صنایع برای تولید قطعات و محصولات نهایی، به فرایند ساخت و تولید نیاز دارند. تقریباً تمامی فلزات قابل جوشکاری هستند، اما قابلیت جوشکاری آنها متفاوت است. انتخاب بهترین مواد برای جوشکاری به عوامل مختلفی از جمله پروژه، طراحی، بودجه، مهارت جوشکار و تکنیک جوشکاری مورداستفاده بستگی دارد. در این متن، به بررسی بهترین مواد جوشکاری و مناسب‌بودن آنها خواهیم پرداخت.
فرایند پیچیده جوشکاری شامل علومی چون برق، حرارت، متالورژی، تغییرات حالت ماده و اکسیداسیون است. برای جلوگیری از شکست جوش، انتخاب دقیق و هوشمندانه مواد جوشکاری امری ضروری است.
تکنیک‌های جوشکاری فلزات مختلف
جوشکاری فرایندی است که طی آن دو فلز با استفاده از مواد جوشکاری متنوع، به‌منظور کاربردهای مختلف به یکدیگر متصل می‌شوند. تکنیک‌های جوشکاری زیر برای تکمیل این فرایند به کار می‌روند:
- SMAW (Shielded Metal Arc Welding): جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود دستی
- MIG/GMAW (Gas Metal Arc Welding): جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ فلزی
- TIG/GTAW (Gas Tungsten Arc Welding): جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ تنگستنی
- FCAW (Flux Cored Arc Welding): جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود توپر روپوش‌دار
- Resistance Welding/Spot Welding/Butt Welder: جوشکاری مقاومتی/جوش نقطه‌ای/جوش لب‌به‌لب
هر یک از این روش‌ها، تکنیک خاص خود را برای اتصال فلزات و منبع انرژی متفاوتی برای تکمیل اتصال مواد پایه جوشکاری به کار می‌گیرند. هر فلز جوشکاری دارای نقطه ذوب و ویژگی‌های متالورژیکی منحصربه‌فردی است. این ویژگی‌ها، میزان سازگاری آنها با تکنیک‌های مختلف جوشکاری را تعیین می‌کند.
برخی از فلزات جوشکاری نیازمند تجهیزات خاصی مانند محیط خلأ، محفظه گاز و عملیات پیش‌وپس از جوشکاری هستند. در ادامه، لیستی از مواد جوشکاری ارائه خواهد شد.
1. فولاد کم‌کربن
نرم مناسب‌ترین روش‌ها برای جوشکاری: جوشکاری قوسی/الکترودی، جوشکاری MIG، جوشکاری FCAW، جوشکاری TIG با جریان مستقیم، و جوشکاری نقطه‌ای مقاومتی.
این فولاد یکی از بهترین فلزات برای جوشکاری و از قدیم‌ترین فلزات جوش‌پذیر به شمار می‌رود. با بهبود مستمر، به فلزی راحت و مناسب برای جوشکاری تبدیل شده است. مقدار کم‌کربن (کمتر از ۰.۰۳%) این فلز را داکتیل‌تر می‌کند. هرچه داکتیلیته بیشتر باشد، جوشکاری آسان‌تر بوده و احتمال شکنندگی در ناحیه حرارتی کمتر است. افزایش کربن موجب دشواری در جوشکاری می‌شود.
2. فولاد ضدزنگ
مناسب‌ترین روش‌ها برای جوشکاری: جوشکاری قوسی/الکترود دستی، جوشکاری MIG، جوشکاری TIG با جریان مستقیم، جوشکاری FCAW و جوشکاری نقطه‌ای مقاومتی.
فولاد ضدزنگ به‌راحتی قابل جوشکاری است، مشروط بر اینکه از تکنیک و دانش مناسب استفاده شود. از سه نوع اصلی فولاد ضدزنگ شامل آستنیتی، فریتیک و مارتنزیتی، دو نوع آن قابل جوشکاری هستند، اما جوشکاری فولاد ضدزنگ مارتنزیتی دشوار است. فولادهای ضدزنگ فریتیک به‌راحتی جوش داده می‌شوند. به دلیل اینکه فولاد ضدزنگ در معرض حرارت زیاد تغییر شکل می‌دهد، این امر می‌تواند بر شکل نهایی و استحکام قطعه‌کار تأثیر بگذارد.
