مقدمه

از ابتداي خلقت بشر مساله اتصال و به هم بستن و ضرورت دستيابي به شيوه هاي آسانتر براي ايجاد اتصالات مطرح بوده است . ايجاد اتصالدر شكلهاي پيشين خود از به هم بستن شاخه هاي درختان و تكه هاي چوب و دوختن تكه هاي پوست حيوانات براي مصارف گوناگون آغاز شد و متناسب با تكامل نياز هاي انسان ،هنر اتصال و به هم پيوستن اجسام نيز رو به تكامل نهاد .

پيدايش فلزات و آلياژ هاي فلزي وتلاش مستمر در يافتن راههاي اتصال آنها به هم موجب ابداع روشهاي مختلف اتصال شد كه اتصال پيچ و مهره اي ، اتصالات پرچي و اتصالات جوشكاري شده از آن جمله اند .

در دنياي امروزه ، صنعت جوشكاري از نظر وسعت كار و تنوع بالاترين مرتبه را در علم اتصال و بريدن و جدا سازي قطعات فلزي و ساير مواد صنعتي دار است و طراحان و مهندسان خطوط توليد مصنوعات فلزي با بهرگيري از فرايند هاي مختلف و متنوع جوشكاري به بالاترين سرعت و كيفيت دست يافته اند . در عين حال ، وزن سبك مصنوعات و صرف هزينه هرچه كمتر ، از ديگر دستاوردهاي آنان بوده است .

تاريخچه :

جوشكاري كوره اي يا آهنگري و جوشكاري با شعله ، نخستين روشهاي شناخته شده جوشكاري به شمار مي روند .

مصريها ، يونانيها و روسها براي جوشكاري و لحيمكاري فلزات قيمتي يا زود ذوب از نوعي مشعل ابتدايي استفاده مي كردند كه در آنها الكل يا مايع مشابه به عنوان سوخت به كار مي رفته است .

از قرن نوزدهم كه كار اختراعات و اكتشافات رونق گرفت ، نوآوري و خلاقيت در ميدان تكنولوژي جوشكاري نيز ظهور كرد و روشهاي مختلف جوشكاري يكي پس از ديگري ابداع گرديد .

جوشكاري با قوس الكتريكي و استفاده از خاصيت حرارتي جريان برق در امر اتصالات فلزي ، با وجود اينكه چندين دهه قبل شناخته شده بود ، كاربردي نداشت .

سرانجام مردي روسي به نام( برنادوس) اين پديده را كشف كرد و در سال 1887 توانست جوشكاري با قوس الكتريكي و الكترود زغالي را اختراع كرد . در سال 1891 يك امريكايي به نام (كوفين) توانست به جاي الكترود زغالي از الكترود فلزي استفاده كند و اين روش به نام خود به ثبت برساند .

در آن زمان ، جوشكاري با الكترود لخت فلزي بسيار دشوار بود زيرا قوس بين الكترود فلزي و قطعه كار بي ثبات بود و كنترل انتقال قطره مذاب از الكترود به قطعه بسختي انجام مي گرفت .

كشف الكترود روپوش دار به وسيله يك مخترع سوئدي به نام اسكار كيليرگ در سال 1905 باعث ثبات قوس و بهبود كيفيت جوش شد .

پژوهشهاي مختلف براي افزايش مرغوبيت و كيفيت اين روش ادامه يافت و همچنان ادمه دارد . جوشكاري با قوس الكتريكي و الكترود روپوش دار در رديف جوشكاريهاي ذوبي است كه امروزه به طور گسترده در صنايع مختلف به كار گرفته مي شود . در زمان حاضر ، جوشكاري قوس دستي (SMAW) يكي از متداولترين روشهاي جوشكاري است كه به طور گسترده در صنايع فلزي ايران كاربرد دارد و به عنوان پديده اي ارزشمند در امر توليد و تعمير در كارخانه ها و كارگاههاي مختلف صنعتي ايفاي نقش مي نمايد . به دليل وابستگي اين فن به علوم و فنون و گستردگي دامنه علمي آن متخصصان و كارشناسان ورزيده همواره در حال پژوهش هستند و دستاورد هاي خود را به صورت استانداردهاي جوشكاري انتشار مي دهند .

