اشکالات رایج در جوشکاری الکترود (SMAW) و روش‌های رفع آنها / بخش اول

1402/12/08 |

0

جوشکاری قوس فلزی دستی که به قوس فلزی محافظ (SMAW) هم معروف است، یک فرآیند جوشکاری پرکاربرد و شامل استفاده از یک الکترود روکش‌دار برای ایجاد قوس الکتریکی است. این قوس گرمای لازم را برای ذوب الکترود و فلز پایه ایجاد می‌کند و اتصال جوش را تشکیل می‌دهد. این جوشکاری که خیلی تطبیق پذیر و مناسب موقعیت‌های مختلف است، در صنایع برای طیف وسیعی از کاربردها مثل ساخت و ساز، و تعمیر مناسب است.

در این نوشتار به جنبه‌های مختلف کیفیت جوش قوس فلزی دستی خواهیم پرداخت.

در دنیای جوشکاری با قوس فلزی دستی، ممکن است در طول فرآیند جوشکاری مسائل خاصی ایجاد شود و یکپارچگی و زیبایی شناسی جوش را به خطر بیندازد:

۱. پاشش جوش

پاشش جوش به قطرات کوچک فلز مذاب گفته می‌شود که در طی فرآیند جوشکاری پرتاب می‌شوند و روی سطوح اطراف فرود می‌آیند. در حالی که پاشش جوش مستقیماً بر یکپارچگی ساختاری جوش تأثیر نمی‌گذارد، پیامدهای قابل توجهی برای ظاهر و کیفیت کلی جوش تمام شده دارد. وجود پاشش می‌تواند جذابیت زیبایی شناسی جوش را کم کند، در حالیکه این امر به ویژه برای کاربردهایی که در آنها ظاهر جوش عامل مهمی است، مثل پروژه‌های جوشکاری معماری یا تزئینی، اهمیت دارد.

علل پاشش جوش

• جریان بیش از حد بالا: اگر جریان جوشکاری بیش از حد بالا تنظیم شود، می‌تواند منجر به تشکیل پاشش بیش از حد شود. چون افزایش جریان منجر به قوس شدیدتر و باعث دفع بیشتر فلز مذاب می‌شود.
• طول قوس بلند: حفظ طول قوس بیش از حد طولانی بین الکترود و قطعه کار هم می‌تواند به پاشش جوش کمک کند. هرچه قوس طولانی‌تر باشد، قطرات فلز مذاب قبل از رسیدن به حوضچه جوش، مسافت بیشتری را طی می‌کنند و احتمال تشکیل پاشش افزایش می‌یابد.
• دمش یا ضربه قوس: ضربه قوسی وضعیتی است که با جوشکاری جریان مستقیم همراه است که در آن قوس الکتریکی در اثر نیروهای مغناطیسی از حوضچه جوش مورد نظر منحرف می‌شود. ضربه قوس می‌تواند باعث حرکت نامنظم قوس و در نتیجه تشکیل پاشش شود.

تاثیر بر هزینه‌های نظافت و خدمات تکمیل ثانویه

وجود پاشش جوش نیاز به تلاش‌های اضافی برای تمیز کردن جوش دارد، چون پاشش به سطوح اطراف فلز می‌چسبد. این امر هزینه‌های نیروی کار و زمان لازم برای تکمیل پروژه جوشکاری را افزایش می‌دهد. علاوه بر این، پاشش می‌تواند اثرات نامطلوبی بر ظاهر جوش داشته باشد و برای دستیابی به نتیجه زیبایی شناختی مورد نظر، به خدمات تکمیلی ثانویه مثل سنگ زنی یا سنباده نیاز شود که نیازمند صرف هزینه و زمان بیشتر است.

تکنیک‌هایی برای کاهش پاشش جوش

• اطمینان از زاویه و موقعیت مناسب الکترود برای دستیابی به تماس بهینه بین الکترود و قطعه کار
• استفاده از طول قوس کوتاه‌تر، برای کم کردن احتمال تشکیل پاشش
• استفاده از تکنیک بک هند (کشیدن الکترود) به جای تکنیک فورهند (هل دادن الکترود) برای کنترل قوس و به حداقل رساندن پاشش
• استفاده از ترکیبات کم کننده پاشش یا اسپری‌های ضد پاشش روی سطح قطعه کار قبل از جوشکاری
• اهمیت تنظیمات جریان مناسب و کنترل طول قوس

جریان بیش از حد بالا می‌تواند منجر به افزایش پاشش شود. انتخاب محدوده جریان مناسب بر اساس ضخامت الکترود و قطعه کار و حفظ طول قوس مناسب به تنظیم گرمای ورودی و کاهش پاشش کمک می‌کند.

