تاریخچه ی مختصراز جوشکاری دستی قوس برقی(S.M.A.W)

قوس برقی در سال 1807توسط سرهمفری دیوی کشف شد ولی استفاده از آن در جوشکاری فلزات به یکدیگر هشتاد سال بعد از ین کشف ، یعنی در سال 1881 اتفاق افتاد. فردی به نام آگوست دیمری تنز در ین سال توانست با استفاده از قوس برقی و الکترود ذغالی صفحات نگهدارنده انباره باطری را به هم متصل نمید.بعد از آن یک روسی به نام نیکولاس دی بارنادوس با یک میله کربنی که دسته ی عیق داشت توانست قطعاتی را به هم جوش دهد. وی در سال 1887 اختراع خود را در انگلستان  به ثبت رساند.ین قدیمی ترین اختراع به ثبت رسیده در عرصه جوشکاری دستی قوسی برقی می باشد.فریند جوشکاری با الکترود کربنی در سالهی 1880و1890در اروپا و آمریکا رواج داشت ولی استفاده از ولت زیاد (100 تا 300ولت)و آمپر زیاد (600تا 1000آمپر)در ین فریند و فلز جوش حاصله که به علت ناخالصیهی کربنی شکننده بود همه باعث می شد ین فریند با اقبال صنعت مواجه نشود.

جهش از ین مرحله به مرحله فریند جوشکاری با الکترود فلزی در سال 1889 صورت گرفت.در ین سال یک محقق روس به نام اسلاویانوف و یک آمریکیی به نام چارلز کافین(بنیانگذار شرکت جنرال الکتریک)هرکدام جداگانه توانستند روش استفاده از الکترود فلزی در جوشکاری با قوس برقی را ابداع نمیند.

در آغاز قرن بیستم جوشکاری دستی با قوس برقی مورد قبول صنعت واقع شد. علیرغم یرادهی فراوان(استفاده از مفتول لخت و بدون روکش)مورد استفاده قرار گرفت.در آمریکااز مفتول لخت که داری روکش نازکی از اکسید آهن که ماحصل زنگ خوردگی طبیعی و یا بخاطر پاشیدن عمدی آب بر روی کلافهی مفتول قبل از کشیده شدن نهیی بود استفاده می شد و گاهی ین مفتول لخت با آب آهک آغشته می شد تا در هر دو وضعیت بتواند ثبات قوس برقی را بهتر فراهم آورد.آقی اسکار کجل برگ سوئدی را بید پدر الکترودهی روکش دار مدرن شناخت وی نخستین شخصی بود که مخلوطی از مواد معدنی و آلی را به منظور کنترل قوس برقی و خصوصیات مورد نظر از فلز جوش حاصله با موفقیت به کار برد.وی اختراع خود را در سال 1907 به ثبت رساند.ماشینهی جوشکاری با فعالیت هی فوق الذکر به روند تکاملی خود ادامه می دادند.در سالهی 1880 مجموعه ی از باطری پر شده به عنوان منبع نیرو در ماشین هی جوشکاری به کار گرفته شد.تا ینکه در سال 1907 نخستین دستگاه Generator جوشکاری به بازار آمریکا عرضه شد.

جوشکاری با گاز یا شعله

جوشکاری با گاز یا شعله یکی ازاولین روشهی جوشکاری معمول در قطعات آلومینیومی  بوده و هنوز هم در کارگاههی  کوچک در صنیع ظروف آشپزخانه و دکوراسیون و تعمیرات بکارمیرود. در ین روش فلاکس یا روانساز یا تنه کار بری برطرف کردن لیه اکسیدی بکار میرود.

مزیا:سادگی فریند و ارزانی و قابل حمل و نقل بودن وسیل

محدوده کاربرد:ورقهی نازک 8/0تا 5/1میلیمتر

محدودیتها:باقی ماندن روانساز لابلی درزها و تسریع  خوردگی -  سرعت کم – منطقه   H.A.Zوسیع است .

قطعات بالاتر از 5/2میلیمتر را به دلیل عدم تمرکز شعله و افت حرارت بین روش جوش نمیدهند.

حرارت لازم در ین  روش از واکنش شیمییی گاز با اکسیژن بوجود می ید.

