده در تماس با اتمسفر نیستند و هیچ گونه لایهٔ نازک دیگری نمی‌تواند شکل بگیرد . بنابراین فیلم‌های شکننده از میان رفته و لایه‌های مایع و گاز بخشی به بیرون رفته و بخشی جذب فلز شده به آن نفوذ می‌کنند .

در مرحلهٔ سوم ، پروسه شامل حرکتهای مختلف ذرات ناشی از نفوذ است و به زمان کافی جهت تکمیل این مرحله ،احتیاج است .

فرآیندهای اکسی فیول

گروه فرآیندهای جوشکاری است که در آن، اتصال با ذوب شدن توسط یک یا چند شعله گاز، با اعمال فشار یا بدون آن، با کاربرد فلز پر کننده یا بدون آن انجام می‌شود.

فرآیند جوشکاری با لیزر

در این روش از پرتوی لیزر برای جوشکاری استفاده می‌شود.در جوشکاری لیزری دانسیته انرژی فراهم شده بسیار بیشتر از جوشکاری با قوس آرگون یا با مشعلهای اکسی اسیتیلن است.

از لیزرهای مختلفی می‌توان برای جوشکاری استفاده کرد مانند لیزر گاز کربنیکی یا لیزر یاقوتی ولی باید دقت کرد که انرژی پرتو آنقدر زیاد نباشد که باعث تبخیر فلز شود.

به طور عمده از دو نوع لیزر در جوشکاری و برشکاری استفاده می‌شود،لیزرهای جامد مثل Ruby و ND:YAG و لیزرهای گاز مثل لیزر CO2 .

لیزر Ruby از یک کریستال استوانه‌ای شکل Ruby (یک نوع اکسید آلومینیوم است که ذرات کرم در آن پخش شده‌اند) تشکیل شده‌است . دو سر آن کاملا صیقلی و آینه‌ای شده و در یک سر آن یک سوراخ ریز برای خروج اشعه لیزر وجود دارد . در اطراف این کریستال لامپ گزنون قرار دارد که لامپ فوق برای کار در سرعت حدود ۱۰۰۰ فلاش در ثانیه طراحی شده‌است . لامپ گزنون با استفاده از یک خازن که حدود ۱۰۰۰ بار در ثانیه شارژ و تخلیه شده فلاش می‌زند و هنگامی که کریستال Ruby تحت تاثیر این فلاش‌ها قرار بگیرد اتمهای کرم داخل شبکه کریستالی تحریک شده و در اثر این تحریک امواج نور از خود ساطع می‌کنند و با باز تابش این اشعه‌ها در سطوح صیقلی و تقویت آنها اشعه لیزر شکل می‌گیرد . اشعه لیزر شکل گرفته از سوراخ ریز خارج شده و سپس به وسیله یک عدسی بر روی قطعه کار متمرکز شده که بر اثر برخورد انرژی بسیار زیادی در سطح کوچکی آزاد می‌کند که باعث ذوب و بخار شدن قطعه و انجام عمل ذوب می‌شود .

محدودیت لیزر Ruby پیوسته نبودن اشعه آن است در حالیکه انرژی خروجی ان بیشتر از لیزر‌های گاز مانند لیزر CO2 است که در آنها اشعه حاصله پیوسته‌است، از لیزر CO2 بیشتر به منظور برش استفاده می‌شود و از لیزر ND:YAG بیشتر برای جوشکاری آلومینیوم استفاده میشود .

از انجا که در این روش مقدار اعظمی از انرژی مصرف شده به گرما تبدیل می‌شود این سیستم باید به یک سیستم خنک کننده مجهز باشد .

در جوشکاری لیزر دو روش عمده برای جوشکاری وجود دارد:

حرکت دادن سریع قطعه زیر اشعه ‌است تا که یک جوش پیوسته شکل بگیرد.

جوش دادن با چند سری پرتاب اشعه که این روش مرسوم تر است.

در جوشکاری لیزر تمامی عملیات ذوب و انجماد در چند میکروثانیه انجام می‌گیرد و به خاطر کوتاه بودن این زمان هیچ واکنشی بین فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از این رو گاز محافظ لازم ندارد .

بهترین طرح اتصال برای این نوع جوشکاری طرح اتصال لب به لب می‌باشد و با توجه به محدودیت ضخامت در آن می‌توان ازطرح اتصال‌های T یا اتصال گوشه نیز استفاده نمود.

- مزایای جوشکاری لیزر :

حوضچه مذاب می‌تواند داخل یک محیط شفاف ایجاد شود ( باعکس روشهای معمولی که همیشه حوضچه مذاب در سطح خارجی آنها ایجاد می‌شود ) .

محدوده بسیار وسیعی از مواد را مانند آلیاژها با نقاط ذوب فوق العاده بالا ، مواد غیر همجنس و … را میتوان به یکدیگر جوش داد .

در این روش میتوان مکان‌های غیر قابل دسترسی را جوشکاری نمود .

از آنجا که هیچ الکترودی برای این منظور استفاده نمی‌شود نیازی به جریانهای بالا برای جوشکاری نیست .

اشعه لیزر نیاز به هیچگونه گاز محافظ یا محیط خلاء برای عملکرد ندارد .

به خاطر تمرکز بالای اشعه منطقه HAZ بسیار باریکی در جوش تشکیل میشود .

جوشکاری لیزر نسبت به سایر روشهای جوشکاری تمیز تر است .

- محدودیت‌ها و معایب جوشکاری لیزر :

سیستم‌های جوشکاری لیزر نسبت به سایر دستگاههای سنتی جوشکاری بسیار گران هستند و در ضمن لیزرهایی مانند Ruby به خاطر پالسی بودن اکثر آنها از سرعت پیشروی کمی برخوردارند ( ۲۵ تا ۲۵۰ میلیمتر در دقیقه ) . همچنین این نوع جوشکاری دارای محدودیت عمق نیز می‌باشد .

از اشعه لیزر هم به منظور برش و هم به منظور جوشکاری استفاده می‌شود . این نوع جوشکاری در اتصال قطعات بسیار کوچک الکترونیکی و در سایر میکرو اتصال‌ها کاربرد دارد . از اشعه لیزر میتوان در جوش دادن آلیاژها و سوپر الیاژها با نقطه ذوب بالا و برای جوش دادن فلزات غیر همجنس استفاده نمود . به طور کلی این روش جوشکاری برای استفاده‌های دقیق و حساس استفاده میشود . از این روش میتوان در صنعت اتومبیل و مونتاژ از آن برای جوش دادن درزهای بلند استفاده نمود.

فرآیند جوشکاری با باریکه الکترونی

کاربرد جریانی از الکترونها است که با ولتاژ زیاد شتاب داده شده‌اند و به صورت باریکه‌ای متمرکز به عنوان منبع حرارتی جوشکاری به کار می‌روند. به دلیل دانسیته بالای انرژی در این پرتو منطقه تف دیده بسیار باریک می‌باشد. و جوشی با کیفیت مناسب به دست می‌آید. این فرآیند به عنوان اولین فرآیند جوشکاری بکار رفته برای ساخت بدنه جنگنده ها استفاده شد. بال جنگنده افسانه‌ای F14 یا Tomcat با استفاده از این فرآیند ساخته شده ‌است.

کنترل کیفیت و بازرسی

طبق طبقه بندی استانداردهای مدیریت کیفیت (ISO 9000 ) جوشکاری جزو فرآیندهای ویژه طبقه بندی شده‌است. که این نشان دهنده این است که برای کنترل کیفیت و تضمین کیفیت این فرآیند ویژه می‌باید پیش بینی‌های خاصی انجام داد.

ایمنی و بهداشت کار در جوشکاری

در مرحله اول استفاده از عینک محافظ تحت هیچ شرایطی نباید فراموش شود. در صورت انجام عملیات جوش کاری در محیط بسته بخارات حاصل باید به خوبی تهویه شود. در محیط باز هم باید احتیاط لازم در مورد این بخارات به عمل اید. جهت جلوگیری از آسیب چشم دیگران بهتر است در صورت امکان محل انجام جوشکاری بارتیشن بندی شود. کابل ها نباید در مسیر رفت و آمد یا در معرض ضربه باشد.

مراکز و موسسه‌های جوشکاری

انجمن جوشکاری آمریکا AWS

انستیتو بین المللی جوشکاری IIW

انیستیتو جوشکاری ادیسون EWI

مرکز جهانی اتصال مواد TWI

انیستیتو جوشکاری هُبارت

منابع

ALTHOUSE, ANDEREW DANEL MODERN WELDING,

METAL HANDBOOK ۸th EDITION VOL.۶ WELDING&BRAZING

فرهنگ جوشکاری نوشته: پرویز فرهنگ، امیر حسین کوکبی

خطاهاى جوشکارى اتصالات در ساختمانهاى فولادى

1- مقدمه
با وجود تجربه تلفات و خسارات سنگین زلزله هاى اخیر مانند زلزله هاى منجیل و بم ، احتمال جدى وقوع زمین لرزه هاى بزرگ در بیشتر مناطق پر جمعیت کشور و نیاز جدى به اعمال کنترل کیفى در طراحی و اجرای ساختمانها، متاسفانه هنوز توجه کافی به ساخت و ساز صحیح نشده است . از نظر علم مهندسى زلزله ، در حال حاضر ساخت بناهای مقاوم در برابر زلزله امکان پذیر است ، لیکن عملا به دلیل یکسری مشکلات اجرائی رسیدن به ساختمانهای مقاوم تضمین نمی گردد.

مشکل اصلی آسیب پذیرى لرزه ای ساختمانها حتی نمونه های جدید الاحداث در ایران ، عدم استفاده صحیح از دانش فنی در مراحل طراحی و اجرا می باشد. دستورالعملهای اتصالات جوشکاری شده و ضوابط طراحی ساختمانهای فولادی، گاهی در طراحی و اجرا سهل انگاری میشود. لذا بایستی سطح معلومات فنی این افراد افزایش یافته و نیز مکانیزمی براى اعمال قاطعیت اجرایی و کنترل امر در نظر گرفته شود و البته طوری که حقوق مهندس ناظر حفظ شده و مسئولیتها به درستی تقسیم گردد.

ساختمانهای فولادی بخش قابل توجهی از ساخت و ساز در ایران را تشکیل میدهند و یکی از مهمترین موضوعات در هر ساختمان فولادی، کنترل جوشکاری آن میباشد. اهمیت این امر در زلزله های اخیر نتمان داده شده است که خسارات اساسی پس از بریدن جوش اتصال عضو سازه ای مدید میآید

جوشها در همه بخشها بایستی منطبق بر اطلاعات نقشه بوده و از لحاظ بعد و طول جوش و کنترل کیفیت لازم بررسی گردد. در استاندارد 2800 ، آزمایشات اولتراسونیک و رادیوگرافى براى کنترل اتصالات جوشی قابهای خمشی ویژه اجباری شده است که البته بسته به تشخیص مهندس ناظر در سایر حالات حتی در ساختمانهای معمولی نیز باید انجام گردد. در این مقاله ، ضمن مروری بر عیبهای معمول جوشکاری در اجرای ساختمانهای فولادی، روشهای بازرسی و کنترل کیفیت جوش ارائه میگردد.

2. عیبها و ناپیوستگى های معمول در جوشکاری

یکی از مهمترین وظایف بازرس یا تیم کنترل کیفی جوش ، ارزیابی حقیقی جوشها به منظور بررسی مناسب بودن آنها در شرایط بهره برداری و در واقع تعیین هر گونه کمبود و نیز نامنظمی در جوش یا قطعه جوشکاری شده که عموما ناپیوستگى نامیده میشود میباشد. در حالیکه یک ناپیوستگى، هر گونه اختلال در ساختار یکنواخت را بیان می کند، یک عیب ناپیوستگى وپژه است که مناسب بودن سازه یا قطعه را زیر سئوال می برد. شکل ناپیوستگى را میتوان به دو گروه کلی خطی و غیر خطی تقسیم نمود. ناپیوستگى هاى خطی طولی به مراتب بیش از پهنا دارند. زمانیکه در جهت عمود بر تنش اعمالى قرار گیرند، یک ناپیوستگى خطی نسبت به غیر خطی شرایط بحرانی تری را ایجاد می کند، چرا که احتمال اشاعه و در نهایت تخریب آن بیشتر خواهدبود.