کروم موجود در فولاد ضدزنگ ممکن است با کربن ترکیب شده و اکسید کروم تشکیل دهد. درصورتی‌که لایه محافظ اکسید کروم از بین برود، قطعه جوش داده شده بیشتر در معرض زنگ‌زدگی و خوردگی قرار خواهد گرفت. برای حل این مشکل، می‌توان از گرم‌کردن اجتناب کرد یا فولاد ضدزنگ کم‌کربن را انتخاب کرد.
3. آلومینیوم
مناسب‌ترین روش‌ها برای جوشکاری: جوشکاری TIG با جریان متناوب (AC)، MIG، جوشکاری با الکترود دستی (آرک/استیک)
آلومینیوم هدایت حرارتی بالایی دارد و بنابراین گرما را سریعاً از ناحیه جوش پراکنده می‌کند. در نتیجه برای جوشکاری این ماده به منبع توان با جریان بالاتری نیاز داریم. انتخاب گرید آلومینیوم اهمیت زیادی دارد، زیرا شما را در انتخاب روش جوشکاری مناسب راهنمایی می‌کند. جوشکاری گریدهای سری 1XXX معمولاً بدون مشکل انجام می‌شود. برای جوشکاری گریدهای سری 6XXX نیاز به انتخاب مواد جوش TIG مناسب مانند مواد پرکننده و منبع توان مناسب داریم. آلومینیوم در سری 2XXX معمولاً قابلیت جوشکاری ندارد.
باید دقت کرد که آلومینیوم در هنگام سردشدن منقبض می‌شود. این انقباض ممکن است باعث ایجاد حفره‌ها و ترک‌ها در جوش شود. جوشکاری آلومینیوم یک فرایند پیچیده است که نیاز به جوشکار ماهر دارد. لایه اکسید آلومینیوم روی فلز پایه به‌عنوان یک آلاینده عمل می‌کند. برای جلوگیری از ایجاد منفذ و حفره در ناحیه جوش، سطح فلز باید با یک برس فلزی به طور کامل تمیز شود.
4. چدن
مناسب‌ترین روش برای جوشکاری: قوس الکتریکی/الکترود دستی (SMAW)
محتوای بالای کربن در چدن نسبت به فولاد و آلومینیوم مشکلات بیشتری ایجاد می‌کند. برای جوشکاری چدن، باید آلیاژ را به‌دقت ارزیابی کرده، فلز جوش را به طور کامل تمیز کرده و فلز را پیش گرم نمود. تغییر تدریجی دما به انجام بهتر این کار کمک می‌کند.
۵. تیتانیوم
مناسب‌ترین روش برای جوشکاری: جوشکاری TIG با جریان مستقیم (DC)
برای جوشکاری تیتانیوم، باید از یک پوشش گازی محافظ استفاده کرد. زمانی که جوشکار از آلودگی و اکسیدشدن تیتانیوم جلوگیری کند، نتیجه‌ای پایدار و محکم به دست می‌آید.
۶. آلیاژ منیزیم
روش مناسب برای جوشکاری: جوشکاری TIG با جریان متناوب (AC)
آلیاژ منیزیم خواص مشابهی با آلومینیوم دارد. حذف اکسید از سطح قبل از جوشکاری ضروری است، زیرا نقطه ذوب منیزیم در آلیاژ بسیار پایین‌تر از اکسیدها است.
۷. مس و برنج
روش مناسب برای جوشکاری: جوشکاری TIG با جریان مستقیم (DC)
این فلزات جوشکاری مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند. این ویژگی باعث می‌شود که آنها فلزات مفیدی در صنعت باشند. باید مراقب هرگونه آلیاژ موجود در مواد جوشکاری مس و برنج بود، زیرا ممکن است باعث ایجاد ترک در اثر اکسیداسیون شوند.
جمع‌بندی
در پایان، انتخاب بهترین مواد برای جوشکاری به عوامل مختلفی مانند نوع جوشکاری، نوع فلزات، شرایط کاری و ویژگی‌های فنی موردنیاز بستگی دارد. مواد جوشکاری باید از استحکام و پایداری بالایی برخوردار باشند تا بتوانند اتصالات مقاوم و بادوام ایجاد کنند. همچنین، انتخاب مواد جوشکاری باید باتوجه‌به نوع محیط و شرایط عملیاتی (مانند دما، رطوبت و شرایط شیمیایی) انجام شود. برای دستیابی به نتیجه مطلوب، لازم است که جوشکاران با مواد مختلف آشنا بوده و بهترین انتخاب را بر اساس نیاز خاص پروژه خود انجام دهند. در نهایت، استفاده از مواد باکیفیت و به‌روز، ضامن کیفیت بالای جوشکاری و طول عمر بیشتر اتصالات خواهد بود.
