استفاده از فلز پرکننده‌ای که خواص مکانیکی و شیمیایی مناسبی برای کار داشته باشد و بتواند شرایط کاری‌ای را که جوش با آن مواجه می‌شود تحمل کند، بسیار حیاتی است. این موضوع به کاهش خطر ترک‌خوردگی، خوردگی و یا نقص‌های جوش کمک می‌کند که ممکن است منجر به بازکاری‌های زمان‌بر و پرهزینه شود. هنگام انتخاب فلز پرکننده، هفت عامل کلیدی وجود دارد که باید مدنظر قرار گیرند. در ادامه، هر یک از این عوامل به‌صورت دقیق بررسی شده و توضیح داده می‌شود که چگونه این عوامل بر انتخاب فلز پرکننده تأثیر می‌گذارند.
عامل شماره ۱: جنس ماده پایه برای جوشکاری
اتصال دو ماده در اغلب موارد به شیمی آن‌ها وابسته است: کدام فلز پرکننده بهترین تطابق را با ماده پایه دارد؟ اگر ترکیب شیمیایی مواد با یکدیگر سازگار باشد، خواص مکانیکی (مانند استحکام کششی و تنش تسلیم) نیز هماهنگ خواهند بود. این تطابق به اپراتورهای جوشکاری اطمینان می‌دهد که رسوب جوش دارای همان استحکام و خواص ماده پایه خواهد بود.
در مواردی که استحکام دو ماده‌ای که باید به هم متصل شوند یکسان نیست، ملاحظات دیگری مطرح می‌شود. به‌طور کلی، اپراتورهای جوشکاری باید استحکام فلز پرکننده را با ماده پایه‌ای که استحکام کمتری دارد، هماهنگ کنند. در طی فرایند جوشکاری، رقیق‌شدن فلز پرکننده با ماده پایه قوی‌تر معمولاً برای تقویت رسوب فلز جوش کافی است.
اغلب، شناسایی فلزات پایه از طریق آزمایش‌هایی بر اساس ظاهر، واکنش به آهن‌ربا، شکستگی، قلم‌زنی و شعله یا جرقه به‌راحتی امکان‌پذیر است و اپراتور جوش معمولاً می‌داند که با چه ماده‌ای کار می‌کند. در برخی موارد، معمولاً در جوشکاری‌های تعمیراتی یا بازکاری، ممکن است لازم باشد نمونه‌ای به آزمایشگاه ارسال شود تا تجزیه‌وتحلیل شیمیایی انجام شود.
عامل شماره ۲: موقعیت جوشکاری
تاحدامکان، اپراتورهای جوشکاری باید قطعه را طوری بچرخانند که بتوان آن را در موقعیت تخت جوشکاری کرد. جوشکاری در حالت تخت همیشه اقتصادی‌ترین گزینه است و پس از آن به ترتیب موقعیت‌های افقی، عمودی و در نهایت سقفی قرار می‌گیرند.
بااین‌حال، اگر اپراتور مجبور باشد روی یک قطعه بزرگ کار کند که امکان جابه‌جایی آن وجود ندارد، ناچار به جوشکاری در چند موقعیت مختلف خواهد بود. جوشکاری خارج از موقعیت (Out-of-position) می‌تواند به‌ویژه زمانی چالش‌برانگیز باشد که فقط یک سایز سیم در دسترس باشد. برای مثال، جوشکاری عمودی با استفاده از سیمی با قطر 3/32 اینچ ممکن است بسیار دشوار یا حتی غیرممکن باشد. انتخاب بهتر، استفاده از سیمی با قطر بین 0.045 تا 1/16 اینچ است، اما این امر نیازمند تنظیم یک تغذیه‌کننده سیم اضافی یا منبع تغذیه جدید برای کار خواهد بود. همچنین ممکن است لازم باشد رول‌های تغذیه و احتمالاً تفنگ جوشکاری تغییر داده شوند.
