جوشکاری، فرآیند اتصال دو فلز به یکدیگر از طریق گرم کردن سطوح فلزی تا نقطه ذوب آنهاست. با این حال، فرآیند جوشکاری آنقدرها هم که به نظر می‌رسد ساده نیست. جوشکاری یک فرآیند کاملا فنی است، با انواع تکنیک‌ها که فقط افراد ماهر قادر به درک و تمرینش هستند.
انواع مختلفی از جوشکاری وجود دارد که عبارتند از: جوشکاری قوس الکتریکی، اصطکاکی، پرتو الکترونی، لیزری و جوشکاری مقاومتی. در میان این انواع، جوشکاری گاز بی اثر فلزی (میگ)، نوعی جوش قوس الکتریکی و رایج‌ترین ِآنهاست.
جوشکاری میگ چیست؟
جوش گاز بی اثر فلزی (میگ) به نام جوشکاری قوس فلزی گازی (GMAW) هم شناخته می‌شود که با گرم کردن فلزات با کمک قوس انجام می‌گیرد. این قوس، بین سطحی که قرار است سوراخ شود و یک سیم‌جوش پرکننده که دائماً تغذیه می‌شود شکل می‌گیرد. گاز محافظ از حوضچه مذاب فلز جوش در برابر واکنش با عناصر موجود در جو، محافظت میکند.
جوشکاری میگ به یک الکترود جریان مستقیم مثبت (DCEP) نیاز دارد که به نام قطبیت معکوس هم شناخته می‌شود.
تجهیزات موردنیاز جوشکاری میگ
اولین قدم در راه جوشکاری، درک اصول اولیه آن است.
- فلز والد یا پایه: فلز اصلی است که قرار است جوشکاری روی آن انجام شود.
- سیم‌جوش / فلز پرکننده یا الکترود: فلزی است که در طول فرآیند برای اتصال فلزات به یکدیگر بکار می‌رود.
- فلز جوش: شامل تمام فلزاتی است که در طول تشکیل جوش ذوب و حفظ می‌شود.
- منطقه متاثر از گرما: بخشی از فلز اصلی است که از نظر ساختار فلزی تحت تأثیر قرار می گیرد اما در اثر گرمای فرآیند جوشکاری ذوب نمی‌شود.
- خط فیوژن: خط همجوشی مرز بین منطقه متاثر از حرارت و فلز جوش است. این یک اصطلاح غیر استاندارد است که برای اتصال جوش بکار می‌رود.
- منطقه جوش: ناحیه جوش شامل منطقه متاثر از حرارت و فلز جوش است.
واحد جوش/ تفنگ جوشکاری میگ
تفنگ جوش میگ دارای اجزای متعددی از جمله کلید کنترل، کابل برق، نوک تماس، نازل گاز، شلنگ گاز، مجرای الکترود و برق و جریان گاز محافظ است. نوک تماس معمولاً از مس ساخته شده و گاهی اوقات تحت تعمیرات شیمیایی قرار می‌گیرد که باعث کاهش پاشش تولید شده در طول فرآیند جوشکاری می‌شود. نوک تماس از طریق یک کابل برق که وظیفه انتقال انرژی الکتریکی به الکترود را بر عهده دارد به منبع تغذیه متصل می‌شود و باید اندازه مناسبی داشته باشد، چون منطقه تماس بین الکترود و فلز پایه را تعیین میکند.
سیم جوش یا الکترود توسط مجرا و لاینر الکترود هدایت و محافظت می‌شود که به جلوگیری از کمانش کمک و تغذیه بی وقفه سیم را تضمین میکند. نازل گاز وظیفه هدایت یکنواخت گاز محافظ را به ناحیه جوشکاری بر عهده دارد. اگر جریان گاز ناهماهنگ باشد، ناحیه جوشکاری آنطور که باید محافظت نمی‌شود.
یک نازل گاز بزرگ‌تر اثر محافظتی بیشتری دارد و زمانی مفید است که عملیات با جریان بالا در حال انجام است و حوضچه بزرگتری از جوش مذاب ایجاد میکند. گاهی اوقات، ممکن است با یک شلنگ آب متصل به تفنگ روبرو شوید که برای خنک کردن واحد جوشکاری بعد از عملیات حرارت بالا استفاده می‌شود.
واحد تغذیه سیم چیزی است که الکتریسیته را به قطعه کار می‌رساند و آن را از طریق مجرا و لاینر و روی نوک تماس هدایت میکند.
فرآیند جوشکاری میگ
این جوشکاری اغلب جوش سیم نامیده می‌شود چون در آن از الکترود سیمی استفاده می‌شود.