3. ناپیوستگیهاى فلز جوش و فلز پایه

3-1 . ترکها

بحرانی ترین ناپیوستگى ها، ترکها هستند. شرایط اضافه بار باعث ایجاد ترکها و تمرکز تنش می شود. یک روش گروه بندی ترکها با مشخص کردن آنها به صورت گرم یا سرد است . همچنین ترکها را میتوان توسط جهت آنها نسبت به محور طولی جوش توصیف نمود. ترکهای طولی بعلت تنشهای انقباضی عرضی جوشکاری یا تنشهای سرویس ایجاد می شوند. ترکهای عرضی عموما به علت اثر تنشهای انقباضی طولی جوشکاری روی جوش یا فلز پایه با انعطاف پذیرى کم ایجاد می شوند. انواع مختلف ترک با توصیف دقیق موقعیتهای اجزا مختلف شامل : ترکهای گلویی، ریشه ، کناره ، چاله جوش ، زیر گرده منطقه متاثر از حرارت و فلز پایه هستند.

ترکهای گلویی که از میان گلویی جوش یا کوتاهترین مسیر در سطح مقطع جوش گسترش می یابد، از نوع ترکهای طولی بوده و اغلب در طبقه بندی ترک گرم قراردارند.

ترکهای طولی و عرضی در جوشهای شیاری و گوشه ترکهای ریشه در فلز پایه یا در خود جوش نیز در زمره ترکهای طولی هستند. ترکهای کناره جوش در فلز پایه ایجاد شده و در کناره جوش توسعه ما یابند. ترکهای چاله جوش درنقطه پایانی ردیفهای منفرد جوش در صورت عدم مهارت جوشکار ایجاد می شوند. دسته بعدی ترکها، ترک زیر جوش به علت حضور هیدرورن است

این نوع ترک بجای فلز جوش در ناحیه تحت تاثیر حرارت به موازات خط ذوب واقع هستند.

3-2. ذوب و نفوذ ناقص

طبق تعریف ، ذوب ناقص یک ناپیوستگى در جوش است که ذوب شدن بین فلز جوش و سطوح ذوب و یا لایه های جوش رخ نداده باشد. بعلت خطی بودن و انتهای نسبتا تیز آن ، ذوب ناقص از ناپیوستگى های بارز در جوش است و در وضعیتهای مختلف در منطقه جوش تشکیل می شود. نفوذ ناقص معرف حالتی است که فلز جوش به طور کامل در سراسر ضخامت ورق گسترده نشده باشد. موقعیت این عیب در مجاورت ریشه جوش است . ذوب و نفوذ ناکافی به علت عدم مهارت جوشکار، شکل نامناسب اتصال یا آلودگی اضافی ایجاد می شود.

3-3. سرباره های محبوس شده

مناطقی در سطح مقطع یا در سطح جوش هستند که سرباره محافظ حوضچه جوش به طور مکانیکی درون فلز منجمد شده محبوس میشود. این سرباره منجمد شده بخشی از مقطع جوش را نمایش می دهد که فلز جوش بخوبی ذوب نمی شود. این پدیده خود سبب ایجاد بخشى ضعیف در نمونه خواهد شد. در حقیقت سرباره های محبوس شده اغلب در ارتباط با ذوب ناقص هستند.

3-4. تخلخل

این نوع ناپیوستگی در خلال انجماد جوش در اثر حبس گاز ایجاد می شود. بنابراین تخلخل را بسادگى میتوان ، حفره های گاز درون فلز جوش منجمد شده دانست . به علت طبیعت کروى شکل آنها، تخلخل کمترین خطر را در میان دیگر ناپیوستگی ها داراست ولی در زمانیکه جوش باید تحمل فشارهای بالا را داشته باشد حضور تخلخل خطرناک خواهد بود. منابع مختلفی براى حضور رطوبت یا آلودگى وجود دارد که میتوان الکترود فلز پایه ، گاز محافظ یا محیط اطراف را در این میان نام برد، تغییر در تکنیک جوشکاری نیز می تواند سبب ایجاد تخلخل شود.

3-5. بریدگی کنار جوش

بریدگی کنار جوش یک ناپیوستگی سطحی است که در فلز پایه مجاور فلز جوش رخ میدهد. در شرایطی عیب را داریم که فلز پایه شسته شده ولی با فلزی پر کننده جبران نمی شود. نتیجه ، ایجاد یک شیار خطی با شکلی نسبتا تیز است که در فلز پایه تشکیل می شود. این عیب بعلت سطحی بودن ماهیت آن براى بارگذاری خستگی خطرناک است . بریدگی کنار جوش عموما به علت تکنیک جوشکاری نامناسب ایجاد می گردد، به ویژه اگر سرعت حرکت جوش زیاد باشد. علاوه بر این اگر گرمای جوشکاری بسیار بالا باشد می تواند سبب ذوب شدن بیش از حد فلز پایه گردد.

3-6 . پرشدن ناقص

این مورد مشابه بریدگی کنار جوش ، یک ناپیوستگی سطحی است که به علت کمبود ماده در مقطع عرضی ایجاد میشود. تنها تفاوت در این میان این است که پرشدن ناقص در فلز جوش ولی بریدگی کنار جوش در فلز پایه یافت می شود. به بیان ساده ، پرشدن ناقص ، زمانی رخ می دهد که فلز پر کننده به اندازه کافی براى پرکردن اتصال جوش در دسترس نباشد. مشابه بریدگی کنار جوش ، پرشدن ناقص نیز هم در سطح رویى و هم در ریشه جوش ظاهر می شود. دلیل اولیه پرشدن ناقص ، تکنیک غلط جوشکاری است . مثلا سرعت زیاد جوشکاری اجازه پرشدن اتصال و هم سطح شدن آن با فلز را نمی دهد.

3-7. سررفتن

نوع دیگر ناپیوستگی سطحی جوش که از تکنیک نامناسب جوشکاری (سرعت جوشکاری خیلی آرام ) ناشی می شود، سررفتن است که در آن ، فلز جوش روى فلز پایه مجاورش سر میرود و درکناره جوش ، شیارى تیز را ایجاد می نماید. به علاوه اگر مقدار سررفتن به اندازه کافی زیاد باشد می تواند ترکی را که از این تمرکز تنش ایجاد می شود را مخفی نماید.

3-8. تحدب بیش از حد

این ناپیوستگی مختص جوشهای گوشه است و طبق تعریف تحدب عبارت از حداکثر فاصله از رویه محدب یک جوش گوشه تا خط واصل بین کناره های جوش است . از نقطه نظر استحکام مقدار تحدب در جوش گوشه ضروری است ولی اگر از حدی بیشتر باشد، به عنوان یک عیب تلقی می شود. این مطلب هم از نقطه نظر اقتصادی (مصرف فلز پرکننده بیشتر) و هم از نظر حضور مناطق تیز اطراف جوش به خصوص در بارگذارى خستگى مطرح می شود. دلیل ایجاد تحدب ، آرام بودن سرعت جوشکاری یا تکنیک ناصحیح جوشکاری است .

3-9. لکه قوس و پاشش

لکه های قوس در نتیجه شروع قوس عمداً یا تصادفی روی سطح فلز پایه دور از اتصال به وجود میآیند. در اثر این رخداد، منطقه ای متمرکز شده از سطح فلز پایه ذوب شده و سریعاً سرد و شکننده می شود. پاشش همان ذرات فلزی پراکنده ناشی از جریان بالای جوشکاری هستند که در تشکیل جوش نقشی ندارند. از نقطه نظر بحرانی بودن ، پاشش ممکن است زیاد مهم تلقی نشود، ولی در هر حال مقادیر زیاد پاشش میتوانند گرماى موضعی زیادی را به سطح فلز مشابه با اثر لکه قوس ایجاد کنند و حتی سبب تشکیل ناحیه تحت تاثیر حرارت شوند.

3-10. اعوجاج

خمیدگى یا اعوجاج از مشکلات مهم جوشکاری است که باید برطرف گردد. این مسئله در اثر انقباض که به هنگام کرم و سرد شدن پس از عملیات جوشکاری در فلز پایه و جوش بوجود میآید، شکل می گیرد. براى کنترل اعوجاج باید شرایط لازم براى جوشکاری شامل کنترل قبل ، حین و بعد از جوشکاری تامین گردد.

3-11 . تورق و پارگى سراسری

این ناپیوستگی ویژه مربوط به فلز پایه است . تورق در اثر حضور آلودگى و ناخالصى غیر فلزی موجود درزمان تولید فولاد ایجاد می شود. این ناخالصی ها به طور طبیعی اکسیدی هستند که در زمانیکه فولاد هنوز مذاب است تشکیل شده و در خلال عملیات بعدى نورد کشیده شده و موجب تورق می شوند. نوع دیگر ناپیوستگی مربوط به پارگی سراسری است و زمانی رخ می دهد که در جهت تمام ضخامت در اثر جوشکارى تنشهاى انقباضى بزرگى ایجاد شده باشد. پارگی عموما موازى سطح نورد شده زیر فلز پایه و معمولآ موازى مرز ذوب جوش رخ می دهد. پارگی سراسرى یک ناپیوستگی است که مستقیما به طرز قرار گیرى اتصال مرتبط می شود.

12.3. جابجا شدن و ناپیوستگی هاى ابعادى

در اثر سوارکردن و مونتاژ غلط اجزاى مورد جوش در کنار یکدیگر، جابجایى بصورت هم محور نبودن دو سطح قطعه کار در جوشهای لب به لب است که در مواردى با برشکارى رفع می شود، اما در بیشتر مواقع باید جوش را بریده و مجددا عملیات جوشکاری بادقت تکرار شود. ناپیوستگی هاى ابعادى، نقائص شکل یا ابعاد هستند و هم درجوش و هم در سازه جوش شده بروز مى کنند.

4. آزمایشهای جوش

4-1. ارزیابى جوشکار

آزمونى که صلاحیت جوشکار را براى اجراى ضوابط آیین نامه اى تایید می کند، آزمایش تشخیص صلاحیت یا ارزیابى جوشکار و یا آزمون کیفیت اجرا خوانده می شود. این ارزیابى مشخص می کند که ایا جوشکار دانش و مهارت لازم را در بکارگیرى و اعمال دستورالعمل جوشکارى مدود در رابطه با رده بندى کارى خود دارد یاخیر. ارزیابى جوشکار ممکن است با تجهیزات جوشکارى دستى و یا با تجهیزات جوشکارى تمام اتوماتیک انجام شود.

روشهاى آزمایشى که کیفیت یک جوش را تعیین می کند، در سه طبقه بندى بسیار وسیع قرار می گیرد. 1-آزمایش هاى غیر مخرب ، 2- آزمایشهاى مخرب و 3- بازرسى عینى .

4-2. آزمایشهاى غیر مخرب

هدف از این آزمایشها، بازرسى و تشخیص عیوب مختلف جوش (سطحى وعمیق ) و تایید آن می باشد، بدون اینکه قطعه جوش داده شده غیر قابل استفاده شود. اگر آزمایش نشان دهد که محلی از جوش معیوب است می توان از طرفین محل مذکور به اندازه لازم برداشته و با جوش مجدد اتصال کاملی را به دست آورد .

4-2-1. آزمون ذرات مغناطیسى

آزمون ذرات مغناطیسى یکى از آسانترین آزمایشهاى غیر مخرب جوشکارى است . این روش جوش را براى معایبى از قبیل ترکهاى سطحى، ذوب ناقص ، تخلخل ، بریدگى کنار جوش ، نفوذ ناقص ریشه جوش و اختلاط سرباره کنترل می کند. این آزمایش محل ترکهاى داخلى و سطحى بسیار ریز را براى رویت با حشم غیر مسلح آشکار میکند. قطعه مورد آزمایش با استفاده از جریان الکتریکى، یا قراردادن آن در داخل یک سیم پیچ مغناطیسى می گردد. سطح مغناطیسى شده قطعه با لایه نازکى از یک گرد مغناطیسى نظیر اکسید آهن قرمز پوشده می شود و این لایه گرد در صورت وجود یک عیب سطحى یا داخلى در داخل حفره یا ترک مربوطه فرو می رود.

