راهنمای جامع الکترود جوشکاری / بخش دوم

1402/09/01 |

0

در بخش اول این مقاله توضیحات مقدماتی و کلی پیرامون الکترود و انواع آن ارائه شد. الکترودهای جوشکاری روکش‌دار معرفی و طبقه‌بندی و انواع روکش الکترود به طور تفصیلی ارائه شد. در بخش دوم این مقاله به روش‌های نگهداری الکترود و سایر نکات مهم در انتخاب الکترود خواهیم پرداخت.

روش نگهداری الکترود جوشکاری

الکترودها باید خشک نگه داشته شوند، چون رطوبت ویژگی‌های مطلوب پوشش آن‌ها را از بین می‌برد و ممکن است باعث پاشش بیش از حد و ایجاد تخلخل و ترک در ناحیه جوش شود. الکترودهایی که بیش از دو یا سه ساعت در معرض هوای مرطوب قرار دارند باید با حرارت دادن در کوره مناسب به مدت دو ساعت در دمای ۵۰۰ درجه فارنهایت (۲۶۰ درجه سانتیگراد) خشک شوند.

بعد از خشک شدن باید در ظرف ضد رطوبت نگهداری شوند. خم شدن الکترود می‌تواند باعث جدا شدن پوشش از سیم هسته شود. اگر سیم هسته در معرض دید باشد نباید از الکترود استفاده کرد. الکترودهایی که دارای پسوند “R” هستند، مقاومت بیشتری در برابر رطوبت دارند.

انواع الکترودها از نظر روکش

الکترودهای لخت

الکترودهای لخت از ترکیبات سیم مورد نیاز برای کاربردهای خاص ساخته می‌شوند. این الکترودها هیچ پوششی غیر از پوشش‌های مورد نیاز در سیم کشی ندارند. این پوشش‌های سیم کشی دارای اثر تثبیت کننده جزئی بر روی قوس هستند و هیچ کارایی دیگری ندارند. الکترودهای لخت برای جوشکاری فولاد منگنزی و سایر مواردی که الکترود روکشدار لازم نیست استفاده می‌شود.

الکترودهای روکش سبک

الکترودهای جوشکاری با روکش سبک ترکیب مشخصی دارند. یک روکش سبک با شستن، غوطه ور کردن، برس زدن، اسپری کردن، غلتاندن یا مالیدن روی سطح الکترود ایجاد شده است. روکش‌ها که ویژگی‌های جریان قوس را بهبود می‌بخشند، تحت سری E45 در سیستم شناسایی الکترود فهرست شده‌اند.

روکش بطور کلی عملکردهای زیر را انجام می‌دهد:

1. ناخالصی‌هایی مثل اکسیدها، گوگرد و فسفر را در خود حل کرده یا کاهش می‌دهد.
2. کشش سطحی فلز مذاب را تغییر می‌دهد بطوری که گلبول‌های فلزی که انتهای الکترود را ترک می‌کنند کوچک‌تر و فراوان‌تر می‌شوند تا جریان فلز مذاب یکنواخت‌تر شود.
3. با وارد کردن موادی که به آسانی یونیزه می‌شوند در جریان قوس، پایداری قوس را افزایش می‌دهد.
4. بعضی از روکش‌های سبک ممکن است سرباره تولید کنند که کاملاً نازک است و مانند سرباره نوع الکترود قوس محافظ عمل نمی‌کند.

 

الکترودهای قوس محافظ یا الکترودهای روکش سنگین

الکترودهای جوشکاری قوس محافظ با پوشش سنگین دارای ترکیب مشخصی هستند که روی‌شان یک روکش به روش غوطه وری یا اکستروژن ایجاد شده است.

