بررسی کمیت و کیفیت جوش زیرپودری (SAW)

بررسی کمیت و کیفیت جوش زیرپودری (SAW) یکی از روش‌هایی که در کشورهای پیشرفته جایگزین روش‌های دستی شده است، روش جوشکاری زیر پودری است. فرآیندی است که در آن قوس تحت پوشش فلاکس یا پودر مخصوص مخفی می‌شود. لذا این روش را به اصطلاح Submerge Arc Weling و به اختصار SAW می‌خوانند.

در این فرآیند پودر جوش در پیشاپیش قوس ریخته شده و پس از جوشکاری و انجماد جوش قسمتی از آن که ذوب شده است توسط دستگاه یا به صورت دستی جمع می‌شود و بخشی از آن که ذوب شده، به صورت قشر شیشه‌ای سرباره به روی جوش باقی می‌ماندکه توسط چکش به صورت لایه‌ای از روی جوش جدا می‌گردد.

جوشکاری زیرپودری SAW) یا(Submerged Arc Welding :

اصول فرآیند جوشکاری زیر پودری :

جوشکاری قوس – زیرپودری فرآیندی است که در آن قوس تحت پوشش فلاکس یا پودر مخصوص مخفی ‌شود. در این فرآیند، قوس الکتریکی بین سیم‌جوش و قطعه کار در زیر پودر مخصوص جوشکاری تشکیل شده و حوضچه جوش را به وجود می‌آورد. قطرات مذاب سیم‌جوش و حوضچه جوش توسط پودر جوش (فلاکس) از اتمسفر محیط محافظت می‌شود.

جریان الکتریکی حاصل از منبع قدرت (جریان مستقیم یا متناوب) از طریق سیم‌جوش به قوس و قطعه کار هدایت می‌شود. حرارت حاصل از قوس الکتریکی باعث ذوب سیم‌جوش مصرفی به طور خودکار مداوم از طریق یک سیستم مکانیکی به محل ذوب تغذیه شده و پس از ذوب در سرتاسر محل اتصال رسوب داده می‌شود.

موضع جوش (قوس الکتریکی و حوضچه جوش) کاملاً توسط پودر جوش پوشانده می‌شود. پودر جوش در پیشاپیش قوس ریخته شده پس از جوشکاری و انجماد جوش، قسمتی از آن که ذوب نشده است، جمع‌آوری شده و مجدداً استفاده می‌شود.

در اثنای جوشکاری بخشی از پودر ذوب شده و به صورت سرباره بر روی جوش باقی می‌ماند که پس از انجماد از روی جوش جدا می‌شود. جوشکاری زیر پودری معمولاً با آمپر نسبتاً بالا (حدود 40-30 آمپر در میلی‌متر مربع به ازاء هر میلی متر سطح مقطع سیم جوش) صورت می‌گیرد که منجر به نرخ رسوبی بالاتر و عمق نفوذ بیشتر در مقایسه با دیگر روش‌های جوشکاری می‌شود. شدت جریان بالا و عمق نفوذ زیاد در این روش، لزوم پخ زدن ورق‌های با ضخامت کمتر از 8 میلی‌متر با جوش یک طرفه و کمتر از 16 میلی‌متر با جوش دو طرفه را منتفی می‌سازد. در فرآیند جوشکاری زیرپودری حوضچه جوش نسبتاً حجیم بوده و فلز مذاب روان می‌باشد.

در نتیجه در مواردی که عمق نفوذ کامل است، برای جلوگیری از جاری شدن مذاب به پشت درز جوش لازم است از تکیه گاه یا جوش پشتی(weld backing) استفاده شود.

تجهیزات :

جوشکاری زیر پودری هم با جریان مستقیم و هم با جریان متناوب قابل انجام می‌باشد. بنابراین منبع جریان آن نظیر جوشکاری قوس الکتریکی دستی می‌تواند ژنراتور، یکسوساز یا ترانسفورماتور باشد. جوشکاری با جریان مستقیم مرسوم‌تر بوده و بسته به نوع کاربرد روش (نفوذ زیاد و یا رسوب جوش زیاد) سیم‌جوش به قطب منفی یا مثبت متصل می‌شود.