4-2-2. بازرسى با مواد نافذ

بازرسى با مواد نافذ یکى از شیوه هاى غیر مخرب براى محل یابى معایب سطحى می باشد. سطح مورد بازرسى باید ابتدا از لکه هاى روغن ، گریس و مواد ناخالص و خارجى تمیز شود. سپس ماده رنگى مورد نظر بر روى سطح پاشیده شده و در داخل ترکها و سایر ناهمواریهاى نفوذ می کند. رنگ اضافى از روى سطح پاک شده و سپس یک ماده فوق العاده فرار حاوى ذرات ریز سفید رنگ بر روى سطح پاشیده می شود. تبخیر مایع فرار باعث برجاى ماندن گرد خشک سفید رنگ بر روى ماده قرمز نفوذ کرده در ترک می گردد و بر اثر عمل مویینگى، ماده قرمز از ترک بیرون کشیده شده و پودر سفید کاملا قرمز می شود.

4-2-3. آزمون فراصوتى

آزمون فراصوتى قادر به تشخیص معایب داخلى بدون نیاز به تخریب قطعه جوش شده می باشد. موج هاى فراصوتى از داخل قطعه مورد آزمایش عبور داده می شوند و با هرگونه تغییر درتراکم داخلى قطعه منعکس می شوند. امواج منعکس شده (پژواک ها) به صورت برجستگى هایى نسبت به خط مبنا، بر روى صفحه نمایش دستگاه ظاهر می شوند. هنگامى که عیب یا ترک داخلى توسط واحد جست و جو پیدا شود تولید ضربان سومی می کند که بین ضربان اول و دوم بر روى صفحه نمایش ثبت می شود. بنابراین مشخص می شود که این عیب بین سطوح بالاو بایین مصالح (در داخل جسم مصالح ) می باشد.

4-2-4. آزمایش پرتونگاری

پرتونگاری یکى از روشهاى آزمایش غیر مخرب است که نوع و محل عیوب داخلى و بسیار ریز جوش را نشان میدهد. پرتو رادیویى در ضخامت فلز نفوذ کرده و پس از عبور این ضخامت لکه اى بر روى صفحه فیلم ایجاد می کند. میزان جذب پرتوهاى رادیویى توسط مواد مختلف متفاوت است . نفوذ گل ، حفره کازى، ترکها، بریدگى هاى کناره جوش و قسمتهاى نفوذ ناقص جوش تراکم کمترى نسبت به فولاد سالم دارند. بنابراین در حوالى این قسمتها پرتو بیشترى به سطح فیلم می رسد و عیوب فلز جوش ، به صورت لکه هاى تاریکى بر روى فیلم ثبت می شوند.

4-3. آزمایشهای مخرب

این آزمایشهاى مکانیکى نمونه جوش شده جهت تعیین مقاومت و سایر خواص مکانیکى، نسبتا ارزان قیمت بسیار کاربردى هستند. به همین جهت در سطح وسیعى براى ارزیابى و تایید دستوالعمل جوشکارى و صلاحیت جوشکار به کار می روند.

5. نتیجه گیرى

ساختمانهاى فولادى بخش قابل توجهى از ساخت و ساز در ایران را تشکیل می دهند و یکی از مهمترین موضوعات در هر ساختمان فولادى بویژه از نقطه نظر مقاومت لرزه اى، کنترل جوشکارى آن میباشد. جوشها در همه بخشها بایستى منطبق بر اطلاعات نقشه بوده و از لحاظ بعد و طول جوش و کنترل کیفیت لازم بررسى گردد. در این خصوص حتى ممکن است در یک ساختمان فولادى کوچک به انجام آزمایشات غیر مخرب (NDT) بر روى جوش نیاز باشد. در استاندارد ، 2800، آزمایشات اولتراسونیک و رادیوگرافى براى کنترل اتصالات جوشى قابهاى خمشى ویژه اجبارى شده است که البته بسته به تشخیص مهندس ناظر در سایر حالات نیز انجام میگیرد.

جوشکاری زیرپودری یا SAMW

جوش زیر پودری یک فرایند جوش قوس الکتریکی است که در آن گرمای لازم برای جوشکاری توسط یک یا چند قوس بین یک فلز پوشش نشده، یک یا چند الکترود مصرفی و یک قطعه کار تامین می شود. در این روش نوک الکترود داخل پودری از مواد معدنی ویژه قرار می گیرد و قوس در زیر این پودر در امتداد مسیر جوشکاری تشکیل می شود. در این روش قوس قابل مشاهده نیست. درسیستم زیرپودری از سیم بدون روکش استفاده می شود، طوری که سیم به طور متوالی از قرقره مخصوص رهامی گردد و ضمن تشکیل قوس نقش واسطه اتصال را نیز بر عهده دارد. قوس توسط لایه ای از فلاکس پودری قابل ذوب شدن که فلز جوش مذاب و فلز پایه نزدیک اتصال را پوشانده، و فلز جوش مذاب را از آلودگی های اتمسفر حفاظت می کند پوشیده می شود.

اصول عملیات

درجوش زیر پودری جریان الکتریکی از قوس و حوضچه مذاب جوش که ترکیبی از فلاکس مذاب و فلزجوش مذاب است می گذرد. فلاکس مذاب معمولا، هادی خوب جریان الکتریسته است، در حالی که فلاکس سرد هادی نیست. پودر جوش می تواند اکسیدزداها و ناخالصی زداهایی که با فلز جوش واکنش شیمیایی می دهند را نیز تامین کند علاوه براینکه یک لایه محافظ ایجاد می کند. فلاکس های جوش زیر پودری فولادهای آلیاژی همچنین می توانند حاوی عناصر آلیاژی برای بهبود ترکیب شیمیایی فلز جوش باشند. جریان الکتریکی از یک ژنراتور (ترانسفورماتور یا رکتی فایر) تامین شده، از اتصالات عبور می کند تا قوسی را بین الکترود و فلز پایه بر قرار کند را ذوب می کند که حوضچه مذاب را برای پرکردن اتصال تشکیل دهند. درکلیه انواع تجهیزات، غلطک های هدایت با نیروی مکانیکی بطور پیوسته سیم الکترود مصرفی فلزی را از میان لوله تماس (نازل) و توده فلاکس به اتصالی که باید جوش شود می راند. سیم الکترود عموما یک فولاد کم کربن با ترکیب شیمیایی دقیق که در یک قرقره یا بشکه پیچیده شده می باشد. سیم الکترود در منطقه جوش ذوب شده و در طول اتصال رسوب می کند. فلاکس دانه ای در جلوی قوس ریخته شده و پس از انجماد فلز جوش، فلاکس ذوب نشده توسط سیستم مکش جمع کننده برای استفاده مجدد جمع آوری می شود. در جوش خودکار بازیابی فلاکس مجموعه ای از تجهیزات و یک لوله بازیابی فلاکس که درست پس از لوله تماس قرار گرفته است می باشد. جوش زیر پودری به هر دو روش نیمه خودکار و خودکار قابل انجام بوده و روش خودکار بخاطر مزایا بیشتر، استفاده گسترده تر دارد. در روش نیمه خودکار جوشکار بصورت دستی یک تفنگ جوشکاری (به انضمام مخزن فلاکس) که فلاکس و الکترود را به محل اتصال تغذیه می کند را هدایت کرده و خودش سرعت حرکت را کنترل می کند. در روش جوش کاملا خودکار دستگاه بصورت خودکار الکترود و فلاکس را در طول مسیر جوش تغذیه و هدایت کرده و نرخ رسوب را کنترل می کند. در کاربردهای خاصی جوش خودکار زیر پودری دو یا چند الکترود بصورت متوالی در یک اتصال تغذیه می شوند. الکترودها ممکن است کنار یکدیگر بوده و به یک حوضچه تغذیه شوند یا اینکه به اندازه کافی فاصله داشته تا پس از انجماد یکی حوضچه دیگری تشکیل شود و مستقل منجمد شوند. روش جدیدتر جوش قوس های پشت سرهم است که جوش چند پاس را دریک شیار اتصال برای افزایش سرعت حرکت و نرخ رسوب جوشکاری تامین می کند.

مزایا و محدودیت ها
روش های خودکار و نیمه خودکار جوش زیر پودری در مقایسه با سایر روش های جوشکاری مزایا و معایب زیر را دارند:
اتصالات را می توان با شیار کم عمق آماده نموده که باعث مصرف کمترفلز پرکننده می شود (در برخی کاربردها نیازی به شیار برای اتصالات بین ورق های با ضخامت کمتر از 4/1 نیست).
پوشش برای حفاظت اپراتور از قوس نیاز نیست، اگرچه حفاظت چشمان اپراتور بخاطر احتمال پرتاب جرقه جوش توصیه می شود.
جوش را می توان با سرعت حرکت و نرخ رسوب بالا و برروی سطح صاف یا استوانه ای یا لوله و از نظر تئوری با هر اندازه و ضخامتی انجام داد. این روش برای سخت کردن سطحی نیز مناسب است.
فلاکس به عنوان اکسیدزدا و آخال زدا برای خارج کردن ترکیبات ناخواسته از حوضچه جوش عمل می کند تا جوش سالم و باخواص مکانیکی مناسب ایجاد کند.
سیم های الکترود ارزان برای جوش فولادهای غیرآلیاژی و کم کربن استفاده می شوند. (معمولا سیم های فولادی کم کربن بدون پوشش یا با پوشش نازک مسی برای هدایت بهتر و جلوگیری از خوردگی می باشند).
جوش زیر پودری را می توان در زیر وزش بادهای نسبتا شدید جوشکاری نمود. ذرات فلاکس حفاظت بهتری انجام می دهند تا پوشش الکترود در روش جوشکاری الکترود دستی.

محدودیتهای جوش زیر پودری که برخی در روش های دیگر جوشکاری نیز وجود دارند به شرح زیر است:
پودر جوش ممکن است به آلودگی هایی آغشته شود که باعث تخلخل جوش شوند.
برای دستیابی به یک جوش خوب فلز پایه باید، یکنواخت بدون پوسته اکسیدی، زنگ، غبار و روغن و سایر آلودگی ها باشد.
جداشدن سرباره از جوش در برخی موارد به سختی صورت می گیرد. در جوش های چند پاس پس از هر عبور باید سرباره جوش برداشته شود تا از باقی ماندنش درون فلز جوش جلوگیری شود.
این روش معمولا برای جوش فلزات با ضخامت کمتر از 3/16، بخاطر Burn Through مناسب نمی باشد.
مگر در کاربردهای خاص شدیدا به مسطح بودن وضعیت جوشکاری محدود است، زیرا مسطح بودن و افقی بودن وضعیت برای جلوگیری از ریختن فلاکس لازم است.

فلزات مناسب جوش زیر پودری
جوش زیر پودری برای همه فلزات و آلیاژها مناسب نیست. برای سهولت فلزات و آلیاژها را می توان با توجه به مناسب بودن آنها برای جوش زیر پودری به سه دسته تقسیم کرد:
فلزات بسیارمناسب
فلزات اندکی مناسب
فلزات غیرمناسب
فلزات بسیار مناسب: جوش زیر پودری بیشترین استفاده را در جوش فولادهای غیرآلیاژی فولاد ساده کم کربن دارد. اغلب مثال های این مقاله به این فولادها مربوط است، که محدوده تنش تسلیم آنها حدود 45000 تا 85000 Psi است و معمولا با فلاکس و الکترود AWS 15.17 – 69 (مشخصات فنی فلاکس ها و الکترودهای فولادهای آرام ساده برای جوش قوس زیر پودری) جوش می شوند. فولادهای کربن متوسط و کم آلیاژ ساختمانی در رده فولادهای مناسب جوش زیر پودری هستند اگرچه اغلب به پیش گرم، پس گرم و استفاده از فلاکس و سیم الکترودهای ویژه نیاز دارند. فولاد ضد زنگ، فولاد کربنی آلیاژی قابل سخت شدن، و فولاد ساختمانی پراستحکام نیز با روش جوش زیر پودری جوشکاری می شوند. جوش زیر پودری همچنین برای ایجاد پوشش های مقاوم به سایش برای موقعیت هایی که تحت سایش هستند بکار می رود.
فلزات اندکی مناسب : برخی فلزات و آلیاژهایی را که می شود به روش جوش زیر پودری جوش داد، بیشتر با روش هایی جوش می دهند که منطقه حرارت داده شده باریک تر باشد. برخی فولادهای ساختمانی پراستحکام کم کربن جزء این گروه هستند زیرا استحکام ضربه و کشش مورد نیاز در روش جوش زیر پودری به سختی بدست می آیند. فولادهای پرکربن، فولادهای مار تنزیتی، و مس و آلیاژهای مس نیز جزء این گروه هستند.
فلزات نامناسب: چدن را معمولا نمی توان به روش جوش زیر پودری جوش داد، زیرا نمی تواند تنش های حرارتی ناشی از گرمای ورودی را تحمل کند. مسائلی که در جوش فولاد آستنیته منگنزی و فولاد ابزار پرکربن رخ می دهند جوشکاری آنها را با هر روش معمولی دشوار می سازد. آلیاژهای آلومینیوم و آلیاژهای منیزیوم را نمی توان به روش زیر پودری جوش داد زیرا فلاکس مناسب برای آن پیدا نمی شود. سرب و روی بخاطر نقطه ذوب پایین مناسب جوش زیر پودری نیستند. تیتانیوم در کاربردهای آزمایشگاهی به روش زیر پودری جوشکاری شده ولی فلاکس مناسب برای جوش آن تاکنون ارائه نشده است.