یک الکترود، سیم نازکی است که به طور مداوم از یک حلقه سیم متصل به دستگاه جوش تغذیه می‌شود. سیم تغذیه ممکن است بشکل هسته‌ای یا جامد باشد. یک سیم هسته دار از کامپوزیت‌هایی تشکیل شده که دارای یک غلاف فلزی با پرکننده فلزی یا شار پودری هستند، در حالی که سیم‌های جامد سیم‌های ساده هستند.
وقتی ماشه دستگاه جوش کشیده می‌شود، بین انتهای این سیم الکترود و قطعه کار (فلز پایه) قوسی ایجاد می‌شود که هم قطعه کار و هم سیم را ذوب میکند و یک حوضچه جوش تشکیل می‌دهد. این سیم در فرآیند جوشکاری میگ دو هدف دارد: هم بعنوان منبع گرما و هم بعنوان فلز پرکننده برای اتصال عمل میکند – از این رو به آن جوش سیمی می گویند.
سیم به طور مداوم از طریق یک لوله تماسی ساخته شده از مس (نوک تماس) تغذیه می‌شود که جریان را به سیم منتقل میکند. برای محافظت از مواد پرکننده یا قطعه کار در برابر واکنش با عناصر محیطی، جوشکاری میگ از یک گاز محافظ استفاده میکند که از طریق نازلی که سیم را احاطه کرده تامین می‌شود. انتخاب گاز محافظ به فلز پایه و هدف از جوش، بستگی دارد.
جوشکاری میگ، یک فرآیند جوشکاری نیمه اتوماتیک است چون در آن سرعت تغذیه سیم و طول قوس توسط منبع تغذیه کنترل می‌شود، اما کنترل سرعت حرکت و موقعیت سیم به صورت دستی است.
ولتاژ و قطبیت
در جوشکاری میگ، سیم دارای بار مثبت است و به منبعی متصل می‌شود که ولتاژ ثابتی ارائه می‌دهد.
ولتاژ قابل استفاده در این جوشکاری، جریان مستقیم (DC) است که از ترمینال منفی به ترمینال مثبت می‌گذرد (دقیقاً مثل باتری ماشین).
قطبیت هم استاندارد است. همانطور که در بالا گفتیم، از الکترود D/C مثبت استفاده می‌شود، به این معنی که دسته جوشکار میگ به سمت مثبت مدار متصل و جهت جریان از فلز اصلی به سمت دسته جوشکار است.
منبع تغذیه ای که در این جوشکاری استفاده می‌شود به عنوان منبع تغذیه ولتاژ ثابت شناخته می‌شود (ولتاژ جوش هم تنظیم و کنترل می‌شود).
حالت‌های انتقال فلز
چهار حالت انتقال فلز وجود دارد که از طریق آنها فلز از سیم الکترود به حوضچه جوش منتقل می‌شود.
- حالت اتصال کوتاه
- حالت کروی
- حالت اسپری
- حالت پالسی
حالت اتصال کوتاه
حالت اتصال کوتاه یا حالت شناوری، با رسوب الکترود سیم جامد یا هسته فلزی با تغذیه مداوم در طول اتصال کوتاه الکتریکی مکرر مشخص می‌شود که یک روش ورودی کم حرارت برای انتقال فلز است.
انتقال فلز تنها زمانی اتفاق می‌افتد که الکترود از نظر فیزیکی با حوضچه فلز مذاب یا ماده پایه در تماس باشد.
حالت اتصال کوتاه انتقال فلز دارای قابلیت تمام موقعیت از جمله عمودی سرپایین، عمودی سربالا، افقی، صاف و بالای سر است.
این می تواند به خوبی برای شرایط تناسب ضعیف و کاربردهای لوله‌کشی مناسب باشد که چون یک حالت ورودی با حرارت کمتر است اعوجاج جوش را کاهش می‌دهد، سهولت استفاده بیشتری دارد و دارای راندمان الکترود ۹۳٪ یا بیشتر است.
حالت کروی
در انتقال فلز در حالت کروی، یک الکترود با هسته فلزی یا سیم جامد با تغذیه پیوسته نه تنها در مدارهای کوتاه بلکه در ترکیبی از اتصالات کوتاه و بزرگ، توسط قطرات به کمک گرانش رسوب میکند.
قطرات بزرگ به شکل نامنظم هستند. این شامل یک انتقال بین اتصال کوتاه و انتقال کروی است که دومی از نقطه‌ای شروع می‌شود که اتصال کوتاه به پایان می‌رسد.
این روش شامل تماس الکترود با مواد پایه نیست.
از مزایای بی شمار حالت کروی انتقال فلز، می‌شود به قابلیت جوشکاری با سرعت‌های فوق العاده بالا، استفاده از گاز دی‌اکسید کربن ارزان قیمت به عنوان گاز محافظ، الکترودهای فلزی یا جامد و تجهیزات ارزان قیمت اشاره کرد.
