هر انچه که از جوش زیر پودری باید بدانید

جوشکاری زیر پودری

جوش زير پودری يک فرايند جوش قوس الکتريکی است که در آن گرمای لازم برای جوشکاری توسط يک يا چند قوس بين يک فلز پوشش نشده، يک يا چند الکترود مصرفی و يک قطعه کار تامين می شود. قوس توسط لايه ای از فــلاکس پودری قابل ذوب شدن که فلز جوش مذاب و فلز پايه نزديک اتصال را پوشانده، و فلز جوش مذاب را از آلودگی های اتمسفر حفاظت می کند پوشيده می شود.

جوش که ترکيبی از فلاکس مذاب و فلزجوش مذاب است می گذرد. فلاکس مذاب معمولا", هادی خوب جريان الکتريسته است، در حالی که فلاکس سرد, هادی نيست. پودر جوش می تواند اکسيدزداها و ناخالصی زداهايی که با فلز جوش واکنش شيميايی می دهند را نيز تامين کند علاوه براينکه يک لايه محافظ ايجاد می کند. فلاکس های جوش زير پودری فولادهای آلياژی همچنين می توانند حاوی عناصر آلياژی برای بهبود ترکيب شيميايی فلز جوش باشند. جريان الکتريکی از يک ژنراتور (ترانسفورماتور يا رکتی فاير) تامين شده، از اتصالات عبور می کند تا قوسی را بين الکترود و فلز پايه بر قرار کند را ذوب می کند که حوضچه مذاب را برای پرکردن اتصال تشکيل دهند. درکليه انواع تجهيزات, غلطک های هدايـت با نيروی مکانيکی بطور پيوسته سيم الکترود مصرفی فلزی را از ميان لوله تماس (نازل) و توده فلاکس به اتصالی که بايد جوش شود می راند. سيم الکترود عموما" يک فولاد کم کربن با ترکيب شيميايی دقيق که در يک قرقره يا بشکه پيچيده شده می باشد. سيم الکترود در منطقه جوش ذوب شده و در طول اتصال رسوب می کند. فلاکس دانه ای در جلوی قوس ريخته شده و پس از انجماد فلز جوش، فلاکس ذوب نشده تــوسط سيستم مکش جمع کننده برای استفاده مجدد جمع آوری می شود. در جوش خودکار بازيابی فلاکس مجموعه ای از تجهيزات و يک لوله بازيابی فلاکس که درست پس از لوله تماس قرار گرفته است مي باشد.
جوش زير پودری به هر دو روش نيمه خودکار و خودکار قابل انجام بوده و روش خودکار بخاطر مزايا بيشتر، استفاده گسترده تر دارد. در روش نيمه خودکار جوشکار بصورت دستی يک تفنگ جوشکاری (به انضمام مخزن فلاکس) که فلاکس و الکترود را به محل اتصال تغذيه مي کند را هدايـت کرده و خودش سرعت حرکت را کنترل مي کند. در روش جوش کاملا"خودکار دستگاه بصورت خودکار الکترود و فلاکس را در طول مسير جوش تغذيه و هدايـت کرده و نرخ رسوب را کنترل می کند. در کاربردهای خاصی جوش خودکار زير پودری دو يا چند الکترود بصورت متوالی در يک اتصال تغذيه می شوند. الکترودها ممکن است کنار يکديگر بوده و به يک حوضچه تغذيه شوند يا اينکه به اندازه کافی فاصله داشته تا پس از انجماد يکی حوضچه ديگری تشکيل شود و مستقلا" منجمد شوند. روش جديدتر جوش قوس های پشت سرهم است که جوش چند پاس را دريک شيار اتصال برای افزايش سرعت حرکت و نرخ رسوب جوشکاری تامين می کند.

مزايا و محدوديت ها : روش های خودکار و نيمه خودکار جوش زير پودری در مقايسه با ساير روش های جوشکاری مزايا و معايب زير را دارند:

اتصالات را مـــی توان با شيار کم عمق آمـاده نموده که باعث مصرف کمترفلز پرکننده می شود. (در برخی کاربردها نيازی به شيار برای اتصالات بين ورق های با ضخامت کمتر از "4/1 نيست). پوشش برای حفاظت اپراتور از قوس نياز نيست, اگرچه حفاظت چشمان اپراتور بخاطر احتمال پرتاب جرقه جوش توصيه می شود.

جوش را می توان با سرعت حرکت و نرخ رسوب بالا و برروی سطح صاف يا استوانه ای يا لوله و از نظر تئوری با هر اندازه و ضخامتی انجام داد. اين روش برای سخت کردن سطحی نيز مناسب است.

فـــلاکس به عنوان اکسيدزدا و آخال زدا برای خارج کردن ترکيبات ناخواسته از حوضچه جوش عمل می کند تا جوش سالم و باخواص مکانيکی مناسب ايجاد کند. سيم هـــای الکترود ارزان برای جوش فولادهای غيرآلياژی و کم کربن استفاده می شوند. (معمولا" سيم های فولادی کم کربن بدون پوشش يا با پوشش نازک مسی برای هدايت بهتر و جلوگيری از خوردگی می باشند).