جنبه های متالورژیک
سه ویژگی جوش زیر پودری در جریان های بالا نیازمند توجه ویژه است :

• در صد بالای فلز پایه در جوش هنگامی که قطب معکوس جریان مستقیم استفاده شود
• مقدار زیاد سرباره تولید شده در عملیات
• گرمای ورودی زیاد که ریز ساختار را تحت تاثیر قرارمی دهد

هنگامی که درصد فلز پایه در رسوب فلز جوش بالا باشد، به حداقل رساندن ناخالصی های مضر مانند فسفر و گوگرد بسیار اهمیت دارد. مقدار زیاد سرباره عموما منبعی از سیلیسیم یا منگنز است که ممکن است مقداری از آن به رسوب فلزجوش منتقل شود. لذا معمولا هنگام استفاده از فلاکس های پرسیلیسیم، از سیم الکترود کم سیلیسیم (حداکثر 0.05% سیلیسیم) استفاده می شود تا از جذب سیلیسیم اضافی توسط فلز جوش جلوگیری شود. همچنین از سیم الکترود کم منگنز حاوی کمتر از 0.5% منگنز معمولا با فلاکس های پر منگنز استفاده می شود. سیم الکترود پرمنگنز حاوی 2% منگنز عموما با فلاکس های کم منگنز استفاده می شوند. گرمای ورودی زیادی که از جوشکاری در جریان زیاد ناشی می شود (تا حدود 1500 آمپر) در سرعت های حرکت پایین باعث تغییر ساختار در منطقه متاثر از حرارت شده و استحکام ضربه را کاهش و استحکام کششی و دمای تبدیل تردی به نرمی را افزایش می دهد.

تغییرات ریز ساختار
افزایش تغییرات ساختار فلز پایه به عوامل زیر وابسته است:

• حداکثر دمایی که فلز در آن قرارداده می شود
• زمان آن دما
• ترکیب شیمیایی فلز پایه

سرعت سرد شدن ساختار فلز جوش ستونی است زیرا از مرز جامد شروع شده و فقط در یک جهت امکان رشد دارد. در فولاد کربنی قابل سخت شدن امکان درشت شدن ساختار منطقه نزدیک قسمت جوش از فلز پایه بخاطر رسیدن به دمای حدود 2800 تا 2200 فارنهایت وجود دارد. فلزی که در دمای 1700 تا 2200 فارنهایت گرم شده نواری از دانه های نازک تر دارد. اگرچه این منطقه در بیشتر از دمای دگرگونی فاز گرم شده، ولی زمان باقی ماندن در این دما برای درشت ساختار شدن کافی نبوده است.
منطقه بعدی 1700 تا 1400 فارنهایت، منطقه ای است که فولاد باز پخت شده و به مقدار قابل توجهی نرم تر از منطقه مجاور جوش است. فلز پایه دورتر از این منطقه نیز تغییر نکرده باقی می ماند. اندکی کاربید کروی شده بخاطر باقی ماندن در حدود 1330 فارنهایت، ممکن است ایجاد شود.
پیش گرم و پس گرم کردن
اصول پیش گرم کردن و پس گرم کردن برای جوش زیر پودری مشابه سایر روش های جوشکاری است. پیش گرم و پس گرم برای فولادهای سختی پذیر، مخصوصا فولادهایی که کربن آنها از حدود 0.3% و ضخامت آنها بیشتر از 4/3 باشد بکار می رود. کاهش سرعت سردشدن که در اثر پیش گرم رخ می دهد، زمان ماندگاری در دمای بالاتر از شروع تغییر حالت مارتنزیتی را افزایش می دهد و لذا تغییر حالت آستنیت به پرلیت ظریف تر بجای مارتنزیت سخت را افزایش می دهد. در منطقه جوشی که پیش گرم شده نسبت به جوش پیش گرم نشده احتمال کمتری وجود دارد که فاز سخت تشکیل شود. همچنین بخاطر سرعت سرد شدن کمتر در فولاد های پیش گرم شده، خطر ترکیدگی جوش و تنش های حرارتی کاهش پیدا می کند. پس گرم کردن هنگام نیاز به تنش زدایی حرارتی، بازپخت، نرمالایز کردن یا تمپرکردن بکارمی رود.

منابغ تغذیه
منابع تغذیه جوش زیر پودری عبارتند از:

• موتور ژنراتور و ترانسفورماتور رکتی فایر، با خروجی جریان مستقیم (DC)
• ترانسفورماتور با خروجی جریان متناوب (AC)

هر دو جریان های مستقیم و متناوب درجوش زیر پودری نتایج قابل قبولی ارائه می دهند. اگرچه هر کدام در برخی کاربردهای خاص معایب ناخواسته ای دارن. بسته به شدت جریان، قطر سیم الکترود، و سرعت حرکت که در لیست زیر ذکر شده اند:

• جوش نیمه خودکار با الکترود 64/5 یا 32/3 در جریان مستقیم 300 تا 350 آمپر، استفاده از جریان مستقیم ارحج است.
• جوش خودکار با یک الکترود در جریان پایین (300تا 500 آمپر) و سرعت حرکت بالا ( 40 تا 200 اینچ در دقیقه)، استفاده از جریان مستقیم ارحج است.
• جوش خودکار با یک الکترود و جریان متوسط (600 تا 900 آمپر) سرعت حرکت 10 تا 30 اینچ در دقیقه، هم جریان مستقیم و هم متناوب استفاده می شوند.
• جوش خودکار با یک الکترود و جریان بالا (1200 تا 21500 آمپر) سرعت حرکت 5 تا 10 اینچ در دقیقه، استفاده از جریان متناوب ارحج است.
• جوش خودکار با بیش از یک الکترود و در حالت پشت سرهم و جریان هر کدام از الکترودها 500 تا 1000 آمپر با هم الکترودها، جریان متناوب (یا جریان مستقیم در الکترود جلویی) استفاده می شود.
• جوش خودکار با دو الکترود در عرض هم، باهر دو جریان مستقیم و جریان متناوب استفاده می شود.

سیستم های تغذیه سیم جوش
تجهیز تغذیه سیم الکترود جوش زیر پودری از دو نوع سیستم کنترلی برای کنترل سرعت تغذیه سیم (سیستم های حساس به ولتاژ و سیستم های سرعت ثابت) استفاده می کنند. سیستم های کنترلی حساس ولتاژ با منبع تغذیه های جریان ثابت و سیستم های کنترل سرعت ثابت با منبع تغذیه های ولتاژ ثابت استفاده می شوند

سیم الکترود جوش زیر پودری
سیم های الکترود جوش زیر پودری فولاد در اندازه های مختلف تولید می شوند. پوشش نازکی از مس برای بهبود هدایت الکتریکی و بالا بردن مقاومت در برابرخوردگی بر روی سیم ایجاد می شود.ترکیب شیمیائی سیم الکترود به ترکیب شیمیائی فلز جوش و خواص مکانیکی و انتخاب نوع خاص الکترود و ترکیب آن به جنس فلز قطعه و نوع فلاکس وابسته است. برای رسیدن به نرخ رسوب بالاتر می توان از دو یا چند الکترود نازک تر بجای یک الکترود ضخیم تر استفاده کرد. کاهش قطر الکترود باعث افزایش چگالی جریان و فشار پلاسما جهت و افزیش عمق نفوذ و باریک شدن باند جوش می شود.
الف) همه الکترودها علاوه برمقادیر جدول حداکثر دارای 0.035% گوگرد، 0.03% فسفر، 0.15% مس (غیراز پوشش) و % 0.05% سایر عناصر می باشند.
ب) به علاوه حاوی 0.05 – 0.15 % تیتانیوم، 0.02 – 0.12% زیرکونینوم، 0.05% - 0.15% آلومینیوم و تا 0.5% سایر عناصر نیز می باشد. ساده ترین روش برای جلوگیری از تشکیل پرلیت و فریت گوشه دار استفاده از حدود 0.5% مولیبدن و 0.02% بر در ترکیب فولاد است، که با کاهش آهنگ تشکیل محصولات دگرگونی در دمای بالا باعث ایجاد فاز بینیت می شود. لذا استحکام کششی و تسلیم را افزایش می دهد.

پودرهای جوش زیر پودری
تجهیزات حمل فلاکس و سازه نگهدارنده مخزن پودر، اتصالات دیگر و همچنین صفحه نوار یا حلقه پشتبند نیز مورد نیاز می باشد. پودرهای جوش زیر پودری به سه شکل وجود دارند:

• پودرهای ترکیب شده
• پودرهای چسبیده شده
• پودرهای آگلومره

پودرهای ترکیب شده : برای تولید پودرهای ترکیب شده ابتدا اجزاء بصورت خشک مخلوط سپس دریک کوره الکتریکی ذوب و با پاشش آب سرد یا ریختن روی صفحه سرد منجمد می شود. مزایای این نوع پودر عبارت است از :

• کاملا توزیع ترکیب شیمیائی یکنواخت دارند.
• می توان خاکه آن را بدون تغییر در ترکیب شیمیایی جدا کرد.
• محصول رطوبت گیر نیست و مسائل ذخیره سازی و نگهداری ساده تر دارد.
• پودرهای ذوب نشده را می توان چندین دور مورد استفاده قرار داد (بدون تغییر قابل توجه).
• مناسب برای جوشکاری با بیشترین سرعت

محدودیت: محدودیت مهم این پودر ها عدم امکان افزودن اکسید زداها و فرو آلیاژها بخاطر دمای حلالیت بالای آنها است.
پودرهای چسبیده شده: برای تولید پودرهای چسبیده شده مواد خام تا اندازه D * 100 آسیاب می شوند. بصورت خشک با هم مخلوط شده و با افزودن سیلیکات پتاسیم یا سیلیکات سدیم به هم چسبیده می شوند. مخلوط حاصل به شکل گلوله درآمده و در دمای پایین خشک می شوند و بصورت مکانیکی خرد شده و دانه بندی می شوند.
مزایا :بخاطر دمای تولید پایین، اکسید زداها و فرو آلیاژها دراین روش قابل افزوده شدن هستند.*چگالی پودر پایین تر است و امکان استفاده از لایه ضخیم تر فلاکس برروی منطقه جوش وجود دارد. -سرباره ایجاد شده بر روی جوش پس از سردشدن بهتر جدا می شود
محدودیت : محدودیت های مهم این روش عدم امکان جداکردن خاکه بدون تغییر در ترکیب شیمیایی و حساسیت بالا به جذب رطوبت است.
پودرهای آگلومره : روش تولید مشابه پودرهای چسبیده شده است غیر از اینکه از یک الک سرامیکی استفاده می شود. در این نوع پودر نیز برای استفاده از اکسید زداها و فرو آلیاژها بخاطر دمای Curing بالای الک (oc 1400) مانند پودرهای ترکیب شده محدودیت وجود دارد.
دانه بندی: اندازه دانه های پودر جوش بخاطر تاثیر برمصرف بهینه پودر جوش در جریان های جوش مختلف حائض اهمیت است. در جریان های بیشتر از 1500 آمپر باید از درصد ذرات ریز بیشتر و ذرات درشت کمتر استفاده کرد. پودرهای چسبیده شده که در جریان های کمتر استفاده می شوند بستگی کمتری به اندازه ذرات دارند و عمدتا در یک سایز تولید می شوند. حداکثر جریان مناسب برای این نوع پودر 800 تا 1000 آمپر است. در حالی که برخی انواع پودر ترکیب شده (انواع سیلیکات کلیسم اصلاح شده ) را تا 2000 آمپر نیز می توان بکار برد.

