جوشکاری یکی از فرآیندهای مهم صنعتی است که به شیوه‌های مختلفی انجام می‌شود. یکی از روش‌های جوشکاری، جوشکاری زیر پودری نام دارد که زیر مجموعه جوشکاری ذوبی و زیر شاخه جوشکاری قوسی می‌باشد. در این روش از جوشکاری نوک الکترود داخل پودری از مواد معدنی قرار گرفته و یک یا چند قوس در زیر این پودر در امتداد مسیر جوشکاری به وجود می‌آید. از قوس ایجاد شده به عنوان منبع حرارتی در عملیات جوشکاری استفاده می‌شود. در ادامه مطلب با جوشکاری زیر پودری بیشتر آشنا شده و به کاربردهای و مزایا و معایب آن خواهیم پرداخت.
جوشکاری زیر پودری چیست؟
جوشکاری زیر پودری یا SAW، یک فرآیند جوشکاری قوس الکتریکی است که گرمای لازم برای انجام جوشکاری به وسیله یک یا چند قوس بین یک فلز پوشش نشده، یک یا چند الکترود مصرفی و یک قطعه کار به وجود می‌آید. در روش جوشکاری زیر پودری، نوک الکترود را داخل پودری از مواد معدنی قرار می‌دهند و قوس در زیر این پودر در امتداد مسیر جوشکاری به وجود می‌آید. گاهی اوقات قوس ایجاد شده در این روش قابل مشاهده نمی‌باشد. برای همین در این شرایط به آن جوشکاری قوس مخفی گفته می‌شود. پس جوشکاری زیر پودری، شامل تشکیل قوس بین یک الکترود دائما تغذیه شده و قطعه کار می‌باشد.
جوشکاری زیر پودری، مستلزم تشکیل یک قوس بین قطعه کار و یک الکترود سیمی بدون روکش است که به طور مداوم پایین می‌آید. در این فرآیند از یک فلاکس برای تولید گازها و سرباره محافظ و افزودن عناصر آلیاژی به حوضچه ذوب استفاده می‌شود. جنس سیم جوش در جوشکاری SAW، از فولاد زنگ نزن با روکش مسی است. روکش مسی سیم جوش باعث می‌شود تا انتقال جریان الکتریکی سرعت بیشتری پیدا کند. همچنین علت استفاده از سیم جوش زنگ نزن نیز جهت سهولت نگهداری از سیم جوش در انبار است. این سیم‌ها باید عاری از آلودگی باشند و سطحشان کاملا تمیز و پاکیزه باشد. برخی اوقات برای راحت انجام شدن فرآیند حرکت سیم جوش، آنها را با روغن‌های بدون هیدروژن چرب می‌کنند.
انجام جوشکاری زیر پودری با سه روش متفاوت
جوشکاری زیر پودری را میتوان با سه روش خودکار، نیمه خودکار و ماشینی انجام داد.
- روش خودکار جوش زیر پودری: همانطور که میتوان حدس زد، در این روش بدون دخالت نیروی انسان و تنها به وسیله دستگاه جوشکاری و کنترل کننده‌های خودکار، جوشکاری انجام می‌شود.
- روش نیمه خودکار جوش زیر پودری: در این روش به طور دستی از تفنگ جوشکاری استفاده می‌شود. تفنگ الکترود و پودر محافظ را منتقل می‌کند. در روش نیمه خودکار، سیم جوش به طور خودکار تغذیه می‌شود.
- روش ماشینی جوش زیر پودری: در این روش کار توسط ماشین صورت می‌گیرد. نیروی انسانی جوشکاری را شروع کرده و بر روی انجام آن نظارت می‌کند. در روش ماشینی تنظیم سرعت و متغیرهای جوشکاری بر عهده نیروی انسانی است و در نهایت پایان جوشکاری را اعلام می‌کند.
جوشکاری زیر پودری چه مزایا و معایبی دارد؟
جوشکاری زیر پودری همچون هر روش دیگری، دارای مزایا و معایبی است که در این بخش به آنها اشاره می‌کنیم.