جوش زير پودری را می توان در زير وزش بادهای نسبتا" شديد جوشکاری نمود. ذرات فلاکس حفاظت بهتری انجام می دهند تا پوشش الکترود در روش جوشکاری الکترود دستی.
محدوديتهای جوش زير پودری که برخی در روش های ديگر جوشکاری نيز وجود دارند به شرح زير است:

پودرجوش : تجهيزات حمل فلاکس و سازه نگهدارنده مخزن پودر، اتصالات ديگر و همچنين صفحه نوار يا حلقه پشتبند نيز مورد نياز می باشد.

پودر جوش ممکن است به آلودگی هايی آغشته شود که باعث تخلخل جوش شوند. برای دستيابی به يک جوش خوب فلز پايه بايد، يکنواخت بدون پوسته اکسيدی, زنگ, غبار و روغن و ساير آلودگی ها باشد.

جداشدن سرباره از جوش در برخی موارد به سختی صورت می گيرد. در جوش های چند پاس پس از هر عبور بايد سرباره جوش برداشته شود تا از باقی ماندنش درون فلز جوش جلوگيری شود. اين روش معمولا" برای جوش فلزات با ضخامت کمتر از 3/16", بخاطر Burn Through مناسب نمی باشد. مگر در کاربردهای خاص شديدا " به مسطح بودن وضعيت جوشکاری محدود است، زيرا مسطح بودن و افقی بودن وضعيت برای جلوگيری ازريختن فلاکس لازم است .

فلزات مناسب جوش زير پودری : جوش زير پودری برای همه فلزات و آلياژها مناسب نيست. برای سهولت فلزات و آلياژها را می توان با توجه به مناسب بودن آنها برای جوش زير پودری به سه دسته تقسيم کرد: فلزات بسيارمناسب، فلزات اندکی مناسب و فلزات غيرمناسب .

* فلزات بسيارمناسب: جوش زير پودری بيشترين استفاده را در جوش فولادهای غيرآلياژی (فولاد ساده ) کم کربن حاوی کمتر از %30/0 کربن, کمتر از% 5 0/0 فسفر و کمتر از % 5 0/0 گوگرد دارد. اغلب مثال های اين مقاله به اين فولادهامربوط است, که محدوده تنش تسليم آنها حدود 000/45 تا Psi 000/85 است و معمولا با فلاکس و الکترود AWS 15.17 – 69 (مشخصات فنی فلاکس ها و الکترودهای فولادهای آرام ساده برای جوش قوس زير پودری) جوش می شوند. فولادهای کربن متوسط و کم آلياژ ساختمانی در رده فولادهای مناسب جوش زير پودری هستند اگرچه اغلب به پيشگرم، پس گرم و استفاده از فلاکس و سيم الکترودهای ويژه نياز دارند. فولاد ضد زنگ, فولاد کربنی آلياژی قابل سخت شدن, و فولاد ساختمانی پراستحکام نيز با روش جوش زير پودری جوشکاری می شوند. روش جوشکاری اين فولادها مستقلا" در مقالات ديگر با عنوان جوشکاری فولادهای کربنی قابل سخت شدن, فولادهای آلياژی و فولادهای ضد زنگ توضيح داده شده است. جوش زير پودری همچنين برای ايجاد پوشش های مقاوم به سايش برای موقعيـت هايی که تحت سايش هستند بکار می رود.

* فلـــزات اندکی مناسب : بــرخی فلزات و آلياژهايی را که می شود به روش جوش زير پودری جوش داد، بيشتر با روش هايی جوش می دهند که منطقه حرارت داده شده باريک تر باشد. برخی فولادهای ساختمانی پراستحکام کم کـــربن جزء اين گروه هستند زيرا استحکام ضربه و کشش مورد نياز در روش جوش زير پودری به سختی بدست می آيند. فولادهای پرکربن, فولادهای مار تنزيتی, و مس و آلياژهای مس نيز جزء اين گروه هستند.
* فلــزات نامناسب: چدن را معمولا" نمی توان به روش جوش زير پودری جوش داد, زيرا نمی تواند تنش های حرارتی ناشی از گرمای ورودی را تحمل کند. با اين حال مثال 241 در مقاله جوش قوس چدن, کاربردی را که در آن چدن ماليبل به فولاد کم کربن جوش شده است را تشريح می کند. مسائلی که در جوش فولاد آستنيته منگنزی و فولاد ابزار پرکربن رخ می دهند جوشکاری آنها را با هر روش معمولی دشوار می سازد. آلياژهای آلومينيوم و آلياژهای منيزيوم را نمی توان به روش زير پودری جوش داد زيرا فلاکس مناسب برای آن پيدا نمی شود. سرب و روی بخاطر نقطه ذوب پايين مناسب جوش زير پودری نيستند. تيـتانيوم در کاربردهای آزمايشگاهی به روش زير پودری جوشکاری شده ولی فلاکس مناسب برای جوش آن تاکنون ارائه نشده است.