الکترودها در سه نوع کلی تولید می‌شوند:

1. الکترودهای روکش سلولزی
2. الکترودهای روکش معدنی
3. الکترودهای روکش ترکیبی متشکل از مواد معدنی و سلولز

روکش‌های سلولزی از پنبه محلول یا سایر اشکال سلولز با مقادیر کمی پتاسیم، سدیم یا تیتانیوم و در بعضی موارد مواد معدنی افزودنی تشکیل شده اند. روکش‌های معدنی از سیلیکات سدیم، اکسیدهای فلزی، خاک رس و سایر مواد معدنی یا ترکیبات تشکیل شده اند.

الکترودهای روکش سلولزی با ایجاد یک ناحیه گازی در اطراف قوس و ناحیه جوش از فلز مذاب محافظت می‌کنند. الکترود روکش شده با مواد معدنی یک رسوب سرباره را تشکیل می‌دهد. قوس محافظ یا الکترودهای روکش سنگین برای جوشکاری فولادها، چدن و سطوح سخت استفاده می‌شوند.

 

فواید قوس محافظ یا الکترودهای روکش سنگین

این الکترودهای جوشکاری یک محافظ گاز کاهنده در اطراف قوس تولید می‌کنند که از آلودگی فلز جوش در تماس با اکسیژن یا نیتروژن اتمسفر جلوگیری می‌کند. اکسیژن به راحتی با فلز مذاب ترکیب و با از بین بردن عناصر آلیاژی باعث ایجاد تخلخل می‌شود. نیتروژن باعث شکنندگی، شکل پذیری کم و در برخی موارد استحکام کم و مقاومت در برابر خوردگی ضعیف می‌شود.

الکترودها ناخالصی‌هایی مثل اکسید، گوگرد و فسفر را کاهش می‌دهند تا این ناخالصی‌ها به رسوب جوش آسیب نرسانند. همچنین موادی را به قوس می دهند که پایداری آن را افزایش می‌دهد. این امر نوسانات گسترده ولتاژ را حذف و از قوس بدون پاشش بیش از حد محافظت می‌کند.

با کاهش نیروی جاذبه بین فلز مذاب و انتهای الکترودها یا با کاهش کشش سطحی فلز مذاب، پوشش تبخیر شده و ذوب شده باعث می‌شود که فلز مذاب در انتهای الکترود به ذرات ریز و کوچک تجزیه شود.

روکش‌ها حاوی سیلیکات هستند که سرباره‌ای را روی جوش مذاب و فلز پایه تشکیل می‌دهند. چون سرباره با سرعت نسبتاً آهسته جامد می‌شود، گرما را نگه می‌دارد و به فلز زیرین اجازه می‌دهد تا به آرامی سرد و جامد شود. این انجماد آهسته فلز، گیر افتادن گازها در جوش را از بین می‌برد و به ناخالصی‌های جامد اجازه می‌دهد تا روی سطح شناور شوند. خنک شدن آهسته هم اثر بازپختی روی رسوب جوش دارد.

مشخصات فیزیکی رسوب جوش با ترکیب مواد آلیاژی در پوشش الکترود اصلاح می‌شود. عمل شار سرباره همچنین فلز جوش با کیفیت‌تر تولید می‌کند و اجازه جوشکاری در سرعت‌های بالاتر را می‌دهد.

الکترودهای تنگستن

الکترودهای غیر مصرفی برای جوشکاری قوس تنگستن گاز (تیگ) سه نوع‌اند: تنگستن خالص، تنگستن حاوی ۲-۱٪ توریم و تنگستن حاوی ۰.۵-۰.۳٪ زیرکونیوم. الکترودهای تنگستن را می‌شود با علامت‌های انتهایی رنگ شده به شرح زیر شناسایی کرد.

• سبز= تنگستن خالص
• زرد= ۱٪ توریم
• قرمز= ۲٪ توریم
• قهوه ای= ۰.۵-۰.۳٪ زیرکونیوم.

الکترودهای تنگستن خالص (۹۹.۵٪ تنگستن) در عملیات جوشکاری که بحران کمتری دارند استفاده می‌شود. این نوع الکترود دارای ظرفیت انتقال جریان نسبتا کم و مقاومت پایین در برابر آلودگی است.

