بهترین روش‌ها برای جوشکاری فولاد ضد زنگ

جوشکاری فولاد ضد زنگ چیست؟

جوشکاری فولاد ضد زنگ اصلی‌ترین روش اتصال در تولید محصولات و اجزای مختلف از این جنس است. این فلز به دلیل مقاومت عالی در برابر خوردگی و ویژگی‌های منحصربه‌فردش در زمینه تحمل درجه حرارت‌های بالا و پایین، یکی از مصالح مهندسی پرکاربرد است. این فلز بطور گسترده‌ای در صنایع نفت و گاز، شیمیایی، پتروشیمی، نیروگاه، غذا و داروسازی استفاده می‌شود.

 

فرآیندهای جوشکاری فولاد ضد زنگ

جوشکاری این فلز به طور کلی با دو روش اساسی انجام می‌شود: جوشکاری فیوژن و جوشکاری مقاومتی

 

• جوشکاری به روش فیوژن یا ذوب

جوشکاری فیوژن با ایجاد قوس الکتریکی بین الکترود فلزی و مواد فولاد ضد زنگ، ایجاد ِحرارت می‌کند. چهار فرآیند اصلی که برای جوشکاری فیوژن استفاده می‌شود عبارتند از:

 

SMAW (جوشکاری قوس فلزی محافظ)

GTAW (جوشکاری قوس گاز تنگستن)

GMAW (جوشکاری قوس فلزی گاز)

SAW (جوشکاری غوطه‌وری قوس)

چند روش دیگر جوشکاری فیوژن مثل پرتو الکترونی، لیزر و جوش قوس پلاسما هم وجود دارد. توجه داشته باشید که برای حفظ مقاومت مطلوب در برابر خوردگی و خواص مکانیکی در محل اتصال، باید در مقابل اتمسفر از منطقه جوش توسط گاز، خلاء یا سرباره محافظت شود.

جوشکاری به روش قوس فلز محافظ/ SMAW:

روش فوق، بعنوان یک فرآیند سریع و همه کاره برای جوشکاری این فلز خیلی مطلوب است. در روش دستی جوشکاری از سیم الکترود جامد با مواد پوششی پخته و فشرده شده استفاده می‌شود. یک سر الکترود که با فنر در نگهدارنده الکترود نگه داشته شده، برهنه است. اپراتور برای حفظ قوس، الکترود را در زاویه‌ای با حداقل فاصله از فلز پایه نگه می‌دارد و آن را در امتداد مفصل حرکت می‌دهد.

ترکیب آلیاژ مواد فولاد ضد‌زنگ (SS)، تعیین کننده الکترودها برای روش SMAW است. بسته به نوع منبع تغذیه و انواع جوشکاری، روکش الکترودها معمولاً از مواد آهکی یا تیتانیایی است. این مواد یک پوشش گازی ایجاد می‌کنند که از فلز مذاب در برابر تماس هوا محافظت می‌کند.

 

جوشکاری به روش قوس تنگستن گاز/ GTAW:

همچنین به عنوان جوشکاری گاز بی اثر تنگستن یا جوشکاری تیگ، جوشکاری GTAW از آرگون یا هر گاز بی اثر دیگر برای محافظت از منطقه جوش در برابر تماس جوی استفاده می‌کند. یک قوس الکتریکی شدید ِایجاد شده در بین الکترود تنگستن غیرقابل مصرف و قطعه کار فولادی‌، گرمای لازم برای جوشکاری را ایجاد می‌کند. در صورت نیاز به فلز پرکننده، یک میله جوش برهنه در ناحیه جوش تغذیه می‌شود تا با فلز پایه ذوب شود.

GTAW به طور گسترده‌ای برای جوشکاری لوله‌های ضد زنگ فولادی و اتصال لوله‌ها به ورق‌های لوله‌ای در مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله استفاده می‌شود. برای افزایش سرعت جوشکاری و بدست آوردن نرخ رسوب بیشتر در جوشکاری فولاد ضد زنگ، دو نوع مختلف برای روش GTAW وجود دارد.

 

-در اولین روش، معروف به GTAW سیم داغ، از یک فرآیند خودکار استفاده می‌شود و سیم پرکننده با حرارت مقاومتی گرم می‌شود.

