جوشکاری با الکترود ذغالی فرآیندی است که عمل ذوب در آن به وسیله حرارت ایجاد شده از قوس الکتریکی که بین الکترود ذغالی و قطعه کار ایجاد می‌شود، صورت می‌گیرد. قوس ایجاد شده توسط الکترود ذغالی، به عنوان منبع حرارتی ایفای نقش می‌کند. برخلاف جوشکاری با الکترودهای فلزی که در آنها قوس الکتریکی فلز مذاب به روی کار منتقل می‌شود، در این جوشکاری الکترود ذوب نمی‌گردد. در صورتی که برای فلز جوش دادنی به فلز جوش زیادی نیاز باشد، معمولا از سیم جوش استفاده می‌شود. این سیم جوش توسط حرارت قوس الکتریکی ذوب شده و درز قطعه کار را پر می‌نماید.
الکترود ذغالی چیست؟
الکترود ذغالی یکی از انواع الکترود جوشکاری است که مشخصه اصلی آن تولید گاز زیاد در جهت خارج کردن مذاب ایجاد شده تحت قوس است. این الکترود از ترکیب دقیق فرموله شده‌ای از کربن و گرافیت است و به عنوان یک نیمه فلز شناخته می‌شود. با این که الکترود ذغالی تمام فلز نیست، اما قادر است الکتریسیته را به خوبی هدایت کند تا بتواند در برخی شرایط به عنوان رسانا مفید واقع شود. سطح برش الکترود ذغالی همچون سطح برش اکسی استیلن صاف، صیقلی و هموار نیست و از نظر شیمیایی کمتر در معرض اثرات تخریبی ناشی از واکنش‌های الکتروشیمیایی قرار دارد.
کاربردهای الکترود ذغالی
جوشکاری با استفاده از الکترود ذغالی، فرایندی است که عمل ذوب در آن توسط حرارت ایجاد شده از قوس الکتریکی بین الکترود ذغالی و قطعه کار صورت می‌گیرد. در این فرایند قوس ایجاد شده توسط الکترود ذغالی، به عنوان منبع حرارتی ایفای نقش می‌کند. فرایند جوشکاری با الکترود ذغالی نسبت الکترودهای فلزی فرق دارد. در الکترودهای فلزی، قوس الکتریکی فلز مذاب به روی کار منتقل می‌شود. در صورتی که در جوشکاری با الکترود ذغالی، الکترود ذوب نمی‌گردد. توجه داشته باشید اگر برای جوش دادن فلز به فلز جوش زیادی نیاز باشد، باید از سیم جوش استفاده شود. سیم جوش توسط حرارت قوس الکتریکی ذوب شده و درز قطعه کار را به خوبی پر می‌کند. از کاربردهای الکترود ذغالی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- حذف و رفع کامل جوش قبلی
- تمیزکاری و تعمیر قطعات ریخته‌گری شده
- ایجاد شیارهای U شکل برای اتصال جوشی
- حذف ترک‌های جوش
- برطرف کردن سطوح سخت مواد
- عملکرد به عنوان ماشینکاری خشن
انواع الکترود ذغالی
- الکترود کربن یا ذغال خالص: این الکترودها از ترکیب چندین ماده مختلف به همراه آنتراسیت و مقدار خاکستر کم به عنوان مواد خام تولید می‌شوند. الکترودهای کربن خود به چندین دسته تقسیم می‌شوند که باید به الکترود گرافیتی طبیعی، الکترود گرافیتی مصنوعی، الکترود کربن و الکترود کربن ویژه اشاره کرد.
- الکترود گرافیتی: این الکترودها در کوره‌های برقی جهت فولادسازی، ذوب کردن سیلیکون و فسفر زرد کاربرد دارند. به دلیل قدرت بالایی هم که دارند، بیشتر در کوره قوس الکتریکی جهت فولادسازی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- الکترود خود پخت: برای ساخت این الکترود از آنتراسیت، کک، آسفالت و قیر به عنوان مواد اولیه استفاده می‌شود و از آنها میتوان به صورت مداوم استفاده کرد.
