تاريخچه ي مختصراز جوشکاري دستي قوس برقي(s.m.a.w)

تاريخچه ي مختصراز جوشکاري دستي قوس برقي(S.M.A.W)



قوس برقي در سال 1807توسط سرهمفري ديوي کشف شد ولي استفاده از آن در جوشکاري فلزات به يکديگر هشتاد سال بعد از اين کشف ، يعني در سال 1881 اتفاق افتاد. فردي به نام آگوست ديمري تنز در اين سال توانست با استفاده از قوس برقي و الکترود ذغالي صفحات نگهدارنده انباره باطري را به هم متصل نمايد.بعد از آن يک روسي به نام نيکولاس دي بارنادوس با يک ميله کربني که دسته اي عايق داشت توانست قطعاتي را به هم جوش دهد. وي در سال 1887 اختراع خود را در انگلستان به ثبت رساند.اين قديمي ترين اختراع به ثبت رسيده در عرصه جوشکاري دستي قوسي برقي مي باشد.فرايند جوشکاري با الکترود کربني در سالهاي 1880و1890در اروپا و آمريکا رواج داشت ولي استفاده از ولت زياد (100 تا 300ولت)و آمپر زياد (600تا 1000آمپر)در اين فرايند و فلز جوش حاصله که به علت ناخالصيهاي کربني شکننده بود همه باعث مي شد اين فرايند با اقبال صنعت مواجه نشود.



جهش از اين مرحله به مرحله فرايند جوشکاري با الکترود فلزي در سال 1889 صورت گرفت.در اين سال يک محقق روس به نام اسلاويانوف و يک آمريکايي به نام چارلز کافين(بنيانگذار شرکت جنرال الکتريک)هرکدام جداگانه توانستند روش استفاده از الکترود فلزي در جوشکاري با قوس برقي را ابداع نمايند.

در آغاز قرن بيستم جوشکاري دستي با قوس برقي مورد قبول صنعت واقع شد. عليرغم ايرادهاي فراوان(استفاده از مفتول لخت و بدون روکش)مورد استفاده قرار گرفت.در آمريکااز مفتول لخت که داراي روکش نازکي از اکسيد آهن که ماحصل زنگ خوردگي طبيعي و يا بخاطر پاشيدن عمدي آب بر روي کلافهاي مفتول قبل از کشيده شدن نهايي بود استفاده مي شد و گاهي اين مفتول لخت با آب آهک آغشته مي شد تا در هر دو وضعيت بتواند ثبات قوس برقي را بهتر فراهم آورد.آقاي اسکار کجل برگ سوئدي را بايد پدر الکترودهي روکش دار مدرن شناخت وي نخستين شخصي بود که مخلوطي از مواد معدني و آلي را به منظور کنترل قوس برقي و خصوصيات مورد نظر از فلز جوش حاصله با موفقيت به کار برد.وي اختراع خود را در سال 1907 به ثبت رساند.ماشينهاي جوشکاري با فعاليت هاي فوق الذکر به روند تکاملي خود ادامه مي دادند.در سالهاي 1880 مجموعه اي از باطري پر شده به عنوان منبع نيرو در ماشين هاي جوشکاري به کار گرفته شد.تا اينکه در سال 1907 نخستين دستگاه Generator جوشکاري به بازار آمريکا عرضه شد.



جوشکاري با گاز يا شعله



جوشکاري با گاز يا شعله يکي ازاولين روشهاي جوشکاري معمول در قطعات آلومينيومي بوده و هنوز هم در کارگاههاي کوچک در صنايع ظروف آشپزخانه و دکوراسيون و تعميرات بکارميرود. در اين روش فلاکس يا روانساز يا تنه کار براي برطرف کردن ليه اکسيدي بکار ميرود.

مزايا:سادگي فرايند و ارزاني و قابل حمل و نقل بودن وسايل



محدوده کاربرد:ورقهاي نازک 8/0تا 5/1ميليمتر

محدوديتها:باقي ماندن روانساز لابلاي درزها و تسريع خوردگي - سرعت کم – منطقه H.A.Zوسيع است .

قطعات بالاتر از 5/2ميليمتر را به دليل عدم تمرکز شعله و افت حرارت بين روش جوش نميدهند.

حرارت لازم در اين روش از واکنش شيميايي گاز با اکسيژن بوجود مي ايد.

