جوشکاری به چه فرایندی گفته می‌شود؟

در این مطلب قصد داریم تا به معرفی جوشکاری و روش‌های جوشکاری بپردازیم. جوشکاری (Welding) عملیاتی است که برای ساخت سازه‌های فلزی استفاده می‌شود. اما ساخت سازه‌های فلزی به چه معناست؟ به مجموعه مراحل بریدن، خم کردن و سر هم کردن مواد اولیه برای تولید یک ماشین، قطعه یا هر سازه‌ای، ساخت سازه‌های فلزی گفته می‌شود. این کار معمولا طبق نقشه و به صورت مهندسی صورت می‌گیرد. از جوشکاری برای اتصال مواد غیر فلزی هم استفاده می‌شود؛ اما مورد بحث ما در این مطلب جوشکاری فلزات است.

هدف اصلی از جوشکاری در این فرایند اتصال دائمی مواد به صورت مهندسی شده به یکدیگر است. موادی مانند آهن، آلومینیوم، نیکل و غیره که از طریق حرارت‌دهی بالا، ذوب ماده و اتصالشان با سرد کردن انجام می گیرد. لازم به ذکر است که جوشکاری با روش‌های اتصال دیگر که در آن دما پایین‌تر است و ماده پایه ذوب نمی‌شود، فرق دارد. (مثل لحیم‌کاری سخت یا نرم). این یعنی در جوشکاری هر دو ماده پایه و مواد جوشکاری ذوب می‌شوند.

جوشکاری چه مزایایی دارد؟

• قوی بودن اتصالات

یکی از مزایای جوشکاری، دائمی و قوی بودن اتصالات است. در واقع تمام اتصالاتی که از طریق جوشکاری صورت می‌گیرند، بسیار قوی و مستحکم هستند و برای همین است که از این روش برای ساخت اسکلت‌های ساختمانی استفاده می‌شود.

• مقرون به صرفه بودن

از دیگر ویژگی‌های جوشکاری، مقرون به صرفه بودن آن است. شاید روش‌های زیادی برای اتصال قطعات در صنعت وجود داشته باشد. اما جوشکاری جزو روش‌های مقرون به صرفه و اقتصادی بوده و افراد می‌توانند با هزینه کمی آن را انجام دهند.

• جوش فلزها با ضخامت مختلف

در جوشکاری هیچ محدودیتی در ضخامت فلزهای مورد جوش وجود ندارد. یعنی جوشکاران می‌توانند فلزهای مختلف را با ضخامت‌های متفاوت به یکدیگر متصل کرده و جوش دهند. برای همین است که جوشکاری جزو روش‌های بسیار پر کاربرد است.

• اتوماتیک بودن

جوشکاری قابلیت اجرا به صورت اتوماتیک و با دستگاه‌های مخصوص را دارد. زمانی که از دستگاه‌های جوشکاری مخصوص استفاده شود، اشتباهات ناشی از خطای انسانی کاهش پیدا کرده و جوش با سرعت و دقت بیشتری صورت می‌گیرد.

ماده پرکننده یا Filler چیست

در جوشکاری علاوه بر ذوب فلز پایه از یک ماده دیگر هم استفاده می‌شود که حفره ایجاد شده را که برای اتصال دو فلز بعد از ذوب تشکیل شده پر کند. به این ماده پر کننده نقطه اتصال، فیلر (Filler) گفته می‌شود. بعد از پر کردن حوضچه به وجود آمده از ذوب ماده پایه، فیلر سرد شده و از فلز پایه نیز قوی‌تر می‌شود. به این صورت اتصال انجام شده و دارای استحکام بسیار بالایی می‌شود. گاهی اوقات برای محافظت از فلز پرکننده یا فیلر در برابر اکسید شدن و دیگر آسیب‌ها، از یک لایه محافظ استفاده می‌شود. این لایه در حین جوشکاری جدا شده و تا زمان استفاده از فیلر مراقبت می‌کند.

چند عیب از فرآیند جوشکاری

با اینکه جوشکاری مزایای زیادی دارد و ما تنها به چند مورد از آن اشاره کردیم، این فرآیند معایبی هم دارد. در اینجا به چند مورد از معایب جوشکاری نیز اشاره می‌کنیم.

• اتصالات غیر قابل تفکیک

همانطور که در بخش قبلی اشاره کردیم، یکی از مزایای جوشکاری اتصالات قوی در آن است. با این حال برخی مواقع شاید لازم به تفکیک قطعات باشد که در این شرایط امکان آن به راحتی وجود ندارد. در واقع قطعات و فلزهایی که از طریق جوشکاری به هم جوش می‌خورند، دیگر قابلیت تفکیک و جدایی به راحتی ندارند.

• آسیب دیدن فلز پایه

زمانی که در جوشکاری به فلز گرما اعمال می‌شود، در نقطه اتصال ممکن است تغییرات ناخواسته‌ای شکل بگیرد. در واقع حرارت زیاد روی خواص مکانیکی فلز تغییر گذاشته و در نزدیکی نقطه اتصال دچار تغییراتی می‌گردد.