ترکیب پودرهای جوش
در زمان پیشرفت فرایند جوش زیر پودری در اواسط دهه 1930 پودرهای ترکیب شده حاوی ترکیبات سیلیکاتی استفاده می شدند که عمدتا حاوی آلومینا سیلیکات منیزیم، کلسیم و منگنز بودند. برای تنظیم محدوده ذوب و ساختار آن از دیاگرام MnO – SiO2 استفاده می شد. نتیجه جوشکاری با پودرهای چسبیده شده تقویت شده، پس از ذوب و انجماد جوش در فلز جوش مشابه پودر ترکیب شده است. فروسیلیم و اکسید منگنز و سیلسیم فلاکس ترکیب می شوند. لذا مقدار MnO نسبت به SiO2 که برای جوش زیر پودری مناسب است در قسمت جوش باقی می ماند. انواع پودرهایی که توضیح داده شده برای دستیابی به خواص پیشرفته تر و هزینه اقتصادی تر و ظاهر مناسب تر گرده جوش در مقادیر کمتر منگنز اصلاح شده اند. برخی ترکیبات پودرها با بازیسیته بیشتر (که مقادیر CaF2، CaO دارند) خواص مکانیکی بهتری در فلز جوش ارائه می دهند و افزودن تیتانیوم پایداری قوس بیشتر و اکسید فلزات خاص ظاهر جوش را در فولادهای آلیاژی بهبود می دهند. برای رسیدن به ظاهر جوش مناسب در جوشکاری پرسرعت ورق ها خواص دمایی گرانروی فلاکس را باید تنظیم کرد. فلاکس های کاربردهای خاص برای منظورهای خاص طراحی می شوند.

مقایسه پودر جوش زیر پودری با پوشش الکترود
پودرهای جوش زیر پودری در مقایسه با مواد بکار رفته در پوشش الکترودهای جوشکاری الکترود دستی چند تفاوت عمده دارند. فلاکس های جوش الکترود دستی حاوی ترکیباتی مانند سلولز برای ایجاد گاز محافظ است. همچنین ترکیباتی با تابع کاری پایین مانند اکسید سدیم و اکسید پتاسیم برای کمک به شروع قوس و پایداری آن و مواد دیگری برای تقویت نفوذ، نرخ ذوب و استفاده از قطب های مختلف جریان به پوشش الکترود اضافه شوند. که پودرهای جوش زیر پودری غالبا به این ترکیبات نیازی ندارند، زیرا وجود سرباره مذاب و دانه های کروی پودر از قوس حفاظت کرده و نیازی به گاز محافظ نیست. وجود ترکیبات سیلیس و فلوراید عموما پایداری مطلوب قوس را تضمین می کند و حداقل %10 فلوراید کلسیم برای بهبود سیالیست فلاکس مذاب به سیلیکات های فلزی پودر اضافه می شوند. پوشش های الکترود های جوش قوس الکترود دستی بخاطر اینکه باید قابل اکسترود باشد و سایر ملزومات تولید دارای فرمول پیچیده اند وبرعکس آن پودرهای جوش زیر پودری ازترکیبات معدنی ساده و از سیستم های دوتایی، سه تایی و یا چهار تایی انتخاب می شوند. رایج ترین فلاکس ها از سیستم MnO – SiO2 و یا CaO - SiO2 تشکیل شده اند که می توانند با اکسیدهای آلومینیم، منیزیم، زیرکونیوم و تیتانیوم ترکیب شود و فلاکس های کاربردهای خاص را به وجود آورند. فلاکس های الکترودهای پوشش و فلاکس های جوش زیر پودری به روش های متفاوتی دسته بندی می شوند. استاندارد AWS A5.1-6 الکترودها را برحسب نوع مواد پوشش فلاکس دسته بندی می کند. و استاندارد A 5.1 7-69 برای دسته بندی پودر جوش زیر پودری به طبیعت شیمیایی فلاکس ارتباطی ندارد فقط به خواص مکانیکی رسوب جوش که با الکترود مخصوص به وجود می آید مربوط است. در عمل بیشتر الکترود و فلاکس جوش زیر پودری از روی ظاهر جوش انتخاب می شوند تا در نظر گرفتن جنبه های فنی.

نقطه ذوب و نرخ ذوب پودرهای جوش
یک پودر جوش موثر باید دردمای بالا به خوبی سیال باشد و لایه روان و محافظ برروی فلز جوش ایجاد نماید و آنرا از اکسید شدن حفاظت کرده ولی در دمای اتاق ترد باشد و به آسانی از روی جوش جدا شود. نقطه ذوب و چگالی فلاکس نیز باید کمتراز فلز جوش باشد که گازهای تولید شده بین فلز و سرباره بتوانند وارد سرباره شوند و برای تکمیل وظیفه سرباره سازی باید فلاکس پس از تکمیل انجماد فلز جوش منجمد شود. لذا حد بالایی دامنه ذوب پودر جوش زیر پودری حدود 1300 درجه سلسیوس می باشد. مقدار فلاکس ذوب شده در هر دقیقه به ولتاژ و جریان جوش بستگی دارد و در جریان ثابت مقدار پودر ذوب شده در هر دقیقه با افزایش ولتاژ جوش افزایش می یابد. در عمل معمولا وزن فلاکس ذوب شده و وزن الکترود ذوب شده برابرند.

تاثیر فلاکس بر ترکیب فلز جوش
واکنش های بین فلز جوش مذاب و پودر جوش ذوب شده در ضمن جوشکاری زیر پودری شبیه واکنش بین مذاب و سرباره در فولاد سازی است. و لذا وظیفه سرباره مذاب کاهش ناخالصی های فلز جوش و تامین عناصری مانند منگنز و سیلیکون برای فلز جوش است. چنانچه در قسمت الف شکل 4 مشاهده می شود با افزایش MnO درسرباره تا حدود 10 درصد مقدار منگنز فلز جوش افزایش سریع دارد که به تدریج مقدار این افزایش کم می شود. لذا بسیاری از فلاکس ها حاوی حدود %10 اکسید منگنز است. رابطه مقدار SiO2 موجود در فلاکس و مقدارSi فلز جوش متفاوت است و تا هنگامی که SiO2 موجود در سرباره حدود %40 باشد سیلیسم اندکی جذب نمی شود لذا فلاکس های تجاری و مخصوصا فلاکس هایی که برای جوش های با چند پاس تولید می شوند مقدار زیاد حدود %40، SiO2 دارند. برخی فلاکس ها می توانند فروآلیاژها را برای جوش تامین کنند. اکسیدهای فلزی موجود در پودر مانند NiO، MnO3، Cr2O3 باعث انتقال عناصر فلزی از سرباره به فلز جوش شوند. مقدار Cr2O3 فلاکس، ترکیب الکترود، ترکیب فلز پایه ای که بر روی آن فلز جوش رسوب می کند بر مقدار سیلیسم باقی مانده در فلز جوش تاثیر می گذارند.همه عواملی که زمان واکنش فلز - سرباره یا متوسط دمای حوضچه جوش را تغییر دهد، برتوزیع عناصر آلیاژی باقی مانده در فلز جوش تاثیر خواهد گذاشت. در شرایط طبیعی جوشکاری، سرعت حرکت مهمترین عامل در رسوب عناصر آلیاژی است و نیز افزایش ولتاژ عموما باعث افزایش عناصر فلزی منتقل شده به فلز جوش می شود.

گرانروی و هدایت سرباره ها
برای اینکه فلاکس در برابر نفوذ گازهای اتمسفری مقاوم باشد باید گرانروی آن در منطقه جوش به اندازه کافی بالا باشد که در ضمن بتواند از سرریز شدن فلز مذاب و حرکت آن به سمت جلوی قوس که ممکن است باعث حبس سرباره در زیر فلز جوش مذاب شود جلوگیری کند. از طرف دیگر به اندازه کافی سیال باشد که حل شدن سریع اجزاء غیر فلزی مانند اکسیدها و خارج شدن گازها از فلز مذاب را ممکن سازد. ویسکوزیته فلاکس مذاب در دمای 1400 oC در حدود 2 تا 7 poises می باشد. دانه های پودر جوش در دمای اتاق عایق الکتریکی هستند و مقاومت آنها با افزایش دما کاهش می یابد و سرباره های مذاب در دمای حوضچه جوش بسیار هادی هستند.
روابط الکتریکی :روابط الکتریکی منطقه جوش توسط نوع فلاکس و روش جوشکاری تعیین می شود. بررسی های نوسان نگاری، اسپکتوگرافیک و رادیو گرافیک، قوس طبیعی را در هنگام جوشکاری زیر پودری نشان می دهند. برای محاسبه روابط الکتریکی ثبت ولتاژ در بررسی های نوسان نگاری مهمترین عامل است.
شرایط جوش: دانسیته جریان الکتریسته در سیم الکترود جوش زیر پودری در مقایسه با مقدار آن در جوش الکترود دستی چندین برابر بزرگتر و نرخ ذوب و سرعت جوشکاری نیز بیشتر است. ارتباط بین ولتاژ معمول تجهیزات صنعتی و جریان نشان داده شده است. برای این داده ها فرض شده که هر یک از تنظیمات جریان جوشکاری دامنه ای حدود 10 ولت دارد، که در این محدوده جوش سالم در ولتاژهای بالاتر گرده جوش پهن تر و در ولتاژهای پایین تر گرده جوش باریکتر می دهند. در ولتاژ جوشکاری و مجموع و پتانسیل کاتد و آند با افزایش جریان جوشکاری افزایش می یابند. و در هر جریانی با کاهش ولتاژ و یا مجموع پتانسیل کاتد و آند مقدار پودر ذوب شده کاهش می یابد و به صفر نزدیک می شود. خطی نبودن کاهش پتانسل کاتد و آند نشان دهنده وجود هدایت الکترولیتی است. حداکثر سرعت جوشکاری قابل استفاده برای جوشکاری بدون عیب و رفتار پایدار، با جریان جوشکاری تغییر می کند. هنگامی Undercut رخ می دهد که جوشکاری در سمت راست خط مورب انجام شود. مثلا جوش تک پاس را در ورق های به ضخامت 1 اینچ را می توان با 1500 آمپر و با سرعت 10 اینچ در دقیقه جوش داد.
فاصله نازل : فاصله بین سطح فلز پایه و نوک لوله تماس (نازل) در گرمای وارده به جوش و لذا نرخ ذوب تاثیر می گذارد. زیرا نرخ ذوب الکترود جوش مجموع ذوب شدن براثر گرمای قوس و ذوب شدن براثر گرمای مقاومت الکتریکی (I2R) در طول الکترودی که از نازل خارج شده است می باشد. بسته به طرح اتصال و طول قوس، انتهای الکترود ممکن است بالاتر، هم سطح یا زیر سطح بالایی فلز پایه باشد. نرخ ذوب ناشی از گرمای مقاومتی I2R در الکترود تابع نمایی از طول الکترود بین نازل و قطعه کار، جریان و قطر الکترود می باشد. افزایش مقدار ذوب بر اثر گرمای مقاومتی به شدت جریان و طول الکترود خارج از نازل وابسته است، که هر دو تابعی از قطر الکترود می باشند
نفوذ :نفوذ، عمق تشکیل رسوب جوش درشیار یا سطح فلز پایه است که معمولا فاصله زیرسطح اصلی است، که فلز آن ذوب شده است. ولتاژ کم اهمیت ترین و جریان جوشکاری مهمترین عامل در محاسبه نفوذ و سرعت جوشکاری است. تاثیر متقابل ولتاژ، جریان و سرعت حرکت جوش بر مقدار نفوذ که از چندین آزمایش زیر پودری بدست آمده اند. برای سایر فرایندهای جوش قوس، GMAW و SMAW نیز رابطه خطی مشابهی بدست آمده است. شیب این خط مورب در فرایندهای مختلف متفاوت است و بیشترین مقدار آن مربوط به فرایندهایی است که از گازهای محافظ هلیم یا CO2 استفاده می کنند. ظرفیت حرارتی فلز جوش مذاب برای محاسبات گرمای ورودی و سرعت سردشدن دارای اهمیت هستند و با مقطع عرضی گرده جوش که نشان دهنده مقدار فلزی است که برای ذوب شدن گرم می شود، متناسب است. بازده تولید برای هر روش جوشکاری به اندازه گیری این ناحیه مربوط می شود. ارتفاع گرده جوش با افزایش جریان جوشکاری و کاهش سرعت حرکت جوشکاری افزایش می یابد و تاثیر ولتاژ برگرده جوش ناچیز است.
رقت: نسبت فلز پایه به رسوب فلز جوش عامل مهم در کنترل خواص مکانیکی فلز جوش است. رقت فلز جوش از فلز پایه را می توان از روی نسبت حجم گرده (سطح مقطع عرضی درطول گرده) بر فلز پایه حساب کرد. رقت فلز جوش از فلز پایه با افزایش نسبت جریان به سرعت جوشکاری افزایش می یابد. با افزایش ولتاژ نرخ ذوب الکترود اندکی کمتر شده و لذا باعث افزایش رقت می شود.
بازیسیته پودر جوش :اندیس بازی پودر جوش (BI) معیار دیگری برای طبقه بندی پودرهای جوش است که مقدار اسیدی بودن روش تولید فلاکس را و همچنین فعال ، خنثی یا آلیاژی بودن فلاکس را مشخص می کند. اندیس بازی نسبت مجموع اکسیدهای فلزی با پیوند سخت به مجموع اکسیدهای فلزی با پیوند سست است. اندیس بازی برآوردی از مقدار اکسیژن فلز جوش است و لذا می تواند برای بیان خواص فلز جوش بکار رود. پودرهای جوش با بازیسیته بیشتر تمایل به داشتن اکسیژن کمتر و استحکام بالاتر در فلز جوش دارند. در حالی که پودرهای جوش اسیدی، جوشی با اکسیژن بیشتر ، ریز ساختار درشت تر و با مقاومت کمتر در مقابل تورق تولید می کنند.پودرهای جوشی با اندیس بازی بیشتر از 5/1 پودر جوش بازی و با اندیس بازی کمتر از یک ، پودر جوش اسیدی شناخته می شوند. پودرهای جوش اسیدی معمولا برای جوش های تک پاس مناسبند و رفتار جوش مناسب و در گرده جوش خاصیت ترکنندگی خوب دارند.علاوه برآن پودرهای جوش اسیدی در مقایسه با پودرهای جوش بازی مقاومت بیشتری در برابر ایجاد تخلخل ناشی از آلودگی های چون روغن ، زنگ و پوسته های نوردی در ورق دارند.پودرهای جوش بازی در مقایسه با پودرهای جوش اسیدی مقاومت به ضربه بهتری نشان می دهند. این مزیت در جوش چند پاس به وضوح مشهود است. پودرهای جوش با بازیسیته زیاد در جوش های بزرگ با چند پاس خواص ضربه خیلی خوب و در جوش تک پاس خواص ضعیف تری را در مقایسه با پودرهای جوش اسیدی نشان می دهند. لذا مصرف پودرهای جوش بازی باید به جوش های بزرگ چند پاس که در آن استحکام ضربه خوب برای فلز جوش نیاز باشد محدود شود.