جنبه های متالورژيک :
سه ويژگی جوش زير پودری در جريان های بالا نيازمند توجه ويژه است :
الف) درصد بالای فلز پايه در جوش هنگامی که قطب معکوس جريان مستقيم استفاده شود.
ب) مقدار زياد سرباره توليد شده در عمليات . ج) گرمای ورودی زياد که ريز ساختار را تحت تاثير قرارمی دهد. هنگامی که درصد فلز پايه در رسوب فلز جوش بالا باشد, به حداقل رساندن ناخالصی های مضر مانند فسفر و گوگرد بسيار اهميت دارد.مقدار زياد سرباره عموما" منبعی از سيليسيم يا منگنز است که ممکن است مقداری از آن به رسوب فلزجوش منتقل شود. لذا معمولا" هنگام استفاده از فلاکس های پرسيليسيم، از سيم الکترود کم سيليسيم (حداکثر % 05/0 سيليسيم) استفاده می شود تا از جذب سيليسيم اضافی توسط فلز جوش جلوگيری شـود. همچنين از سيم الکترود کم منگنز حاوی کمتر از 0.50% منگنز معمولا" بـــا فلاکس های پـٌر منگنز استفاده می شود. سيــــم الکترود پرمنگنز حاوی %2 منگنز عموما" با فلاکس های کم منگنز استفاده می شوند. گرمای ورودی زيادی که ازجوشکاری در جريان زياد ناشی می شود (تا حدود 1500 آمپر) در سرعت های حرکت پايين باعث تغيير ساختار در منطقه متاثر از حرارت شده و استحکام ضربه را کاهش و استحکام کششی و دمای تبديل تردی به نرمی را افزايش می دهد.

تغييرات ريز ساختار
افزايش تغييرات ساختار فلز پايه به چهار عامل وابسته است:
حداکثر دمايی که فلز در آن قرارداده می شود / زمان آن دما / ترکيب شيميايی فلز پايه / سرعت سرد شدن ساختار فلز جوش ستونی است زيرا از مرزجامد شروع شده و فقط در يک جهت امکان رشد دارد. در فولاد کربنی قابل سخت شدن امکان درشت شدن ساختار منطقه نزديک قسمت جوش از فلز پايه بخاطررسيدن به دمای حدود 2800 تا 2200 فارنهايت وجود دارد.فلزی که در دمای 1700 تا 2200 فارنهايت گرم شده نواری از دانه های نازک تر دارد. اگرچه اين منطقه در بيشتر از دمای دگرگونی فاز گرم شده, ولی زمان باقی ماندن در اين دما برای درشت ساختار شدن کافی نبوده است. منطقه بعدی 1700 تا1400 فارنهايت، منطقه ای است که فولاد باز پخت شده و به مقدار قابل توجهی نرم تر از منطقه مجاور جوش است. فلز پايه دورتر از اين منطقه نيز تغيير نکرده باقی می ماند. اندکی کاربيد کروی شده بخاطر باقی ماندن در حدود 1330 فارنهايت، ممکن است ايجاد شود. پيش گرم و پس گرم کردن, اصول پيش گرم کردن و پس گرم کردن برای جوش زير پودری مشابه ساير روش های جوشکاری است. پيش گرم و پس گرم برای فولادهای سختی پذير, مخصوصا" فولادهايی که کربن آنها از حدود %3/0 و ضخامت آنها بيشتر از "4/3 باشد بکار می رود.کاهش سرعت سردشدن که در اثر پيش گرم رخ می دهد، زمان ماندگاری در دمای بالاتر از شروع تغيير حالت مارتنزيتی را افزايش می دهد و لذا تغيير حالت آستنيت به پرليت ظريف تر بجای مارتنزيت سخت را افزايش می دهد. در منطقه جوشی که پيش گرم شده نسبت به جوش پيش گرم نشده احتمال کمتری وجود دارد که فاز سخت تشکيل شود. همچنين بخاطر سرعت سرد شدن کمتر در فولاد های پيش گرم شده, خطر ترکيدگی جوش و تنش های حرارتی کاهش پيدا می کند. پـــس گــرم کردن هنگام نياز به تنش زدايی حرارتی, بازپخت, نرمالايز کردن يا تمپرکردن بکارمی رود.
منابع تغذيه
منابع تغذيه جوش زير پودری عبارتند از:
الف) موتور ژنراتور و ترانسفورماتور رکتی فاير, با خروجی جريان مستقيم (DC) . ب) ترانسفورماتور با خروجی جريان متناوب (AC) .
هر دو جريان های مستقيم و متناوب درجوش زير پودری نتايج قابل قبولی ارائه می دهند. اگرچه هر کدام در برخی کاربردهای خاص معايب ناخواسته ای دارند- بسته به شدت جريان، قطر سيم الکترود, و سرعت حرکت که در ليست زير ذکر شده اند:

* جوش نيمه خودکار با الکترود "64 / 5 يا "32/3 در جريان مستقيم 300 تا 350آمپر، استفاده از جريان مستقيم ارحج است.

* جوش خودکار با يک الکترود در جريان پايين (300تا 500 آمپر) و سرعت حرکت بالا (40 تا 200 اينچ در دقيقه)، استفاده از جريان مستقيم ارجح است.

* جوش خودکار با يک الکترود و جريان متوسط (600 تا 900 آمپر) سرعت حرکت 10 تا 30 اينچ در دقيقه، هم جريان مستقيم و هم متناوب استفاده می شوند.