الکترودهای تنگستن توریم‌دار (۲-۱٪ توریم) به دلیل خروجی الکترون بالاتر، راه اندازی بهتر و پایداری قوس، ظرفیت حمل جریان بالا، عمر طولانی‌تر و مقاومت بیشتر در برابر آلودگی، نسبت به الکترودهای تنگستن خالص برتری دارند.

الکترودهای جوش تنگستن حاوی ۰.۵-۰.۳٪ زیرکونیوم معمولاً از نظر عملکرد بین الکترودهای تنگستن خالص و الکترودهای تنگستن توریم‌دار قرار می‌گیرند. با این حال، نشانه‌هایی از عملکرد بهتر در انواع خاصی از جوشکاری با استفاده از برق متناوب وجود دارد.

اگر الکترود تنگستن آلیاژ شده تا یک نقطه آسیاب شود، می‌شود کنترل قوس ریزتری را به دست آورد. وقتی الکترودها به زمین متصل نیستند، باید با حداکثر چگالی جریان کار کنند تا پایداری قوس قابل قبولی حاصل شود. اگر از تجهیزات استاندارد جریان مستقیم به عنوان منبع تغذیه استفاده شود و راه اندازی لمسی قوس یک روش استاندارد باشد، نگهداری نقاط تماس الکترود تنگستن دشوار است. حفظ شکل الکترود و کاهش آخال‌های تنگستن در جوش را می‌شود با قرار دادن یک جریان فرکانس بالا بر روی جریان معمولی جوشکاری به بهترین نحو انجام داد. الکترودهای تنگستن آلیاژ شده با توریم و زیرکونیوم شکل خود را هنگام استفاده از راه اندازی لمسی برای مدت طولانی‌تری حفظ می‌کنند.

گسترش الکترود جوش فراتر از فنجان گاز با توجه به نوع اتصال جوش داده شده تعیین می‌شود. به عنوان مثال، یک گسترش فراتر از فنجان گاز ۱/۸ اینچ (۳.۲ میلیمتر) ممکن است برای اتصالات لب به لب در مواد گِیج سبک استفاده شود، در حالی که یک گسترش تقریباً ۱/۲-۴/۱ اینچ ممکن است برای بعضی جوش‌های فیله ضروری باشد. الکترود تنگستن مشعل باید کمی متمایل و فلز پرکننده با دقت اضافه شود تا از تماس با تنگستن جلوگیری کند که ضمنا مانع از آلودگی الکترود هم می‌شود. اگر آلودگی اتفاق بیفتد، الکترود باید برداشته، دوباره آسیاب شود و در مشعل قرار بگیرد.

 

الکترودهای جوشکاری با جریان مستقیم

موقع استفاده از الکترود جوش، توصیه‌های سازنده باید رعایت شود. به طور کلی، الکترودهای قوس محافظ جریان مستقیم یا برای قطبیت معکوس (الکترود مثبت) یا برای قطبیت مستقیم (الکترود منفی) و یا هر دو طراحی شده‌اند. خیلی از الکترودهای جریان مستقیم، اما نه همه آنها، می‌توانند با جریان متناوب استفاده شوند. جریان مستقیم برای خیلی از انواع الکترودهای فولادی روکشدار، غیر آهنی، لخت و آلیاژی ترجیح داده می‌شود. توصیه‌های سازنده همچنین شامل معرفی نوع فلز پایه‌ مناسب با الکترودها، اصلاحات برای اتصالات ضعیف و سایر شرایط خاص است.

در بیشتر موارد، الکترودهای قطبی مستقیم، نفوذ کمتری نسبت به الکترودهای قطبی معکوس دارند و به همین دلیل، سرعت جوشکاری بیشتری را ممکن می‌سازند. با شرایط جوشکاری مناسب و دستکاری قوس می‌شود از هر دو نوع نفوذ خوبی بدست آورد.