منابع عیوب در جوش زیر پودری
جوش زیرپودری فرایندی با گرمای ورودی بالاست و در زیر لایه محافظ فلاکس انجام می شود و لذا امکان بروز عیوب جوش در این روش بسیار کمتر از سایر روش هاست. عیوبی که بعضا در جوش زیرپودری رخ می دهند عبارتند از:

• ذوب ناقص
• سرباره باقیمانده درون جوش
• ترک انقباضی
• ترک هیدروژنی
• تخلخل

ذوب ناقص و سرباره باقیمانده درون جوش : ذوب ناقص و سرباره باقیمانده درون جوش اغلب ناشی از قرار گرفتن صحیح گرده جوش بر روی درز جوش و یا از فرایند ناشی می شود. انحراف گرده جوش از محل خود باعث ایجاد چرخش و تلاطم فلز مذاب و اکسیژن تکه هایی از سرباره به درون فلز جوش شود. و اگر هم که گرده جوش دور از لب های اتصال باشند باعث عدم نفوذ کافی جوش به فلز پایه شود. گرده جوش تاجی شکل که براثر پایین بودن ولتاژ ایجاد می شود نیز احتمال بروز نفوذ ناقص و محبوس شدن سرباره را بخاطر مختل شدن حرکت یکنواخت مذاب تشدید می کند.
ترک انقباضی :ترک انقباضی در وسط طول گرده جوش زیر پودری هنگامی رخ می دهد که شکل گرده جوش و یا طرح اتصال مناسب نباشد و یا مواد جوش غلط انتخاب شده باشند. متمایل به ترک انقباضی در جوش با گرده جوش محدب و به شکل گرده ماهی هنگامی که نسبت پهنا به ارتفاع آن بیشتر از یک باشد کمتر است. هنگامی که عمق نفوذ جوش زیاد باشد تنش های انقباضی باعث ترک طولی در وسط جوش می شود و خطر این ترک می تواند براثر طرح اتصال نامناسب تشدید شود. مواد مستحکم تر بدلیل تنش بیشتر در جوش تمایل بیشتری به ایجاد ترک دارند. لذا هنگام استفاده از این مواد باید در انتخاب مواد جوش، آماده سازی طرح اتصال، دمای پیش گرمایش و دمای بین پاس ها کاملا دقت شود.
ترک هیدروژنی :ترک هیدروژنی یک فرایند کند است و برخلاف ترک انقباضی که بلافاصله پس از جوش ظاهر می شود ایجاد آن تا روزها پس از جوش نیز می تواند ادامه یابد. برای کاهش خطر ترک هیدروژنی باید همه منابع هیدروژن مانند آب ، روغن و آلودگی های موجود در فلاکس الکترود و سطوح اتصال حذف شوند و ورق فلاکس و الکترود کاملا تمیز و خشک باشند. فلاکس و الکترود را باید در محل های خشک و مقاوم به رطوبت نگهداری کرد و چنانچه در معرض رطوبت قرار گرفت باید طبق دستور سازنده مجددا خشک شوند. انتخاب مواد جوش مناسب برای فولادهای پراستحکام مقاومت جوش را در برابر ترک هیدروژنی افزایش می دهد. مواد جوش ویژه مقاوم در برابر ترک هیدروژنی ساخته می شوند که قابلیت نفوذ هیدروژن در جوش را کاهش می دهند. پیش گرمایش قطعه کار خطر ترک هیدروژنی را باز هم کاهش می دهد. قطعات ضخیم گرمای پیش گرم را تا ساعت ها پس از جوشکاری در قطعه نگه می دارند. لذا خطر ترک هیدروژنی در این قطعات کمتر است. دمای پیش گرم مناسب بیشتر از 100 oC است زیرا در این دما هیدروژن درون فولاد کاملا متحرک است و به خروج بیشترین مقدار هیدروژن از فولاد کمک می کند.
تخلخل :درجوش زیر پودری سرباره حفاظت خوبی از مذاب انجام می دهد و لذا تخلخل ناشی از ورود گاز به مذاب در جوش زیر پودری معمول نیست. در جوش زیرپودری منشاء تخلخل ممکن است از درون مذاب و یا فشردگی هایی در سطح گرده جوش باشد. برای کاهش تخلخل در جوش زیر پودری باید پوشش فلاکس کافی باشد و ورق، الکترود و فلاکس از همه آلودگی ها از جمله رطوبت روغن و غیره پاک باشند. در سرعت های بیش از حد جوش کاری نیز حباب های گاز فرصت خارج شدن از مذاب را پیدا نمی کنند که در صورت وجود حباب ها درست در زیر سرباره برای کنترل آن باید سرعت پیشروی جوشکاری را اندکی کاهش داد.

جوشکاری با قوس الکتریکی

یکی از متداول ترین روشهای اتصال قطعات کار می باشد، ایجاد قوس الکتریکی عبارت از جریان مداوم الکترون بین دو الکترود و یا الکترود و یا الکترود و کار بوده که در نتیجه آن حرارت تولید می شود. باید توجه داشت که برای برقراری قوس الکتریک بین دو الکترود و یا کار و الکترود وجود هوا و یا یک گاز هادی ضروری است. بطوریکه در شرایط معمولی نمی توان در خلاء جوشکاری نمود.

در قوس الکتریکی گرما و انرژی نورانی در مکانهای مختلف یکسان نبوده بطوریکه تقریباً 43% از حرارت درآند و تقریباً 36% در کاتد و 21% بقیه بصورت قوس ظاهر می شود. دمای حاصله از قوس الکتریکی بنوع الکترودهای آن نیز وابسته است بطوریکه در قوس الکتریکی با الکترودهای ذغالی تا 3200 درجه سانتیگراد در کاتد و تا 3900 در آند حرارت وجود دارد. دمای حاصله در آندو کاتد برای الکترودهای فلزی حدوداً 2400 درجه سانتیگراد تا 2600 درجه تخمین زده شده است.

در این شرایط درجه حرارت در مرکز شعله بین 6000 تا 7000 درجه سانتیگراد می باشد از انرژی گرمائی حاصله در حالت فوق فقط 70% تا 60% در قوس الکتریک مشاهده گردیده که صرف ذوب کردن و عمل جوشکاری شده و بقیه آن یعنی 30% تا 40% بصورت تلفات گرمائی به محیط اطراف منتشر می گردد.

طول قوس شعله Arc length بین 8/0 تا 6/0 قطر الکترود می باشد و تقریباً 90% از قطرات مذاب جدا شده از الکترود به حوضچه مذاب وارد می گردد و 10% باطراف پراکنده می گردد. برای ایجاد قوس الکتریکی با ولتاژ کم بین 40 تا 50 ولت در جریان مستقیم و 60 تا 50 ولت در جریان متناوب احتیاج می باشد ولی در هر دو حالت شدت جریان باید بالا باشد نه ولتاژ.

انتخاب صحیح الکترود برای کار

انتخاب صحیح الکترود برای جوشکاری بستگی به نوع قطب و حالت درز جوش دارد مثلاً یک درز Vشکل با زاویه کمتر از 40 درجه با ضخامت زیاد حداکثر با قطر اینچ که معادل 2 میلیمتر است برای ردیف اول گرده جوش استفاده می گردد تا کاملاً در عمق جوش نفوذ نماید. ولی چنانچه از الکترود با قطر بیشتر استفاده شود مقداری تفاله در ریشه جوش باقی خواهد ماند. که قدرت و استحکام جوش را تقلیل می دهد.

انتخاب صحیح الکترود( از نظر قطر)

بایستی توجه داشت که همیشه قطر الکترود از ضخامت فلز جوشکاری کمتر باشد هر چند که در بعضی از کارخانجات تولیدی عده ای از جوشکاران الکترود با ضخامت بیشتر از ضخامت فلز را به کار می برند. این عمل بدین جهت است که سرعت کار زیادتر باشد ولی انجام آن احتیاج به مهارت فوق العاده جوشکار دارد.
همچنین انتخاب صحیح قطر الکترود بستگی زیاد به نوع قطب ( + یا - ) و حالت درز جوش دارد مثلاً اگر یک درز V شکل با زاویه کمتر از 40 درجه باشد بایستی حداکثر از الکترود با قطر پنج شانزدهم اینچ برای ردیف اول گرده جوش استفاده کرد تا کاملاً بتوان عمق درز را جوش داد. چنانچه از الکترود با قطر زیادتر استفاده شود مقداری تفاله در جوش باقی خواهد ماند که قدرت و استحکام جوش را به طور قابل ملاحظه ای کاهش خواهد داد. در حین جوشکاری گاهی اوقات جرقه هائی به اطراف پخش می شود که دلایل آن چهار مورد زیر است.

