فرآیند جوشکاری الکترواسلگ

امیر ادریسی* فرآیند جوشکاری الکترواسلگ (ESW) به عنوان روشی جهت اتصال مقاطع خیلی ضخیم (بالای 15 میلیمتر) در موقعیت عمود یا نزدیک به عمود به صورت جوش سر بالا شناخته میشود و جوشکاری مقاطع غیرقابل دسترسی که با فرآیندهای جوشکاری قوسی معمولی امکان جوشکاری آن غیرممکن و یا به سختی امکان پذیر است را فراهم مینماید. شرح فرآیند در فرآیند جوشکاری سرباره الکتریکی قطعات با جنس فولاد کربنی به گونه ای مونتاژ میگردند تا با ایجاد فضای خالی در محل اتصال بتوان با عبور نازل مصرفی به صورت سر بالا (Vertical Up) جوشکاری کرد. این فضا با استفاده از کفشک های نگهدارنده مسی به صورت موقت و یا به وسیله فلز پایه ایجاد میشود که به صورت پشت بند (Backing) عمل میکند و به عنوان نگهدارنده حوضچه مذاب، کناره های آن در جریان عملیات جوشکاری ذوب شده و به دو قطعه متصل میشود. در ابتدا مفتول الکترود به همراه نازل تا انتها وارد درز بین دو قطعه میشود. سپس با برقراری قوس الکتریکی بین نوک مفتول الکترود و انتهای درز اتصال عملیات جوشکاری شروع میگردد. جریان جوشکاری از درون مفتول الکترود و نازل مصرفی عبور میکند که در اثر حرارت ناشی از قوس الکتریکی، پودری که در ابتدا در فضای خالی محل اتصال افزوده شده بود ذوب میشود و به سرعت یک لایه سرباره مذاب ایجاد میکند. پس از ایجاد مذاب سرباره، قوس الکتریکی قطع میشود و جریان جوشکاری از الکترود به درون سرباره مذاب هدایت میشود. حرارت مورد نیاز جوشکاری به وسیله مقاومت الکتریکی سرباره مذاب که جریان جوشکاری از آن عبور میکند به وجود میآید. مذاب فلز که از مجموع سیم جوش و نازل مصرفی و فلز پایه تشکیل شده با پیشرفت جوشکاری، به سمت بالا حرکت میکند و منجمد میشود. همواره فلز جوش مذاب روی فلز جوش جامد و روی آنان نیز سر باره مذاب وجود دارد و این عمل به طور مستمر ادامه مییابد تا تمامی فضای خالی محل اتصال توسط فلز جوش پر شود و جوشکاری به اتمام رسد. مزایای روش الکترواسلگ * فراهم نمودن امکان جوشکاری تمام سطوح باکس و استیفنرهای داخل * فرآیند جوشکاری کاملاً اتوماتیک با حداقل میزان خستگی اپراتور * عدم نیاز به پخ زنی و لبه سازی استیفنر برای تمامی ضخامت ها * جوشکاری با حداقل میزان تابیدگی و تنش پسماند در قطعه * جوشکاری سریع و در حداقل زمان ممکن به صورت سربالا * نرخ رسوب بالا و حداکثر تا حدود 20 کیلوگرم در ساعت * هزینه تمام شده نهایی کمتر نسبت به سایر روش ها * ایجاد جوش با نفوذ کامل (CJP) تنها در یک پاس * کیفیت بالای جوش با حداقل میزان عیوب جوش * عدم نیاز به حرکت قطعه حین کار * عدم وجود پاشش مذاب ، صدا و دود * تولید کلیه تجهیزات و مواد مصرفی در داخل کشور و امکان بهره گیری سریع از آموزش، خدمات و تأمین قطعات آن. پارامترها و متغیرهای جوشکاری شدت جریان (آمپر): شدت جریان جوشکاری متناسب با سرعت تغذیه سیم میباشد. این مقدار باید در محدوده 400 تا 800 آمپر وDCEP باشد. افزایش شدت جریان منجر به افزایش سرعت تغذیه سیم و در نتیجه افزایش نرخ رسوب میشود. ولتاژ (ولت): ولتاژ جوشکاری تأثیرات بسیار مهمی دارد. افزایش ولتاژ باعث افزایش نفوذ جوش و کاهش ولتاژ باعث ایجاد عیب ذوب ناقص میشود و ولتاژ بیش از حد نیز باعث ناپایدار شدن حوضچه و پاشش مذاب میگردد. معمولاً ولتاژ در محدوده 30 تا 55 ولت انتخاب میشود. فاصله بین دو قطعه کار: فاصله بین دو قطعه کار برای ایجاد فاصله مورد نیاز برای عبور نازل و همچنین ایجاد فضای کافی جهت تشکیل و حرکت سرباره شکل میگیرد که معمولاً بین mm 30-20 است. زیاد بودن فاصله باعث افزایش مصرف الکترود و احتمال عیب عدم ذوب میگردد. بازرسی و عیوب جوشکاری الکترواسلگ انجام تست غیرمخرب با روش فرا صوتی یا آلتراسونیک انجام میپذیرد و جوش ایجادشده با فرآیند الکترواسلگ در شرایط مناسب دارای کیفیت بسیار خوب و بدون نا پیوستگی