انواع جوشکاری

[M.A.A.H.R]

جوشاری اصطكاكی (FRW) Friction Welding
این نوع جوشكاری در زمرة پروسه های جوش حالت جامد می باشد روش های جوشكاری حالت جامد كه بیشتر متداول هستند عبارتند از:
جوشكاری اصطكاكی Friction welding
جوشكاری فشاری Pressure welding
جوشكاری آهنگری یا پتكه ای Forge welding
جوشكاری با امواج صوتی Ultrasonic welding
در جوش های حالت جامد برخلاف فرآیندهای حالت ذوبی كه محل اتصال در نتیجه ذوب موضعی دو قطعه و تداخل آنها و عمل انجماد انجام می شد، اتصال بدون تشكیل مذاب انجام می شود.ولی ممكن است فیلمی از فلز مذاب در یك مرحله میانی از عملیات بین سطوح اتصال ایجاد گردد اگرچه فلز مذاب معمولاً به طور كامل از جوش جدا می شود،ولی در حضور كوتاه خود نقش مفیدی را در انجام جوش ایفا می كند.
به طور كلی جوشكاری اصطكاكی بر اساس تبدیل انرژی مكانیكی به انرژی گرمایی استوار است كه دو قسمت مورد اتصال را به هم نزدیك كرده و با ایجاد حركت دورانی سریع یكی از آنها بر روی دیگری و مالش و اصطكاك دو قطعه، گرمای زیادی تولید شده و موجب حالت پلاستیسیته در لبه های اتصال می شود با فشار اعمال شده نهایی قطعات در هم فرو می روند و اتصال ایجاد می شود.

مكانیزم اتصال :
می دانیم كه سطوح در مقیاس میكروسكوپی دارای برآمدگی ها و فرورفتگی هایی هستند و علاوه بر آن لایه اكسیدی نازك و یا ناخالصی های دیگر بر روی سطح پوشیده شده است . هرگاه سطوح به طور كامل در كنار هم قرار نگیرند نیروی چسبندگی بین مولكولی بین آنها برقرار نشده و در نتیجه اتصال انجام نمی گیرد هدف اصلی در جوشكاری اصطكاكی برطرف نمودن این ناهمواری ها و ناخالصی ها و اعمال فشار برای اتصال دو سطح است.
هنگامی كه دو سطح با فشار معین بر روی هم مالیده می شوند نقاط بلند بهم برخورد كرده و از بین می روند، همزمان لایه اكسیدی برداشته شده و دو سطح فلز در تماس با یكدیگر قرار می‌گیرند و بدین ترتیب یك باند یا چسبندگی موقت (Seizures) به وجود می آید با ادامه حركت ،این چسبندگی بریده شده و یك باند تازه تر به وجود می آید بدین ترتیب انرژی مكانیكی به حرارتی تبدیل شده و به تدریج درجه حرارت سطح افزایش می یابد.بنابراین استحكام فشاری كاهش یافته و تغییر فرم پذیری راحت تر انجام می گیرد، نقاط برآمده به سرعت محو شده و سطوح در حالت چسبندگی كامل قرار می گیرند با فرض این كه نرخ حرارت تولیدی بیشتر از حرارت فروكشی باشد درجه حرارت بالاتر رفته و حالت پلاستیكی نیز بیشتر می شود تا جایی كه استحكام فشاری قادر به تحمل نیروی فشاری نیست و سطح زیر فشار گسترده تر شده و لبه ها در هم فرو می روند و حتی كمی به بیرون بر می گردند.