الکترود گوجینگ
الکترود گوجینگ را میتوان در سایزهای مختلفی استفاده کرد. این الکترودها در چندین سایز با توجه به شرایط ایجاد قوس مورد استفاده قرار می‌گیرند که از جمله سایزهای مهم آن میتوان به 6، 8، 10، 12 و 14 اشاره کرد. این الکترودها حاوی ترکیب دقیق فرموله شده‌ای از گرافیت و کربن جهت خارج کردن بیشترین مقدار ممکن از فلز هستند. در رابطه با موارد کاربرد آنها هم میتوان به بیرون آوردن و حذف ترک‌ها، برطرف کردن سطوح سخت مواد، ایجاد شیارهای U شکل جهت اتصال‌های جوشی، تمیزکاری و تعمیر قطعات ریخته گری شده و عملکرد به عنوان ماشینکاری خشن اشاره کرد.
موارد مهم در جوشکاری الکترود ذغالی با جریان مستقیم
ماشینهای جریان مستقیم که برای جوشکاری مورد تولید قرار می‌گیرند، میتوانند جریان لازم برای جوشکاری با الکترود ذغالی را نیز تامین کنند. البته توصیه می‌شود برای نتیجه گیری بهتر از ژنراتور با ولتاژ بالا کمک گرفته شود. حال برای انتخاب شدت جریان لازم باید به مواردی توجه کرد:
- قطر الکترود باید متناسب با شدت جریان باشد.
- اندازه شدت جریان به ضخامت صفحات فلزی قابل جوش ارتباط دارد.
- پس از انتخاب شدت جریان، کمی از قبل تمرین کنید. در این شرایط اگر شدت جریان را زیاد کنید، نوک الکترود خیلی سریع می‌سوزد.
- اگر شدت جریان را به درستی انتخاب کنید، شاهد قوس الکتریکی منظم و آرامی خواهید بود.
- برای جوشکاری با الکترود ذغالی توسط دستگاه‌های جریان مستقیم، از قطب مستقیم ژنراتور کمک بگیرید.
- در صورتی که دستگاه جوش فاقد تعویض قطب باشد، بخشی از ذرات ذغالی وارد فلز مذاب می‌شوند و به آن خاصیت شکنندگی می‌بخشند.
در رابطه با جوشکاری الکترود ذغالی و ماشینهای جریان متناوب هم باید اشاره شود که در این جوشکاری به انبرهای ویژه‌ای احتیاج است که ویژه این کار طراحی شده‌اند. به خاطر داشته باشید که در جوشکاری با الکترودهای فلزی از انبرهای معمولی استفاده می‌شود که این انبرها برای جوشکاری الکترود ذغالی مناسب نیستند. دلیل آن هم این است که الکترود ذغالی با عبور جریان گرم می‌شود و سبب از بین رفتن انبرهای معمولی می‌شود. برای همین از انبرهایی استفاده می‌شود که دسته آنها به وسیله هوا خنک شود. همچنین زمانی که کارهای زیادی مدنظر باشد، از انبرهایی استفاده می‌شود که دسته آنها به وسیله جریان آب خنک گردد. پس یادتان باشد که در جوشکاری الکترود ذغالی از انبرهای معمولی استفاده نکنید.
بررسی انواع الکترودهای ذغالی
- الکترود کربن یا ذغال خالص، از آنتراسیت، metallurgical coke، pitch coke، petroleum coke و با مقدار خاکستر کم به عنوان مواد خام ساخته می‌شود. این مواد هر یک از اندازه معینی برخوردار هستند و در حین فشار دادن، فرم دادن و برشته شدن در کوره ایجاد می‌شوند. این دسته از الکترودها به الکترود گرافیتی طبیعی، الکترود گرافیتی مصنوعی، الکترود کربن و الکترود کربن ویژه قابل تقسیم هستند.
- الکترود گرافیتی از petroleum coke و pitch coke به عنوان مواد خام ساخته می‌شود. این الکترود را میتوان به عنوان الکترود گرافیتی معمولی در نظر گرفت که عمدتا در کوره‌های برقی معمولی برای فولادسازی، ذوب کردن سیلیکون و ذوب فسفر زرد استفاده می‌شود. الکترود گرافیتی با قدرت بالا، بیشتر در کوره قوس الکتریکی برای فولادسازی به کار برده می‌شود. در واقع هر چقدر قدرت این الکترودها بیشتر باشد، برای موارد پرقدرت‌تری در فولادسازی به کار برده می‌شوند.
