هر آنچه که یک مهندس مواد و جوش باید بدانند

پایگاه جوش ایران

هر آنچه که یک مهندس مواد و جوش باید بدانند

پایگاه جوش ایران

تعریف جوشکاری

تعریف جوشکاری

جوشکاری یکی از روشهای تولید می باشد. هدف آن اتصال دایمی مواد مهندسی (فلز،سرامیک ،پلیمر، کامپوزیت)به یکدیگر است به گونه‌ای که خواص اتصال برابر خواص ماده پایه باشد.

جوشکاری عبارت است از اتصال دو قطعه فلزی یا غیر فلزی به یکدیگر در اثر عوامل خارجی مثل حرارت و فشار که امروزه به صورت یک علم پیشرفته و موثر در خدمت صنایع در آمده در روزگار پیشین یک هنر به حساب می آمد تاریخ نویسان نخستین روش های اتصال را در شرق به چینی ها و در غرب به رومی ها باستان نسبت می دهند . چینی ها در سه هزار سال پیش از میلاد دانش اتصال برخی فلزات وغیر فلزات را آموخته بودند و رومی ها از لحیم های بهره می بردند که امروزه با اندک تغییری در صنایع جدید به کار می رود.

انواع جوشکاری

انواع جوشکاری عبارت است از:

· جوش قوس الکتریکی

· نقطه جوش

· جوشکاری فلزات رنگین

· لحیم کاری

· جوشکاری به طریقه برق و گاز

· جوشکاری و یرشکاری در زیر آب

· انواع جوشکاری مدرن در صنایع نظامی

· جوشکاری پلاستیک

جوش قوس الکتریکی

یکی از متداول ترین روشهای اتصال قطعات کار می باشد، ایجاد قوس الکتریکی عبارت از جریان مداوم الکترون بین دو الکترود و یا الکترود و یا الکترود و کار بوده که در نتیجه آن حرارت تولید می شود. باید توجه داشت که برای برقراری قوس الکتریک بین دو الکترود و یا کار و الکترود وجود هوا و یا یک گاز هادی ضروری است. بطوریکه در شرایط معمولی نمی توان در خلاء جوشکاری نمود.
در قوس الکتریکی گرما و انرژی نورانی در مکانهای مختلف یکسان نبوده بطوریکه تقریباً 43% از حرارت درآند و تقریباً 36% در کاتد و 21% بقیه بصورت قوس ظاهر می شود. دمای حاصله از قوس الکتریکی بنوع الکترودهای آن نیز وابسته است بطوریکه در قوس الکتریکی با الکترودهای ذغالی تا 3200 درجه سانتیگراد در کاتد و تا 3900 در آند حرارت وجود دارد. دمای حاصله در آندو کاتد برای الکترودهای فلزی حدوداً 2400 درجه سانتیگراد تا 2600 درجه تخمین زده شده است.
در این شرایط درجه حرارت در مرکز شعله بین 6000 تا 7000 درجه سانتیگراد می باشد از انرژی گرمائی حاصله در حالت فوق فقط 70% تا 60% در قوس الکتریک مشاهده گردیده که صرف ذوب کردن و عمل جوشکاری شده و بقیه آن یعنی 30% تا 40% بصورت تلفات گرمائی به محیط اطراف منتشر می گردد.
طول قوس شعله Arc length بین 8/0 تا 6/0 قطر الکترود می باشد و تقریباً 90% از قطرات مذاب جدا شده از الکترود به حوضچه مذاب وارد می گردد و 10% باطراف پراکنده می گردد. برای ایجاد قوس الکتریکی با ولتاژ کم بین 40 تا 50 ولت در جریان مستقیم و 60 تا 50 ولت در جریان متناوب احتیاج می باشد ولی در هر دو حالت شدت جریان باید بالا باشد نه ولتاژ

تقسیم بندی فرآیندهای جوشکاری

با در نظر گرفتن تولید و نحوه حرارت و نحوه محافظت محل جوش اتمسفر و سایر مواد می توان هفت گروه زیر را در فر آیند های جوشکاری مجزا نمود.

1- فرآیند های جوشکاری حالت جامد :

فرآیند جوشکاری اصطکاکی Friction welding

فرآیند جوشکاری آهنگری forge welding

فرآیند جوشکاری فشاری Pressure welding

2- فرآیند جوشکاری شیمیایی – حرارتی :

فر آیند جوشکاری با شعله یا گاز gas welding

فر آیند جوشکاری ترمیت Thermit welding

3- فر آیند های جوشکاری مقاومتی:

فر آیند جوشکاری نقطه ای Spot Distance welding

فرآیند جوشکاری نواری Seam resistance و

فرآیند جوشکاری جر قه ای flush welding

4- فرآیند های جوشکاری قوس الکتریکی نپوشیده:

فر آیند جوشکاری قوس الکترود دستی Manual metal – arc welding

و فرآیند جوشکاری الکترود مداوم Automatic metal – arc welding

5- فر آیند جوشکاری قوس الکتریکی پوششی زیر لایه سرباره:

جوشکاری زیر پودری Submerged – arc welding

6- فر آیند های جوشکاری قوس الکتریکی پوشیده شده با گاز:

فر آیند جوشکاری قوس الکترود تنگستن TIG Tungsten –inert gas arc

فر آیند جوشکاری قوس welding

الکترود فلزی محفوظ در گاز Metal inert gas – arc welding (MIG)

فر آیند جوشکاری Co2

7- فر آیند های جوشکاری با انرزی تشعشعی:

فر آیند جوشکاری با اشعه لیزر (LBW) Laser Beam Welding

فر آیند جوشکاری با اشعه الکترونی (EBW) Electron Beam Welding

انواع قوس الکتریکی در جوشکاری

از نظر جوشکاری در نوع قوس الکتریکی بر حسب ذوب الکترود و یا عدم ذوب آن وجود دارد . گر الکترود از جنس کربن یا تنگستن باشد هنگام ایجاد قوس الکتریکی الکترود ذوب نشده و قوس یا الکترود را غیر مصرفی Non consumable می نامند . اما اگر الکترود از جنس فلز با نقطه ذوب پائین تر باشد همزمان با ایجاد قوس الکتریکی انتهای الکترود ذوب شده و قطرات فلز مذاب می تواند از الکترود جدا شده و در فاصله قوس الکتریکی به طرف حوضچه جوش با سرعت زیاد پلاسماجت منتقل شود در این حالت آنرا مصرفی consumable یا قوس الکتریکی فلزی Metal – arc می نامند . چون در روش قوس یا الکترود مصرفی قسمتی از جوش نتیجه ذوب الکترود است . معمولا ترکیب شیمیایی الکترود باید شبیه فلز مورد جوش باشد . در الکترود مصرفی مقداری حرارت مقاومتی در اثر عبور جریان برق در الکترود تولید می شود که در این حرارت باعث بالا رفتن نرخ ذوب الکترود شده و به حوضچه جوش بر می گردد . به همین دلیل مقدار بیشتری از حرارت تولید شده در قوس یا الکترود مصرفی به حوضچه جوش منتقل می شود و راندمان حرارتی در الکترود های غیر مصرفی (60-50 در صد ) کمتر از الکترود های مصرفی (90-75 در صد) است . بالال بودن راندمان حرارتی موجب باریک تر شدن منطقه متاثر از جوش شده واز نظر سرعت جوشکاری و اقتصادی نیز مقرون به صرفه می باشد.

انواع مولد هایی که در جوشکاری از انها بهره می گیریم عبارتند از :

1- ترانسفورماتور : ترانسفور ماتور دارای یک سیم پیچ اولیه و یک سیم پیچ ثانویه و یه هسته است . ما در جوشکاری به ولتاز پائین حدود 10تا 50 ولت و شدت جریان بالا حدود 50تا 400 آمپر نیاز داریم این کار توسط ترانسفور ماتور که با جریان AC کار می کند انجام می گیرد .

2- رکتی فایر : مولدی است که در آن با استفاده از یک سوسازسلینیوم- سیلسیم ، جهت جریان یک سویه یا یک طرفه می شود . زیرا همانطور که می دانیم جهت جریان در جریان متناوب یا AC در کشور ما دارای فر کانس 50 هرتس می باشد .

3- ژنراتور : تولید کننده جریان D.C می باشد .

4- دینام : ژنراتوراست که محور آن توسط یک موتور الکتریکی می گردد و جریان DC می دهد .

5- موتور جوش : ژنراتوری است که محور آن توسط یک موتور الکتریکی می گردد و جریان D.C یا A.C می دهد .

قطب الکترود : Electrode Polarity در جوشکاری با قوس الکتریکی ممکن است از جریان متناوب یا جریان مستقیم با الکترود مثبت یا منفی استفاده شود . انتخاب جریان به روش جوشکاری و نوع الکترود ،اتمسفر و نوع فلزی که جوش داده خواهد شد بستگی دارد . با اکثر فلزات معمولی انتقال فلز از الکترود مصرفی به حوضچه جوش با جریان یکنواخت و الکترود مثبت یکنواخت تر و بهتر انجام می گیرد . هنگامیکه جریان از A.Cبه D.C تغییر می کند پلاریته بسیار مهم است . هنگامیکه دستگره الکترود (انبر ) در قطب منفی ژنراتور و قطعه مثبت بسته شده باشد پلاریته منفی یا مستقیم است . اگر انبر الکترود به قطب مثبت زنراتور و کابل هادی متصل به قطعه به قطب منفی وصل شده باشد پلاریته عکس نامیده می شود .

الکترود :

جنس هسته الکترود :

بطور کلی متریال مورد استفاده در ساخت هسته الکترود را بدو گروه عمده تقسیم می کنند :

الف:گروه آهنی : نظیر فولاد

ب:گروه غیر آهنی : نظیر مس ، آلومینیوم

لازم به توضیح است که در گروه آهنی هم از فولاد های ساده کم کربن بهره می گیرند و هم از فولادهای آلیاژی .