* جوش خودکار با يک الکترود و جريان بالا (1200 تا 21500 آمپر) سرعت حرکت 5 تا 10 اينچ در دقيقه, استفاده از جريان متناوب ارجح است.

* جوش خودکار با بيش از يک الکترود و در حالت پشت سرهم و جريان هر کدام از الکترودها 500 تا 1000 آمپر با هم الکترودها، جريان متناوب (يا جريان مستقيم در الکترود جلويی ) استفاده می شود.

*جوش خودکار با دو الکترود در عرض هم, باهر دو جريان مستقيم و جريان متناوب استفاده می شود .
سيستم های تغذيه سيم جوش
تجهيز تغذيه سيم الکترود جوش زير پودری از دو نوع سيستم کنترلی برای کنترل سرعت تغـــذيه سيم (سيستم های حساس به ولتاژ و سيستم های سرعت ثابت) استفاده می کنند. سيستم های کنترلی حساس ولتاژ با منبع تغذيه های جريان ثابت و سيستم های کنترل سرعت ثابت با منبع تغذيه های ولتاژ ثابت استفاده می شوند.
سيم الکترود جوش زير پــودری: سيم های الکترود جوش زير پودری فولاد در اندازه های مختلف توليد می شوند. پوشش نازکی از مس برای بهبود هدايت الکتريکی و بالا بردن مقاومت در برابرخوردگی بر روی سيم ايجاد می شود.ترکيب شيميائی سيم الکترود به ترکيب شيميائی فلز جوش و خواص مکانيکی و انتخاب نوع خاص الکترود و ترکيب آن به جنس فلز قطعه و نوع فلاکس وابسته است. برای رسيدن به نرخ رسوب بالاتر می توان از دو يا چند الکترود نازک تر بجای يک الکترود ضخيم تر استفاده کرد. کاهش قطر الکترود باعث افزايش چگالی جريان و فشار پلاسما جت و افزيش عمق نفوذ و باريک شدن باند جوش می شود.الف) همـــه الکترودها علاوه برمقادير جدول حداکثر دارای % 35 0/0 گوگرد, % 030/0 فسفر, %15/0مس (غيراز پوشش) و % 50/0 ساير عناصر می باشند. ب) به علاوه حاوی 05/0 - 15/0 تيتانيوم, 2 0/0 - 12/0 زيرکونينوم, 5 0/0 تا 15/0 آلومينيوم و تا 50/0 درصد ساير عناصر نيز می باشد. ساده ترين روش برای جلوگيری از تشکيل پرليت و فريت گوشه دار استفاده از حدود %5/0 موليبدن و %200/0 بــُر در ترکيب فولاد است, که با کاهش آهنگ تشکيل محصولات دگرگونی در دمای بالا باعث ايجاد فاز بينيت می شود
لذا استحکام کششی و تسلیم را افزایش می دهد .


پـودرهای جوش زير پودری
پودرهای جوش زير پودری به سه شکل وجود دارند.1- پودرهای ترکيب شده 2- پودرهای چسبيده شده 3- پودرهای آگلومره 4- پودرهای ترکيب شده: برای توليد پودرهای ترکيب شده ابتدا اجزاء بصورت خشک مخلوط سپس دريک کوره الکتريکی ذوب و با پاشش آب سرد يا ريختن روی صفحه سرد منجمد می شود. مزايای اين نوع پودر عبارت است از :

*کاملا توزيع ترکيب شيميائی يکنواخت دارند.

*می توان خاکه آن را بدون تغيير در ترکيب شيميايی جدا کرد.

* محصول رطوبت گير نيست و مسائل ذخيره سازی و نگهداری ساده تر دارد.

* پودرهاي ذوب نشده را می توان چندين دور مورد استفاده قرار داد (بدون تغيير قابل توجه).

* مناسب برای جوشکاری با بيشترين سرعت .
محدوديت این پودرها : محدوديت مهم اين پودر ها عدم امکان افزودن اکسيد زداها و فرو آلياژها بخاطر دمای حلاليت بالای آنها است.پودرهای چسبيده شده: برای توليد پودرهای چسبيده شده مواد خام تا اندازه D * 100 آسياب می شوند. بصورت خشک با هم مخلوط شده و با افزودن سيليکات پتاسيم يا سيليکات سديم به هم چسبيده می شوند. مخلوط حاصل به شکل گلوله درآمده و در دمای پايين خشک می شوند و بصورت مکانيکی خرد شده و دانه بندی می شوند.


مــزايــا
* بخاطر دمای توليد پايين, اکسيد زداها و فرو آلياژها دراين روش قابل افزوده شدن هستند.

* چگالی پودر پايين تر است و امکان استفاده از لايه ضخيم تر فلاکس برروی منطقه جوش وجود دارد.

* سرباره ايجاد شده بر روی جوش پس از سردشدن بهتر جدا می شود.

