پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
جوشکاری یا فن فلزات از دیر باز مورد توجه بشر بوده است و در ابتدا ظروف آشپزخانه و جواهرات و امروزه در صنایع کشتی سازی و هوا فضا کاربرد بسیاری دارد.
طبق مدارکی که در کتاب ها و استانداردها آمده است جوشکاری 8200 سال قدمت دارد.
در حدود 2200 سال قبل از میلاد ، از لحیم کاری برای ساخت قطعات جواهر استفاده می شد.
در حدود 1500 سال قبل از میلاد ، قطعات را به روش جوشکاری پتکی به هم متصل می کردند.
سال 1783 میلادی لیچتنبرگ قوس الکتریکی را کشف کرد.
سال 1809 میلادی دیوی فیزیکدان انگلیسی از قوس الکتریکی به عنوان یک منبع نور استفاده کرد.
سال 1867 میلادی الیکاتاسن جوشکاری مقاومتی را اختراع کرد.
سال 1885 برنادوس اولین فرآیند جوشکاری قوسی را تجربه کرد.
سال 1890 میلادی فرآیند جوشکاری قوسی بوسیله ذوب الکترود فلزی انجام گرفت.
سال 1891 میلادی جوشکاری اکسی استیلن کشف شد.
سال 1895 میلادی ، سال توسعه فرآیند تقطیر هوا به وسیله ون لینده بود.
سال 1896 ” دارگر ” نازل های تورچ جوشکاری را توسعه داد.
سال 1901 برای اولین بار استیلن حل شده در استن مورد استفاده قرار گرفت.
سال 1908 ” گیلبرگ ” الکترودها را تکامل داد.
سال 1920 استفاده از الکترود تنگستن ، تحت پوشش گازهای محافظ مورد استفاده قرار گرفت.
سال 1965 جوشکاری لیزر مورد استفاده قرار گرفت.
دانشمندان امروزه بر این باور هستند که سیر اختراعات فرآیندهای جوشکاری امروزه متوقف شده و از این به بعد در جهت تکامل فرآیندهای اختراع شده پیش خواهیم رفت.
اصطلاحات جوشکاری
جوشکاری ( Welding ) : فرآیند اتصال دادن ، با حرارت دادن مواد یا بدون حرارت دادن ، با اعمال فشار یا بدون اعمال فشار ، با استفاده از فلز پرکننده یا بدون فلز پرکننده ، به نحوی ذوب و انجماد مداوم در امتداد درز اتصال صورت می گیرد و یا اتصال لبه ها ، از طریق له شدن در هم انجام می شود را جوشکاری گویند.
جوش ( Weld ) : اتصال موضعی فلز ، که در آن اتصال با حرارت دادن به میزان مناسب ، با کاربرد فشار یا بدون کاربرد فشار ، با استفاده از مواد پرکننده یا بدون مواد پرکننده ، صورت می گیرد را جوش گویند. ( فلز پرکننده دارای نقطه ذوبی معادل همان فلزات پایه است. )
جوش ایده آل : جوش ایده آل را می توان به محل اتصالی اطلاق نمود که نتوان آن موضع را از قسمتهای دیگر قطعات جوش داده شده تشخیص داد. با وجود دست نیافتن به این چنین مشخصات ، می توان خواص محل اتصال را چنان بالا برد که در عمل ، کاملاً رضایتبخش باشد.
رویه جوش ( Weld Face ) : سطح جوش ذوبی از طرفی که جوشکاری انجام شده را رویه جوش می نامند.
حوضچه جوش ( Weld Pool ) : حجم موضعی فلز مذاب در یک جوش ، قبل از انجماد فلز تازه جوش داده شده را حوضچه جوش گویند
فلز پایه ( Base Metal ) : فلزی است که باید جوشکاری ، لحیم کاری ، لحیم کاری سخت یا بریده شود را فلز پایه گویند.
فلز جوش ( Weld Metal ) : در جوش ذوبی شامل آن قسمت از فلز پایه و فلز پرکننده است که در جریان جوشکاری ذوب شده است.
فصل مشترک جوش ( Weld Interface ) : فصل مشترک بین فلز جوش و فلز پایه در جوش حالت جامد بدون فلز پرکننده و یا بین فلز پرکننده و فلز پایه در جوش حالت جامد با فلز پرکننده را ، فصل مشترک جوش گویند.
منطقه متاثر از جوش ( Heat Affected Zone – HAZ ) : قسمتی از فلز پایه که ریز ساختار و خواص مکانیکی آن توسط حرارت جوشکاری ، لحیم کاری سخت ، لحیم کاری یا برشکاری حرارتی تغییر پیدا کرده است را منطقه متاثر از جوش می نامند.
پیوندگاه جوشکاری ( Weld Junction ) : مرز بین منطقه ذوب و منطقه متاثر از جوش را پیوندگاه جوشکاری می نامند.
چاله جوش ( Crater ) : فرو رفتگی در انتهای جوش ، در جوشکاری قوسی ناشی از عقب کشیدن سریع الکترود را چاله جوش می نامند.