مثلا برای جوشکاری فولاد های ضد زنگ از الکترودهایی استفاده می کنند . که جنس هسته آن از فولاد پر آلیاژ باشد . این الکترودها در بازار به الکترودهای استیل معروفند .

مواد سازنده پوشش الکترود :

الف:سلولز : ترکیب شیمیایی غیر کامل از خمیر چوب که تولید کننده گاز COو H2 می باشد .

ب: اکسید تیتانیوم که نام دیگر آن روتایل است . (Tio2)

ج: اکسید آلومینیوم که نام دیگر آن آلومنیی است . (Al2o3)

د: اکسید آهن .

ه: کربنات آهن – کربنات کلسیم – کربنات منیزیم .

و: فلدسپات (که ترکیبی از آلومنینیم سیلسکات است ) .

ز: بعضی از سیلسکات ها که سرباره ساز هستند .

ح: بعضی از سیلسکات ها که نقش چسب را دارند مثل سیلیکات سدیم و سیلیکات پتاسیم .

ط: فرو آلیاژ ها مثل فرومنگنز و فروسیلیس .

ی: پود آهن از 5 تا 50 درصد .

فرایندهای جوشکاری مقاومتی

در جوشکاری مقاومتی برای ایجاد آمیزش از فشار و گرما هردو استفاده می‌شود.گرما به دلیل مقاومت الکتریکی قطعات کار و تماس آنها در فصل مشترک به وجود می‌آید. پس از رسیدن قطعه به دمای ذوب و خمیری فشار برای آمیخته دو قطعه بکار میرود.در این روش فلز کاملاً ذوب نمی‌شود. گرمای لازم از طریق عبور جریان برق از قطعات بدست می‌آید.روشهای جوشکاری مقاومتی عبارت‌اند از:

· جوش نقطه‌ای

· درز جوشی

· جوش تکمه‌ای

فرایندهای جوشکاری حالت جامد

دسته‌ای از فرایند‌های جوشکاری هستند که در آنها، عمل جوشکاری بدون ذوب شدن لبه‌ها انجام می‌شود. در واقع لبه‌ها تحت فشار با حرارت یا بدون حرارت در همدیگر له می‌شوند. فرایندهای این گروه عبارت‌اند از:

· 1-5-6 جوشکاری اصطکاکی

در این روش به جای استفاده از انرژی الکتریکی برای تولید گرمای مورد نیاز ذوب فلزان از انرژی مکانیکی استفاده می¬گردد. به این ترتیب که یکی از دو قطعه که با سرعت در حال دوران است به قطعه دوم که ثابت نگه داشته شده تماس داده می¬شود ، در اثر اصطکاک بین دو قطعه و تولید حرارت ، محل تماس دو قطعه ذوب شده و لبه‌ها تحت فشار با حرارت در همدیگر له می‌شوند.

· 2-5-6 جوشکاری نفوذی

· 3-5-6 جوشکاری با امواج مافوق صوت

جوشکاری با امواج مافوق صوت

جوشکاری اولتراسونیک پلاستیک ها جوشکاری اولتراسونیک شامل استفاده از انرژی صوتی با فرکانس بالا برای نرم کردن و ذوب کردن ترموپلاستیک ها در منطقه جوش است. قسمت هایی که باید به یکدیگر جوش داده شوند زیر فشار روی هم نگه داشته شده و تحت ارتعاشات اولتراسونیک با فرکانس ۲۰ تا ۴۰ کیلو هرتز قرار می‌‌گیرند. موفقیت جوش به طراحی مناسب اجزا و مناسب بودن موادی که جوش داده می‌‌شوند بستگی دارد. از آنجا که جوشکاری اولتراسونیک بسیار سریع است ( کمتر از ۱ ثانیه ) و قابلیت اتوماسیون دارد به طور وسیع از آن در صنعت استفاده می‌شود. برای تضمین سلامت جوش طراحی مناسب اجزا بخصوص فیکسچرها لازم است. با طراحی مناسب از این روش می‌‌توان در تولید انبوه استفاده کرد.