محدوديت
محدوديت های مهم اين روش عدم امکان جداکردن خاکه بدون تغيير در ترکيب شيميايی و حساسيت بالا به جذب رطوبت است.پودرهای آگلومره: روش توليد مشابه پودرهای چسبيده شده است غير از اينکه از يک الک سراميکی استفاده می شود. در اين نوع پودر نيز برای استفاده از اکسيد زداها و فرو آلياژها بخاطر دمای Curing بالای الک (1400 oc) مانند پودرهای ترکيب شده محدوديت وجود دارد.دانه بندی: اندازه دانه های پودر جوش بخاطر تاثير برمصرف بهينه پودر جوش در جريان های جوش مختلف حائض اهميت است. در جريان های بيشتر از 1500 آمپر بايد از درصد ذرات ريز بيشتر و ذرات درشت کمتر استفاده کرد. پودرهای چسبيده شده که در جريان های کمتر استفاده می شوند بستگی کمتری به اندازه ذرات دارند و عمدتا" در يک سايز توليد می شوند. حداکثر جريان مناسب برای اين نوع پودر 800 تا 1000 آمپر است. در حالی که برخی انواع پودر ترکيب شده (انواع سيليکات کليسم اصلاح شده ) را تا 2000 آمپر نيز می توان بکار برد.



ترکيب پودرهای جوش
درزمان پيشرفت فرايند جوش زير پودری در اواسط دهه 1930 پودرهای ترکيب شده حاوی ترکيبات سيليکاتی استفاده می شدند که عمدتا" حاوی آلومينا سيليکات منيزيم، کلسيم و منگنز بودند. ترکيبات مورد مصرف در سراسر دنيا ترکيبات سيليکات منگنز ارائه شده درجدول1 بودند. برای تنظيم محدوده ذوب و ساختار آن از دياگرام MnO – SiO2 استفاده می شد. نتيجه جوشکاری با پودرهای چسبيده شده تقويت شده، پس از ذوب و انجماد جوش در فلز جوش مشابه پودر ترکيب شده است. فروسيليم و اکسيد منگنز و سيلسيم فلاکس ترکيب می شوند. لذا مقدار MnO نسبت به SiO2 که برای جوش زير پودری مناسب است در قسمت جوش باقی می ماند.انواع پودرهايي که در جدول1 توضيح داده شده برای دستيابی به خواص پيشرفته تر و هزينه اقتصادی تر و ظاهر مناسب تر گرده جوش در مقادير کمتر منگنز اصلاح شده اند. برخی ترکيبات پودرها با بازيسيته بيشتر (که مقادير CaF2, CaO دارند) خواص مکانيکی بهتری در فلز جوش ارائه می دهند و افزودن تيتانيوم پايداری قوس بيشتر و اکسيد فلزات خاص ظاهر جوش را در فولادهای آلياژی بهبود می دهند. برای رسيدن به ظاهر جوش مناسب در جوشکاری پرسرعت ورق ها خواص دمايی گرانروی فلاکس را بايد تنظيم کرد. فلاکس های کاربردهای خاص برای منظورهای خاص طراحی می شوند.
مقايسه پودر جوش زير پـــودری با پوشش الکترود:پودرهای جوش زير پودری در مقايسه با مواد بکار رفته در پوشش الکترودهای جوشکاری الکترود دستی چند تفاوت عمده دارند. فلاکس های جوش الکترود دستی حاوی ترکيباتی مانند سلولز برای ايجاد گاز محافظ است. همچنين ترکيباتی با تابع کاری پايين مانند اکسيد سديم و اکسيد پتاسيم برای کمک به شروع قوس و پايداری آن و مواد ديگری برای تقويت نفوذ, نرخ ذوب و استفاده از قطب های مختلف جريان به پوشش الکترود اضافه شوند. که پودرهای جوش زير پودری غالبا" به اين ترکيبات نيازی ندارند, زيرا وجود سرباره مذاب و دانه های کروی پودر از قوس حفاظت کرده و نيازی به گاز محافظ نيست. وجود ترکيبات سيليس و فلورايد عموما"پايداری مطلوب قوس را تضمين می کند و حداقل %10 فلورايد کلسيم برای بهبود سياليست فلاکس مذاب به سيليکات های فلزی پودر اضافه می شوند.پوشش های الکترود های جوش قوس الکترود دستی بخاطر اينکه بايد قابل اکسترود باشد و ساير ملزومات توليد دارای فــرمول پيچيده اند وبرعکس آن پودرهای جوش زير پودری ازترکيبات معدنی ساده و از سيستم های دوتايی, سه تايی و يا چهار تايی انتخاب می شوند. رايج ترين فلاکس ها از سيستم MnO – SiO2 و يا CaO - SiO2 تشکيل شده انـــد که می توانند با اکسيدهای آلومينيم, منيزيم, زيرکونيوم و تيتانيوم ترکيب شود و فلاکس های کاربردهای خاص را به وجود آورند.فلاکس های الکترودهای پوشش و فلاکس های جوش زير پودری به روش های متفاوتی دسته بندی می شوند. استانـــدارد AWS A5.1-6 الکترودهـــا را برحسب نوع مواد پوشش فلاکس دسته بندی می کند. و استاندارد A 5.1 7-69 برای دسته بندی پودر جوش زير پودری به طبيعت شيميايی فلاکس ارتباطی ندارد فقط به خواص مکانيکی رسوب جوش که با الکترود مخصوص به وجود می آيد مربوط است. در عمل بيشتر الکترود و فلاکس جوش زير پودری از روی ظاهر جوش انتخاب می شوند تا در نظر گرفتن جنبه های فنی.