طول قوس کوتاه‌تر معمولاً باعث تشکیل پاشش کمتر می‌شود.

به حداقل رساندن ضربه قوس و تاثیر آن بر پاشش جوش

دمش قوس یک وضعیت مرتبط با جوشکاری جریان مستقیم است که ویژگی آن انحراف قوس الکتریکی از حوضچه جوش به دلیل نیروهای مغناطیسی است. ضربه قوس می‌تواند به تشکیل پاشش کمک کند. برای به حداقل رساندن تأثیر آن:

• زمین مناسب برای کاهش وقوع ضربه قوس ضروری است. از تماس الکتریکی خوب بین قطعه کار و دستگاه جوش اطمینان حاصل کنید.
• استفاده از تکنیک‌های جوشکاری می تواند به مقابله با اثرات ضربه قوس کمک کند، مثل بافتن الکترود به روشی کنترل شده.

۲. تخلخل در جوشکاری

تخلخل یک مشکل کیفیت رایج است و می‌تواند به طور قابل توجهی بر استحکام و یکپارچگی جوش تأثیر بگذارد. تخلخل یعنی وجود حفره‌های کوچک گاز یا حفره‌های خالی در فلز جوش داده شده که استحکام ساختاری آن را به خطر می‌اندازد.

تاثیر تخلخل بر مقاومت جوش

تخلخل اغلب شبیه حباب‌های کوچکی است که می‌توانند اتصال جوش را ضعیف کنند، چون بعنوان نقاط تمرکز تنش عمل می‌کنند و سطح مقطع موثر جوش را کاهش می‌دهند. وجود تخلخل خواص مکانیکی جوش از جمله استحکام، شکل پذیری و مقاومت در برابر خستگی و خوردگی را به خطر می‌اندازد.

علل تخلخل در جوشکاری

• آلودگی اتصالات: آلاینده‌هایی مانند خاک، روغن، زنگ زدگی یا رطوبت موجود در سطوح اتصال می‌توانند در حین جوشکاری تبخیر و منجر به تخلخل شوند. تمیز کردن و آماده سازی مناسب سطوح اتصال برای به حداقل رساندن خطر تخلخل ناشی از آلودگی ضروری است.
• سرعت جوشکاری بالا: موقع جوشکاری در سرعت‌های خیلی بالا، فلز مذاب ممکن است زمان کافی برای جامد شدن کامل نداشته باشد و گازها را در داخل جوش به دام بیاندازد. کاهش سرعت جوش باعث خروج بهتر گاز و کم شدن احتمال تشکیل تخلخل می‌شود.
• قوس جوش طولانی: طول قوس بیش از حد طولانی در جوشکاری قوس فلزی دستی می‌تواند منجر به افزایش تخلخل شود، به این دلیل که قوس طولانی‌تر باعث می‌شود فلز مذاب بیشتری در معرض جو قرار بگیرد و پتانسیل جذب گاز بیشتر شود.
• دمش قوس: دمش قوس یک وضعیت مرتبط با جوشکاری جریان مستقیم (DC) است که با انحراف قوس الکتریکی از حوضچه جوش به دلیل نیروهای مغناطیسی ایجاد می‌شود. ضربه قوس می‌تواند پوشش گاز محافظ را مختل کند و منجر به تشکیل تخلخل شود.

نقش الکترودهای کم هیدروژن در تشکیل تخلخل

الکترودهای کم هیدروژن یا کم رطوبت، نقش مهمی در به حداقل رساندن تشکیل تخلخل دارند. هیدروژن یک عامل رایج تخلخل است، چون می‌تواند در حین جوشکاری به راحتی در فلز مذاب حل شود و بعد از انجماد حباب‌های گازی تشکیل دهد.

الکترودهای کم هیدروژن پوشش ویژه‌ای دارند که مقدار کنترل شده‌ای از عوامل اکسید زدا و نیتریت زدا را آزاد می‌کند که به هیدروژن و بقیه ناخالصی‌ها چسبیده و از ایجاد تخلخل جلوگیری خواهند کرد.