تجهیزات

یک ماشین جوشکاری اولتراسونیک شامل اجزای زیر است : یک منبع تغذیه، یک مبدل، یک آمپلی فایر تقویت کننده به نام بوستر، یک وسیله تولید صدا یا شیپوره ( horn ) منبع تغذیه فرکانس برق شهر ۵۰-۶۰ هرتز را به ۲۰-۴۰ کیلو هرتز می‌‌رساند. این انرژی به مبدل می‌‌رود و در مبدل دیسک پیزو الکتریک انرژی الکتریکی را به ارتعاش در فرکانس اولتراسونیک تبدیل می‌‌کند. اغلب ماشین های اولتراسونیک در فرکانسی بالاتر از ۲۰ کیلو هرتز کار می‌‌کنند و صدایی تولید می‌‌کنند که گوش انسان قادر به شنیدن آن نیست اما برخی از این ماشینهای (مخصوصا دستگاه های با توان بالا) فرکانسی معادل 15 کیلوهرتز دارند. امواج تولید شده در مبدل به بوستر رفته و دامنه آن تا حد دلخواه افزایش پیدا می‌‌کند و سپس در شیپوره ( که یک وسیله صوتی مکانیکی است) امواج صوتی مستقیماً به قطعه کار منتقل می‌شود. همچنین شیپوره نقش اعمال فشار بر روی قطعه را نیز بر عهده دارد.بعد از انتقال امواج صوت به قطعه کار در منطقه اتصال در اثر اصطکاک زیاد این انرژی تبدیل به گرما شده و باعث نرم شدن و ذوب پلاستیک و به وجود آمدن جوش می‌شود.

جوش گاز

جوش گاز. گروه فرایندهای جوشکاری است که در آن، اتصال با ذوب شدن توسط یک یا چند شعله گاز، با اعمال فشار یا بدون آن، با کاربرد فلز پر کننده یا بدون آن انجام می‌شود.

فرایند جوشکاری با لیزر

در این روش از پرتوی لیزر برای جوشکاری استفاده می‌شود.در جوشکاری لیزری دانسیته انرژی فراهم شده بسیار بیشتر از جوشکاری با قوس آرگون یا با مشعلهای اکسی اسیتیلن است.

از لیزر‌های مختلفی می‌توان برای جوشکاری استفاده کرد مانند لیزر گاز کربنیکی یا لیزر یاقوت ولی باید دقت کرد که انرژی پرتو آنقدر زیاد نباشد که باعث تبخیر فلز شود.

جوشکاری با لیزر

جوشکاری و برشکاری با استفاده از اشعه لیزر از روشهای نوین جوشکاری بوده که در دههای اخیر مورد توجه صنعت قرار گرفته و امروزه به خاطر کیفیت ، سرعت و قابلیت کنترل آن به طور وسیعی در صنعت از آن استفاده می شود .به وسیله متمرکز کردن اشعه لیزر روی فلز یک حوضچه مذاب تشکیل شده و عملیات جوشکاری انجام می شود .
اصول کار و انواع لیزرهای مورد استفاده در جوشکاری :
به طور عمده از دو نوع لیزر در جوشکاری و برشکاری استفاده می شود : لیزرهای جامد مثل Ruby و ND:YAG و لیزرهای گاز مثل لیزر CO۲ . در زیر اصول کار لیزر Ruby که از آن بیشتر در جوشکاری استفاده می شود توضیح داده می شود . این سیستم لیزر از یک کریستال استوانه ای شکل Ruby (Ruby یک نوع اکسید آلومینیوم است که ذرات کرم در آن پخش شده اند . ) تشکیل شده است . دو سر آن کاملا صیقلی و آینه ای شده و در یک سر آن یک سوراخ ریز برای خروج اشعه لیزر وجود دارد . در اطراف این کریستال لامپ گزنون قرار دارد که لامپ فوق برای کار در سرعت حدود ۱۰۰۰ فلاش در ثانیه طراحی شده است . لامپ گزنون با استفاده از یک خازن که حدود ۱۰۰۰ بار در ثانیه شارژ و تخلیه شده فلاش می زند و هنگامی که کریستال Ruby تحت تاثیر این فلاش ها قرار بگیرد اتمهای کرم داخل شبکه کریستالی تحریک شده و در اثر این تحریک امواج نور از خود سطع می کنند و با باز تابش این اشعه ها در سطوح صیقلی و تقویت آنها اشعه لیزر شکل می گیرد . اشعه لیزر شکل گرفته از سوراخ ریز خارج شده و سپس به وسیله یک عدسی بر روی قطعه کار متمرکز شده که بر اثر برخورد انرژی بسیار زیادی در سطح کوچکی آزاد می کند که باعث ذوب و بخار شدن قطعه و انجام عمل ذوب می شود .
محدودیت لیزر Ruby پیوسته نبودن اشعه آن است در حالیکه انرژی خروجی ان بیشتر از لیزر های گاز مانند لیزر CO۲ است که در آنها اشعه حاصله پیوسته است، از لیزر CO۲ بیشتر به منظور برش استفاده می شود و از لیزر ND:YAG بیشتر برای جوشکاری آلومینیوم استفاده میشود .
از انجا که در این روش مقدار اعظمی از انرژی مصرف شده به گرما تبدیل می شود این سیستم باید به یک سیستم خنک کننده مجهز باشد .
در جوشکاری لیزر دو روش عمده برای جوشکاری وجود دارد : یکی حرکت دادن سریع قطعه زیر اشعه است تا که یک جوش پیوسته شکل بگیرد و دیگری که مرسوم تر است جوش دادن باچند سری پرتاب اشعه است .
در جوشکاری لیزر تمامی عملیات ذوب و انجماد در چند میکروثانیه انجام می گیرد و به خاطر کوتاه بودن این زمان هیچ واکنشی بین فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از این رو گاز محافظ لازم ندارد .
طراحی اتصال در جوشکاری لیزر : بهترین طرح اتصال برای این نوع جوشکاری طرح اتصال لب به لب می باشد و با توجه به محدودیت ضخامت در آن می توان ازطرح اتصال های T یا اتصال گوشه نیز استفاده نمود .
مزایای جوشکاری لیزر
- حوضچه مذاب می تواند داخل یک محیط شفاف ایجاد شود ( باعکس روشهای معمولی که همیشه حوضچه مذاب در سطح خارجی آنها ایجاد می شود ) .
- محدوده بسیار وسیعی از مواد را مانند آلیاژها با نقاط ذوب فوق العاده بالا ، مواد غیر همجنس و … را میتوان به یکدیگر جوش داد .
- در این روش میتوان مکان های غیر قابل دسترسی را جوشکاری نمود .
- از آنجا که هیچ الکترودی برای این منظور استفاده نمی شود نیازی به جریانهای بالا برای جوشکاری نیست .
- اشعه لیزر نیاز به هیچگونه گاز محافظ یا محیط خلایی برای عملکرد ندارد .
- به خاطر تمرکز بالای اشعه منطقه HAZ بسیار باریکی در جوش تشکیل میشود .
- جوشکاری لیزر نسبت به سایر روشهای جوشکاری تمیز تر است .
محدودیت ها و معایب جوشکاری لیزر :
سیستم های جوشکاری لیزرنسبت به سایر دستگاههای سنتی جوشکاری بسیار گران هستند و در ضمن لیزرهایی مانند Ruby به خاطر پالسی بودن اکثر آنها از سرعت پیشروی کمی برخوردارند ( ۲۵ تا ۲۵۰ میلیمتر در دقیقه ) . همچنین این نوع جوشکاری دررای عمق نیز می باشد