به خاطر حركت چرخشی دسته كم یكی از دو قطعه در محل اتصال می بایست سطح مقطع دایره ای داشته باشد جوشكاری اصطكاكی به طور كلی به دو دسته تقسیم می شود:
الف) جوشكاری اصطكاكی لحظه ای Inertia friction
ب) جوشكاری اصطكاكی مداوم Continuous drive friction
البته امروز روش های پیشرفته كه تركیبی از دو تكنیك بالاست به كار می رود هر دو نوع جوشكاری می تواند بدون توقف و به طور كامل به صورت ماشینی انجام شود و می توان پارامترهای عملیاتی را از قبل برنامه ریزی نمود. FRW برای قطعاتی كه بتوان آنها را از نظر اندازه و شكل با ماشین جوش اصطكاكی تطبیق داد پروسه ای جالب می باشد زیرا هیچ ماده filler یا پر كننده لازم ندارد و مثلاً برای جوشكاری فولاد كربنی ساده و آلیاژی حفاظت با گاز لازم نمی باشد. جوش بدست آمده از این روش كیفیت بالایی دارد و برای تولیدات انبوه مقرون به صرفه است.
با پیشرفت های انجام شده می توان جوشكاری اصطكاكی را به جای چرخش با حركت انجام داد كه باعث گسترش این پروسه و تطبیق قطعات متنوع با این پروسه شده است.
برای تولید یك جوش قابل قبول پارامترهای عملیاتی از قبیل نیروی اعمالی، سرعت چرخش و زمان می تواند در رنج گسترده ای تغییر كند نیروی اعمالی باید به مقدار كافی بزرگ باشد تا سطوح را در تماس با یكدیگر نگه دارد زمان عملیات هم باید به گونه ای باشد كه اكسیداسیون سطوح به حداقل برسد. نیروی ناكافی حرارت كمتری ایجاد می كند كه منجر به عدم اتصال مناسب سطوح می گردد از طرف دیگر نیروی بیش از اندازه حرارت زیادی تولید می كند كه منجر به ذوب شدن دو فلز می شود. به عنوان مثال برای جوشكاری فولاد نیرو در محدوده 30-60 MPa و سرعت زاویه ای حداقل 90 m/min می باشد. زمان گرمادهی برای قطعات كوچك از 5 تا 10 ثانیه می باشد. زمان باید به اندازه كافی باشد تا اجازه رسانش گرمایی به بخش های مركزی سطوح كه دارای حركت نسبی كمتری برای تولید حرارت می باشند را بدهد از طرف دیگر افزایش زمان گرمادهی منجر به افزایش سطح مقطع اتصال و گسترش منطقه HAZ در دو طرف جوش به طور غیرعادی می شود.
مزایا و محدودیت های جوشكاری اصطكاكی


مزایا :
عدم نیاز به فلاكس ( روانساز) ، ماده پر كننده و گاز محافظ
مصرف انرژی الكتریكی كمتر و به طور كلی انرژی مورد نیاز
عملیات جوشكاری نسبتا تمیز و بدون قوس الكتریكی ،دود و گاز
منطقه Haz باریك و دارای دانه های ریز تر حتی نسبت به فلز اصلی
محدودیت ها :
یكی از قطعات باید گرد باشد . همچنین باید دارای شكل و طرحی باشد كه بتوان آن را روی دستگاه بسته و به گردش درآورد. البته این محدودیت با طراحی های جدید بر طرف شده است ولی هزینهای مصرفی نسبتا بالاست.اكثر مواد و فلزات را میتوان با این روش جوشكاری نمود و تقریبا هیچ محدودیتی نداریم.