حرارت توسط جابجايي و تشعشع به كار منتقل مي شود. قدرت جابجايي به فشار گاز و قدرت تشعشع به توان چهارم درجه حرارت شعله بستگي دارد. لذا تغيير اندکي در درجه حرارت شعله مي تواند ميزان حرارت تشعشعي و شدت آنرا بمقدار زيادي تغيير دهد.درجه حرارت شعله به حرارت ناشي از احتراق و حجم اکسيژن لازم براي احتراق و گرماي ويژه و حجم محصول احتراق(گازهاي توليد شده) بستگي دارد. اگر از هوا براي احتراق استفاده شود مقدار ازتي که وارد واکنش سوختن نمي شود قسمتي از حرارت احتراق راجذب کرده و باعث کاهش درجه حرارت شعله مي شود.بنابرين تنظيم کامل گاز سوختني و اکسيژن لازمه ايجاد شعله بادرجه حرارت بالاست. گازهاي سوختني نظير استيلن يا پروپان يا هيدروژن و گاز طبيعي نيز قابل استفاده است که مقدار حرارت احتراق و در نتيجه درجه حرارت شعله نيز متفاوت خواهد بود. در عين حال معمولترين گاز سوختني گاز استيلن است.

تجهيزات و وسايل اوليه اين روش شامل سيلندر گاز اکسيژن و سيلندر گاز استيلن يا مولد گاز استيلن و رگولاتور تنظيم فشار براي گاز و لوله لاستيکي انتقال دهنده گاز به مشعل و مشعل جوشکاري است.

استيلن با فرمول C2H2 و بوي بد در فشار بالا ناپيدار و قابل انفجار است و نگهداري و حمل و نقل آن نيازبه رعايت و مراقبت بالا دارد.فشار گاز در سيلندر حدود psi 2200است و رگولاتورها اين فشار را تا زير psi 15 پايين مي آورند.و به سمت مشعل هدايت مي شود.(در فشارهاي بالا ايمني کافي وجود ندارد).توجه به اين نکته نيز ضروري است که اگر بيش از 5 مترمکعب در ساعت ازاستيلن استفاده شود از سيلندر استن بيرون خواند زد که خطرناک است.

بعضي اوقات از مولدهاي استيلن براي توليد گاز استفاده مي شود. بر اساس ترکيب سنگ کاربيد با آب گاز استيلن توليد ميشود.

CaC2 + 2 H2O = C2H2 + Ca(OH)2

روش توليد گاز با سنگ کاربيد به دو نوع کلي تفسيم ميشود.

1-روشي که آب بر روي کاربيد ريخته ميشود.

2-روشي که کاربيد با سطح آب تماس حاصل ميکند و باکم و زياد شده فشار گاز سطح آب در مخزن تغييرمي کند.





رگولاتورها(تنظيم کننده هاي فشار) هم داراي انواع گوناگوني هستند و براي فشارهاي مختلف ورودي و خروجي مختلف طراحي شده اند.رگولاتورها داراي دو فشارسنج هستند که يکي فشار داخل مخزن و ديگري فشار گاز خروجي را نشان ميدهند. رگولاتورها در دو نوع کلي يک مرحله اي و دو مرحله اي تقسيم ميشوند که اين تقسيم بندي همان مکانيزم تقليل فشار است. ذکر جزييات دقيق رگولاتورها در اينجا ميسر نيست اما اطلاع از فرايند تنظيم فشار براي هر مهندسي لازم است(حتما پيگير باشيد).

http://www.hamedmonsef.com/images/papers/josh1.jpg

کار مشعل آوردن حجم مناسبي از گاز سوختني و اکسيژن سپس مخلوط کردن آنها و هدايتشان به سوي نازل است تا شعله مورد نظر را يجاد کند.

اجزا مشعل:

الف-شيرهاي تنظيم گاز سوختني و اکسيژن

ب-دسته مشعل

ج-لوله اختلاط

د-نازل



قابل ذکر اينکه طرحهاي مختلفي درقسمت ورودي گاز به لوله اختلاط مشعل وجود دارد تا ماکزيمم حرکت اغتشاشي به مخلوط گازها داده شود و سپس حرکت گاز در ادامه مسير در ادامه مشعل کندتر شده تا شعله اي آرام بوجود ايد.

در انتها يادآور مي شود مطالب بسيار زيادي در اين خصوص وجود داشت که بدليل عدم امکان نمايش تصاوير که عمدتا اسکن هم نشده اند بيش از اين به شرح و توضيح آنها نپرداختم.از جمله ين مطالب شناسايي نوع شعله(از لحاظ قدرت و کاربرد) بود. يا نشان دادن چند نوع رگولاتور از نماي شماتيک و ... .



پيچيدگي((Distortion

پيچيدگي و تغيير ابعاد يکي ازمشکلاتي است که در اثر اشتباه طراحي و تکنيک عمليات جوشکاري ناشي ميشود. با فرض اجتناب از ورود به مباحث تئوريک تنها به اين مورد اشاره ميکنيم که حين عمليات جوشکاري به دليل عدم فرصت کافي براي توزيع يکنواخت بار حرارتي داده شده به موضع جوش و سرد شدن سريع محل جوش انقباضي که ميبايست در تمام قطعه پخش ميشد به ناچار در همان محدوده خلاصه ميشود و اين انقباض اگر در محلي باشد که از نظر هندسي قطعه زاويه دار باشد منجر به اعوجاج زاويه اي(Angular distortion) ميشود.در نظر بگيريد تغيير زاويه اي هرچند کوچک در قطعات بزرگ و طويل چه ايراد اساسي در قطعه نهايي ايجاد مي کند.