جوشکاری زیر آب

جوشکاری زیر آب از زمان جنگ جهانی دوم هنگامی که کشتی‌های خسارت دیده باید سریعاً در آب تعمیر می‌شدند به وجود آمد. بیرون آوردن کشتی برای تعمیر کردن آن، هم اکنون هم بسیار هزینه بر است و صرفه اقتصادی ندارد.

بسیاری از مردم جوشکاری زیر آب را بسیار عجیب می‌دانند، چون ماهیت جوشکاری را از آتش می‌دانند.

ولی جوشکاری ماهیت قوس الکتریکی دارد و روشن شدن آن زیر آب کار عجیبی نیست. برای جوشکاری در خشکی، هوا یونیده می‌شود و در آب، بخار آب یونیزه می‌شود.

انواع جوشکاری زیر آب

جوشکاری زیر آب به دو صورت انجام می‌شود:

1. جوشکاری خشک

2. جوشکاری مرطوب.

در روش جوشکاری مرطوب، عملیات جوشکاری در زیر آب اجرا شده و مستقیماً با محیط مرطوب سرو کار دارد. اثرات منفی جوشکاری مرطوب عبارتنداز ترک خوردگی هیدروژنی، افت شدید دما که باعث تغییرات ساختاری و متالورژیکی می شود و همچنین اکسیژن با عناصر آلیاژی ترکیب می شود و اکسید این آلیاژها در آب حل می شوند.
جوشکاری خشک در یک اتاقک در داخل آب انجام می گیرد و داخل اتاقک هوای فشرده وجود دارد که فشار داخل و خارج اتاقک را بالانس می کند. اتاقک ها را دو تکه می سازند و داخل آب، و روی قطعه مورد نظر دو تکه را به هم وصل می کنند. یک لوله رابط بین کشتی و اتاقک است و وسایل مورد نیاز را به وسیله این لوله به اتاقک می فرستند. این روش برای اولین بار در آمریکا انجام گرفت اما چون بسیار پرهزینه و وقت گیر است دانشمندان سعی می کنند مشکلات جوشکاری مرطوب را حل کنند چون سریعتر و ارزانتر است. وسایل ایمنی همان وسایل ایمنی جوشکاری روی خشکی است بعلاوه تجهیزات غواصی.

جوشکاری زیر آب با صنعت نفت و گاز گره خورده‌است

جوشکاری مرطوب:

نام جوشکاری مرطوب حاکی از آن است که جوشکاری که در زیر آب صورت می پذیرد، مستقیماً در معرض محیط مرطوب قرار دارد. در این روش از جوشکاری از نوعی الکترود ویژه استفاده می شود و جوشکاری به صورت دستی درست مانند همان جوشکاری که در فضای بیرون آب انجام می شود، صورت می گیرد. آزادی عملی که جوشکار در حین جوش کاری از این روش دارد، جوشکاری مرطوب را موثر تر و به روشی کارا و از نقطه نظر اقتصادی مقرون به صرفه کرده است. تامین کننده نیرویجوشکاری روی سطح مستقر شده است و توسط کابل ها و شیلنگ ها به غواص یا جوشکار متصل می شود.
در جوشکاری مرطوب MMAجوشکاری قوس فلزی دستی2 دو مشخصه زیر بکار گرفته می شود:
تامین کننده نیرو dc
قطبیت: قطبیت منفی