پوشش كاری بوسیله جوشكاری اصطكاكی:
پوشش كاری بوسیله جوشكاری اصطكاكی هم اكنون تحت مطالعات زیادی قرار دارد زیرا به قلمرو فلزات، آلیاژها و همچنین كامپوزیت ها قدم گذاشته است و یك لایه كاملاً مجزا از پوشش را روی ماده زیری اعمال می كند یكی از امتیازات و مزیت های این روش نسبت به سایر روش های پوشش كاری این است كه محلول پس زده شده و فلز مذاب پایه ندارد. پوشش دهی اصطكاكی از مشكل ناشی از ذوب ماده مصرف شدنی در هوا به وسیله مكانیزم پیچیده انجماد رسوب به همراه هیدروژن بدست آمده و ترك های سرد و شرایط نامطلوب سطحی همراه با دانه های حاصل از جوشكاری (beads) جلوگیری می كند در پوشش كاری اصطكاكی از یك ماده مصرف شدنی دوار كه می توان یك شمش جامد فلزی با سطح مقطع گرد و با یك تیوپ فلزی پر شده از یك ماده انتخابی استفاده می شود انتهای آزاد ماده مصرف شدنی با اعمال یك فشار بر روی سطح زیر لایه (سطح قطعه كار) آورده می شود و به دلیل این كه ماده مصرفی دوار دارای مقاطع كوچكتراست دمای آن سریع تر بالا می رود بدین سان قطعه كار با یك حوزه گرمایی و یك منطقه HAZ مینیمم روبرو می شود هنگامی كه انتهای گرم ماده مصرف شدنی در حال چرخش، پلاستیسیته می شود ماده مصرف شدنی زیر یك فشار به سطح فلز پایه جوش می خورد. شكل 6 ضرورت تكنیك پوشش كاری اعمالی و یك ماشین در حال كار را نشان می دهد. راهنمای عملیات و پارامترهای مورد نیاز پروسه استخراج و فهرست شده اند ماده مصرف شدنی در شكل 6 یك شمش با سطح مقطع گرد با قطر mm 25 است كه یك لایه با ضخامت حدودی 2 میلی متر با نرخ تقریبی 4.5 گرم بر ساعت با سرعت دوران rpm 975 در زیر فشار عمودی 28 كیلو نیوتن با سرعت سیر 4.9 میلی متر بر ثانیه نشان می دهد سرعت دوران های بالاتر منجر به لایه رسوب نازكتر می شود و كیفیت جوش در فصل مشترك با قطعه بهبود می یابد نیروی محوری كمتر ضخامت لایه رسوب را افزایش می دهد اما پهنای باند موثر را كاهش می دهد

[Mr.Engineer]

جوشکاری فلزات رنگین با گاز استیلن یا کاربیت ( یا فلزات غیر آهنی) (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fwww.tw.blogfa.com% 2Fpost-3.aspx)
فلزات غیر آهنی یا فلزات رنگی به فلزاتی گفته می شود که فاقد آهن و یا آلیاژهای آن باشند مانند مس – برنج برنز- آلومینیوم- منگنز- روی و سربتمام فلزات رنگین را با کمی دقت و مهارت و آشنائی با اصول جوشکاری می توان جوش داد و برای جوشکاری این نوع فلزات بایستی خواص فلز را در نظر گرفت.
جوشکاری مس با گاز
بهترین طریقه برای جوشکاری مس جوشکاری با اکسیژن است( جوش اکسیژن = اتوگن= استیلن= کاربید اصطلاحات مختلف متداول می باشند) ضمناً می توان جوشکاری مس را با قوس الکتریک یا جوش برق نیز انجام داد.
ورقه های مس را مانند ورقه های آهنی برای جوشکاری آماده می کنند یعنی سطح بالائی را تمیز نموده و از کثافات و روغن پاک نموده و در صورت لزوم سوهان می زنند. ولی چون خاصیت هدایت حرارت مس زیادتر است باید مقدار آمپر را قدری بیشتر گرفت. بهتر است همیشه با قطب مستقیم جوشکاری را انجام داد ( با جریان مستقیم و الکترود مثبت) زاویه الکترود نسبت به کار مانند جوشکاری فولاد است. طول قوس حداقل باید 10 تا 15 میلی متر باشد, برای جوشکاری مس می توان از الکترودهای ذغالی استفاده کرد. الکترودهای جوشکاری مس بیشتراز آلیاژ مس و قلع و فسفر ساخته شده اند و گاهی نیز از الکترودهای که دارای فسفر- برنز- سیلکان یا آلومینیوم هستند استفاده می کنند چون انبساط مس در اثر گرم شدن زیاد است فاصله درز جوش را در هر 30 سانتیمتر در حدود 2 تا 3 سانتیمتر زیادتر در نظر می گیرند. خمیر روانساز مس معمولاً در حرارت 700 تا 1000 درجه ذوب می شود و به صورت تفاله (گل جوش) سبکی روی کار قرار می گیرد و از تنه کار به علت کف کردن در روی کار نباید استفاده شود. بدون روانساز هم می توان مس را جوش داد و معمولاً از براکس استفاده می گردد. مس را به وسیله شعله خنثی جوش دهیم تا تولید اکسید مس نکند چون ضریب هدایت حرارت مس زیاد است باید پستانک جوشکاری مشعل 1 تا 2 نمره بیشتر از فولاد انتخاب شود. بهتر است مس را قبل از جوشکاری گرم نمائیم و با سیم جوشکاری مخصوص جوش داد برای جوشکاری صفحه 5 میلیمتری سیم جوش 4 میلیمتری کافی است و از وسط ورق شروع به جوشکاری می نمائیم و وقتی فلز هنوز گرم است روی آن چکش کاری می شود تا استحکام درز جوش زیاد شود.