مزایای جوش زیر پودری:
- با استفاده از فرآیند جوش زیر پودری میتوان اتصالات با شیار کم عمق را ایجاد کرد. این اتصالات باعث می‌شوند تا مصرف فلز پر کننده کاهش پیدا کند.
- در جوشکاری زیر پودری، فلاکس به عنوان یک ماده اکسیدزا کمک زیادی می‌کند تا ترکیبات ناخواسته از حوضچه جوش خارج شوند. این عمل سبب می‌شود تا جوش با کیفیت و خواص مکانیکی بسیار خوبی ایجاد شود.
- در جوشکاری زیر پودری، جوشکاری بدون هیچ تشعشع و دودی صورت می‌گیرد. برای همین میزان آلودگی محیط و خطرات آن کم است.
- برای انجام این جوشکاری، نیازی به جوشکار متخصص و ماهر نمی‌باشد. در واقع افراد مبتدی هم می‌توانند به انجام جوشکاری زیر پودری بپردازند.
- جوش زیر پودری را میتوان در فضای باز و در زمان وزش بادهای شدید انجام داد.
- در جوشکاری زیر پودری رسوب الکترود با بازدهی بالایی انجام می‌شود.
- از دیگر مزایای این روش باید به افزایش سرعت جوشکاری اشاره کرد.
معایب و محدودیت‌های جوشکاری زیر پودری:
- یکی از معایب جوشکاری زیر پودری این است که برای تمام فلزات و آلیاژها کاربردی نمی‌باشد. این روش تنها برای فلزات فولاد ساده کاربرد دارد. برای مثال از جوش زیر پودری میتوان بر روی فولادهای کم کربن که کمتر از 30 درصد کربن، کمتر از 5 درصد فسفر و کمتر از 5 درصد گوگرد دارند، استفاده کرد.
- گاهی اوقات در حین این فرآیند ترک انقباضی رخ می‌دهد. دلیل آن هم این است که یا مواد جوش به اشتباه انتخاب شده‌اند و یا کل گرده جوش و طرح اتصال مناسب نبوده است.
- از دیگر محدودیت‌های جوشکاری زیر پودری این است که پودر جوش ممکن است به آلودگی‌هایی آغشته شود که سبب تخلخل در جوش شوند. برای رسیدن به جوش با کیفیت و خوب، فلز پایه باید از روغن، آلودگی، زنگ زدگی و غبار پاک باشد و سطح آن کاملا یکنواخت و بدون پوسته اکسیدی باشد.
کاربردهای جوشکاری زیر پودری
جوشکاری زیر پودری به دلیل مزایایی که دارد، در بسیاری از صنایع قابل استفاده است. در اینجا به بررسی کاربردهای جوش زیر پودری اشاره می‌کنیم:
- صنعت کشتی سازی
- مخازن ذخیره
- خطوط لوله
- سازه‌های سنگین
- ساخت تیر ورق
- ساخت واگن‌های راه آهن
- جوشکاری مخازن تحت فشار
- و غیره
فلاکس‌های جوشکاری زیر پودری و انواع آن
فلاکس‌های مورد استفاده در جوشکاری زیر پودری، مواد معدنی گدازنده دانه‌ای هستند که شامل تیتانیوم، آلومینیوم، سیلیسیم، اکسیدهای منگنز، کلسیم، زیرکونیم و غیره می‌باشد. این فلاکس‌ها از فرمول ویژه‌ای برخوردار هستند که با نوع خاصی از سیم الکترود سازگاری دارند. فلاکس‌های جوشکاری زیر پودری انواع مختلفی دارند که در اینجا به آنها اشاره می‌کنیم.
فلاکس‌های پیش ذوب شده: این دسته از فلاکس‌ها از مخلوط اجزا و ذوب شدن در کوره الکتریکی برای تبدیل به یک محصول شیمیایی همگن به وجود می‌آیند. فلاکس‌های از پیش ذوب شده، قوس نرم و پایداری را به وجود می‌آورند.
فلاکس‌های باند شده: نوع دیگر فلاکس‌های اصلی جوشکاری زیر پودری، فلاکس‌های باند شده است که این فلاکس‌ها اکسیدزداهای فلزی هستند که از تخلخل جوش جلوگیری می‌نمایند.