جوشکاری بیش فشار4(جوشکاری خشک)

جوشکاری بیش فشار در اتاقک های پلمپ شده در اطراف سازه یا قطعه ای که می خواهد جوشکاری شود، استفاده می شود. این اتاقک در یک فشار معمولی پر از گاز می شود (که معمولاً از هلیوم حاوی نیم بار5 اکسیژن است). این جایگاه روی خطوط لوله قرار گرفته و با هوایی مخلوط از هلیو و اکسیژن که قابل تنفس باشد پر شده و در فشاری که جوشکاری آنجا صورت می پذیرد و یا فشاری بیشتر از آن اجرا می شود. در این روش در اتصالات جوش بسیار با کیفیتی ایجاد می شود به طوری که با اشعه ایکس و دیگر تجهیزات لازم ایجاد می شود. فرایند جوشکاری قوس گاز تنگستن در این قسمت بکار گرفته خواهد شد. محوطه زیر جایگاه در معرض آب قرار دارد. بنابراین جوشکاری در محل خشکی صورت گرفته ولی در فشار هیدرو استاتیکی آب دریا که در محیط مجاور آن قرار دارد.

جوش آرگون(TIG)

در جوش آرگون یا تیگ (TIG) برای ایجاد قوس جوشکاری از الکترود تنگستن استفاده می شود که این الکترود برخلاف دیگر فرایندهای جوشکاری حین عملیات جوشکاری مصرف نمی شود.
حین جوشکاری گاز خنثی هوا را از ناحیه جوشکاری بیرون رانده و از اکسیده شدن الکترود جلوگیری
می کند.در جوشکاری تیگ الکترود فقط برای ایجاد قوس بکار برده می شود و خود الکترود در جوش مصرف نمی شود در حالیکه در جوش قوس فلزی الکترود در جوش مصرف می شود. در این نوع جوشکاری از سیم جوش(Filler metal)بعنوان فلز پرکننده استفاده می شود.و سیم جوش شبیه جوشکاری با اشعه اکسی استیلن(MIG/MAG)در جوش تغذیه می شود.

در بین صنعتکاران ایرانی این جوش بانام جوش آلومینیوم شناخته می شود.نامهای تجارتی هلی آرک یا هلی ولد نیز به دلیل معروفیت نام این سازندگان در خصوص ماشینهای جوش تیگ باعث شده بعضا این نوع جوشکاری با نام سازندگان هم شناخته شود. نام جدید این فرایند G.T.A.W و نام آلمانی آن WIG می باشد. همانطور که از نام این فرایند پیداست گاز محافظ آرگون میباشد که ترکیب این گاز با هلیم بیشتر کاربرد دارد.
علت استفاده از هلیم این است که هلیم باعث افزایش توان قوس می شود و به همین دلیل سرعت جوشکاری را میتوان بالا برد و همینطور باعث خروج بهتر گازها از محدوده جوش میشود.
کاربرد جوش آرگون (TIG) در موارد زیر است:
1- فلزات رنگین از قبیل آلومینیوم...نیکل...مس و برنج(مس و روی) است.
2- جوشکاری پاس ریشه در لوله ها و مخازن
3- ورقهای نازک(زیر1mm)

مزایای جوش آرگون(TIG) :

1- بعلت اینکه تزریق فلز پرکننده از خارج قوس صورت میگیرد.اغتشاش در جریان قوس پدید نمی آید.در نتیجه کیفیت فلز جوش بالاتر است.
2- بدلیل عدم وجود سرباره و دود و جرقه ,منطقه قوس و حوضچه مذاب بوضوح قابل رویت است.
3- امکان جوشکاری فلزات رنگین و ورقهای نازک با دقت بسیار زیاد.
انواع الکترودها در جوش آرگون(TIG) :
1- الکترود تنگستن خالص (سبز رنگ)برای جوش آلومینیوم استفاده می شود و حین جوشکاری پت پت می کند.
2- الکترود تنگستن توریم دار که دو نوع دارد الف-1% توریوم دار که قرمز رنگ است ب-2% توریم دار که زرد رنگ می باشد.
3- الکترود تنگستن زیرکونیم دار که علامت مشخصه آن رنگ سفید است.
4- الکترود تنگستن لانتان دار که مشکی رنگ است.
5- الکترود تنگستن سزیم دار که طلایی رنگ است.
این دو نوع آخر جدیدا در بازار آمده اند.
چند نکته در مورد مزایای تنگستن:
1- افزایش عمر الکترود
2- سهولت در خروج الکترونها در جریان DC
3- ثبات و پایداری قوس را بیشتر می کند
4- شروع قوس راحت تر است.
نوع قطبیت مناسب در جوشکاری جوش آرگون TIG :
جریان DCEN برای جوشکاری چدن-مس-برنج-تیتانیوم-انواع فولادها
جریان ACبرای جوشکاری آلومینیوم و منیزیوم و ترکیبات آن