جوشکاری سرب
در این نوع جوشکاری بیشتر از گاز هیدروژن و اکسیژن استفاده می گردد. در جوشکاری سرب احتیاج به گرد مخصوص نیست ولی باید قطعات کار را قبل از جوشکاری کاملاً صیقلی نموده سیم جوش سرب باید کاملاً خالص باشد چون سرب مذاب بسیار سیال می باشد. لذا جوشکاری درزهای قطعات سربی که به وضع قائم قراردارند بسیار دشوار و مستلزم مهارت و تجربه زیاد است.
جوشکاری چدن با برنج یا لحیم سخت برنج
چدن را می توان با برنج جوش داد. قطعات چدنی را باید همان طوری که برای جوشکاری با سیم جوش چدنی آماده می شوند برای برنج جوش آماده ساخت. لبه های درز جوش را باید به وسیله سوهان یا ماشین تراشید و هیچگاه لبه های درز قطعات چدنی را با سنگ سمباده پخ نزنید. زیرا ذرات گرافیت روی ذرات آهن مالیده می شوند و لحیم سخت خوب به چدن نمی چسبد. قطعات چدنی را قبل از شروع به جوش دادن حدود 210 تا 300 درجه سانتی گراد گرم کنید و گرد جوشکاری مخصوص چدن به کار برید تا بهتر به هم جوش بخورد.
نقطه ذوب سیمهای برنجی باید در حدود 930 درجه سانتی گراد باشد. سیمهای برنجی که برای جوش دادن قطعات چدنی به کار می روند دارای مقدار زیادی مس است و کمی نیکل نیز دارند . نیکل اتصال لحیم را به چدن آسان می کند و نقطه ذوب زیاد آن موجب سوختن گرافیت درز جوش می شود . در جوشکاری چدن با برنج از شعله ملایم پستانک بزرگ با فشار کم استفاده کنید. اگر فشار شعله زیاد باشد گرد جوشکاری از درز خارج می شود و در نتیجه قطعات چدنی خوب به هم جوش نمی خورند. قطعات چدنی را باید پس از جوشکاری در محفظه یا جعبه ای پر شن یا گرد آسپست قرار داد تا بتدریج خنک شود و سبب شکنندگی و ترک و سخت شدن چدن نگردد.
جوشکاری منگنز
از منگنز به صورت خالص استفاده نمی شود در جهت عکس از آلیاژهای ماگنزیوم استفاده می شود که برای ریختگی فشاری از آن استفاده می گردد . به جای آلیاژهای Mg. Mn و Mg. Al و Mg AlZn امروزه از آلیاژهای مخصوصاً محکم Zr و Th استفاده می شود.


برای جوشکاری ماگنزیوم و آلیاژهای آن از همان شرایط جوشکاری آلومینیوم استفاده می گردد.
قابلیت هدایت حرارت زیاد و انبساط سبب پیچش زیاد کار می شود. ماگنزیوم در درجه حرارت محیط به سختی قابل کار کردن است و در 250 درجه می توان به خوبی کار گرد.