در عمليات اجرائي نيز كاردانان با تجربه همكاري دارند و با تلاش و پشتوانه غني علمي چرخهاي عظيم و پيچيده صنعت را به طور اصولي و اقتصادي به حركت در مي آورند .

تعريف جوشكاري

تاكنون تعاريف زيادي براي جوشكاري بيان شده است ، ولي بطور كلي حذف فاصله و ايجاد جاذبه مولكولي يا كريستالي بين قطعات گوناگون را جوشكاري گويند . براي تحقق اين امر روششهاي زيادي به ذهن مي رسد كه اكثرا عملي شده است و نتايج كارائي آنها در ارتباط با وسايل و تجهيزات مورد لزوم به لحاظ سادگي و پيچيدگي مورد مطالعه قرار گرفته است .

عمليات جوشكاري كه امروزه در صنايع به كار گرفته ميشوندعبارتند از :

1- جوشكاري فشاري 2- جوشكاري ذوبي

هر كدام تقسيم بنديهاي گوناگون و گسترده اي دارد كه تاكنون بيش از 85 روش در جوشكاري و برشكاري ابداع شده است و اجرا مي شود بعضي از روشها نيز منسوج شده ، جاي خود را به روشهاي نوين جوشكاري داده اند .

جوشكاري فشاري

تعريف : جوشكاري فشاري فرآيندي كه در آن لبه هاي مورد اتصال ، تحت فشار ، و با استفاده از حرارت يا بدون آن در هم ادغام مي شوند و قطعات به هم اتصال مي يابند .

جوشكاري آهنگري ياپتكه اي ، جوشكاري مقاومتي ، جوشكاري اصطكاكي ، جوشكاري مافوق صوت (اولتراسونيك) و جوشكاري سرد از آن جمله اند .

جوشكاري آهنگري

يكي از فرايند هاي قديمي جوشكاري است و روش كار چنين است كه قطعات مورد جوشكاري را در كوره اي تا مرحله خميري شدن گرم مي كنند . سپس آنها را از كوره خارج و اكسيد ها را از سطح مورد اتصال پاك مي كنند . آنگاه آنها را رويهم روي سندان قرار مي دهند و ضربات پتك دستي يا برقي ميكوبند تا دو قطعه در هم ادغام شوند و جوش بخورند .

جوشكاري مقاومتي

جوشكاري مقاومتي يكي از روشهاي جوشكاري فشاري است كه در شاخه هاي مختلف صنعت خصوصاً در صنايعي كه با ورقها و مفتول فلزي سر و كار دارند كاربرد فراوان دارد . در اين روش سطوح اتصال با اعمال حرارت و فشار بهم جوش مي خورند .

فلزات به دليل داشتن مقاومت الكتريكي ، دراثر عبور جريان برق از آنها ، گرم مي شوند و به حالت خميري و حتي به دماي ذوب مي رسند . حرارت حاصل در اين روش با مجذور شدت جريان و مقاومت در زمان عبور جريان رابطه مستقيم دارد . شدت زمان عبوري و زمان از طريق دستگاه قابل كنترل و تنظيم است ، اما مقاومت الكتريكي به عوامل مختلف از جمله جنس و ضخامت قطعات كار ، اندازه سطح الكترود ها ، چگونگي سطح تماس و فشار اعمال شده به كار مربوط مي شود .

جوشكاري مقاومتي در صنعت به صورتهاي گوناگون مورد استفاده است كه مهمترين و متداولترين آنها به ترتيب زير است : 1- جوش نقطه اي يا نقطه جوش 2- جوش قرقره اي يا درز جوش 3- جوش واژگون يا سر به سر 4- فلاش جوش يا جوش جرقه اي

جوشكاري ذوبي

تعريف : جوشكاري ذوبي روشي است كه در آن لبه هاي مورد اتصال پس از ذوب شدن به كمك فلز پر كننده يا بدون آن در هم آميخته و منجمد ميگردند به اين ترتيب قطعات به يكديگر متصل مي شوند .