جوشکاری فولادهای ضد زنگ و ضد خوردگی

خصلت اصلی فولادهای استنلس مقاومت در برابر زنگ خوردگی است (داشتن کرم بیش از 12% موید همین مطلب است).نیکل موجود در این فولادها حتی به مقدار زیاد هم نمیتواند به تنهایی مقاومت در برابر خوردگی را زیاد کند.ولی با حضور کرم میتواند تا حد زیادی این وظیفه را بخوبی انجام دهد.مزیت اصلی نیکل تسهیل ایجاد فاز آستنیت و بهبود خاصیت مقاوم به ضربه فولادهای کرم نیکل دار است. مولیبدن شرائط خنثی سازی این فولاد را تثبیت می کند و عموما عامل افزایش مقاومت به خوردگی موضعی(Pitting) است.
به منظور اطمینان از تشکیل کاربیدهای پایدار که باعث افزایش مقاومت به خوردگی بین دانه ای میشود افزودن Ti و Nb به انواع معینی از فولادهای کرم-نیکل دار ضروری است.
فولادهای ضد زنگ
کرم و کربن عناصر اصلی اینگونه از فولادها را تشکیل میدهد. هر چند که مقدار کربن کمتر از 04/0درصد است تاثیر کرم بر استحکام کششی حتی در مقادیر 13 و 17و 20درصد بسیار ناچیز است. در حالیکه در مقادیر زیادتر کربن با عملیات حرارتی مناسب امکان دستیابی به استحکام کششی منایب و عملیات مکانیکی مورد نظر فراهم میشود.
با توجه به ریزساختار فولادهای کرم دار را به شرح زیر میتوان دسته بندی کرد:
الف-فولادهای کرم دار-فریتی(12 تا 18 درصد کرم -1/0درصد کربن)
ب- فولادهای کرم دار-نیمه فریتی(12 تا 14 درصد کرم -08/0 تا 12/0 درصد کربن)
ج-فولادهای کرم دار-مارتنزیتی(12 تا 18 درصد کرم و بیش از 3/0 درصد کربن)
د- فولادهای کرم دار-قابل عملیات حرارتی(12 تا 18 درصد کرم -15/0 تا 20/0 درصد کربن)