میباشد. زمانی که وضعیت جوشکاری نامناسب باشد ایجاد عیب نیز در این روش مانند سایر روش ها اجتناب ناپذیر است که با تمهیداتی میتوان از بروز آن جلوگیری کرد. عیب ذوب ناقص (Lack Of Fusion) از عمده ترین عیوب احتمالی این روش میباشد که بیتوجهی به آن تأثیر منفی زیادی بر روی کیفیت جوش میگذارد. یکی از دلایل افزایش احتمال بروز این عیب، عدم تأمین میزان ولتاژ جوشکاری توسط منبع تغذیه است که استفاده از منابع مناسب از اولویت های اجرای این روش میباشد. طراحی اتصال طرح اتصال در این فرآیند به طور کلی به صورت سربه سر یا سپری با شیار مربعی میباشد. کاربرد در صنایع این فرآیند در صنایع ریلی و راه آهن، ماشین سازی، مخازن تحت فشار، کشتیسازی، ریخته گری، پل سازی، صنایع سازه های فلزی و ... کاربرد دارد. این روش در صنایع سازه های فلزی و در ساخت باکس های ساختمانی و اتصال استیفنرهای داخل ستون کاربرد فراوانی دارد و در کشور ما نیز استفاده از آن روبه افزایش است. با توجه به استاندارد. 2006 AWS D1.1 بند 3.2.2 و تهیه WPS و PQR استفاده از این فرآیند در ساخت سازه های فلزی بلامانع میباشد. همواره تولیدکنندگان سازه فلزی در ساخت باکس های ساختمانی به صورت سنتی با مشکلات عدیده ای روبه رو هستند که این مسایل در جوشکاری اتصال ورق استیفنر به وجه چهارم ستون نمایان است. هم اکنون با ظهور پدیده اتوماسیون جوشکاری و به کارگیری روش جوشکاری الکترواسلگ در ساخت و مونتاژ مقاطع مربعی شکل، این مشکل مرتفع گردیده و امکان جوشکاری تمامی سطوح باکس و استیفنرها که پیش از این میسر نبود، فراهم شده است و حذف جوش های سر به سر ورق وجه چهارم (مطابق با روش سنتی ساخت باکس) را در بر داشته است. استفاده از این روش در ساخت سازه های فلزی و باکس های ساختمانی باعث صرفه جویی اقتصادی، کاهش هزینه های تولید، افزایش حجم، کیفیت و سرعت تولید، کاهش اتلاف زمان مفید کاری، کاهش میزان خستگی اپراتور و بهبود محیط کارگاهی شده است. تجهیزات و مواد مصرفی جوشکاری بوم و ستون و هد جوشکاری : بوم و ستون باید ساختار فلزی مستحکم و حرکتی روان با دقتی بالا داشته باشد و دارای سرعت حرکتی قابل قبولی باشد و در آن موتورها، چرخ دنده ها، تجهیزات الکترونیکی و دیگر قطعات باکیفیت بالا به کاررفته باشد و هد جوشکاری نیز که تعداد آن میتواند متفاوت باشد توانایی عبور سیم جوش به قطر 1.6 میلمتر تا 4.0 را داشته باشد. منبع تغذیه : منابع تغذیه جوش الکترواسلگ (ESW) شباهت زیادی به منابع تغذیه جوش زیر پودری (SAW) دارند، خریداران بایستی به این نکته توجه داشته باشند که منابع تغذیه مخصوص جوشکاری الکترواسلگ بایستی دارای خروجی DCEP و منحنی مشخصه آمپرـ ولتاژ CV باشند. همچنین بایستی توانایی تأمین شدت جریان جوشکاری را در محدوده 400 تا 800 آمپر با دوره کاری 100 درصد و تأمین ولتاژ جوشکاری در محدوده 30 تا 55 ولت را داشته باشد. در صورتی که منبع تغذیه جوشکاری توانایی تأمین ولتاژ جوشکاری به میزان کافی را نداشته باشد، احتمال بروز عیب ذوب ناقص (LOF) در محل اتصال افزایش مییابد. نازل مصرفی : وظیفه اصلی نازل، هدایت الکترود به انتهای درز بین دو قطعه و هدایت جریان الکتریکی و همچنین افزایش میزان حجم رسوب ذوب میباشد. جنس نازل و روکش بایستی به نحوی باشد که پس از ذوب شدن از لحاظ متالورژیکی با فلز جوش و سرباره همخوانی داشته باشد. نازل مصرفی نیز در قطرهای mm 12- 8 موجود میباشد. فلاکس (پودر) : فلاکس علاوه بر محافظت از حوضچه مذاب نقش ایجاد مقاومت الکتریکی جهت تأمین حرارت مورد نیاز جوشکاری را دارا بوده و مقدار مصرف آن در این جوشکاری بسیار ناچیز است. میزان هدایت الکتریکی و سیالیت سرباره مذاب از عوامل تأثیرگذار میباشند. مفتول الکترود یا سیم جوش : سیم جوش های زیر پودری را میتوان به کار برد که سیم 2/ 3 بیشترین کاربرد را دارد. *کارشناس فنی جوش شرکت صنایع جوش و برش کارا