حرارت توسط جابجیی و تشعشع به کار منتقل می شود. قدرت جابجیی به فشار گاز و قدرت تشعشع به توان چهارم درجه حرارت شعله بستگی دارد. لذا تغییر اندکی در درجه حرارت شعله می تواند میزان حرارت تشعشعی و شدت آنرا بمقدار زیادی تغییر دهد.درجه حرارت شعله به حرارت ناشی از احتراق و حجم اکسیژن لازم بری احتراق و گرمی ویژه و حجم محصول احتراق(گازهی تولید شده) بستگی دارد. اگر از هوا بری احتراق استفاده شود مقدار ازتی که وارد واکنش سوختن  نمی شود قسمتی از حرارت احتراق راجذب کرده و باعث کاهش درجه حرارت شعله می شود.بنابرین تنظیم کامل گاز سوختنی و اکسیژن لازمه یجاد شعله بادرجه حرارت بالاست. گازهی سوختنی نظیر استیلن یا پروپان یا هیدروژن و گاز طبیعی نیز قابل استفاده است که مقدار حرارت احتراق و  در نتیجه درجه حرارت شعله نیز متفاوت خواهد بود. در عین حال معمولترین گاز سوختنی گاز استیلن است.

تجهیزات و وسیل اولیه ین روش شامل سیلندر گاز اکسیژن و سیلندر گاز استیلن یا مولد گاز استیلن و رگولاتور تنظیم فشار بری گاز و لوله لاستیکی انتقال دهنده  گاز به مشعل و  مشعل جوشکاری است.

استیلن با فرمول C2H2 و بوی بد در فشار بالا ناپیدار و قابل انفجار است و نگهداری و حمل و نقل آن نیازبه رعیت و مراقبت بالا دارد.فشار گاز در سیلندر حدود psi 2200است و رگولاتورها ین فشار را تا زیر psi 15 پیین می آورند.و به سمت مشعل هدیت  می شود.(در فشارهی بالا یمنی کافی وجود ندارد).توجه به ین نکته نیز ضروری است که اگر بیش از 5 مترمکعب در ساعت ازاستیلن استفاده شود از سیلندر استن بیرون خواند زد که خطرناک است.

بعضی اوقات از مولدهی استیلن بری تولید گاز استفاده می شود. بر اساس ترکیب سنگ کاربید با آب گاز استیلن تولید میشود.                  

 CaC2 + 2 H2O = C2H2 + Ca(OH)2

روش تولید گاز با سنگ کاربید به دو نوع کلی تفسیم میشود.

1-روشی که آب بر روی کاربید ریخته میشود.

2-روشی که کاربید  با سطح آب تماس حاصل میکند و باکم و زیاد شده فشار گاز سطح آب در مخزن تغییرمی کند.

رگولاتورها(تنظیم کننده هی فشار) هم داری انواع گوناگونی هستند و بری فشارهی مختلف ورودی و خروجی مختلف طراحی شده اند.رگولاتورها داری دو فشارسنج هستند که یکی فشار داخل مخزن و دیگری فشار گاز خروجی را نشان میدهند. رگولاتورها در دو نوع کلی یک مرحله ی و دو مرحله ی تقسیم میشوند که ین  تقسیم بندی همان  مکانیزم تقلیل فشار است. ذکر جزییات دقیق رگولاتورها در ینجا میسر نیست اما اطلاع از فریند تنظیم فشار بری  هر مهندسی لازم است(حتما پیگیر باشید).

کار مشعل آوردن حجم مناسبی از گاز سوختنی و اکسیژن سپس مخلوط کردن آنها و هدیتشان به سوی نازل است تا شعله مورد نظر را یجاد کند.

اجزا مشعل: 

 الف-شیرهی تنظیم گاز  سوختنی و اکسیژن

 ب-دسته مشعل

ج-لوله اختلاط

د-نازل

قابل ذکر ینکه طرحهی مختلفی درقسمت ورودی گاز به  لوله اختلاط مشعل وجود دارد تا ماکزیمم حرکت اغتشاشی به مخلوط گازها داده شود و سپس حرکت گاز در ادامه مسیر در ادامه مشعل کندتر شده تا شعله ی آرام  بوجود ید.

در انتها یادآور می شود مطالب بسیار زیادی در ین خصوص وجود داشت که بدلیل عدم امکان نمیش تصاویر که عمدتا اسکن هم نشده اند بیش از ین به شرح و توضیح آنها نپرداختم.از جمله ین مطالب شناسیی نوع شعله(از لحاظ قدرت و کاربرد) بود.یا نشان دادن چند نوع رگولاتور از نمی شماتیک و ... .

پیچیدگی((Distortion

پیچیدگی و تغییر ابعاد یکی ازمشکلاتی است که در اثر اشتباه طراحی و تکنیک عملیات  جوشکاری ناشی میشود. با فرض اجتناب از ورود به مباحث تئوریک تنها به ین مورد اشاره میکنیم که حین عملیات جوشکاری به دلیل عدم فرصت کافی بری توزیع یکنواخت بار حرارتی داده شده به موضع جوش و سرد شدن سریع محل جوش انقباضی  که میبیست در تمام قطعه پخش میشد به ناچار در همان محدوده خلاصه میشود و ین انقباض اگر در محلی باشد که از نظر هندسی قطعه زاویه دار باشد منجر به اعوجاج زاویه ی(Angular distortion) میشود.در نظر بگیرید تغییر زاویه ی هرچند کوچک در قطعات بزرگ و طویل چه یراد اساسی در قطعه نهیی یجاد می کند.