این دسته بندی را در مورد جوش پذیری نیز میتوان تکرار کرد.
تحت شرایط حرارتی نامناسب فولادهای فریتی(گروه الف) تمایل به تشکیل دانه های درشت نشان میدهند. انرژی حرارتی ناشی از جوشکاری منجر به رشد دانه بندی میشود که نمیتوان آنرا با پس گرمایش برطرف نمود.در نتیجه کاربید رسوب میکند و در مرز دانه های فریت باعث شکنندگی و کاهش شىیى مقاومت به ضربه فلؤ جوش میشود.برای غلبه بر این حالت باید از الکترود آستنیتی تثبیت شده با 19 درصد کرم و 9 درصد نیکل استفاده نمود.فلز جوشی که بدین ترتیب حاصل میشود دارای خاصیت آستنیتی و مقاومت به ضربه بالا است.فلز جوشی که بدین طریق حاصل میشود از نظر مقاومت به خوردگی مطابق فولددهای ضدزنگ فریتی میباشد اما از نظر ظاهر با فلز مبنا تفاوت رنگ دارد.در صورتیکه اجبار در یکرنگی باشد باید از فیلر متال مشابه( مثلا 18 درصد کرم به همراه کمی Ti)استفاده شود.Tiدر مقادیر جزیی نقش موثر در ریز دانه کردن فلز جوش دارد.
بعلت رابطه گریز ناپذیر بین رشد دانه ها با از دست رفتن استحکام ضربه ای چاره ای جز کاستن از تنش های حرارتی ناشی از عملیات جوشکاری وجود ندارد و برای نیل به این منظور تمهیداتی نظیر الکترود با قطر کم و سرعت جوشکاری بیشتر و پیش گرمایش 200تا 300 درجه سانتیگراد باید به کار رود.
پس گرمایش در حدود 700 تا 800 درجه سانتیگراد خاصیت استحکام به ضربه فلز جوش را بهبود میدهد.
همچنین آنیلینگ(Annealing)به مدت کم نیز باعث تجمع کاربید شده و تا حدی شکنندگی فلز جوش را جبران میکند و همینطور به تنش گیری نیز کمک میکند. ولی هرگز باعث رفع کامل درشت دانگی HAZنمیشود.
اقدامات مشابهی حین جوشکاری فولادهای نیمه فریتی و کوئنچ تمر شده با 12 تا 14 درصد کربن (دسته ب ) نیز ضروری است. میدانیم که سرد کردن سریع باعث تشکیل فاز شکننده مارتنزیتی میشود لذا ضرورت دارد که درجه حرارت قطعه حین انجام جوش بالا نگهداشته شود. قطعه کار ابتدا 300 تا 350 درجه پیش گرم میشود.درجه حرارت بین پاسی(Inter pass) 300 درجه مناسب است و از این کمتر نباید شود.ضمنا قطعه کار باید بلافاصله در دمای 700 تا 760 درجه پس گرم شود.این سیکل حرارتی در مجموع باعث ایجاد فلز جوشی با ساختار یکنواخت و چقرمه در کل طول درز جوش مسشود و خطر شکنندگی و رشد دانه ها را تا حدود زیادی مرتفع میکند.
فولادهای کرم دار مارتنزیتی (دسته ج)معمولا قابل جوش نیستند و صرفا به منظور تعمیر و اصلاح عیوب جوشکاری بر روی آنها انجام میپذیرد. برای جوشکاری فولادهای کرم دار با 12 تا 14 درصد کرم مقدار کربن در فیلر متال نباید از 25/0درصد تجاوز کند.این نوع فولاد در هوا سخت میشود.از اینرو هیچ اقدام پیشگیرانه موثری به منظور غلبه بر سخت شده HAZوجود ندارد.اما با اعمال پیش گرم زیاد که با پس گرم بلافاصله قطعه همراه باشد میتوان تاحدودی مشکل را برطرف کرد و سختی نامطلوب را در حد پایینی نگاه داشت.دمای پس گرم 750 تا 800 توصیه میشود و کمتر از این دما ممکن است باعث تاثسر منفی در مقاومت به خوردگی شود.
آنیلینگ در حرارتی بین650 تا 650 درجه ممکن است باعث رسوب کاربید و بروز خوردگی بین دانه ای شود.
فولادهای مقاوم به خوردگی
فولادهای آستنیتی مقاوم به خوردگی کرم-نیکل دار عموما دارای خواش جوشکاری مطلوبی هستند(جوش پذیرند). اما خصوصیاتی چند از این فلزات باید مدنظر قرار گیرد.
الف-ضریب هدایت حرارتی کم.
ب- ضریب انبساط حرارتی زیاد.
ج-سرشت انجماد اولیه این نوع فولادها که تاثیر مهم و تعیین کننده ای بر مکانیزم وقوع ترگ گرم در آنها دارد.وجود مقدار مشخصی از فریت در فلز جوش بیانگر مقاومت ـن به ترک گرم است.
به کمک نمودار شفلر-دولانگ امکان تعیین ریز ساختار بر اساس ترکیبات فلز جوش ممکن است.
نمودار شفلر-دولانگ کمکی عملی در تعیین مقدار تقریبی فریت(فریت دلتا)و سرشت ریز ساختار تشکیل شده حین جوشکاری فولادهای آلیازی غیر همجنس اراوه میدهد.علاوه بر این برآوردی کلی از تاثیرات مقادیر کم فریت بر مقاومت به ترک گرم فلز جوش آستنیتی را مقدور میسازد.تجربه ثابت کرده که روشهای متفاوت تعیین درصد فریت عملا مساله ساز است و طبق توافق جهانی به جای درصد فریت تعداد فریت را مبنا و ماخذ محاسبات قرار میدهند .
فولادهای مقاوم به حرارت
الف-فولادهای فریتی یا فولادهای فریتی-پرلیتی از نوع (Cr یا Cr-Si و Cr-Si-Al) و فولدهای فریتی-آستنیتی
ب-فولادهای مقاوم به حرارت از نوع آستنیتی از نوع Cr-Ni-Si
در حالیکه در جوشکاری قطعات فولادی از نوع آستنیتی با الکترودها ی همجنس آن پیشگرم قطعه ضرورتی ندارد فولادهای مقاوم به حرارت از نوع فریتی کرم دار را معمولا 100 تا 300 درجه پیش گرم و در 750 درجه هم پس گرم و آنیل میکنند.علت اینکار هم غلبه بر درشت دانگی و تمایل به ترد شدن HAZ است.
قطعات ریختگی از جنش فریت_آستنیت را باید در حالت گرم 700تا800 درجه جوش داد و اجازه داد که به تدریج سرد گردد.
جوشکاری فولادهای فریتی و فریتی-پرلیتی با الکترودهای هم جنس قطعه کار کاهش در استحکام ضربه ضربه ای فلز جوش را نشان میدهد لذا پیشنهاد میشود این نوع فولادها را باالکترودهای آستنیتی مقاوم به حرارت جوش داد.در این حالت نیز باید توجه داشت که مقاومت به حرارت فلز جوش آستنیتی در محیط احتراق با گازهای اکسید کننده با هوا تقویت میشود و طبیعتا این مقاومت به حرارت در محیط گازهای احیا کننده به مقدار زیادی کاهش می یابد برای غلبه بر محیط احتراق با مقدار زیاد گاز گوگرد استفاده از الکترودهایی با کرم زیاد توصیه میگردد.