ایجاد حوزه مغناطیسی و عدم کنترل قوس الکتریکی

ازدیاد فاصله الکترود نسبت به سطح کار

آمپر بیش از حد یا آمپر بالای غیر ضروری

عدم انتخاب قطب صحیح برای جوشکاری

اطلاعات پاکت الکترود

مطابق استاندارد پاکت ها و کارتنهای الکترود بایستی علامت ها و نوشته هائی داشته باشند که حتی المقدور مصرف کننده را در دسترسی به کیفیت مطلوب جوش راهنمائی و یاری نمایند.
در روی پاکت الکترود علاوه بر نام کارخانه سازنده , نوع جنس نیز درج می شود که برای مصرف صحیح حائز اهمیت است.
هر پاکت الکترود بایستی علاوه بر اسم تجارتی الکترود, طبقه بندی آن الکترود را حداقل طبق یکی از استانداردهای مهم بیان نماید. برای آگاهی از طول زمان ماندگی الکترود در کارخانه, بازار یا انبار و غیره . شماره ساخت یا تاریخ تولید روی پاکت نوشته یا مهر زده می شود.
قطر سیم مغزی الکترود مصرف کننده را در کاربرد صحیح آن با توجه به صخامت فلز, زاویه سیار , ترتیب پاس و غیره راهنمایی می کند.
نوع جریان برق از اینکه جریان دائم یا جریان متناوب لازم است( با موتور ژنراتور یا ترانسفورماتور می توان جوش داد) یا هر دو و در جریان دائم نوع اتصال قطبی بایستی یا به عبارت یا علامت روی پاکت درج شود.
حالت یا حالاتی از جوشکاری که این الکترود در آن حالت یا حالات مناسب است روی پاکت بیان می شود.
درج حدود شدت جریان برق ( بر حسب آمپر ) جهت انتخاب اولیه ( تنظیم دقیق شدت جریان ضمن جوشکاری با توجه به عوامل مختلف انجام می شود) ضروری است. وزن الکترودها یا تعداد الکترود داخل هر بسته روی پاکت یا بر چسب آن درج می شود. نوشتن مواردی که در بالا به آن اشاره شد, روی پاکت مطابق بیشتر استانداردها اجباری است.
همچنین خواص مکانیکی و شیمیائی , وضعیت ذوب و کیفیت قوی, نحوه نگهداری و انبار کردن, درجه حرارت خشک کردن, مواد استعمال بخصوص و پاره ای توصیه های دیگر در روی پاکت برای آگاهی مصرف کننده چاپ شده و یا مهر زده می شود.

انواع الکترودها

الکترودهائی که در جوش اتصال فولاد به کار برده می شوند مفتولهای مغزی با آلیاژ یا بدون آلیاژ دارند که جریان جوش را هدایت می کند. شعله برق بین قطعه کار و سرآزاد الکترود می سوزد و الکترود به عنوان یک ماده اضافی ذوب می شود.
الکترودهای نرم شده دارای علائم اختصاری بوده ( دین 1913 ) که روی بسته بندی آنها نوشته شده است. علائم اختصاری تمام نکات مهمی که در به کار بردن آن الکترود باید مراعات شوند نشان می دهند.

مشخصات الکترودها

در جوشکاری مشخصات الکترودها با یک سری اعداد مشخص می گردند. اعداد مشخصه به ترتیب زیر می باشد.

E 60 10

E = جریان برق
60 = کشش گرده جوش بر حسب پاوند بر اینچ مربع
1 = حالات مختلف جوشکار ی
0 = نوع جریان می باشد.

علامت اول
در علائم الکترود بالا E مشخص می نماید که این الکترود برای جوشکاری برق بوده با استقاده می شود. ( بعضی از الکترودهای پوشش دار هستند که در جوشکاری با اکسی استیلن از آنها استفاده می شوند مانند FC18 ).

در علامت دوم
عدد 6 و 0 یعنی مشخصه فشار کشش گرده جوش بر حسب پاوند بر اینچ مربع بوده بایستی آن را در 1000 ضرب نمود یعنی فشار کشش گرده جوش این نوع الکترود 60000 پاوند بر اینچ مربع است.
Kg/mm2

علامت سوم
حالات جوش را مشخص می کند که همیشه این علامت 1 یا 2 یا 3 می باشد. الکترودهائی که علامت سوم آنها 1 باشد در تمام حالات جوشکاری می توان از آنها استفاده کرد. و الکترودهائی که علامت سوم آنها عدد 2 می باشد در حالت سطحی و افقی مورد استفاده قرار می گیرند. الکترودهائی که علامت سوم آنها 3باشد تنها در حالت افقی مورد استفاده قرار می گیرند.

علامت چهارم
خصوصیات ظاهری گرده جوش و نوع جریان را مشخص می نماید که این علائم از 0 شروع و به 6 ختم می گردند.

چنانچه علامت چهارم یا آخر صفر باشد موارد استعمال این الکترودها تنها با جریان مستقیم یا DCو با قطب معکوس می باشد. نفوذ این جوشکاری زیاد و شکل مهره های جوش آن تخت و درجه سختی گرده جوش تقریباً زیاد می باشد.

چنانچه علامت چهارم یک باشد موارد استعمال این الکترود با DC , AC می باشد. شکل ظاهری جوش این الکترود صاف و در شکافها و درزها کمی مقعر و درجه سختی جوش کمی زیادتر از گرده اول است.( AC = جریان متناوب و DC = جریان مستقیم می باشد. )

اگر علامت چهارم 2 باشد موارد استعمال الکترود با AC , DC می باشد.نفوذ جوش متوسط و درجه سختی جوش کمی کمتر از دو گروه قبل می باشد نمای ظاهری آن محدب است.

اگر علامت چهارم 3 باشد این الکترود را می توان با جریان AC متناوب یا جریان مستقیم به کار برد. درجه سختی گرده جوش این الکترود کمتر از دو گرده اول و دوم و کمی بیشتر از گرده سوم می باشد و نیز در دارای قوس الکتریک خیلی آرام و نفوذ کم و شکل مهره های آن در درزهای شکل محدب می باشد.

اگر علامت چهارم 4 باشد این الکترود را می توان با جریان DC , AC به کار برد.

موارد استعمال این الکترود برای شکافهای عمیق یا در جائی که چندین گرده جوش به روی هم لازم است می باشد.

چنانچه علامت آخر 5 باشد مشخصه این علامت این است که فقط جریان DC مورد استفاده قرار می گیرد و موارد استعمال آن در شکافهای باز و عمیق است. درجه سختی گرده جوش این الکترود کم و دارای قوس الکتریکی آرامی است و پوشش شیمیایی آن از گروه پوشش الکترودهای بازی است.

چنانچه علامت آخر 6 باشد. خواص و مشخصه آن مطابق گروه 6 است با این تفاوت که با جریان Ac مورد استفاده قرار می گیرد.

الکترودهای پر مصرف

انواع الکترود برای جوشکاری در تمام حالات مخصوصاً سربالا

استاندارد آما 1/421 م ج
رنگ شناسائی : انتها – سورمه ای سیر
الکترود روتیلی روپوش متوسط برای فولادهای ساده در تمام حالات مخصوصاً جوش سربالا و بالاسر و حالات اجباری، دارای اکسید آهن.
دارای گواهی از لویدز ژرمن
جوش دادن با این الکترود بسیار آسان است و سرباره آن بخوبی پاک می شود – قوس آرام دارد – گرده جوش تمیز است و حالات مختلف را با شدت جریان ثابت بخوبی جوش می دهد.

انواع الکترود برای جوشکاری در تمام حالات مخصوصاً سربالا

استاندارد آما 1/421 م ج
استانداردآمریکائی: AWS.E 6013
رنگ شناسائی : انتها – زرد
الکترود با روپوش متوسط روتیلی برای جوشکاری فولادهای معمولی در ساختمان اسکلت های فلزی – خرپاها – پل سازی – در و پنجره سازی – ورق کاری و سایر کارهای آهنی – این الکترود را می توان برای جوشکاری درهمه حالات ( عمودی – افقی – و بالاسر ) استفاده نمود. محل جوش نرم است و بخوبی قابل براده برداری یا چکش کاری می باشد.

دارای گواهی از لویدز ژرمن و دانشکده پلی تکنیک تهران و هنرستان صنعتی تهران.

انواع الکترود مخصوص جوشکاری مخازن – ماشین سازی – پل سازی و کشتی سازی

استاندارد آما 4/1 + 50 ک ج
استانداردآمریکایی: AWS.E 7018/8018
رنگ شناسائی : انتها – نقره ای
الکترود قلیائی برای کارهائی که به جنس جوش فشار زیاد وارد می شود مانند مخازن دیگها – مصارف ماشین سازی – کشتی سازی – پل سازی و بناهای فولادی – قابل کار روی فولادهای ساختمانی ، 33 St ، 34 St ، 42 St ، 50 St ، 52 St ، 60 St ، 70 St و فولادهای دانه ریز با مقاومتهای 50 تا 62 کیلوگرم مثل فولادهای 50 Fb ، 50 Hsb ، 4 Mn 19 ، 5 Mn 17، 39 Bh ، 154 Dillinal ، 50 Aldur ، F 38 Sb ، 6 Fk ، 50 Hoag ، 36 Union ، 36 Bh ورقهای دیگ سازی HIII ، HII ، HI ، ورقهای لوله سازی ، 4/55 St ، 55 St ، 8/45 St ،5/45 St ، 45 St ، 8/35 St ، 35 St ، 4/35 St ، 35 St ، و فولادهای کشتی سازی A . B .C . D .E و فولادهای مقاوم در سرما N 35 TT St ، N 45 TT St ، N 45 TT St ، V 41 TT St ، N 41 TT St ، V 35 TT St و فولادهای مقاوم در کهنگی و سرما.
دارای گواهی از خط آهن دولتی آلمان فدرال و لویدزژرمن برای فولادهای ، 50 St ، 60 St ، 70 Stآزمایش شده از طرف اتحادیه مراقبتهای فنی آلمان تا منهای 80 درجه سانتیگراد.
این الکترود با پاشیدن متوسط در همه حالات به آسانی جوش می خورد. فقط الکترودهای خشک مصرف شود. با قوس کوتاه جوشکاری شده و حتی المقدور کمتر نوسان دهند. سربار آن به آسانی پاک می شود. مخصوصاً ثبات فرم آن حتی در حرارتهای کم و تنشهای نامناسب جالب توجه است.

الکترودهای مخصوص رنده های ماشین تراش و صفحه تراش یا فولادهای تنه بر

عملیات حرارتی
الف- تاباندن 5 ساعت در 820 درجه سانتیگراد

ب- آب دادن : حرارت سردکردن 1280 تا 1320 درجه سانتیگراد

وسیله سردکردن : روغن – حمام گرم – هوای خشک فشرده
حرارت حمام کردن : 500 تا 550 درجه سانتیگراد
حرارت رنگ گیری : 560 تا 580 درجه سانتیگراد

نمونه مصرف
رنده صفحه تراش طبق دین 4552 __
ساختمان یک رنده صفحه تراش نوبا :__
این فولاد بهتر از همه است زیرا دارای تمام خواص جوشکاری و آبدهی می باشد.
حتی المقدور از مصرف فولادهائی که بیش از 45/0 % و کمتر از 35/0% کربن دارند اجتناب شود.

طرز کار

الف- گرم کردن سریع 600 تا 700 درجه سانتیگراد
ب- جوش دادن
د- سائیدن مقدماتی ( در صورت تاباندن جهت نرم شدن عملیات براده برداری هم ممکن است)
هـ - آب دادن در حرارت 1280 درجه سانتیگراد ( در روغن )
و- رنگ گیری نیم ساعت در 560 درجه سانتیگراد
ز- به اندازه سائیدن
برای محدود کردن جوش روکشی قطعاتی از مس یا فلزات سبک و همچنین قطعات گرافیت پهلوی آن قرار می دهند. این قطعات کار جوش را آسان کرده و سرعت کار را زیاد می نماید.
قطعات فوق باید طوری باشند که جلوی جریان جوش را نگیرند.برای این منظور یا باید یخ خورده باشند ( 45 درجه ) و یا بین قطعات و قطعه کار 2 تا 3 میلیمتر فاصله باشد.
انتخاب قطر الکترود بسته به سطحی است که باید روکش شود.

آما 1105

رنگ شناسائی : انتها – زرد با خال نقره ای
استاندارد :آمریکائیE FE.5B
مخصوص تهیه و اصلاح لبه های افزارها مثل رنده های ماشین تراش و صفحه تراش.
آما 1105 می تواند در تهیه کارهای نو روی فولادهای ساده و در کارهای اصلاحی روی تمام افزارهای فولاد تندبر روکشی شود.
این الکترود دارای قوس آرام است و آسان هدایت می شود جنس جوش متراکم و بدون خلل و فرج بوده سخت و پر مقاومت می باشد و عملیات حرارتی لازم ندارد ولی به هر صورت با آن عملیات سخت تر خواهد شد.
جنس جوش در هر حال قابل براده برداری نیست و فقط ممکن است با سنگ سمباده سائیده شود. در جوش روکشی به روی فولاد کربن دار وقتی بهترین نتیجه حاصل می شود که به فلز مبنا حداقل حرارت لازم جهت چسبیدن جوش برسد. برای این منظور باید حتی المقدور با جریان کم جوشکاری کرد و الکترود را نوسان نداد. فلز مبنا باید قبلاً در حدود 600 الی 700 درجه سانتیگراد گرم شده باشد و هنگام جوش این حرارت حفظ شود از نظر ترکیبات خاصی که در روپوش وجود دارد با الکترود آسیب دیده نباید جوش داد.