-GTAW قوس پالسی روش دیگری است که در آن از قوس پالسی استفاده می‌شود که حوضچه مذاب جوش را برای افزایش نفوذ کنترل می‌کند.

 

جوشکاری به روش GMAW:

جوشکاری قوس فلزی گاز که معمولا بیشتر با نام جوشکاری میگ شناخته می‌شود، یک فرایند جوشکاری قوس محافظ گاز با استفاده از الکترود مصرف‌شدنی است که در اتمسفر گاز ذوب می‌شود. الکترود فنری شکل، به صورت مکانیکی وارد منطقه جوشکاری می‌شود. بسته به روش انتقال فلز، سه نوع فرآیند GMAW وجود دارد:

-انتقال اسپری

-انتقال اتصال کوتاه و

-انتقال پالسی

انتقال اسپری یا انتقال پرواز آزاد با قوس داغ و حوضچه مایع شناخته می‌شود. یک انتقال اتصال کوتاه که برای جوشکاری مواد نازک ضد زنگ فولادی موثر است، از سیمی با قطر کوچک (بیشتر از ۰.۰۴۵ اینچ) استفاده می‌کند. جوشکاری قوس پالسی با نرخ قطره‌ای کنترل شدهء فلز پرواز آزاد (در حدود ۶۰ قطره در ثانیه) در چگالی جریان کمتر مشخص می‌شود.

جوشکاری با قوس غوطه‌ور/ SAW:

SAW یا جوشکاری قوس غوطه‌ور، روشی است که در آن حرارت ذوب فلز توسط جریان الکتریکی ِبین سیم جوش و قطعه کار از جنس فولاد ضد زنگ تولید می‌شود. لایه‌ای از ترکیب شار معدنی قوس، ناحیه جوش قطعه کار و نوک سیم جوش را می‌پوشاند. در این روش جوشکاری قوس، جرقه، پاشش یا دود قابل مشاهده نیست و به همین دلیل به جوشکاری قوس غوطه‌ور معروف است.

جوشکاری فولاد ضد زنگ به روش مقاومتی

یکی از به صرفه‌ترین و متداول‌ترین روش‌های اتصال این فلز، جوشکاری مقاومتی الکتریکی است که در آن با مقاومت قطعات جوشکاری در برابر جریان الکتریکی، حرارت تولید می‌شود. برای حجم انبوه ِکارهای تکراری، جوشکاری مقاومتی برای محصولات فولادی مناسب است. فرآیندهای جوشکاری مقاومتی که به طور گسترده برای جوشکاری ِاین نوع فولاد استفاده می‌شود عبارتند از:

جوشکاری نقطه‌ای، جوشکاری درزی، جوشکاری پروجکشن و جوشکاری لب‌به‌لب

 

• جوشکاری نقطه‌ای:

در جوشکاری نقطه‌ای ِفولاد ضد زنگ، ذوب در اثر حرارت ناشی از مقاومت الکتریکی و فشار بر روی الکترودها، ایجاد می‌شود. فرم الکترودها شکل و اندازه جوش‌ها را محدود می‌کند. در این فرآیند از دو الکترود یا چرخ خنک شونده با آب استفاده می‌شود که با کمک قطعات ِکاری که با استفاده از نیروی مکانیکی ِپا، هوا، هیدرولیک یا بادامک کار می کنند، به هم وصل می‌شوند.

• بادامک قطعه‌ای است که چرخش معمولی شفت را به الگوی حرکتی پیچیده‌تری تبدیل می‌کند.