جوشکاری برنج با گاز
برنج مهمترین آلیاژ مس است و از مس و روی و گاهی قلع و مقداری سرب تشکیل می شود، این فلز در مقابل زنگ زدگی و پوسیدگی مقاوم است. چون روی در حرارت نزدیک ذوب برنج تبخیر می گردد بنابراین جوشکاری با این فلز مشکل می باشد. برنج از 60 درصد مس و 40% روی و گاهی مقداری سرب تشکیل شده است. درموقع جوشکاری روی به علت بخار شدن و اکسید روی محل جوش را تیره کرده و عمل جوشکاری را مشکلتر می نماید. ضمناً گازهای حاصله خطرناک بوده و باید از محل کار تخلیه گردند. درموقع جوشکاری روی حرکت دست بسیار مهم است و باید حتی الامکان سرعت دست را زیاد کرده وگرده جوش کمتری ایجاد نمود تا فرصت زیادی برای تبخیر روی نباشد. برنج را می توان با الکترودهای گرافیتی و معمولی جوشکاری نمود، درجوشکاری برنج از قطب معکوس استفاده می شود.
فاصله قوس الکتریکی باید حداقل 5 تا 6 میلیمتر باشد. برنج ساده تر از فولاد و چدن و مس جوش داده می شود و استحکام و قابلیت انبساط آن درمحل درز جوش بسیار خوب است. توجه شود چون انقباض و انبساط برنج زیاد است نمیتوان به وسیله چند نقطه جوش به هم وصل کرد بلکه بایستی به کمک بست هائی که در حین جوشکاری می توان آنها را به هم متصل نمود از پیچیدگی جلوگیری شود.
توجه شود که در جوشکاری از سیمهای مخصوص جوشکاری برنج که مقدار مس آن 42 تا 82 درصد است استفاده نمائید و برای جلوگیری از اکسیداسیون از گرد جوشکاری استفاده می شود و از استعمال تنه کار در جوشکاری برنج باید خودداری شود زیرا درز جوش را خورده سوراخ سوراخ و متخلخل می سازد و شعله را باید طوری تنظیم کرد که اکسیژن آن از استیلن بیشتر باشد زیرا روی در حرارت 419 درجه ذوب و در 910 درجه تبخیر می شود و رسوبی از روی و اکسید روی در کنار درز جوش به وجود می آید. مقدار اکسیژن شعله بستگی به نوع آلیاژ دارد و می توان قبلاً قطعه ای از آن را به طور آزمایشی جوش داد و اگر درز جوش سوراخ و خورده نشد خوب است. و اکسیژن زیاد هم باعث کثیف شدن جوش می شود . ورقهای نازکتر از 4 میلیمتر را از راست به چپ و ورقهای ضخیم تر از 4 میلیمتر را از چپ به راست جوش می دهند. به چکش کاری و خروج دود خطرناک و استفاده از ماسک مخصوص وباز نمودن پنجره وهواکش باید توجه نمود.
جوشکاری فولاد زنگ نزن با گاز
قابلیت هدایت حرارت فولاد زنگ نزن کمتر از فولاد معمولی می باشد و می توان سر مشعل را کوچکتر انتخاب کرد. شعله جوشکاری باید برای جوش فولاد زنگ نزن خنثی باشد زیرا اکسیژن یا استیلن اضافی با عناصر تشکیل دهنده فولاد زنگ نزن ترکیب شده و درز جوش خورده پس از مدتی زنگ می زند . روانساز جوشکاری فولاد زنگ نزن را به صورت خمیر در آورده روی درز جوش می مالیم . سیم جوش باید حتی المقدور از نوع خود فولاد زنگ نزن انتخاب شود و بهتر است تسمه باریکی از جنس همان فولادی که باید جوش داده شود را بریده و به جای سیم جوشکاری استفاده کرد.
در روش جوشکاری این فولاد مشعل را باید طوری نگهداشت که زاویه آن نسبت به کار بین 80 تا 90 درجه باشد . زاویه سیم جوش در حدود 20 تا 40 درجه است وسیم جوشکاری را جلوی مشعل نگذارید تا همزمان با لبه کار ذوب شود و نوک مخروطی باید با ناحیه مذاب تماس داشته باشد تا از اکسیده شدن فلز جلوگیری کند. و شعله را نباید یک دفعه از کار دور نمود زیرا درجه انبساط فولاد زنگ نزن بیشتر از فولاد معمولی است و بابست های مخصوص از پیچیدن و کج شدن آن در موقع جوشکاری باید جلوگیری کرد فاصله لبه کار را باید برای هر 30 سانتیمتر 3 الی 4 میلیمتر بیشتر در نظر گرفت. پس از تمام شدن کار جوشکاری به وسیله برس و شتشو مواد اضافی تفاله و روانساز و یا گرد جوشکاری اضافی را باید کاملاً تمیز کرد و بر طرف نمود.