حال اگر خط جوش در راستي طولي و يا عرضي قطعه باشد اعوجاج طولي و عرضي(Longitudinal shrinkage or Transverse shrinkage) نمايان ميشود. اعوجاج طولي و عرضي همان کاهش طول قطعه نهايي ميباشد. اين موارد هم بسيار حساس و مهم هستند.

نوع ديگري از اعوجاج تاول زدن يا طبله کردن و يا قپه Bowing)) ميباشد.

ذکر يکي از تجربيات در اين زمينه شايد مفيد باشد. قطعه اي به طول 20 متر آماده ارسال براي نصب بود که بنا به خواسته ناظرميبايست چند پاس ديگر در تمام طول قطعه جوش داده ميشد.تا ساق جوش 2-3ميليمتر بيشتر شود.بعد از انجام اينکارکاهش 27ميليمتري در قطعه بوجود آمد. و اين يعني فاجعه .چون اصلاح کاهش طول معمولا امکان پذير نيست و اگر هم با روشهاي کارگاهي کلکي سوار کنيم تنها هندسه شکل رااصلاح کرده ايم و چه بسا حين استفاده از قطعه آن وصله کاري توان تحمل بارهاي وارده را نداشته باشد و ايرادات بعدي نميان شود.

بهترين راه براي رفع اين ايراد جلوگيري ازبروز Distortion است. و(طراح يا سرپرست جوشکاري خوب) کسي که بتواند پيچيدگي قطعه را قبل ازجوش حدس بزند و راه جلوگيري از آن راهم پيشنهاد بدهد.



بعضي راهکارهاي مقابله با اعوجاج:

1- اندازه ابعاد را کمي بزرگتر انتخاب کرده ...بگذاريم هر چقدر که ميخواهد در ضمن عمليات تغيير ابعاد و پيچيدگي در آن ايجاد شود.پس از خاتمه جوشکاري عمليات خاص نظير ماشين کاري...حرارت دادن موضعي و يا پرسکاري براي برطرف کردن تاب برداشتن و تصحيح ابعاد انجام ميگيرد.

2- حين طراحي و ساخت قطعه با تدابير خاصي اعوجاج را خنثي کنيم.

3- از تعداد جوش کمتر با اندازه کوچکتر براي بدست آوردن استحکام مورد نياز استفاده شود.

4-تشديد حرارت و تمرکز آن بر حوزه جوش در اينصورت نفوذ بهتري داريم و نيازي به جوش اضافه نيست.

5- ازدياد سرعت جوشکاري که باعث کمتر حرارت ديدن قطعه ميشود.

6- در صورت امکان بالا بردن ضخامت چراکه در قطعات با ضخامت کم اعوجاج بيشتر نمود دارد.

7- تا حد امکان انجام جوش در دوطرف کار حول محور خنثي

8- طرح مناسب لبه مورد اتصال که اگر صحيح طراحي شده باشد ميتواند فرضاً مصالح جوش را در اطراف محور خنثي پخش کند و تاحد زيادي از ميزان اعوجاج بکاهد.

9- بکار بردن گيره و بست و نگهدارنده باري مهار کردن انبساط و انقباض ناخواسته درقطعه



عوامل مهم بوجود آمدن اعوجاج :

1- حرارت داده شده موضعي , طبيعت و شدت منبع حرارتي و روشي که اين حرارت به کار رفته و همچنين نحوه سرد شدن

2- درجه آزادي يا ممانعت بکار رفته براي جلوگيري از تغييرات انبساطي و انقباظي. اين ممانعت ممکن است در طرح قطعه وجود داشته باشد و يا از طريق مکانيکي (گيره يا بست يا نگهدارنده و خالجوش)اعمال شود.

3- تنش هاي پسماند قبلي در قطعات و اجزا مورد جوش گاهي اوقات موجب تشديد تنش هاي ناشي از جوشکاري شده و در مواردي مقداري از اين تنش ها را خنثي ميکند.

4- خواص فلز قطعه کار واضح است که در شرايط مساوي طرح اتصال(هندسه جوش) و جوشکاري مواردي مانند ميزان حرارت جذب شده در منطقه جوش و چگونگي نرخ انتقال حرارت و ضرايب انبساط حرارتي و قابليت تغيير فرم پذيري و استحکام و بعضي خواص ديگر فلز مورد جوش تاثير قابل توجهي در ميزان تاب برداشتن دارد. مثلا در قطعات فولاد آستنيتي زنگ نزن مشکل پيچيدگي به مراتب بيشتر از فولاد کم کربن معمولي ميباشد.