 

الکترودهای جوشکاری با جریان متناوب

الکترودهای روکش دار که می‌توانند با جریان مستقیم یا متناوب استفاده شوند در دسترس هستند. جریان متناوب موقع جوشکاری در مناطق محدود یا موقع استفاده از جریان‌های بالا برای قطرهای ضخیم، مطلوب‌تر است چون باعث کاهش ضربه قوس می‌شود. دمش قوس باعث ایجاد سوراخ‌ها، آخال‌های سرباره و عدم همجوشی در جوش می‌شود.

جریان متناوب در جوشکاری هیدروژن اتمی و در آن دسته از فرآیندهای قوس کربنی که به دو الکترود کربن نیاز دارند بکار می‌رود. چون امکان یکنواختی از جوشکاری و مصرف الکترود را فراهم می‌کند. در فرآیندهای قوس کربنی که از یک الکترود کربن استفاده می‌شود، قطبیت مستقیم جریان مستقیم توصیه می‌شود تا الکترود با نرخ کمتری مصرف شود.

عیوب الکترود و اثرات آنها

اگر عناصر یا اکسیدهای خاصی در پوشش‌های الکترود وجود داشته باشد، پایداری قوس تحت تأثیر قرار می‌گیرد. در الکترودهای لخت، ترکیب و یکنواختی سیم عامل مهمی در کنترل پایداری قوس است. روکش‌های نازک یا سنگین روی الکترودها به طور کامل اثرات سیم معیوب را از بین می‌برند.

آلومینیوم یا اکسید آلومینیوم (حتی در وضعیت ۰.۰۱٪)، سیلیکون، دی اکسید سیلیکون و سولفات آهن ناپایدار، اکسید آهن، اکسید منگنز و اکسید کلسیم باعث تثبیت قوس می‌شوند.

وقتی فسفر یا گوگرد در الکترود بیش از ۰.۰۴٪ باشد، فلز جوش را مختل می‌کند چون با تلفات خیلی کمی از الکترود به فلز مذاب منتقل می‌شود. فسفر در جوش باعث رشد دانه، شکنندگی و “کوتاهی سرد” (به عنوان مثال، شکننده شدن در زیر حرارت قرمز) می‌شود. با افزایش محتوای کربن فولاد، این عیوب افزایش می‌یابد. گوگرد به عنوان یک سرباره عمل می‌کند، استحکام فلز جوش را از بین می‌برد و باعث “کوتاهی داغ” می‌شود (به عنوان مثال، زمانی که بالاتر از حرارت قرمز شکننده است). گوگرد مخصوصاً برای الکترودهای فولادی کم کربن لخت با محتوای منگنز کم مضر است. منگنز باعث ایجاد جوش‌های فراصوتی می‌شود.

اگر عملیات حرارتی، با توجه به هسته سیم الکترود، یکنواخت نباشد، الکترود جوش‌هایی ایجاد می‌کند نامطلوب‌ترند از جوش‌هایی که توسط الکترودی با همان ترکیب که به‌درستی عملیات حرارتی داشته‌اند تولید می‌شوند.

 

سرعت رسوب‌گذاری

انواع مختلف الکترودها به دلیل ترکیب روکش خود، نرخ رسوب متفاوتی دارند. الکترودهای حاوی پودر آهن در روکش بیشترین میزان رسوب را دارند. در ایالات متحده، درصد قدرت آهن در یک پوشش ۵۰-۱۰٪ است. این بر اساس مقدار پودر آهن موجود در روکش در مقابل وزن آن است.

یعنی، اگر وزن رسوب دو برابر وزن سیم هسته باشد، نشان دهنده راندمان رسوب ۲۰۰٪ است، حتی اگر مقدار پودر آهن در روکش تنها نیمی از رسوب کل را نشان دهد.