پیشگیری از تخلخل در جوشکاری

برای به حداقل رساندن تخلخل، جوشکاران باید اقدامات احتیاطی و بهترین شیوه های زیر را اجرا کنند:

اقدامات احتیاطی برای جلوگیری از آلودگی مفاصل:

تمیز کردن و آماده سازی مناسب سطوح اتصال برای جلوگیری از آلودگی که منجر به تخلخل می‌شود ضروری است:

1. قبل از جوشکاری سطوح فلز پایه را از هرگونه زنگ زدگی، گریس، روغن یا سایر آلودگی‌ها کاملاً تمیز کنید.
2. بسته به نیازهای خاص فلز پایه از روش‌های تمیز کردن مناسب مثل برس سیمی، آسیاب یا تمیز کردن شیمیایی استفاده کنید.
3. از لمس سطوح تمیز شده با دست برهنه یا دستکش‌های آلوده خودداری کنید، چون می‌تواند آلودگی‌ها را دوباره برگرداند.

سرعت جوشکاری و طول قوس در جلوگیری از تخلخل نقش اساسی دارد. عوامل زیر را در نظر بگیرید:

1. سرعت جوشکاری: سرعت جوشکاری ثابت و مناسب باعث می‌شود محافظ گاز مناسب و زمان کافی برای جامد شدن فلز مذاب فراهم شود. سرعت بیش از حد جوشکاری منجر به پوشش ناکافی گاز و تشکیل تخلخل می‌شود.
2. طول قوس: طول قوس بهینه معمولاً حدود ۴-۲ میلیمتر است. قوس کوتاه‌تر باعث گرمای بیش از حد و محافظ ناکافی و منجر به تخلخل می‌شود، در حالی که قوس بلندتر عامل گرمای ناکافی و همجوشی ناکافی است.

 انتخاب صحیح الکترود برای کاهش محتوای هیدروژن:

انتخاب الکترود برای به حداقل رساندن تخلخل، به ویژه تخلخل ناشی از هیدروژن، حیاتی است. هنگام انتخاب الکترود به عوامل زیر توجه کنید:

1. الکترودهای کم هیدروژن: الکترودهایی را انتخاب کنید که به طور خاص برای به حداقل رساندن محتوای هیدروژن در فلز جوش طراحی شده‌اند و دارای یک پوشش مقاوم در برابر رطوبت‌اند که به جلوگیری از جذب هیدروژن در حین ذخیره سازی و استفاده کمک می‌کند.
2. جابجایی الکترود: الکترودهای کم هیدروژن را در یک محیط خشک نگهداری و توصیه‌های سازنده را برای جابجایی و نگهداری مناسب دنبال کنید. جذب رطوبت می‌تواند منجر به بالاتر رفتن سطوح هیدروژن در جوش و افزایش خطر تخلخل شود.

 

۳. فیوژن یا همجوشی ضعیف

همجوشی ضعیف به پیوند ناکافی بین فلز پایه و فلز پرکننده در اتصال جوش اشاره دارد و زمانی اتفاق می‌افتد که ذوب و اختلاط کافی فلز پرکننده با فلز پایه در طول فرآیند جوشکاری وجود نداشته باشد. این نقص همجوشی باعث ایجاد مفاصل ضعیفی می‌شود که فاقد استحکام و یکپارچگی مطلوب‌اند.

پیامدهای همجوشی ضعیف می‌تواند شدید باشد و کیفیت و عملکرد کلی ساختار جوش داده شده را به خطر بیندازد. ظرفیت باربری اتصال کاهش می‌یابد و آن را در برابر شکست تحت تنش‌های وارده آسیب‌پذیر می‌کند. همجوشی ضعیف همچنین منجر به نشتی می‌شود که به مواد مضر اجازه ورود می‌دهد یا ثبات ساختاری قطعه جوش داده شده را به خطر می‌اندازد.

عوامل موثر در همجوشی ضعیف در جوشکاری قوس فلزی دستی

• گرمای ورودی ناکافی: حرارت ورودی ناکافی در حین جوشکاری منجر به ذوب ناکافی فلز پایه و فلز پرکننده و همجوشی ضعیف می‌شود که می‌تواند به دلیل جریان جوش کم یا سرعت حرکت بیش از حد رخ دهد.
• زاویه الکترود نامناسب: زاویه نادرست الکترود می‌تواند مانع از انتقال حرارت و نفوذ به فلز پایه و در نتیجه همجوشی ناقص شود. حفظ زاویه مناسب بین الکترود و قطعه کار برای دستیابی به همجوشی مناسب خیلی مهم است.
• طول قوس نامناسب: در جوشکاری قوس فلزی دستی، حفظ طول قوس بهینه ضروری است. طول قوس خیلی کوتاه منجر به انتقال حرارت ناکافی و در نتیجه همجوشی ضعیف و برعکس، طول بیش از حد قوس باعث سرگردانی قوس و کاهش کیفیت جوش می‌شود.
• آماده‌سازی مفصل: آماده‌سازی ناکافی مفصل، مثل کج‌کردن ضعیف یا تمیز کردن ناکافی سطوح مفصل، می‌تواند مانع از همجوشی مناسب شود. آلاینده‌ها، اکسیدها یا ناخالصی‌های سطحی مانع از اتصال مناسب فلز پرکننده با فلز پایه و در نتیجه عامل همجوشی ناقص‌اند.