 حال اگر خط جوش در راستی طولی و یا عرضی قطعه باشد اعوجاج طولی و عرضی(Longitudinal shrinkage or Transverse shrinkage) نمیان میشود. اعوجاج طولی و عرضی همان کاهش طول قطعه نهیی میباشد. ین موارد هم بسیار حساس و مهم هستند.

نوع دیگری از اعوجاج تاول زدن یا طبله کردن و یا قپه Bowing)) میباشد.

 ذکر یکی از تجربیات در ین زمینه شید مفید باشد. قطعه ی به طول 20 متر آماده ارسال بری نصب بود که بنا به خواسته ناظرمیبیست چند پاس دیگر در تمام طول قطعه جوش داده میشد.تا ساق  جوش 2-3میلیمتر بیشتر شود.بعد از انجام ینکارکاهش 27میلیمتری در قطعه بوجود آمد. وین یعنی فاجعه .چون اصلاح کاهش طول معمولا  امکان پذیر نیست و اگر هم با روشهی کارگاهی کلکی سوار کنیم تنها هندسه شکل رااصلاح کرده یم و چه بسا حین استفاده از قطعه آن وصله کاری توان تحمل بارهی وارده را نداشته باشد ویرادات بعدی نمیان شود.

بهترین راه بری رفع ین یراد جلوگیری ازبروز Distortion است. و(طراح یا سرپرست جوشکاری خوب) کسی که بتواند پیچیدگی قطعه را قبل ازجوش حدس بزند و راه جلوگیری از آن راهم پیشنهاد بدهد.

بعضی راهکارهی مقابله با اعوجاج:

1- اندازه ابعاد را کمی بزرگتر انتخاب کرده ...بگذاریم هر چقدر که میخواهد در ضمن عملیات تغییر ابعاد  و پیچیدگی در آن یجاد شود.پس از خاتمه جوشکاری عملیات خاص نظیر ماشین کاری...حرارت دادن موضعی و یا پرسکاری بری برطرف کردن تاب برداشتن و تصحیح ابعاد انجام میگیرد.

2- حین طراحی و ساخت قطعه با تدابیر خاصی اعوجاج را خنثی کنیم.

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

4-تشدید حرارت و تمرکز آن بر حوزه جوش در ینصورت نفوذ بهتری داریم و نیازی به جوش اضافه نیست.

5- ازدیاد سرعت جوشکاری که باعث کمتر حرارت دیدن قطعه میشود.

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

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

8- طرح مناسب لبه مورد اتصال که اگر صحیح طراحی شده باشد میتواند فرضاً مصالح جوش را در اطراف محور خنثی پخش کند و تاحد زیادی از میزان اعوجاج بکاهد.

9- بکار بردن گیره و بست و نگهدارنده باری مهار کردن انبساط و انقباض ناخواسته درقطعه

عوامل مهم بوجود آمدن اعوجاج :

1- حرارت داده شده موضعی , طبیعت و شدت منبع حرارتی  و روشی که ین حرارت به کار رفته و همچنین نحوه سرد شدن

2- درجه آزادی یا ممانعت بکار رفته بری جلوگیری از تغییرات انبساطی و انقباظی. ین  ممانعت ممکن است در طرح قطعه وجود داشته باشد و یا از طریق مکانیکی (گیره یا بست یا نگهدارنده و  خالجوش)اعمال شود.

3- تنش هی پسماند قبلی در قطعات و اجزا مورد جوش گاهی اوقات موجب تشدید تنش هی ناشی از جوشکاری شده و در مواردی  مقداری از ین تنش ها را خنثی میکند.

4- خواص فلز قطعه کار واضح است که در شریط مساوی طرح اتصال(هندسه جوش) و جوشکاری مواردی مانند میزان حرارت جذب شده در  منطقه جوش و چگونگی نرخ انتقال حرارت و ضریب انبساط حرارتی و قابلیت تغییر فرم پذیری و استحکام و بعضی خواص دیگر فلز مورد جوش تاثیر قابل توجهی در میزان تاب برداشتن دارد. مثلا در قطعات فولاد آستنیتی زنگ نزن مشکل پیچیدگی به مراتب بیشتر از فولاد کم کربن معمولی  میباشد.