هرهفته شنبه ها - سال سیزدهم

پرتیراژترین نشریه صنعت ساختمان

نشریه شماره   166   دوهفته نامه آرشیو PDF پیام ساختمان

فرآیند جوشکاری الکترواسلگ

امیر ادریسی*

فرآيند جوشکاری الکترواسلگ (ESW) به‌عنوان روشی جهت اتصال مقاطع خيلی ضخيم (بالای 15 میلی‌متر) در موقعیت عمود یا نزدیک به عمود به صورت جوش سر بالا شناخته می‌شود و جوشکاری مقاطع غیرقابل‌دسترسی که با فرآيندهای جوشکاری قوسی معمولی امکان جوشکاری آن غیرممکن و يا به سختی امکان‌پذير است را فراهم می‌نماید.

شرح فرآیند

در فرآیند جوشکاری سرباره الکتریکی قطعات با جنس فولاد کربنی به گونه‌ای مونتاژ می‌گردند تا با ایجاد فضای خالی در محل اتصال بتوان با عبور نازل مصرفی به صورت سر بالا (Vertical Up) جوشکاری کرد. این فضا با استفاده از کفشک‌های نگهدارنده مسی به صورت موقت و یا به وسیله فلز پایه ایجاد می‌شود که به صورت پشت بند (Backing) عمل می‌کند و به عنوان نگهدارنده حوضچه مذاب، کناره‌های آن در جریان عملیات جوشکاری ذوب‌شده و به دو قطعه متصل می‌شود.

در ابتدا مفتول الکترود به همراه نازل تا انتها وارد درز بين دو قطعه می‌شود. سپس با برقراری قوس الکتريکی بين نوک مفتول الکترود و انتهای درز اتصال عملیات جوشکاری شروع می‌گردد. جريان جوشکاری از درون مفتول الکترود و نازل مصرفی عبور می‌کند که در اثر حرارت ناشی از قوس الکتريکی، پودری که در ابتدا در فضای خالی محل اتصال افزوده شده بود ذوب می‌شود و به سرعت يک لايه سرباره مذاب ايجاد می‌کند. پس از ایجاد مذاب سرباره، قوس الکتريکی قطع می‌شود و جريان جوشکاری از الکترود به درون سرباره مذاب هدايت می‌شود. حرارت مورد نياز جوشکاری به وسيله مقاومت الکتريکی سرباره مذاب که جريان جوشکاری از آن عبور می‌کند به وجود می‌آيد.

مذاب فلز که از مجموع سیم‌جوش و نازل مصرفی و فلز پایه تشکیل‌شده با پيشرفت جوشکاری، به سمت بالا حرکت می‌کند و منجمد می‌شود. همواره فلز جوش مذاب روی فلز جوش جامد و روی آنان نیز سر باره مذاب وجود دارد و اين عمل به طور مستمر ادامه می‌يابد تا تمامی فضای خالی محل اتصال توسط فلز جوش پر شود و جوشکاری به اتمام رسد.

مزایای روش الکترواسلگ

* فراهم نمودن امکان جوشکاری تمام سطوح باکس و استیفنرهای داخل

* فرآیند جوشکاری کاملاً اتوماتیک با حداقل میزان خستگی اپراتور

* عدم نیاز به پخ زنی و لبه‌سازی استیفنر برای تمامی ضخامت‌ها

* جوشکاری با حداقل میزان تابیدگی و تنش پسماند در قطعه

* جوشکاری سریع و در حداقل زمان ممکن به صورت سربالا

* نرخ رسوب بالا و حداکثر تا حدود 20 کیلوگرم در ساعت

* هزینه تمام‌شده نهایی کمتر نسبت به سایر روش‌ها

* ایجاد جوش با نفوذ کامل (CJP) تنها در یک پاس

* کیفیت بالای جوش با حداقل میزان عیوب جوش

* عدم نیاز به حرکت قطعه حین کار

* عدم وجود پاشش مذاب ، صدا و دود

* تولید کلیه تجهیزات و مواد مصرفی در داخل کشور و

امکان بهره‌گیری سریع از آموزش، خدمات و تأمین قطعات آن.

پارامترها و متغیرهای جوشکاری

شدت جريان (آمپر): شدت جريان جوشکاری متناسب با سرعت تغذيه سيم می‌باشد. این مقدار باید در محدوده 400 تا 800 آمپر وDCEP باشد. افزايش شدت جريان منجر به افزايش سرعت تغذيه سيم و در نتيجه افزايش نرخ رسوب می‌شود.

ولتاژ (ولت): ولتاژ جوشکاری تأثیرات بسیار مهمی دارد. افزایش ولتاژ باعث افزایش نفوذ جوش و کاهش ولتاژ باعث ایجاد عیب ذوب ناقص می‌شود و ولتاژ بیش از حد نیز باعث ناپايدار شدن حوضچه و پاشش مذاب می‌گردد. معمولاً ولتاژ در محدوده 30 تا 55 ولت انتخاب می‌شود.

فاصله بين دو قطعه کار: فاصله بين دو قطعه کار برای ایجاد فاصله مورد نیاز برای عبور نازل و همچنین ایجاد فضای کافی جهت تشکیل و حرکت سرباره شکل می‌گیرد که معمولاً بین mm 30-20 است. زياد بودن فاصله باعث افزایش مصرف الکترود و احتمال عيب عدم ذوب می‌گردد.