- الکترودهای خود پخت یا پخته شده را میتوان به طور مداوم استفاده کرد. این دسته از الکترودها از آنتراسیت، کک، آسفالت و قیر به عنوان مواد اولیه در دمای معین ساخته می‌شوند. سپس خمیر الکترود در پوسته الکترود نصب شده بر روی کوره الکتریکی قرار می‌گیرد.
دلیل تعویض الکترودهای ذغالی
الکترودهای ذغالی برای کوره‌ها، پس از مدتی دچار تصعید و شکستگی شده و از بین می‌روند. برای همین نیاز است تا آنها را تعویض کرد. برای این کار باید سرپیچ گرد مخروطی شکل در انتهای الکترود را با یک برس سیمی یا لوله دمنده هوا تمیز کرد. سپس مغزی را در داخل سرپیچ الکترود جدید قرار داده و پیچ آن را بست. بعد از آن باید یک سرپیچ فولادی که وظیفه بالا بردن را بر عهده دارد، به انتهای سرپیچ الکترود وصل کرد.
جوشکاری توسط الکترود ذغالی و با جریان مستقیم
ماشینهای جریان مستقیم که برای جوشکاری ساخته می‌شوند، میتوانند جریان لازم برای جوشکاری را با الکترود ذغالی تامین کنند. به منظور کسب نتیجه رضایت بخش‌تر، بهتر است از ژنراتور با ولتاژ بالا کمک بگیرید. در این روش به جوشکاری با قوس بیشتری احتیاج خواهید داشت.
اندازه شدت جریان
انتخاب قطر الکترود با توجه به شدت جریانی که دارد، برای این کار لازم است. اندازه شدت جریان به ضخامت صفحات فلزی جوش‌دادنی وابسته است. بعد از انتخاب شدت جریان درست، باید از قبل کمی آن را تست کرد. در صورتی که شدت جریان زیاد باشد، نوک الکترود فورا سوخته و فلز جوش دادنی نیز بسیار گرم خواهد شد. اگر نوک الکترود گداخته شده بیشتر از یک بوده باشد، بیانگر شدت جریان بیش از مقدار مورد نیاز است. شدت جریان درست سبب ایجاد قوس الکتریکی منظم و آرام خواهد شد.
برگزیدن قطب
برای انجام جوش با الکترود ذغالی و ماشینهای جریان مستقیم، باید از قطب مستقیم ژنراتور کمک گرفت. در صورتی که ماشین فاقد تعویق قطب باشد، بخشی از ذرات ذغالی وارد فلز مذاب شده و به آن خاصیت شکنندگی می‌بخشد. جنس سیم جوش باید با فلز مبنا یکسان باشد.
جوشکاری توسط الکترودهای ذغالی و ماشینهای جریان متناوب
در این جوشکاری به انبرهای ویژه‌ای احتیاج است که برای این کار طراحی شده‌اند. در جوشکاری با ماشینهای جریان مستقیم، قوس الکتریکی بین الکترود ذغالی و فلز مبنا برقرار شده و به محض دور کردن الکترود از قطعه کار، شعله جوشکاری قطع می‌شود؛ در مقابل در جوشکاری با جریان متناوب، قوس الکتریکی بین دو الکترود ذغالی ایجاد می‌شود. اگر این الکترودها را از قطعه جوش دادنی دور نماییم، مجددا قوس الکتریکی باقی خواهد ماند. انتخاب قطر الکترودها در این مدل جوشکاری به نوع کار وابسته است.
راهکار انجام کار با دستگاه‌های متناوب، همانند دستگاه‌های جریان مستقیم است. به منظور برقراری قوس الکتریکی، دو الکترود را به هم نزدیک کرده تا قوس الکتریکی بینشان ایجاد شود. کنترل قوس الکتریکی توسط فشار آوردن جوشکار بر پیچ مخصوصی صورت می‌گیرد. زمانی که فاصله مناسبی بین دو الکترود ایجاد شود، شعله مرتب و آرامی ایجاد خواهد شد. به مرور زمان که نوک الکترود می‌سوزد، باید فشار وارد بر پیچ هم زیاد شود تا فاصله بین الکترودها ثابت شود. زمانی که الکترودها می‌سوزند، ایجاد قوس الکتریکی میانشان ممکن نیست. در این موارد باید کار را متوقف کرد و مجددا الکترودها را تنظیم نمود.