الکترود ( Electrode ) : جزئی از مدار الکتریکی که در ایجاد قوس نقش داشته و اگر مصرفی باشد به گل جوش و فلز جوش تبدیل می شود.
فلز پرکننده ( Filler Metal ) : فلز یا آلیاژی که برای ساختن درز جوشکاری شده یا لحیم کاری شده یا لحیم کاری سخت شده باید اضافه شود و پس از ذوب ، حوضچه جوشکاری را پر کند. فلز پرکننده همیشه از جنس فلز پایه نیست و همچنین در ایجاد قوس نقشی ندارد.
American Welding Society ( AWS ) : AWS مخفف انجمن جوشکاران آمریکا است که در واقع یکی از معتبرترین جامعه جوشکاری بوده و این انجمن بزرگترین و معتبرترین استانداردها ، طبقه بندی ها و مشخصات فنی را در زمینه های مختلف جوشکاری ارائه نموده است.
راهنمای مشخصات فنی رویه جوشکاری(Welding Procedure Specification-WPS): سندی که متغیرهای مورد لزوم جوشکاری برای کاربردی خاص را تأمین می کند و برای هر جوشکار آموزش دیده ماهر و هر اپراتور جوشکار تکرار پذیر است. این سند حاوی کلیه دستورات لازم جهت تولید جوش ، کیفیت جوشکاری ، صلاحیت جوشکاری ، کدها در مورد فولاد ، دیگ بخار و مخازن فشاری است.
مدرک کنترل کیفی دستورالعمل ( Procedure Qualification Records-PQR ) : سندی حاوی کلیه مقادیر واقعی متغیرهای جوشکاری برای آزمایش جوش جهت کنترل کیفی دستورالعمل جوشکاری و مقادیر واقعی نتایج آزمایش های صورت گرفته روی نمونه جوش است.
اهمیت جوشکاری
جوشکاری کار آمدترین راه اتصال فلزات است. جوشکاری تنها راه اتصال دو یا چند قطعه فلز برای یکپارچه ساختن آنهاست.
جوشکاری بطور وسیعی برای ساخت یا تعمیر تمام محصولات فلزی به کار برده می شود. بیشتر چیزهای فلزی پیرامون ما ، جوش داده می شوند. بلندترین ساختمان دنیا ، سفینه های فضایی ، راکتورهای هسته ای ، لوازم خانگی ، خودروها و غیره جوش داده می شوند. استفاده از فرآیند جوشکاری روز به روز در حال افزایش است. جوش یک اتصال دائمی است ، لذا چنانچه لازم است اتصال گاهی جدا شود ، نبایستی جوش داده شود. بنابراین می توان گفت : ” جوشکاری اقتصادی ترین روش اتصال دائمی فلزات است. ”
برای اتصال دو عضو با پیچ یا پرچ ، سوراخ کردن قطعات ضروری است. این سوراخ ها تا 10 درصد مساحت مقطع عرضی قطعات متصل شونده را کم می کنند.
اتصال مزبور ممکن است به دو قطعه ورق کمکی نیاز داشته باشد ، بنابراین وزن مواد لازم و هزینه تمام شده اتصال بالا می رود. در صورتیکه با استفاده از جوش ، این هزینه حذف می گردد. در جوشکاری از تمام مقطع عرضی قطعه برای تحمل نیرو بکار می رود و وزن به مقدار قابل ملاحضه ای کم می شود. امروزه اتصال ورق های کشتی و مخازن ذخیره به خاطر صرفه جوئی با جوش انجام می گیرد و دیگر پرچ در این موارد بکار نمی رود.
لوله ها نیز اگر با جوش متصل گردند ، صرفه جوئی مشابهی صورت می پذیرد. ضخامت لوله بایستی به قدر کافی باشد تا بار لازم را تحمل نماید. حال اگر لوله به وسیله رزوه متصل گردد ، ضخامت بیشتری لازم دارد ولی برای جوشکاری ضخامت کمتری کفایت می کند و به این ترتیب وزن فلز و هزینه برای اتصالات رزوه ای بیشتر از اتصالات جوش است. سطح داخلی اتصالات جوش داده شده نیز هموارتر است.
امروزه لوله های با قطر بزرگ به وسیله رزوه به یکدیگر یا با اتصالات رزوه ای متصل نمی گردند.
طراح اگر قطعات ریخته ای را به جوشی تبدیل کند ، با کم کردن ضخامت لازم ، در وزن فلز صرفه جوئی می کند ، استفاده از جوش بجای ریخته گری به طراح آزادی عمل بیشتری می دهد. هر جا که لازم است از ورق های ضخیم استفاده کند و در جاهای دیگر ورق های نازک در نظر می گیرد.
یکی دیگر از کاربردهای جوشکاری ، روکشی و ترمیم سطح فلزات با فلز مخصوص است که می تواند مقاوم به خوردگی و یا سایش باشد و از این طریق سالیانه میلیاردها دلار در دیر تعویض کردن قطعات صرفه جوئی شود.