بازرسی و عيوب جوشکاری الکترواسلگ

انجام تست غیرمخرب با روش فرا صوتی یا آلتراسونیک انجام می‌پذیرد و جوش ایجادشده با فرآيند الکترواسلگ در شرايط مناسب دارای کيفيت بسيار خوب و بدون نا‌پيوستگی می‌باشد. زمانی که وضعيت جوشکاری نامناسب باشد ایجاد عیب نیز در این روش مانند سایر روش‌ها اجتناب‌ناپذیر است که با تمهیداتی می‌توان از بروز آن جلوگیری کرد.

عیب ذوب ناقص (Lack Of Fusion) از عمده‌ترین عیوب احتمالی این روش می‌باشد که بی‌توجهی به آن تأثیر منفی زیادی بر روی کیفیت جوش می‌گذارد. یکی از دلایل افزایش احتمال بروز این عیب، عدم تأمین میزان ولتاژ جوشکاری توسط منبع تغذیه است که استفاده از منابع مناسب از اولویت‌های اجرای این روش می‌باشد.

طراحی اتصال

طرح اتصال در اين فرآيند به طور کلی به صورت سربه‌سر يا سپری با شيار مربعی می‌باشد.

کاربرد در صنایع

این فرآیند در صنايع ریلی و راه‌آهن، ماشين‌سازی، مخازن تحت فشار، کشتی‌سازی، ريخته‌گری، پل‌سازی، صنایع سازه‌های فلزی و ... کاربرد دارد. اين روش در صنایع سازه‌های فلزی و در ساخت باکس‌های ساختمانی و اتصال استيفنرهای داخل ستون کاربرد فراوانی دارد و در کشور ما نیز استفاده از آن روبه افزایش است. با توجه به استاندارد. 2006 AWS D1.1 بند 3.2.2 و تهیه WPS و PQR استفاده از این فرآیند در ساخت سازه‌های فلزی بلامانع می‌باشد.

همواره تولیدکنندگان سازه فلزی در ساخت باکس‌های ساختمانی به صورت سنتی با مشکلات عدیده‌ای روبه رو هستند که این مسایل در جوشکاری اتصال ورق استیفنر به وجه چهارم ستون نمایان است. هم اکنون با ظهور پدیده اتوماسیون جوشکاری و به‌کارگیری روش جوشکاری الکترواسلگ در ساخت و مونتاژ مقاطع مربعی شکل، این مشکل مرتفع گردیده و امکان جوشکاری تمامی سطوح باکس و استیفنرها که پیش از این میسر نبود، فراهم شده است و حذف جوش‌های سر به سر ورق وجه چهارم (مطابق با روش سنتی ساخت باکس) را در بر داشته است.

استفاده از این روش در ساخت سازه‌های فلزی و باکس‌های ساختمانی باعث صرفه‌جویی اقتصادی،‌ کاهش هزینه‌های تولید، ‌افزایش حجم، کیفیت و سرعت تولید، کاهش اتلاف زمان مفید کاری، کاهش میزان خستگی اپراتور و بهبود محیط کارگاهی شده است.

تجهیزات و مواد مصرفی جوشکاری

بوم و ستون و هد جوشکاري : بوم و ستون باید ساختار فلزی مستحکم و حرکتی روان با دقتی بالا داشته باشد و دارای سرعت حرکتی قابل قبولی باشد و در آن موتورها، چرخ‌دنده‌ها، تجهیزات الکترونیکی و دیگر قطعات باکیفیت بالا به‌کاررفته باشد و هد جوشکاري نیز که تعداد آن می‌تواند متفاوت باشد توانایی عبور سیم‌جوش به قطر 1.6 میلمتر تا 4.0 را داشته باشد.

منبع تغذیه : منابع تغذیه جوش الکترواسلگ (ESW) شباهت زیادی به منابع تغذیه جوش زیر پودری (SAW) دارند، خریداران بایستی به این نکته توجه داشته باشند که منابع تغذیه مخصوص جوشکاری الکترواسلگ بایستی دارای خروجی DCEP و منحنی مشخصه آمپرـ ولتاژ CV باشند. همچنین بایستی توانایی تأمین شدت جریان جوشکاری را در محدوده 400 تا 800 آمپر با دوره کاری 100 درصد و تأمین ولتاژ جوشکاری در محدوده 30 تا 55 ولت را داشته باشد. در صورتی که منبع تغذیه جوشکاری توانایی تأمین ولتاژ جوشکاری به میزان کافی را نداشته باشد، احتمال بروز عیب ذوب ناقص (LOF) در محل اتصال افزایش می‌یابد.

نازل مصرفی : وظيفه اصلی نازل، هدايت الکترود به انتهای درز بين دو قطعه و هدايت جريان الکتريکی و همچنین افزایش میزان حجم رسوب ذوب می‌باشد. جنس نازل و روکش بايستی به نحوی باشد که پس از ذوب شدن از لحاظ متالورژيکی با فلز جوش و سرباره همخوانی داشته باشد. نازل مصرفی نیز در قطرهای mm 12- 8 موجود می‌باشد.

فلاکس (پودر) : فلاکس علاوه بر محافظت از حوضچه مذاب نقش‌ ایجاد مقاومت الکتريکی جهت تأمین حرارت مورد نياز جوشکاری را دارا بوده و مقدار مصرف آن در این جوشکاری بسیار ناچیز است. ميزان هدايت الکتريکی و سیالیت سرباره مذاب از عوامل تأثیرگذار می‌باشند.

مفتول الکترود یا سیم‌جوش : سیم جوش‌های زیر پودری را می‌توان به کار برد که سیم‌ 2/ 3 بیشترین کاربرد را دارد.

*کارشناس فنی جوش شرکت صنایع جوش و برش کارا