منبع حرارت در جوشکاری

منابع مورد نیاز برای ایجاد حرارت در جوشکاری از کجا تامین می‌شود و از چه منابعی میتوان برای این کار استفاده کرد؟ برای ایجاد حرارت از شعله گاز، امواج مافوق صوت، لیزر، قوس الکتریکی، پرتوی الکترون و اصطکاک استفاده می‌شود. هر کدام از این منابع با توجه به جنس فلز و شرایط کار به کار گرفته می‌شوند. برای مثال به طور معمول، جهت جوشکاری آهن در محیط باز از قوس الکتریکی استفاده می‌شود. اگر این جوشکاری بخواهد برای فلز دیگر یا در شرایط دیگر مثل زیر آب انجام شود، ممکن است از منبع دیگری استفاده شود.

محیط جوشکاری

جوشکاری در محیط‌های صنعتی مختلفی انجام می‌شود. در فضای آزاد یا در محیط‌های بسته، در زیر آب یا خارج از جو زمین جوشکاری قابل اجرا است. با توجه به هر کدام از این محیط‌ها، علاوه بر به کار بردن روش خاص خود، خطرات و صدماتی هم می‌تواند داشته باشد. خطراتی مانند مشکلات بینایی، خفگی از طریق استنشاق گاز سمی، سوختگی، شوک الکتریکی و قرار گرفتن در معرض اشعه ماورا بنفش می‌تواند انسان را تهدید کند. پس احتیاط، رعایت نکات ایمنی و استفاده از ابزارها و پوشش‌های ایمنی خاص ضروری است.

فرایندها و روش‌های جوشکاری

اگر به تاریخچه جوشکاری نگاه کنیم، در ابتدا کار بر روی فلزات و فرم دادن آنها به صورت محدود توسط آهنگرها انجام می‌شد. اما از سال 1800 با پیدایش روش‌های جوشکاری، این صنعت شکل گرفت و کم کم در طی سالها روش‌های جدیدتری ابداع شدند. ابتدایی‌ترین روش، در جوشکاری قوس الکتریکی است که به سال 1800 برمی‌گردد که چند سال برای تکمیل آن زمان برد. روش‌های دیگر هم با توجه به نیاز (مثلا نیاز به جوشکاری در زیر آب یا موارد نظامی) پدید آمدند. امروزه روش‌های مختلفی برای جوشکاری وجود دارد که در چند دسته تقسیم می شوند. در زیر به دسته‌بندی آنها اشاره می‌کنیم:

انواع روش‌های جوشکاری

• جوشکاری ذوبی (Fusion Welding)

جوشکاری قوسی (Arc Welding)

قوس ضربه ای (Pulsed Arc)

برق و گاز محافظ (Electrogas)

انتقال اسپری (Spray Transfer)

جوشکاری پیچی (Stud Welding)

جوشکاری با هواگاز (Oxyfuel Gas Welding)

اکسیژن استیلن (Oxyacetylene)

فشار گاز (Pressure Gas)

جوشکاری مقاومتی (Resistance Welding)

نقطه جوش (Spot Welding)

درز جوش (Seam Welding)

جوشکاری پروجکشن (Projection Welding)

• جوشکاری حالت جامد (Solid State Welding)

جوشکاری واپخشی (Diffusion Welding)

جوشکاری اصطکاکی (Friction Welding)

جوشکاری التراسونیک (Ultrasonic Welding)

جوشکاری آهنگری (Forge Welding)

جوشکاری سرد (Cold Welding)

جوشکاری انفجاری (Explosion Welding)

جوشکاری نوردی (Roll Welding)

تفاوت جوشکاری ذوبی و غیر ذوبی

جوشکاری در حالت کلی به دو دسته ذوبی و غیر ذوبی تقسیم می‌شود. جوشکاری ذوبی فرآیندی است که با استفاده از گرما دو قطعه فلز را به هم جوش می‌دهند. در بسیاری از موارد در جوشکاری ذوبی، استفاده از ماده پر کننده یا فیلر جوشکاری الزامی است. همچنین در این فرآیند نیازی به اعمال فشار خارجی وجود ندارد. جوشکاری ذوبی بر اساس منبع انرژی به مواردی چون جوشکاری با پرتو لیزری، جوشکاری قوسی، جوشکاری اکسی گاز و جوشکاری با پرتو الکترونی تقسیم می‌گردد.

جوشکاری غیر ذوبی یا حالت جامد، نوع دیگری از جوشکاری است که شامل تمام روش‌هایی می‌شود که در حالت جامد صورت می‌گیرند و ماده‌ای در آنها ذوب نمی‌شود. همچنین در این فرآیند خبری از ماده پرکننده یا فیلر نبوده و جوش مواد از طریق نفوذ بین مولکولی بین سطح تماس دو قطعه صورت می‌گیرد. در واقع در این روش برخلاف جوش ذوبی، از فشار خارجی استفاده شده و در اثر اعمال فشار مولکول‌های سطح دو قطعه از نواحی پر تراکم به نواحی کم تراکم جریان پیدا می‌کنند. از انواع جوشکاری غیر ذوبی میتوان به مواردی چون جوشکاری مقاومتی، انفجاری، اصطکاکی و فراصوتی اشاره کرد.