منحنی مشخصه ولت- آمپر معمولاً از نوع سراشیبی می‌باشند. برای به دست آوردن جوش با کیفیت مورد قبول لازم است که جریان و ولتاژ (در نتیجه طول قوس) در حین جوشکاری ثابت باشند. بنابراین طول قوس باید در طول مسیر جوشکاری تنظیم شود این تنظیم یا به صورت دستی بوده یا در دستگاه‌های با منحنی مشخصه ولت – آمپر از نوع سراشیبی ضعیف به صورت خود تنظیمی (Self-adjusting) صورت می‌گیرد.

در دستگاه‌های با منحنی مشخصه سراشیبی تند، از یک سیستم جنبی کنترل کننده (Regulator) برای حفظ طول قوس استفاده می‌شود که مدار آن در شکل زیر نشان داده شده است. در این سیستم، یک ژنراتور تنظیم کننده همراه با موتور تغذیه سیم‌جوش به طور سری در مدار قرار می‌گیرد. ولتاژ ژنراتور تنظیم کننده ثابت نگه داشته می‌شود. در حین جوشکاری چنانچه تغییری در طول قوس به واسطه برآمدگی یا فرو رفتگی در مسیر جوشکاری حاصل می‌شود، سرعت تغذیه سیم‌جوش کم یا زیاد شده و تغییرات مربوطه را جبران می‌کند.

اجزای اصلی دستگاه جوشکاری زیرپودری:

1- منبع جریان
2- سیم‌جوش و سیستم تغذیه آن
3- پودر و سیستم تغذیه آن
4- سیستم محرکه برای حرکت انتقالی ماشین جوش در حین جوشکاری
5- سیستم‌های تنظیم و کنترل برای ولتاژ، آمپر و سرعت پیشروی جوشکاری تشکیل شده است.

نقش پودرهای جوشکاری :

پودرهای جوشکاری، مواد معدنی دانه‌بندی شده و قابل ذوبی هستند که در جوشکاری قوس- زیرپودری نقشی به شرح ذیل (همانند روپوش الکترود در جوشکاری قوس الکتریکی) ایفا می‌کنند.
الف- تسهیل در روشن شدن و تثبیت قوس: با بهود در رسانایی قوس.
ب- تشکیل پوشش سرباره: برای محافظت هنگام انتقال قطرات فلز مذاب و حوضچه جوش، همچنین شکل‌دهی گرده جوش و کاهش در سرعت خنک شدن.
ج- تأثیر متالوژیکی بر فلز جوش: توسط واکنش بین فلز جوش، پودر و گاز در فضای قوس.
د- اکسیژن‌زدایی و آلیاژسازی: با افزودن عوامل اکسیژن‌زدا، و در صورت لزوم عناصل آلیاژی از قبیل Cr، Mo و Ni به پودر.

تولید پودرهای جوشکاری قوس- زیرپودری :

پودرهای جوشکاری قوس- زیرپودری، بر اساس فرآیند تولیدشان به گروه‌های زیر تقسیم می‌شوند:
الف- پودرهای جوشکاری پیش ذوب شده Prefused Flux
ب- پودرهای جوشکاری آلگومره شده Bonded Flux
ج- پودرهای جوشکاری زینتر شده
Agglomerated Flux (1- پودرهای جوشکاری پیش ذوب شده توسط ذوب کردن مخلوطی از مواد اولیه که کاملاً آسیاب شده‌اند به دست می‌آیند.

محصول ذوب شده تحت فرآیند سرد کردن سنگ‌شکنی و الک کردن قرار گرفته و به دانه‌بندی مطلوب می‌رسد. چگالی حجمی و مصرف این پودرها بیشتر است. پودرهای پیش ذوب شده دارای این مزیت هستند که رطوبت در آنها به صورت شیمیایی ترکیب نشده و فقط توسط سطح دانه‌ها جذب می‌گردد.