حالت اسپری
حالت اسپری یک حالت انتقال فلز پرانرژی است که در آن یک الکترود سیمی جامد یا روکش‌دار پیوسته تغذیه می‌شود و در سطح انرژی نسبتاً بالایی رسوب میکند.
این منجر به جریان ثابتی از قطرات کوچک فلز مذاب می‌شود و برعکس روش انتقال کروی است که قطرات نامنظم تولید میکند.
حالت پاشش دارای چندین مزیت است، از جمله: راندمان الکترود تا ۹۸٪، سرعت رسوب بالا، ظاهر عالی مهره جوش، قابلیت بکارگیری طیف گسترده‌ای از فلزات پرکننده و الکترود با قطرهای مختلف، تمیز کردن آسان بعد از جوش، سهولت عالی در استفاده، بدون پاشش جوش و سازگاری با کاربردهای اتوماسیون سخت، روباتیک و نیمه اتوماتیک.
حالت پالسی
این روش یک نوع بسیار کنترل شده از حالت اسپری است و جریان جوش آن بین سطوح جریان بالا و پایین تفاوت دارد. در این حالت انتقال فلز به صورت یک قطره مذاب منفرد در زمانی که سطح جریان بالا باشد اتفاق می‌افتد.
حالت پالسی در جوشکاری میگ در مقایسه با سایر روش‌های انتقال فلز با بیشترین مزایا همراه است، از جمله:
پاشش کم یا اصلا بدون پاشش، مقاومت بالا، عدم وجود عیوب همجوشی، تشکیل مهره‌های جوش با ظاهر عالی، جذابیت بالا برای اپراتور، سطوح پایین اعوجاج ناشی از گرما، قابلیت جوشکاری خارج از موقعیت، همراه با ۹۸٪ راندمان الکترود؛ در ضمن این حالت برای کاربردهای روباتیک و اتوماسیون خیلی مناسب است.
گازهای محافظ
پس گفتیم، جوشکاری میگ برای محافظت از حوضچه جوش مذاب در برابر واکنش به اکسیژن و سایر عناصر موجود در جو، از گازهای محافظ استفاده میکند. با این حال، این تنها عملکرد گازهای محافظ نیست. این گازها تاثیر بسزایی در انتقال فلز و پایداری قوس هم دارند. دیگر عملکردهای آن عبارتند از:
- تشکیل پلاسمای قوس
- تثبیت ریشه‌های قوس بر روی سطح مواد
- ایجاد اطمینان بابت انتقال نرم قطرات فلز مذاب از سیم به حوضچه جوش
نوع گازی که در جوشکاری میگ استفاده می‌شود تعیین کننده مقدار نفوذ جوش به فلز پایه، ویژگی‌های مکانیکی جوش و ویژگی‌های قوس جوشکاری است.
گازهای محافظی که معمولاً در جوشکاری میگ استفاده می‌شود عبارتند از آرگون، دی اکسید کربن، اکسیژن و مخلوط ویژه ای از گازها با هلیوم.
گازهای محافظ مورد استفاده برای جوشکاری فلزات مختلف با هم تفاوت دارند. برای جوشکاری فولادها، گازهای رایج مورد استفاده شامل ۲۵-۵٪ دی‌اکسید کربن و مخلوطی از آرگون و ۵-۲٪ اکسیژن است.
برای فلزات غیر آهنی معمولا از آرگون و مخلوطی از هلیوم و آرگون استفاده می‌شود.
فلزات مناسب با جوش میگ
یکی از دلایل اصلی رایج بودن جوش میگ این است که می‌شود از آن برای جوش دادن تقریبا هر فلزی استفاده کرد.
اگرچه کیفیت جوش حاصل از جوشکاری میگ نسبت به سایر انواع جوش برتری ندارد، اما یکی از سریع‌ترین و مقرون به صرفه‌ترین فرآیندهای جوشکاری است. در مجموع، جوش‌های میگ اگرچه کامل نیستند اما عالی‌اند.
فلزات مناسب این نوع جوش عبارتند از فولاد ضد زنگ، فولاد کربنی و آلومینیوم؛ فولاد کربنی ساده‌ترین فلز برای جوش میگ است.
کاربردهای جوش میگ
این جوش رایج‌ترین نوع جوشکاری است که کاربردهای متنوع و کاملاً گسترده‌ای دارد، از جمله:
- صنعت خودروسازی: اندازه خودرو هرقدر باشد، جوش میگ برای تعمیرات آنها استفاده می‌شود. به این دلیل جوش میگ بهترین انتخاب برای تعمیرات خودروست که جوش‌های محکم و قوی را تا ۰.۵ میلیمتر ارائه می‌دهد.