نقطه ذوب و نرخ ذوب پودرهــای جوش
يک پودر جوش موثر بايد دردمای بالا به خوبی سيال باشد و لايه روان و محافظ برروی فلز جوش ايجاد نمايد و آنرا از اکسيد شدن حفاظت کرده ولی در دمای اتاق ترد باشد و به آسانی از روی جوش جدا شود. نقطه ذوب و چگالی فلاکس نيز بايد کمتراز فلز جوش باشد که گازهای توليد شده بين فلز و سرباره بتوانند وارد سرباره شوند و برای تکميل وظيفه سرباره سازی بايد فلاکس پس از تکميل انجماد فلز جوش منجمد شود. لذا حد بالايی دامنه ذوب پودر جوش زير پودری حدود 1300 oC می باشد. مقدار فلاکس ذوب شده در هر دقيقه به ولتاژ و جريان جوش بستگی دارد و در جريان ثابت مقدار پودر ذوب شده در هر دقيقه با افزايش ولتاژ جوش افزايش می يابد. در عمل معمولا" وزن فلاکس ذوب شده و وزن الکترود ذوب شده برابرند.
تاثير فلاکس بر ترکيب فلز جوش
واکنش های بين فلز جوش مذاب و پودر جوش ذوب شده در ضمن جوشکاری زير پودری شبيه واکنش بين مذاب و سرباره در فولاد سازی است. و لذا وظيفه سرباره مذاب کاهش ناخالصی های فلز جوش و تامين عناصری مانند منگنز و سيلي برای فلز جوش است. چنانچه در قسمت الف شکل 4 مشاهده می شود با افزايش MnO درسرباره تا حدود 10 درصد مقدار منگنز فلز جوش افزايش سريع دارد که به تدريج مقدار اين افزايش کم می شود. لذا بسياری از فلاکس ها حاوی حدود %10 اکسيد منگنز است. رابطه مقدار SiO2 موجود در فلاکس و مقدارSi فلز جـــوش متفاوت است و تا هنگامـــی که SiO2 موجود در سرباره حدود %40 باشد سيليسم اندکی جذب نمی شود لذا فلاکس های تجاری و مخصوصا" فلاکس هايی که برای جوش های با چند پاس توليد می شوند مقدار زياد حدود %40, SiO2 دارند. برخی فلاکس ها می توانند فروآلياژها را برای جوش تامين کنند. اکسيدهای فلزی موجود در پودر مانند NiO, MnO3, Cr2O3 باعث انتقال عناصر فلزی از سرباره به فلز جوش شوند. مقدار Cr2O3 فلاکس, ترکيب الکترود, ترکيب فلز پايه ای که بر روی آن فلز جوش رسوب می کند بر مقدار سيليسم باقي مانده در فلز جوش تاثير می گذارند.همه عواملی که زمان واکنش فلز - سرباره يا متوسط دمای حوضچه جوش را تغيير دهد, برتوزيع عناصر آلياژی باقی مانده در فلز جوش تاثير خواهد گذاشت. در شرايط طبيعی جوشکاری, سرعت حرکت مهمترين عامل در رسوب عناصر آلياژی است و نيز افزايش ولتاژ عموما" باعث افزايش عناصر فلزی منتقل شده به فلز جوش می شود.

گرانروی و هدايت سرباره ها
برای اينکه فلاکس در برابر نفوذ گازهای اتمسفری مقاوم باشد بايد گرانروی آن در منطقه جوش به اندازه کافی بالا باشد که در ضمن بتواند از سرريز شدن فلز مذاب و حرکت آن به سمت جلوی قوس که ممکن است باعث حبس سرباره در زير فلز جوش مذاب شود جلوگيری کند. از طرف ديگر به اندازه کافی سيال باشد که حل شدن سريع اجزاء غير فلزی مانند اکسيدها و خارج شدن گازها از فلز مذاب را ممکن سازد. ويسکوزيته فلاکس مذاب در دمای oC1400 در حدود 2 تا 7 poises می باشد.دانه های پودر جوش در دمای اتاق عايق الکتريکی هستند و مقاومت آنها با افزايش دما کاهش می يابد و سرباره های مذاب در دمای حوضچه جوش بسيار هادی هستند.

روابط الکتريکـی
روابط الکتريکی منطقه جوش توسط نوع فلاکس و روش جوشکاری تعيين می شود. بررسی های نوسان نگاری، اسپکتوگرافيک و راديو گرافيک, قوس طبيعی را در هنگام جوشکاری زير پودری نشان مــی دهند. برای محاسبه روابط الکتريکی ثبت ولتاژ در بررسی های نوسان نگاری مهمترين عامل است.