الکترودهای روکش سخت و مقاوم در برابر فرسودگی

رنگ شناسائی : انتها – سبز با خال سفید
الکترود روپوش کلفت اوستنیتی همراه با کرم – نیکل – و مانگانز برای جوشکاری اتصالات عالی و ترک نخور- فولادهای بد جوش یا فولاد ریختگی .جوش روکشی ریل های تراموای سوزن خط آهن – زنجیرهای حرکت تراکتورهای زنجیری و امثال آن – قشر لائی پر مقاومت در روکشهای سخت مخصوصاً قسمتهای فرسوده شونده در فولاد سخت کرم دار مخصوص فولادهای ساده و آلیاژدار با استحکام زیاد- فولادهای احیا شده فولادهای زنگ نزن کرم دار فولادهای مقاوم در پوسته شدن – فولادهای سخت منگنز و فولادهای معمولی.
دارای گواهی از خط آهن آلمان فدرال برای روکشی و جوش دادن فولاد سخت منگنز آما 1090 با قوس آرام ذوب می شود در حال عادی پس از جوشکاری جنس جوش نرم و پر مقاومت است ومی تواند با عملیات سخت کننده سرد تا 400 برینل سخت گردد. جنس جوش به مقدار زیادی زنگ نزن و مقاوم در الکتروشیمی است. تا 800 درجه سانتیگراد سخت است و پوسته نمی کند.

الکترودهای مقاوم در برابر حرارت برای ساختمان تاسیسات نفتی و شیمیائی آماجی 1248 ن

رنگ شناسی : انتها – سفید با خال آبی
الکترودی است با روپوش قلیائی و با 5/0% کرم و 5/0% مولیبدن مناسب برای کار به روی فولادهای مقاوم در برابر حرارتهای زیاد و عملیات پر فشار مانند ساختمانهای مراکز جدید تاسیسات نفتی و شیمیائی.
دارای گواهی از کارخانه شل هندی. این الکترود جریان آرام و روان دارد سرباره آن آسان پاک می شود و در تمام وضعیت به آسانی کار می کند. درز آن تمیز و خوش منظره است. برای رسیدن به یک جوش بی نقص نباید الکترود را نوسان داد و همچنین باید حتی المقدور طول قوس را کوتاه نگهداشت. فقط باید الکترودهای خشک مصرف کرد. در صورت مرطوب شدن الکترودها باید آنها را دو ساعت در حرارت 150 درجه سانتیگراد خشک کرد و سپس به مصرف رساند.
پیش گرم کردن قطعه کار از 200 تا 300 درجه سانتیگراد و گرم کردن آن برای رفع تنش از 720 تا 750 درجه سانتیگراد توصیه می شود.

رنگ شناسائی : انتها – سفید با خال سفید
استاندارد : آلمانی KB^IS
الکترود قلیائی با روپوش کلفت برای جوشکاری فولادهائی که حداکثر تا 550 درجه سانتیگراد را به طور قائم تحمل می نمایند مانند دیگها- مخزن و لوله ها و فولادهای ریخته گری مخصوص جوشکاری روی فولادهای 17Mn4,19Mn5,15Mo3,HIV و فولاد ریخته گری Gs22Mo4 و فولادهای دانه ریز با مقاومت 50 تا 60 کیلوگرم بر میلی متر مربع آزمایش شده از طرف اتحادیه مراقبتهای فنی آلمان- دفتر آمریکائی و لویدژرمن.
این الکترود دارای قوس آرام و ثابت است. پاشیدن آن بسیار کم می باشد. سرباره در قطعات متوسط به آسانی پاک می شود. منظره گرده جوش تمیز است. اندازه های تا 25/3 میلیمتری آن مخصوص لایه ریز در حالات اجباری درست شده است. این الکترود به طریقه مخصوصی با دو روپوش تهیه گردیده و در تمام حالات به استثنای از بالا به پایین قابل جوشکاری است.
(فقط الکترودهای خشک را مصرف نمائید.)

الکترودهای مخصوص جوشکاری سربالا

استاندارد آما 1/322 ن ج
رنگ شناسائی : ندارد
الکترودی است برای جوشکاری در تمام حالات مخصوصاً عمودی سربالا, دارای قابلیت پل زنی خوب, با این الکترود می توان ورقهای نازک را هم بخوبی ورقهای ضخیم جوش داد. درز جوش ریز فلس بوده و بسیار تمیز است. گرده جوش کمی برجسته و بدون اثر سوختگی است. برای جوشکاری تعمیراتی و جوشکاری نوسازی در اطاق کامیون- قطعات اتومبیل – مخازن و ساختمانهای فولادی و ورقهای نازک مناسب است.
برای جوشکاری همیشه طول قوس کوتاه انتخاب کنید. در جوشکاری بالا سر قطر کوچکتری انتخاب نمائید.

استاندارد آما 1/421 م.ج
رنگ شناسائی انتها : زرد با خال قرمز
استاندارد : آمریکائی E 6013
الکترود با روپوش متوسط تیتانی برای جوش اتصالی در ساختمانهای فولادی ماشین سازی- واگن سازی- دیگ و مخزن سازی – کشتی سازی – درزهای لب به لب و گلوئی روی فولادهای ساده
st33 , st34 , st33 , st37 , st43 , st52 و فولادهای لوله سازی 35 st ,
st35/4 , st35/8 , st45 , st45/4 , st45/8 , st55 , st55/4 و فولاد دیگ سازی HIII, HII, HI و فولاد کشتی سازی A, B,C و فولادهای طبق دین 1623 و فولاد رخته گری.
دارای گواهی از خط آهن آلمان فدرال تا 52 st – لویدز ژرمن – آزمایش ده از طرف اتحادیه مراقبتهای فنی آلمان.
این الکترود به آسانی روشن می شود.پاشیدن کم دارد- در همه حالات جوش می دهد و سرباره آن به آسانی جدا می گردد

الکترودها در جوش قوس الکتریکی

انواع قوس ها در جوشکاری با قوس الکتریک:

تهیه قوس الکتریک به دو صورت با الکترودهای مصرفی و یا با الکترودهای غیر مصرفی مثلاً الکترودهای ذغالی و تنگستنی انجام می گیرد.
قوس الکتریک را می توان هم با جریان مستقیم و هم با جریان متناوب ایجاد کرد. ولی عملاً دیده می شود که جوشکاری با جریان مستقیم راحت تر و بهتر انجام می گیرد.

جنس الکترودها در جوشکاری با قوس الکتریک :

چنانچه الکترود از نوع غیر مصرفی باشد الکترود از کربن – گرافیت یا تنگستن اختیار می گردد. الکترودهای کربنی یا گرافیتی مورد استعمالشان فقط در جوشکاری با جریان مستقیم می باشد در حالیکه الکترودهای غیر مصرفی از فلز تنگستن یا ولفرام را می توان برای هر دو نوع جریان بکار برد.
جنس الکترودها بر حسب موارد کاربردشان از مواد گوناگونی ساخته شد و معمولاً شامل تقسیم بندی زیر می باشد:

فولاد نرم

فولاد پر کربن

فولاد آلیاژی مخصوص

الکترود چدن

فلزات غیر آهنی

در مورد فلزات غیرآهنی از الکترودها و آلیاژهای مانند مس – آلومینیوم – آب نقره برنج و برنز می توان نام برد.

ترکیب شیمیایی روپوش الکترودها

روپوش الکترودهای فلزی از مواردی مانند آهک یا اکسید کلسیم CaO فلوئور کلسیم F2Ca – اکسید سدیم Na2O – تیتان یا تیتانیم Ti – سلولز روتایل – اجسام الیافی مانند آسبست – خاک رس- سیلیسیم Si پور تالک و مایع سیلیکات سدیم یا پتاسیم و غیره می باشد. مقدار وزن پوشش نسبت به الکترود بیت 25% تا 5% وزن الکترود و نقطه ذوب مجموعه مواد تشکیل دهنده بایستی کمتر از فلز یا آلیاژ سازنده الکترود جوشکاری باشد.
فاصله الکترود را نباید از کار زیاد نمود تا الکترود نتواند با گازهای متصاعده از روپوش خود منطقه ذوب را نگهداری کند و در برابر تاثیر گازهای خارجی محافظت بنماید.

اثرات الکترود شامل موارد زیر است :

اگر روپوش الکترود فاسد یا مرطوب شود قوس الکتریکی پیوسته انجام نمی شود و بایستی الکترودها را که دارای مواد آهکی هستند در درجه حرارت بین 80 تا 60 درجه سانتیگراد در خشک کننده الکترود قرار داد تا از فساد پوشش آنها جلوگیری شود.

حفظ ناحیه جوش از اکسیده شدن و تاثیر ازت و ایجاد اکسید فلزی.

خارج راندن مواد مضر از ناحیه جوش زیرا پوشش الکترود ذوب شده و در روی ناحیه مذاب بصورت محافظی قرار می گیرد و چنانچه مواد زیان بخش در داخل مذاب باشد آن ها را بطرف بالا می کشد.

تقسیم بندی الکترودها از نظر پوشش شیمیائی

دانستن دقیق پوشش الکترودها اغلب جزء اسرار کارخانجات سازنده می باشد و بر حسب مقدار درصد مواد و نوع ترکیبات شیمیائی کاملاً متفاوت هستند. بطوریکه بعضی از الکترودها برای کار خاصی ساخته شده اند چنانچه اگر برای جوش دادن کارهای دیگر مصرف شوند مقاومت دلخواه جوشکاری به دست نخواهد آمد.
الکترودها از نقطه نظر پوشش به سه گروه اصلی زیر تقسیم می شوند.

الکترودهای اسیدی

الکترودهای روتایلی

الکترودهای بازی

که از اسم آن ها می توان به تر کیبات آن پی برد.

انواع گرده جوش در جوش برق

طریقه ایجاد قوس الکتریکی با دست

برای ایجاد قوس الکتریکی مانند نوک زدن مرغ عمل می نمائیم و الکترود را به کار نزدیک کرده و پس از برقراری شعله آن را در فاصله ای بین 2 تا 3 میلیمتر نسبت به کار نگه می داریم و صدای یکنواخت معرف تنظیم بودن جریان جوش می باشد. در جوشکاری تخت الکترود با زاویه تمایل بین 15 تا 20 درجه نسبت به خط قائم قرار دارد و با تغییراتی در این زاویه می توان تغییراتی در گروه و نوع جوش بوجود آورد.

برای پر کردن با حرکات مختلفی که به الکترود می دهند عمل می شود و انواع مختلف حرکت الکترود وجود دارد و برای پر کردن درز جوش مورد استفاده قرار می گیرد.

پر کردن در امتداد محور الکترود

پر کردن درز جوش بصورت شکسته و بسته

پر کردن درز جوش بطور زیگزاگ

پر کردن درز جوش با نوسان دایره ای

که 1و2 برای کارهای معمولی و لبه های کار اختیار میشود, و 3و4 به وسیله گرم نگه داشتن لبه های اتصال مانع خنک شدن حوضچه مذاب گردیده و در نتیجه موجب افزایش نفوذ گرده جوش می گردد. در جوشکاری چند پاس بایستی هر پاس که جوشکاری می شود به وسیله چکش و برس تمیز گردد و سپس پاس بعدی جوش داده شود.

جوشکاری قائم یا Vertiealwelding:

این نوع جوش دادن معمولاً مشکل می باشد زیرا حوضچه مذاب متمایل می باشد که بسمت پائین حرکت کند و بدیت جهت حرکت الکترود از پائین بطرف بالا در نظر گرفته می شود و برای ورقهای نازکتر از 5/1 میلیمتر نمی توان استفاده کرد.

جوش بالای سر Overhead welling:

در این نوع جوشکاری باید قوس الکتریکی ایجاد شده خیلی کوتاه و الکترود دارای روپوش دیرگذاری باشد تا بتواند پوششی مناسب بر روی حوضچه مذاب بوجود آورد و از چکیدن قطرات فلز ذوب شده جلوگیری کند.
در جوشکاری قوس الکتریک گرمای ایجاد شده مابین انتهای الکترود لبه های صفحات را ذوب نموده و قطرات فلز مذاب را سر الکترود با سرعتی در حدود 40 متر بر ثانیه جدا می شوند که حد میانگین آنها بین 10 تا 20 قطره در هر ثانیه می باشد.