این حالت را می‌توان به سرعت و با خشک کردن مجدد در دمای تقریبی 150 مرتفع ساخت.
2- پودرهای جوشکاری آلگومره شده با اختلاط خشک چند ماده خام که کاملاً آسیاب شده‌اند، تولید می‌شود.

مواد چسبنده از قبیل سیلیکاتهای سدیم و پتاسیم به مخلوط اضافه شده و خمیر مخلوط برای تشکیل دانه‌های کوچک، آلگومره می‌شود.

سپس این پودر در دمای 800-600 پخته می‌شود. چون دامنه دمای پخت زیر دمای واکنش مواد است، امکان استفاده از اکسیژن‌زداها و فرو‌آلیاژها وجود دارد. علیرغم بالاترین هزینه تولید پودرهای جوشکاری آلگومره شده، مقدار مصرف این پودر در حین جوشکاری به دلیل چگالی حجمی کمتر، پایین‌تر است.

3- پودرهای جوشکاری زنیتر شده از طریق مخلوط کردن مواد اولیه و زنیتر کردن در درجه حرارت بالا تهیه می‌شود.

پودرهای جوشکاری قوسی زیرپودری طبق استاندارد DIN EN 760 بر اساس ترکیبات معدنی آنها در گروه‌های زیر دسته‌بندی شده‌اند:

جدول (1)- پودرهای جوشکاری قوسی زیرپودری توصیه‌هایی در مورد انبار کردن پودرهای جوشکاری : پودرهای جوشکاری، به دلیل ترکیب معدنی و روش تولید نسبت به رطوبت حساس می‌باشند. پودرهای آلگومره شده، مخلوطی به هم چسبیده از مواد خام کاملاً آسیاب شده‌ای هستند که نسبت به پودرهای پیش ذوب شده، از تمایل بیشتری برای جذب رطوبت هوا برخوردارند. این خصوصیت می‌تواند امکان انبار کردن آنان را برای مدت‌های طولانی شدیداً تحت تأثیر قرار دهد. به منظور اجتناب از ایجاد اشکال در جوش، باید پودرهای مرطوب را قبل از استفاده مجدداً خشک نمود. 

(3) مزایای روش جوشکاری قوس- زیرپودری :

1- ورق‌هایی با ضخامت کمتر از 32 میلی‌متر را می‌توان بدون پخ‌سازی لبه‌ها جوش داد. در صورت نیاز نیز از زاویه پخ کوچکتری که فلز جوش کمتری لازم دارد می‌توان استفاده کرد.

2- به علت قوس مخفی محافظت ویژه برای جلوگیری از اشعه‌های مضر لزومی نداشته و ضمناً جرقه کمتری تولید می‌شود.

3- سرعت پیشرفت و نرخ رسوب نسبتاً بالاست. در نتیجه، برای جوشکاری ورق‌های تخت، استوانه و یا نظر آنها با هر ضخامت قابل استفاده است.

4- با تغییرات جزئی برای عملیات سخت کردن سطحی قابل کاربرد است.

5- خواص اکسیژن‌زدایی و تمیز کاری پودر موجب تولید جوش با ظاهر تمیز و خواص مکانیکی خوب می‌شود.

6- برای فولادهای غیرآلیاژی می‌توان از الکترود کم کربن ارزان استفاده کرد و به طور کلی هزینه جوشکاری پایین است.

7- به دلایل حفاظت سطحی توسط فلاکس، امکان استفاده در محیط‌های بادخیز وجود دارد.

معایب روش جوشکاری قوس – زیرپودری :

1- احتیاج به نگهداری پودر بر روی موضع جوش است. در بعضی اتصالات نیاز به ورق‌های پشتی یا رینگ‌های خاصی ندارد.

2- ایجاد خلل و فرج در جوش به دلیل حضور مواد ناخالصی در پودر.

3- فاصله در اتصال باید هموژن و همگن بوده و زنگ زده، پوسته پوسته و یا حاوی ناخالصی‌های دیگر نباشد تا کیفیت جوش خوب و مطلوب گردد.

4- عدم جدایش سریع سرباره و بخصوص در جوش چند پاسه منجر به ایجاد ذرات حبس شده Slag inclusion در جوش می‌شود.