شرايـط جوش
دانسيته جريان الکتريسته در سيم الکترود جوش زير پودری در مقايسه با مقدار آن در جوش الکترود دستی چندين برابر بزرگتر و نرخ ذوب و سرعت جوشکاری نيز بيشتر است. ارتباط بين ولتاژ معمول تجهيزات صنعتی و جريان نشان داده شده است. برای اين داده ها فرض شده که هر يک از تنظيمات جريان جوشکاری دامنه ای حدود 10 ولت دارد، که در اين محدوده جوش سالم در ولتاژهای بالاتر گرده جوش پهن تر و در ولتاژهای پايين تر گرده جوش باريکتر می دهند. در ولتاژ جوشکاری و مجموع و پتانسيل کاتد و آند با افزايش جريان جوشکاری افزايش می يابند. و در هر جريانی با کاهش ولتاژ و يا مجموع پتانسيل کاتد و آند مقدار پودر ذوب شده کاهش می يابد و به صفر نزديک می شود. خطی نبودن کاهش پتانسل کاتد و آند نشان دهنده وجود هدايت الکتروليتی است.حداکثر سرعت جوشکاری قابل استفاده برای جوشکاری بدون عيب و رفتار پايدار, با جريان جوشکاری تغيير 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 اينچ را می توان با 1500 آمپر و با سرعت 10 اينچ در دقيقه جوش داد.

فاصله نازل
فاصله بين سطح فلز پايه و نوک لوله تماس (نازل) در گرمای وارده به جوش و لذا نرخ ذوب تاثير می گذارد. زيرا نرخ ذوب الکترود جوش مجموع ذوب شدن براثر گرمای قوس و ذوب شدن براثر گرمای مقاومت الکتريکی (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 يا زير سطح بالايی فلز پايه باشد. نرخ ذوب ناشی از گرمای مقاومتی I2R در الکترود تابع نمايی از طول الکترود بين نازل و قطعه کار، جريان و قطر الکترود می باشد. افزايش مقدار ذوب بر اثر گرمای مقاومتی به شدت جريان و طول الکترود خارج از نازل وابسته است, که هر دو تابعی از قطر الکترود می باشند.

نفـــوذ
نفوذ, عمق تشکيل رسوب جوش درشيار يا سطح فلز پايه است که معمولا" فاصله زيرسطح اصلی است، که فلز آن ذوب شده است. ولتاژ کم اهميت ترين و جريان جوشکاری مهمترين عامل در محاسبه نفوذ و سرعت جوشکاری است. تاثير متقابل ولتاژ, جريان و سرعت حرکت جوش بر مقدار نفوذ که از چندين آزمايش زير پودری بدست آمده اند. برای ساير فرايندهای جوش قوس، GMAW وSMAW نيز رابطه خطی مشابهی بدست آمده است. شيب اين خط مورب در فرايندهای مختلف متفاوت است و بيشترين مقدار آن مربوط به فرايندهايی است که از گازهای محافظ هليم يا CO2 استفاده می کنند. ظرفيت حرارتی فلز جوش مذاب برای محاسبات گرمای ورودی و سرعت سردشدن دارای اهميت هستند و با مقطع عرضی گرده جوش که نشان دهنده مقدار فلزی است که برای ذوب شدن گرم می شود، متناسب است. بازده توليد برای هر روش جوشکاری به اندازه گيری اين ناحيه مربوط می شود. ارتفاع گرده جوش با افزايش جريان جوشکاری و کاهش سرعت حرکت جوشکاری افزايش می يابد و تاثير ولتاژ برگرده جوش ناچيز است.

رقــت
نسبت فلز پايه به رسوب فلز جوش عامل مهم در کنترل خواص مکانيکی فلز جوش است. رقت فلز جوش از فلز پايه را می توان از روی نسبت حجم گرده (سطح مقطع عرضی درطول گرده) بر فلز پايه حساب کرد.رقت فلز جوش از فلز پايه با افزايش نسبت جريان به سرعت جوشکاری افزايش می يابد. با افزايش ولتاژ نرخ ذوب الکترود اندکی کمتر شده و لذا باعث افزايش رقت می شود.

بازيسيته پــودر جــوش
انديس بازی پودر جوش (BI) معيار ديگری برای طبقه بندی پودرهای جوش است که مقدار اسيدی بودن روش توليد فلاکس را و همچنين فعال ، خنثی يا آلياژی بودن فلاکس را مشخص می کند. انديس بازی نسبت مجموع اکسيدهای فلزی با پيوند سخت به مجموع اکسيدهای فلزی با پيوند سست است . انديس بازی برآوردی از مقدار اکسيژن فلز جوش است و لذا می تواند برای بيان خواص فلز جوش بکار رود. پودرهای جوش با بازيسيته بيشتر تمايل به داشتن اکسيژن کمتر و استحکام بالاتر در فلز جوش دارند. در حالی که پودرهای جوش اسيدی, جوشی با اکسيژن بيشتر ، ريز ساختار درشت تر و با مقاومت کمتر در مقابل تورق توليد می کنند.پودرهای جوشی با انديس بازی بيشتر از 5/1 پودر جوش بازی و با انديس بازی کمتر از يک ، پودر جوش اسيدی شناخته می شوند. پودرهای جوش اسيدی معمولا برای جوش های تک پاس مناسبند و رفتار جوش مناسب و در گرده جوش خاصيت ترکنندگی خوب دارند.علاوه برآن پودرهای جوش اسيدی در مقايسه با پودرهای جوش بازی مقاومت بيشتری در برابر ايجاد تخلخل ناشی از آلودگی های چون روغن ، زنگ و پوسته های نوردي در ورق دارند.پودرهای جوش بازی در مقايسه با پودرهای جوش اسيدی مقاومت به ضربه بهتری نشان می دهند. اين مزيت در جوش چند پاس به وضوح مشهود است. پودرهای جوش با بازيسيته زياد در جوش های بزرگ با چند پاس خواص ضربه خيلی خوب ودر جوش تک پاس خواص ضعيفتری را در مقايسه با پودرهای جوش اسيدی نشان می دهند.لذا مصرف پودرهای جوش بازی بايد به جوش های بزرگ چند پاس که در آن استحکام ضربه خوب برای فلز جوش نياز باشد محدود شود.