براي ذوب كردن لبه هاي مورد اتصال از انرژيهاي مختلف استفاده مي شود : انرژي شميايي : جوشكاري با شعله گاز ، جوشكاري ترميت

انرژي الكتريكي : جوشكاري با قوس الكتريكي

انرژي نوراني : جوشكاري با اشعه ليزر

در جوشكاري با قوس الكتريكي حرارت لازم براي ذوب لبه هاي مورد اتصال و مفتول پر كننده درز از طريق ايجاد و برقراري قوس الكتريكي بين الكترود و فلز مورد جوشكاري تامين مي شود .

قوس الكتريكي و چگونگي تشكيل آن

چنانچه قطبهاي مثبت و منفي يك منبع انرژي الكتريكي را با هم تماس داده و سپس در فاصله كمي از يكديگر قرار دهند ، در اثر اختلاف پتانسيل الكتريكي موجود ميان آنها جرقه هاي ايجاد مي شود . اين جرقه ها موجب يونيزه شدن اتمسفر بين دو قطب و عبور الكترونها از فاصله هوايي ميان دو قطب مي شود .

ادامه جرقه ها و به هم پيوستن آنها در فضايي يونيزه شده ، موجب تشكيل قوس الكتريكي مي شود . با وجود يونيزه شدن فضاي بين الكترود وكار ، باز هم مقاومت الكتريكي زيادي در اين منطقه وجود دارد و همين مقاومت سبب تبديل انرژي الكتريكي به انرژي حرارتي مي شود و حرارت در حدود 6000-5000 درجه سانتيگراد ايجاد مي گردد كه مي تواند در زمان كوتاهي فلزات را به دماي ذوب برساند .

روشهاي مختلف ايجاد قوس الكتريكي

يكي از روشهاي ايجاد قوس الكتريكي استفاده از اختلاف پتانسيل زياد يا ولتاژ بالا است . جرقه هايي كه در شمع اتومبيل زده مي شود تا مخلوط هوا و سوخت در سيلندر اتومبيل محترق شوند ، با استفاده از ولتاژ بالا تحقق مي يابد .

در اين روش ، بدون اينكه تماس ميان دو قطب جريان برقرار شود ، جرقه زده مي شود ولي گرماي ايجاد شده به وسيله قوس حاصل ، بسيار كم است .

همچنين در بعضي از انواع جوشكاري مثل جوشكاري با گاز محافظ ، جرقه هاي اوليه با استفاده ولتاژ بالا ايجاد مي شوند ، بدين صورت ، كه با نزديك شدن الكترود به كار قبل از برقراري تماس بين آن دو و حتي از فاصله 20 تا 30 ميليمتري ، در اثرولتاژ ذخيره شده در خازن دستگاه جرقه زده مي شود ، گاز محافظ يونيزه مي گردد و زمينه ايجاد قوس پايدار براي جوشكاري فراهم مي شود . در روش جوشكاري قوسي با الكترود روپوش دار ، قوس الكتريكي با آمپر زياد ايجاد مي گردد و به منظور ايجاد قوس ميان دو قطب جريان ، تماس برقرار مي شود تا جرقه حاصل گردد ودرصدي از اتمسفر موجود بين دو قطب يونيزه شود سپس قوس پايدار به وجود آيد .

عوامل موثر در برقراري و تشكيل قوس الكتريكي و ايجاد حرارت عبارتند از : اختلاف پتانسيل دو سر قطب ، شدت جريان و مقاومت دو قطب .

جريان الكتريسيته مناسب در روش (SMAW)

جريان الكتريكي عبارت است از حركت الكترونها در يك هادي و براي حركت الكترون درون هادي فشار الكتريكي لازم است و در صورتي كه اختلاف پتانسيل موجود داشته باشد جريان نيز وجود دارد .

چنانچه قطبهاي تغيير نكنند و به عبارت ديگر ، جهت جريان هميشه ثابت باشد و الكترونها فقط در يك جهت حركت كنند ، جريان را جريان مستقيم يا DC نامند . چنانچه جهت جريان ثابت نباشد و به عبارت ديگر ، الكترونها نخست در يك جهت جريان يابند و بعد جهت خود را عوض كرده و عكس جهت قبلي سير كنند ، آن را جريان متناوب AC نامند.

در جوشكاري با قوس الكتريكي از هر دو نوع جريان استفاده مي شود . جريان AC به وسيله ترانس جوشكاري يا مبدل و جريان DC به وسيله دينام جوشكاري يا ركتي فاير تامين مي گردد .