انبرهای جوش در الکترودهای ذغالی
در جوشکاری با الکترودهای فلزی، از انبرهای معمولی استفاده می‌شود. این انبرها برای جوشکاری با الکترودهای ذغالی مناسب نیستند؛ چرا که الکترود ذغالی بر اثر عبور جریان گرم می‌شود و سبب از بین رفتن انبرهای معمولی می‌شود. به منظور جلوگیری از آسیب دیدن دست جوشکار، دسته انبر الکترود به گونهای ساخته می‌شود که توسط هوا خنک می‌شود. همچنین زمانی که کارهای زیادی در حال انجام باشد، عمدتا از انبرهایی استفاده می‌شود که دسته‌شان توسط جریان آب خنک می‌شود.
گونه های الکترود ذغالی
در جوشکاری با الکترودهای ذغالی دو مدل الکترود موجود است؛ یکی از این الکترودها گرافیت خالص و نوع دیگر آن ذغال پخته می‌باشد. الکترودهایی که از ذغال خالص تشکیل شده‌اند، در برابر جریان‌های زیاد جوشکاری از استحکام بیشتری برخوردارند؛ اما قیمت این الکترودها بالا بوده و مقرون به صرفه نیستند. الکترودهای ذغالی باید به شکل مخروطی ناقص تراشیده شوند و قطرشان با ضخامت فلز جوش دادنی یکسان باشد. قطر نوک الکترود باید بین 5/1 تا 2 میلی‌متر و طول قسمت تراشیده شده آن 16 تا 20 میلی‌متر باشد.
موارد مهم در جوشکاری با الکترودهای ذغالی
1) در این مدل جوشکاری نباید از انبرهای معمولی استفاده کرد.
2) در بیشتر کارهای جوشکاری، باید از الکترودهای ذغالی پخته کمک بگیریم.
3) قطر الکترودها باید تقریبا با ضخامت صفحات جوش دادنی برابر باشد.
4) در صورتی که از سیم جوش اضافه استفاده شود، باید جنس آن با جنس فلز مبنا برابری کند.
5) در این جوشکاری طول قوس الکتریکی را نسبتا 3 الی 4 برابر ضخامت صفحات جوش دادنی انتخاب کنید.
الکترود گوج چیست
در صنعت جوشکاری، فرایندهای جوشکاری و ابزارهای مورد استفاده در آن، با عناوین متفاوتی شناخته می‌شوند. برای مثال الکترود گوج نام دیگر الکترود ذغالی و کربنی است و بسیاری این الکترود را با این نام می‌شناسند. الکترود گوجینگ (Gouging electrodes) از کربن ساخته شده و دارای پوشش مسی می‌باشد. مشخصه اصلی این دسته از الکترودها، تولید گاز زیاد برای خروج مذاب ایجاد شده تحت قوس است. سطح برش این الکترودها، صاف و صیقلی نبوده و ترکیبات دقیقی از کربن و گرافیت در آنها به کار رفته است. از الکترود گوج برای حذف جوش‌های قبلی، حذف ترک‌ها، ایجاد شیار U شکل برای اتصال جوش، تمیزکاری قطعات ریخته‌گیری و حذف سطوح سخت مواد استفاده می‌شود.
گوجینگ جوشکاری چیست
Gouging اصطلاحی است که از آن برای تعریف نوعی از خوردگی که روی سطح فلزی که در آن سوراخ، شیار یا فرورفتگی ایجاد شده است، استفاده می‌شود. گوجینگ برای سال‌های متمادی در صنایع و کاربردهای متعدد جوشکاری مورد نیاز بوده است و در حال حاضر یکی از روش‌های بررسی دقیق به حساب می‌آید. از گوجینگ جوشکاری (Gouging welding) برای رفع عیوب جوش موجود در عمق خاصی از جوش استفاده می‌شود. قوس قوی بین نوک الکترود کربن و قطعه کار فلزی، باعث ذوب قطعه و خروج آن می‌شود.