5- این روش معمولاً برای جوشکاری صفحاتی با ضخامت کمتر از 5/4 میلی‌متر چندان مناسب نیست.

6- مخفی بودن قوس، کنترل محل دقیق جوش را مشکل می‌کند. که معمولاً برای تنظیم حرکت سر دستگاه جوش از راهنما استفاده می‌شود. این راهنما می‌تواند یک ریل ساده و یا چشم الکتریکی باشد.

 (4)کاربرد جوشکاری زیر پودری :

فرآیند جوشکاری زیرپودری عمدتاً جوشکاری با نرخ رسوب بالا و یا جوشکاری با نفوذ زیاد در سازه‌های بزرگ فولادی که مساعد برای جوشکاری اتوماتیک می‌باشند به کار می‌رود. در برخی موارد جوشکاری فولادهای زنگ نزن نیز توسط این روش صورت می‌گیرد. در صنعت کشتی‌سازی و ساخت مخازن ذخیره و تحت فشار از این روش به صورت گسترده‌ای استفاده می‌شود.

]2[ کار عملی و مشاهدات هدف از انجام آزمایش :

1- بررسی شکل جوش (عرض و شکل گرده) در هر آزمایش و مقایسه آنها با یکدیگر.

2- بررسی ضخامت سرباره حاصل از هر آزمایش و مقایسه آنها با یکدیگر.

وسایل و ابزار مورد نیاز جهت انجام آزمایش:

1- دستگاه جوش زیرپودری و ملحقات آن

2- نبشی 8 از جنس فولاد ساده کربنی St35 3- پودر جوش (فلاکس) و سیم جوش مناسب برای جوشکاری فولاد ساده کربنی

4- لباس کار- دستکش – انبر جوشکاری – چکش گل زن- برس سیمی روش آزمایش: جهت انجام آزمایش، عمل جوشکاری بر روی بال تیرآهن به صورت سطحی با سرعت جوشکاری متوسط صورت می‌پذیرد. با توجه به اینکه ورق‌های مورد استفاده ضخیم نیستند، بنابراین از آمپر ثابت استفاده می‌نماییم. همچنین فلاک‌های مورد استفاده از جنس قلیایی بوده و دارای سایز mm6/1 -2/0 می‌باشند. بنابراین پس از آماده سازی دستگاه و تنظیم کالسکه و نور لیزر عمل جوشکاری با سرعت مناسبی انجام می‌پذیرد. مشاهده می‌شود که جوشکاری با این روش، کیفیت مطلوبی را به شکل ظاهری جوش می‌دهد و جوش اجرا شده دارای گرده و پهنا و مناسب، جداییش آسان سرباره، سطح براق جوش، نرخ رسوب نسبتاً بالا، عمق نفوذ جوش خیلی بالا و ... است. لازم به یادآوری است که در این آزمایش بازه آمپر 245-238، بازه ولتاژ 5/30-9/28 و سرعت کالسکه می‌باشد.

نتیجه گیری:

1- افزایش شدت جریان رابطه مستقیم با عمق نفوذ جوش دارد و هر چه شدت جریان کم باشد جوشی کم عمق و کم نفوذ ایجاد می‌شود. همچنین جریان DCEN عمق نفوذ بیشتری نسبت به DCEP دارد.

2- در این فرآیند جوشکاری زیرپودری عمق نفوذ جوش بسیار بالاست که علت آن بالا بودن Heat input می‌باشد. به علاوه می‌توان آن را به پودر نسبت داد، زیرا در این فرآیند پودر به صورت عایق عمل می‌کند.

مراجع و منابع:

1- جزوه آزمایشگاه متالورژی – دکتر حامد ثابت

2- تکنولوژی و متالورژی جوشکاری- دکتر حامد ثابت – تابستان 1386

3- راهنمای فنی محصولات تولیدی شرکت آما- هیئت تحریریه شرکت صنعتی آما- 1386

4- تکنولوژی جوشکاری- امیر حسین کوکبی- انتشارات آزاده و جامعه ریختگران- 1374

/ 0 نظر / 18 بازدید