 

انواع الکترود غیر مصرفی

دو نوع الکترود جوش غیر مصرفی وجود دارد.

۱. الکترود کربن که یک الکترود فلزی غیر پرکننده است و در جوشکاری یا برش قوس الکتریکی استفاده می‌شود. این الکترود از یک میله گرافیت کربنی تشکیل شده که ممکن است دارای روکش‌ از جنس مس یا فلزات دیگر باشد یا نباشد.

۲. الکترود تنگستن، یک الکترود فلزی غیر پرکننده است که در جوشکاری یا برش قوس الکتریکی استفاده می‌شود و عمدتا از تنگستن ساخته شده.

 

الکترودهای کربنی

انجمن جوشکاری آمریکا مشخصاتی برای الکترودهای جوشکاری کربن ارائه نمی دهد، اما یک مشخصات نظامی وجود دارد با مشخصه MIL-E-17777C، به معنای “برش الکترودها و جوشکاری کربن-گرافیت بدون روکش و با روکش مسی”.

این مشخصات یک سیستم طبقه بندی را بر اساس سه درجه ارائه می‌دهد: ساده، بدون روکش و با روکش مسی. این اطلاعات قطر، اطلاعات طول، و الزامات تحمل اندازه، تضمین کیفیت، نمونه برداری و آزمایش‌های مختلف را ارائه می‌دهد. کاربردها عبارتند از جوشکاری قوس کربنی، جوشکاری قوس کربنی دوقلو، برش کربن و برش قوس کربنی با هوا.

الکترودهای استیک

الکترودهای جوشکاری استیک در موارد زیر متفاوت‌اند:

• اندازه: اندازه‌های رایج عبارتند از: 1⁄16، 5⁄64، 3⁄32 (متداول ترین)، 1⁄8، 3⁄16، 7⁄32، 1⁄4 و 5⁄16 اینچ. سیم هسته مورد استفاده با الکترودها باید باریک‌تر از مواد جوش داده شده باشد.
• جنس: الکترودهای جوشکاری استیک در چدن، فولاد پرکربن، فولاد ملایم، بدون آهن (غیر آهنی) و آلیاژهای ویژه موجودند.
• استحکام: استحکام کششی هر جوش باید قوی‌تر از فلزی باشد که جوش داده می‌شود؛ بدان معنا که مواد موجود در الکترود هم باید قوی‌تر باشند.
• موقعیت جوش (افقی، مسطح و …): برای هر موقعیت جوشکاری از الکترودهای مختلفی استفاده می‌شود.
• مخلوط پودر آهن (تا ۶۰٪ در شار): پودر آهن در شار، مقدار فلز مذاب موجود برای جوش را افزایش می‌دهد (گرما پودر را به فولاد تبدیل می‌کند).
• تعیین قوس نرم: برای فلزات نازک‌تر یا فلزاتی که تناسب یا شکاف کاملی ندارند.

 

در اینجا به محبوب‌ترین الکترودهای جوشکاری استیک (SMAW) اشاره می‌شود:

• E6013 و E6012: برای فلزات نازک و اتصالاتی که به راحتی با هم جفت نمی‌شوند.
• E6011: برای کار بر روی سطوحی که روغنی، زنگ زده یا کثیف‌اند مناسب است. همه کاره است چون با قطبیت جریان مستقیم یا متناوب کار و سرباره کمی ایجاد می‌کند. توجه داشته باشید که این الکترود را نباید در کوره الکترودی قرار داد.
• E6010: مشابه E6011 است اما فقط با جریان مستقیم کار می‌کند. توجه داشته باشید که این الکترود را نباید در کوره الکترودی قرار داد.
• E76018 و E7016: تولید شده با پودر آهن در شار که جوش‌های قوی ایجاد می‌کند اما حوضچه‌ای دارد که ممکن است برای مبتدیان بعضی مشکلات کنترلی را ایجاد کند.

منبع: Weld Guru