منابع عيوب در جوش زير پودری
جوش زيرپودری فرايندی با گرمای ورودی بالاست و در زير لايه محافظ فلاکس انجام می شود ولذا امکان بروز عيوب جوش در اين روش بسيار کمتر از ساير روش هاست . عيوبی که بعضا" در جوش زيرپودری رخ می دهند عبارتند از: ذوب ناقص ، سرباره باقيمانده درون جوش ترک انقباضی ترک هيدروژنی و تخلخل. ذوب ناقص و سرباره باقيمانده درون جوش اغلب ناشی از قرار گرفتن صحيح گرده جوش برروی درز جوش و يا از فرايند ناشی می شود. انحراف گرده جوش از محل خود باعث ايجاد چرخش و تلاطم فلز مذاب و اکسيژن تکه هايی 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 پايه شود. گرده جوش تاجی شکل که براثر پايين بودن ولتاژ ايجاد می شود نيز احتمال بروز نفوذ ناقص و محبوس شدن سرباره را بخاطر مختل شدن حرکت يکنواخت مذاب تشديد می کند.

ترک انقباضی
ترک انقباضی در وسط طول گرده جوش زير پودری هنگامی رخ می دهد که شکل گرده جوش و يا طرح اتصال مناسب نباشد و يا مواد جوش غلط انتخاب شده باشند.متمايل به ترک انقباضی در جوش با گرده جوش محدب و به شکل گرده ماهی هنگامی که نسبت پهنا به ارتفاع آن بيشتر از يک باشد کمتر است. هنگامی که عمق نفوذ جوش زياد باشد تنش های انقباضی باعث ترک طولی در وسط جوش می شود و خطر اين ترک می تواند براثر طرح اتصال نامناسب تشديد شود. مواد مستحکم تر بدليل تنش بيشتر در جوش تمايل بيشتری به ايجاد ترک دارند. لذا هنگام استفاده از اين مواد بايد در انتخاب مواد جوش, آماده سازی طرح اتصال, دمای پيش گرمايش و دمای بين پاس ها کاملا دقت شود.

ترک هيدروژنی
ترک هيدروژنی يک فرايند کند است و برخلاف ترک انقباضی که بلافاصله پس از جوش ظاهر می شود ايجاد آن تا روزها پس از جوش نيز می تواند ادامه يابد. برای کاهش خطر ترک هيدروژنی بايد همه منابع هيدروژن مانند آب ، روغن و آلودگی های موجود در فلاکس الکترود و سطوح اتصال حذف شوند و ورق فلاکس و الکترود کاملا" تميز و خشک باشند.فلاکس و الکترود را بايد در محل های خشک و مقاوم به رطوبت نگهداری کرد و چنانچه در معرض رطوبت قرار گرفت بايد طبق دستور سازنده مجددا" خشک شوند.انتخاب مواد جوش مناسب برای فولادهای پراستحکام مقاومت جوش را در برابر ترک هيدروژنی افزايش می دهد. مواد جوش ويژه مقاوم در برابر ترک هيدروژنی ساخته می شوند که قابليت نفوذ هيدروژن در جوش را کاهش می دهند. پيش گـــرمايش قطعه کار خطر ترک هيدروژنی را باز هم کاهش می دهد. قطعات ضخيم گرمای پيش گرم را تا ساعت ها پس از جوشکاری در قطعه نگه می دارند. لذا خطر ترک هيدروژنی در اين قطعات کمتر است. دمای پيش گرم مناسب بيشتر از oC100 است زيرا در اين دما هيدروژن درون فولاد کاملا متحرک است و به خروج بيشترين مقدار هيدروژن از فولاد کمک می کند.
تخلخل
درجوش زير پودری سرباره حفاظت خوبی از مذاب انجام می دهد و لذا تخلخل ناشی از ورود گاز به مذاب در جــوش. زير پودری معمول نيست. در جوش زيرپودری منشاء تخلخل ممکن است از درون مــذاب و يا فشردگی هايی در سطح گرده جوش باشد. برای کاهش تخلخل در جوش زير پودری بايد پوشش فلاکس کافی باشد و ورق، الکترود و فـــلاکس از همه آلودگی ها از جمله رطوبت روغن و غيره پاک باشند. در سرعت های بيش از حد جوش کاری نيز حباب های گاز فرصت خارج شدن از مذاب را پيدا نمی کنند که در صورت وجود حباب ها درست در زير سرباره برای کنترل آن بايد سرعت پيشروی جوشکاری را اندکی کاهش داد.