شرکت‌ها باید به این نکته توجه کنند که تغییر موقعیت جوشکاری می‌تواند روند کار را کند کرده و کارایی را کاهش دهد؛ بنابراین، در صورت امکان، باید فلز پرکننده‌ای با نوع و اندازه‌ای انتخاب شود که بیشترین انعطاف‌پذیری را برای انواع موقعیت‌های جوشکاری فراهم کند.
عامل شماره ۳: مشخصات و کدهای مقرراتی
مشخصات پروژه اغلب تعیین می‌کند که از چه کلاس سیمی باید استفاده شود. درصورتی‌که چنین مشخصاتی وجود نداشته باشد، اپراتورهای جوشکاری باید بادقت شرایط کاری را که جوش ممکن است با آن روبرو شود، در نظر بگیرند.
برای مثال، اگر یک اپراتور از فلز پرکننده فولاد کم‌کربن برای کاربردهایی که در معرض عناصر سخت و خورنده قرار دارند استفاده کند، احتمالاً جوش‌ها زودتر از ماده پایه زنگ می‌زنند، تخریب می‌شوند و دچار خوردگی می‌گردند. این امر می‌تواند به شکست جوش منجر شود، به‌ویژه اگر محصول نهایی از اهمیت حیاتی برخوردار باشد، مانند یک مخزن تحت‌فشار که در محیط‌های دمای بالا استفاده می‌شود یا یک پل که در معرض عوامل جوی قرار می‌گیرد.
در نهایت، هر فلز پرکننده‌ای که اپراتور جوشکاری استفاده می‌کند باید با شرایط کاری محصول نهایی مطابقت داشته باشد تا رسوب جوش به‌اندازه ماده پایه دوام بیاورد. به همان اندازه مهم است که هنگام جوشکاری مطابق با کد، فلز پرکننده با استانداردها یا گواهینامه‌های آن کد هماهنگی داشته باشد.
عامل شماره ۴: الزامات طراحی
علاوه بر رعایت کدها (در صورت لزوم)، انتخاب فلز پرکننده‌ای که نیازهای طراحی اتصال را مطابق با پیکربندی جوش تعیین‌شده توسط مهندس برآورده کند یا حتی فراتر از آن باشد، اهمیت زیادی دارد.
برای مثال، هنگام جوشکاری بر روی مواد نازک، مهم است که ویژگی‌های قوس مناسب باشد، سیمی که نفوذ عمیق ایجاد می‌کند ممکن است باعث سوراخ‌شدن قطعه توسط اپراتور شود. از سوی دیگر، اگر قطعه‌ای که باید جوش داده شود ضخیم باشد و یک اتصال با شکل “V” منفرد داشته باشد، فلز پرکننده‌ای با ویژگی‌های نفوذ بهتر، امکان اتصال بهتر در ریشه و کناره‌ها را فراهم می‌کند.
عامل شماره ۵: گاز محافظ
اطمینان از سازگاری فلز پرکننده و گاز محافظ مورداستفاده در یک کاربرد خاص بسیار مهم است. گازهای محافظ مختلف اثرات متفاوتی بر فلز پرکننده دارند. به‌عنوان‌مثال، افزودن آرگون به CO₂ این امکان را فراهم می‌کند که بخش بیشتری از ترکیب شیمیایی فلز پرکننده به رسوب جوش منتقل شود. این ترکیب گاز، کیفیت پایدار جوش، کنترل بهتر حوضچه جوش و کاهش سطح پاشش را ارائه می‌دهد. بااین‌حال، انتقال ترکیب شیمیایی غنی‌تر فلز پرکننده به رسوب جوش، احتمال ترک‌خوردگی را نیز افزایش می‌دهد.
از طرف دیگر، استفاده از CO₂ خالص (یک گاز اکسیدکننده) برخی از عناصر فلز پرکننده را می‌سوزاند. CO₂ صددرصد، نفوذ عمیق جوش را ارائه می‌دهد که در جوشکاری مواد ضخیم بسیار مطلوب است. بااین‌حال، این گاز تمایل به ایجاد انتقال قطره‌ای بزرگ‌تر دارد و می‌تواند پاشش بیشتری نسبت به مخلوط‌های گازی حاوی ترکیب آرگون و CO₂ ایجاد کند.