اثرات بر استحکام جوش و یکپارچگی سازه

وقتی همجوشی ناکافی است، ظرفیت باربری اتصال به خطر می‌افتد و تحت بارها یا تنش های اعمال شده مستعد شکست می‌شود. پیوند ضعیف بین فلز پایه و فلز پرکننده، استحکام کلی جوش را کاهش می‌دهد.

علاوه بر این، همجوشی ضعیف منجر به ناپیوستگی‌هایی در داخل مفصل، مثل عدم همجوشی یا نفوذ ناقص می‌شود. این ناپیوستگی‌ها به عنوان نقاط تمرکز تنش، جوش را مستعد شروع و انتشار ترک می‌کنند. وجود ترک باعث تضعیف بیشتر جوش می‌شود و مقاومت آن را در برابر خستگی کم می‌کند و یکپارچگی ساختاری اجزای جوش داده شده را کاهش می‌دهد.

تقویت فیوژن

برای تقویت همجوشی، جوشکارها می‌توانند از تکنیک‌های زیر استفاده کنند:

• دستکاری طول قوس: حفظ طول قوس مناسب، انتقال حرارت کافی به قطعه کار را تضمین می‌کند؛‌چون با طول قوس کوتاه‌تر، گرما متمرکز و در نتیجه همجوشی بهتر و نفوذ عمیق‌تر حاصل می‌شود. برعکس، یک قوس بیش از حد طولانی ممکن است به دلیل گرمای ورودی ناکافی منجر به همجوشی ضعیف شود.
• کنترل سرعت سفر یا حرکت الکترود: سرعت سفر بهینه برای دستیابی به همجوشی مناسب خیلی مهم است. جوشکاری خیلی آهسته باعث گرمای ورودی بیش از حد و در نتیجه سوختگی و اعوجاج می‌شود. از طرف دیگر، جوشکاری خیلی سریع منجر به گرمای ورودی ناکافی، همجوشی ناکافی و اتصالات ضعیف می‌شود.
• اهمیت تمیز کردن و آماده سازی مناسب سطح: تمیز کردن کافی و آماده سازی سطح به طور قابل توجهی بر همجوشی در جوشکاری قوس فلزی دستی تأثیر می‌گذارد. قبل از شروع فرآیند جوشکاری، اطمینان از پاک بودن فلز پایه از آلاینده‌هایی مثل زنگ زدگی، خاک، روغن و رنگ ضروری است. چون می‌توانند با ایجاد مانعی بین فلز پایه و ماده پرکننده، از همجوشی مناسب جلوگیری کنند. تمیز کردن کامل با استفاده از روش‌های مناسب، مثل برس سیمی زدن، آسیاب کردن، یا تمیز کردن با حلال، به بهبود همجوشی کمک می‌کند.

بهینه سازی پارامترهای جوشکاری برای همجوشی بهتر

1. تنظیم جریان: انتخاب مناسب جریان برای دستیابی به همجوشی بهینه خیلی مهم است. استفاده از جریان‌های بیش از حد بالا منجر به گرم شدن بیش از حد، افزایش پاشش و اعوجاج احتمالی  و جریان ناکافی منجر به همجوشی ضعیف و مفاصل ضعیف می‌شود.
2. زاویه الکترود و جهت حرکت: زاویه نگه داشتن الکترود در حین جوشکاری و جهت حرکت بر همجوشی تاثیر می‌گذارد. زاویه الکترود کمی کج به سمت جهت حرکت، به هدایت گرما و نفوذ فلز مذاب به داخل اتصال کمک و ایجاد همجوشی بهتر را تضمین می‌کند. جوشکاری در جهت مخالف گرانش می‌تواند برای موقعیت‌های عمودی و بالای سر مفید باشد.
3. پیش گرمایش و کنترل دمای بین پاس: در بعضی موارد، پیش گرمایش فلز پایه یا کنترل دمای بین پاس در بین لایه های جوش  همجوشی را بهبود می‌بخشد. پیش گرمایش با کمک به کاهش سرعت خنک کننده و جلوگیری از تشکیل ریزساختارهای شکننده، همجوشی را افزایش می‌دهد.

 

منبع: Welding & Welder