چرخه جوشکاری شامل زمان فشار، زمان حرارت جوشکاری، زمان نگهداری و زمان اتمام کار است. پارامترهایی که بر روند جوشکاری تأثیر می‌گذارند عبارتند از:

مقاومت الکتریکی، رسانایی گرمایی، ضریب انبساط، قدرت دمای بالا و غیره

 

جوشکاری به روش درزی

در جوشکاری درزی ِاین نوع فولاد، از الکترودهای دایره‌ای (از جنس آلیاژهای مس) استفاده می‌شود. یک سری جوشهای نقطه‌ای همپوشان به تدریج توسط الکترودهای دایره‌ای چرخان ساخته می‌شود که جریان و همچنین فشار را برای نگه داشتن قطعات کار تامین می‌کند. برای به دست آوردن فاصله مناسب جوش، سرعت و زمان قطع جریان الکترود باید درست تنظیم شود. معمولاً از سه نوع دستگاه جوش درزی استفاده می‌شود:

گرد، طولی و یونیورسال

 

جوشکاری به روش پروجکشن/ با‌الگو

این جوشکاری از نوع مقاومتی است که در آن برای متمرکز کردن جریان در طول فرآیند جوشکاری، از طرح یا شکل قطعه برای ایجاد تماس‌های نقطه‌ای جداگانه استفاده می‌شود. جوشکاری پروجکشن برای قطعات کار سنگینی که از جنس فولاد ضد زنگ هستند، مناسب‌ترین روش است. جوش موضعی در نقاط از پیش تعیین شده توسط الگوها، برجستگی‌ها یا نقاط اتصال انجام می‌شود. در این نقاط تعیین شده، گرما متمرکز شده و می‌شود آن را روی یک یا هر دو قطعه پخش کرد.

 

جوشکاری به روش جوشکاری لب به لب:

این جوشکاری به دو دسته تقسیم می‌شود: جوشکاری فلاش و جوشکاری سر‌به‌سر.

 

• جوش فلاش

در فرآیند جوشکاری فلاش، قطعات کار از جریانی که از طریق الکترودهای محکم منتقل می‌شود، شروع به فلاش زدن می‌کند. ترتیب اصلی جوشکاری فولاد ضد زنگ به روش فلاشینگ به شرح زیر است:

روشن کردن دستگاه، فیکس کردن قطعه کار، اِعمال جریان جوشکاری، ایجاد زمینه فلاشینگ با تماس دادن قطعات به یکدیگر، فلاش یا چشمک زدن، اعمال نیروی سر‌به‌سر، قطع کردن جریان، آزاد کردن قطعه کار، خاموش کردن دستگاه

دستگاه‌های جوشکاری دستی فلاش، نیمه اتوماتیک یا کاملاً اتوماتیک هستند و می‌توانند عملیات اضافی مختلفی مثل اِعمال پیش و پس گرمایش، فیکس کردن، برش زدن، پاک کردن زوايد و غیره را انجام دهند. تمام انواع فولاد ضد زنگ را می‌شود به روش فلاشینگ جوش داد.

هم ترازی قطعاتی که باید جوش داده شوند خیلی مهم است تا گرما بتواند در کل سطح پخش شود.

جوشکاری سر‌به‌سر:

در این جوشکاری هیچ چشمکی رخ نمی‌دهد. در این روش تجمع در کل منطقه با حرارت تولید شده از سوی مقاومت جریان الکتریکی در ناحیه تماس سطوح، ایجاد و نیروی اعمال شده در طول دوره گرمایش حفظ می‌شود. سطوح اتصال زیر فشار قرار می‌گیرند و جریان تا زمانی که جوش سربه‌سر درستی ایجاد شود برقرار می‌ماند و بعد قطع می‌شود.

فولادهای ضد زنگ ِغیر قابل اتصال با حرارت، به راحتی با این فرآیند قابل جوشکاری هستند. در آسیابِ لوله‌ای بطور گسترده و مدام از این فرایند استفاده می‌شود.

دیگر اَشکال جوشکاری مقاومتی عبارتند از: جوشکاری مقاومتی ِفرکانس بالا، جوشکاری ضربه‌ای و غیره.

 

جوشکاری لوله‌های فولادی ضد زنگ

انتخاب روش جوش برای اتصال این جنس لوله‌ها به موارد زیر بستگی دارد:

اندازه لوله، ضخامت لوله، امکان چرخش لوله و غیره

روش جوشکاری تیگ بطور گسترده‌ای برای لوله‌های فولادی ضد زنگ ۴ اینچ و اندازه‌های کوچک‌تر از آن استفاده می‌شود. در حالی که برای لوله‌های با قطر بزرگ‌تر، روش‌های کاملاً اتوماتیک بکار می‌رود.

منبع: What is Piping