برخی سیم‌ها قادر به کار با هر دو نوع گاز، یعنی CO₂ خالص و مخلوط آرگونCO₂ هستند. شرکت‌ها باید عرضه گاز موجود و ویژگی‌های جوش مطلوب ارائه‌شده توسط هر گاز را در نظر گرفته و اطمینان حاصل کنند که فلز پرکننده انتخاب‌شده با گاز محافظ مورد نظر سازگار است.
عامل شماره ۶: عملیات حرارتی پس از جوشکاری (PWHT)
برخی از انواع فولاد و ضخامت‌های مواد باید پیش از شروع جوشکاری تا دمای مشخصی پیش گرم شوند. پیش‌گرمایش به قطعه کمک می‌کند تا با سرعت کمتری خنک شود و از بروز مشکلاتی مانند انقباض جوش و ترک‌خوردگی جلوگیری شود. به طور مشابه، عملیات حرارتی پس از جوشکاری (PWHT) برای کاهش تنش‌ها و به‌آرامی کاهش‌دادن گرمای باقیمانده واردشده در طی جوشکاری استفاده می‌شود. این فرایند به جوش و مواد پایه اجازه می‌دهد تا به خواص مطلوب بازگردند.
برای موادی که به PWHT نیاز دارند، انتخاب فلز پرکننده‌ای که بتواند به طور مناسب به اعمال حرارت پاسخ دهد، ضروری است تا جوش نهایی کیفیت مطلوبی داشته باشد.
عامل شماره ۷: تجهیزات جوشکاری
نوع و اندازه تجهیزات جوشکاری مورداستفاده تأثیر زیادی بر انتخاب فلز پرکننده مناسب دارد. به‌ویژه، منبع تغذیه باید شدت‌جریانی متناسب با قطر سیم مورداستفاده را فراهم کند. اگر شدت‌جریان کافی نباشد، تغییر قطر سیم ضروری خواهد بود که ممکن است باعث کاهش سرعت تولید شود یا نیاز به استفاده از ماشین‌آلات با ظرفیت بالاتر ایجاد کند.
علاوه بر این، منبع تغذیه باید جریان مناسب جوشکاری را برای فلز پرکننده انتخاب‌شده فراهم کند. جوشکاری با جریان نامناسب می‌تواند منجر به افزایش پاشش و کیفیت پایین جوش شود.
تعیین ویژگی‌های مطلوب جوش نیز اهمیت زیادی دارد. فلزات پرکننده‌ای که در قطبیت معکوس (الکترود مثبت یا EP) کار می‌کنند، نفوذ عمیق‌تری را ارائه می‌دهند، درحالی‌که فلزات پرکننده‌ای که در قطبیت مستقیم (الکترود منفی یا EN) کار می‌کنند، اتصالات کم‌عمق‌تری ایجاد می‌کنند.
جمع‌بندی
اگرچه تأثیر عناصر مختلف در فلزات پرکننده می‌تواند پیچیده و به یکدیگر وابسته باشد، بررسی کلی خواص این عناصر می‌تواند به اپراتورهای جوشکاری کمک کند تا فلز پرکننده‌ای ایده‌آل برای کار خود انتخاب کنند.
به‌عنوان‌مثال، کربن معمولاً سختی، استحکام کششی و مقاومت در برابر سایش را افزایش می‌دهد، اما انعطاف‌پذیری، مقاومت در برابر ضربه و قابلیت ماشین‌کاری را کاهش می‌دهد. در مقابل، نیکل سختی، استحکام کششی، مقاومت در برابر ضربه و انعطاف‌پذیری را افزایش می‌دهد، اما قابلیت ماشین‌کاری قطعه را کاهش می‌دهد. به همین ترتیب، عناصر آلیاژی مختلفی وجود دارند که می‌توانند ویژگی‌هایی مانند اکسیژن‌زدایی، بهبود ساختار دانه‌ها یا افزایش انعطاف‌پذیری را بهبود دهند.
برای انتخاب فلز پرکننده مناسب، ضروری است که اپراتورهای جوشکاری خواص موردنیاز در جوش نهایی را به‌دقت در نظر بگیرند.