جوشکاری فولادهای مولیبدونی
وقتی که به فولاد مولیبدون اضافه شود مقاومت آن را بالا می برد مخصوصاً در حرارتهای زیاد ، بنابراین موارد استعمال این نوع فولاد بیشتر در لوله هائی که تحت فشار و حرارت زیاد باشد بیشتر است. بعضی از فولادهای مولیبدونی دارای مقداری کرم نیز هستند این آلیاژ را که مولی کرم می نامند بیشتر در ساختن قطعات مقاوم هواپیما به کار برده می شوند. جوشکاری این فولاد مانند جوشکاری آهن می باشد با این تفاوت که برای مقاوم بودن جوش باید از الکترود نوع E_7010 و E_7012 و E_7020 استفاده شود و برای قطعات ضخیم که گرده های پهن مورد احتیاج است می توان از فولادهای قلیائی (E_7016 ، E_7015 (LOWHYDROGE استفاده نمود. در مورد جوشکاری ورقهای 5 میلیمتر و ضخیمتر لازم است بعد از جوشکاری 1200 الی1250 درجه فارنهایت گرم کرده و برای ضخامت 5/12 میلیمتر به مدت یک ساعت گرم نگهداشت و بعد از آن باید قطعه به آهستگی سرد نمود به طوری که در هر ساعت 200 الی 250 درجه فارنهایت از حرارت آن کاسته شود وقتی که قطعه به 150 درجه فارنهایت رسید بعد می توان قطعه را در هوای معمولی سرد کرد.
جوشکاری مونل واینکونل
فلز مونل آلیاژی است از 67 % نیکل 30% مس و مقدار کمی آهن و آلومینیوم ومنگنز.
فلز اینکونل آلیاژی است از 80% نیکل ، 15% گرم و 5% آهن.
این دو فلز به علت مقاومت زیادی که در مقابل زنگ زدگی دارند برای ساختن تانکر و ظروف حامل مایعات به کار می روند.
مونل و اینکونل را می توان با الکترودهای پوشش دار به آسانی آهن جوشکاری کرد.
بنابراین جوشکاری این فلزات در تمام حالتها امکان پذیر است ولی بهتر است که درحالت تخت عمل انجام گیرد. قطعاتی که ضخامت آنها کمتر از 5/1 میلیمتر است نباید با قوس الکتریکی جوشکاری نمود. برای جوشکاری مونل واینکوئل باید عملیات زیر را انجام داد.
قشر نازک اکسید تیره رنگ را از نقاطی که باید جوشکاری کرد به وسیله برس یا سمباده پاک نمائید.
به گرم کردن قبلی احتیاجی نیست.
از الکترودهای با پوشش ضخیم استفاده به عمل آید.
درمورد جوشکاری حالت تخت زاویه الکترود نسبت به خط قائم درجه و در مورد حالتهای دیگر الکترود عمود بر صفحه باید باشد.
– گرده های باریک ایجاد گردد.
جوشکاری طلا
جوشکاری طلا به طریقه DC باجریان مستقیم انجام میگرد. الکترود را به قطب منفی وصل می نمائیم و یا با جریان فرکانس زیاد جریان متناوب کار میکنیم . ضمناً می توان برای جوشکاری طلا از طریقه جوشکاری نقطه جوش استفاده کرده که با الکترود و لفرامی عمل می نماید و پس از جوشکاری به وسیله صیقل نمودن با الکل کار را براق می نمائیم . ضمناً به وسیله جوشکاری کند پرسی نیز می توان طلا راجوش داد. جوش دادن متداول با شعلهای ریز و دقیق شبیه جوشکاری نقطه جوش می باشد.