- جوشکاری ورقه‌های فلزی
- جوش لوله: نه تنها جوش‌های کارآمد و بادوام تشکیل می‌دهد، بلکه در زمان و هزینه هم صرفه‌جویی میکند.
مزایای جوشکاری میگ
استفاده از جوشکاری میگ با فواید متعددی همراه است:
- قابلیت اتصال انواع مواد را دارد
- می‌تواند مواد با ضخامت‌های مختلف را به هم وصل کند
- تجهیزاتش ساده و به راحتی در بازار با قیمت‌های بسیار مقرون به صرفه در دسترس هستند
- راندمان الکترود جوشکاری میگ در مقایسه با سایر انواع جوشکاری ۹۸-۹۲٪ بالاتر است
- جوشکاری میگ با ضریب اپراتور و راندمان جوش بالاتری همراه است
- می‌شود آن را به راحتی برای اتوماسیون سخت، رباتیک پرسرعت و برنامه‌های نیمه اتوماتیک بکار برد
- جوشکاری میگ قابلیت جوشکاری در تمام موقعیت‌ها را دارد
- ظاهر مهره جوش آن بسیار عالی است
- رسوب جوش هیدروژنی در این جوشکاری کمتر است
- در مقایسه با سایر انواع جوشکاری به گرمای ورودی کمتری نیاز دارد
- سرباره و پاشش جوش در آن حداقلی و تمیز کردن آن آسان و سریع است
- دود کمتری تولید میکند که باعث می‌شود جوشکاران ایمن‌تر باشند
- هزینه فلز جوش/ طول رسوبش کمتر است و باعث می‌شود که مقرون به صرفه باشد
- سطح مهارت مورد نیاز برای آن کمتر از انواع جوشکاری‌های دیگر و بنابراین برای مبتدیان مناسب است
- سیم جوش در این روش به طور مداوم با خرابی کمتری برای جایگزینی الکترودها کار میکند
- این جوش برای جوش‌های بست و نقطه‌ای (خال‌جوش) عالی است
محدودیت‌های جوش میگ
جوشکاری قوس فلزی گازی یا میگ رایج‌ترین نوع جوشکاری است ولی با محدودیت‌های خاصی همراه است:
- حالت اتصال کوتاه انتقال فلز یک حالت ورودی کم حرارت است که استفاده از این روش را به مواد نازک‌تر محدود میکند.
- حالت انتقال اسپری حالتی با گرمای ورودی بالاست که استفاده از این نوع جوش را به مواد ضخیم‌تر محدود می کند.
- حالت اسپری انتقال متا فقط به دلیل گرمای ورودی بالایش برای موقعیت‌های جوشکاری افقی و صاف مناسب است.
- آرگون معمولاً به عنوان گاز محافظ در حالت اسپری و حالت پالسی انتقال متا استفاده می‌شود که به طور قابل توجهی گران‌تر از استفاده خالص و ۱۰۰٪ دی اکسید کربن است.
- جوشکار باید نزدیک دستگاه میگ بماند.
- استفاده از جوشکاری میگ به کارهای جوشکاری در داخل ساختمان محدود می‌شود چون باد یک عامل تاثیرگذار عمده در شرایط خارج از منزل است.
- یک بطری گاز همیشه با جوش میگ مورد نیاز است.
- از آنجایی که نوک‌های تماس اغلب بر روی سطوح خود پاشیده می‌شوند، معمولا گیر می‌کنند.
- برای جوش‌های عالی، لازم است که تمام قطعات دستگاه جوشکاری میگ به خوبی کار کنند. با این حال، فهمیدن اینکه دقیقاً چه مشکلی در دستگاه وجود دارد، بسیار چالش برانگیز است.
پرسش‌های مرتبط در ارتباط با جوشکاری میگ
❓ کاربرد جوش MIG در چه مواردی است؟
جوشکاری میگ برای کارهای جوشکاری کوچک‌تر و با حجم کمتر که در کارگاه های فلزی و کارخانه ها انجام می شود مناسب است.
❓ تفاوت جوش میگ و تیگ در چیست؟
تفاوت اصلی این دو در اینست که جوشکاری میگ شامل یک ماده پرکننده است که توسط سیمی که از مشعل جوشکار عبور می کند، تامین می‌شود. این سیم که جریان الکتریکی را با خود حمل میکند، بخشی از فرآیند جوشکاری واقعی است.
❓ مزیت جوشکاری میگ چیست؟
مزیت عمده آن ایجاد جوش با کیفیت بالا و با سرعت خیلی زیاد است.
منبع: Welding Headquarters