پودر مصرفی در جوشکاری زیر پودری
در جوشکاری زیر پودری، الکترود در یک پودر قرار داده می‌شود. برای انتخاب این پودر باید به دانه بندی آن توجه زیادی داشت. چرا که تابع ترکیب شیمیایی پودر، آمپر، قطر سیم جوش و ضخامت قطعه است. پودرهای به کار برده شده در زمان جوش، از تاثیرات متفاوتی برخوردار هستند که دلیل این تاثیرات متنوع، به خاطر ترکیبات پودر است. پودر مصرفی در جوش زیر پوستی، باید باعث آسان روشن شدن قوس اولیه شود و خاصیت عدم جذب اکسیژن را داشته باشد. همچنین این پودر باید جریان الکتریسیته را به خوبی انتقال دهد.
چه فلزاتی مناسب جوشکاری زیر پودری هستند؟
همانطور که گفته شد یکی از محدودیت‌ها و معایب جوشکاری زیر پودری این است که برای تمام فلزات مناسب نمی‌باشد. دلیل آن هم این است که در این فرآیند فلزات مختلف با توجه به جنس و آلیاژ، واکنش‌های متفاوتی را نشان می‌دهند. برای همین انتخاب فلز مناسب در جوش زیر پودری اهمیت زیادی دارد. در اینجا به فلزات مناسب برای جوشکاری زیر پودری اشاره می‌کنیم.
- فلزات بسیار مناسب برای جوش زیر پودری: فلزات این دسته شامل فلزات ساده به خصوص فولاد می‌باشند که با فلاکس و الکترود 17-69 جوش داده می‌شوند. همچنین فولادهای کربن متوسط و فولادهای ساختمانی با استحکام بالا، مناسب جوش زیر پودری می‌باشند.
- فلزات کم مناسب برای جوش زیر پودری: برای این دسته میتوان به فولادهای ساختمانی کم کربن با استحکام بالا اشاره کرد. البته فولادهای پر کربن، آلیاژهای مسی، مس و فولادهای مارتنزیتی هم میتوان جزو این گروه دانسته و به روش جوش زیر پودری جوشکاری کرد. فقط باید منطقه حرارت داده شده باریک‌تر باشد.
- فلزات نامناسب: در این دسته باید به فلزهایی اشاره کرد که با روش جوش زیر پودری قابل جوشکاری نمی‌باشند. برای مثال چدن، آلیاژهای منیزیم و آلومینیوم جزو این دسته از فلزات هستند. دلیل آن هم این است که برای آنها فلاکس مناسب پیدا نمی‌شود. همچنین روی و سرب نیز جزو فلزاتی هستند که به دلیل برخورداری از نقطه ذوب پایین، برای جوشکاری زیر پودری مناسب نمی‌باشند.
منبع تغذیه در جوشکاری زیر پودری
منابع تغذیه جوشکاری زیر پودری را میتوان شامل موارد زیر دانست:
- ترانسفورماتور با خروجی جریان متناوب AC
- ترانسفورماتور رکتی فایر و موتور ژنراتور با خروجی جریان مستقیم DC
جریان‌های مستقیم و متناوب، در جوشکاری زیر پودری از نتایج رضایت بخشی برخوردار هستند. اما هر دوی آنها در برخی کاربردهای خاص، دارای معایبی می‌باشند.
جمع بندی
جوشکاری زیر پودری یکی از انواع جوشکاری است که زیر دسته جوشکاری‌های ذوبی و زیر شاخه جوشکاری قوسی می‌باشد. در روش جوشکاری زیر پودری، نوک الکترود را داخل پودری از مواد معدنی قرار می‌دهند و قوس در زیر این پودر در امتداد مسیر جوشکاری به وجود می‌آید. در رابطه با پودر مصرفی در جوش زیر پوستی و همچنین انواع فلاکس‌های آن در متن به طور کامل صحبت کردیم. همچنین به بررسی مزایا و معایب این روش از جوشکاری و کاربردهای آن پرداختیم. از مزایای جوش زیر پودری باید به بی‌نیازی از جوشکار ماهر، سرعت بالا، رسوب الکترود با بازدهی بالا و نرخ رسوب‌های بالا اشاره کرد.
