جوشکاری زیرپودری چیست؟

به گزارش اخبار ساختمان، جوشکاری یکی از روش هایی است که به کمک آن می توان انواع اتصالات فلزی و غیر فلزی را انجام داد. جوشکاری فلزی در مدل های مختلف جوشکاری ذوبی و غیر ذوبی انجام می شود که هر کدام از این روش ها نیز دارای انواع مختلفی هستند که در مقالات مشابهی به بررسی دیگر روش های جوشکاری و انواع اتصالات جوش در صنعت ساختمان پرداخته ایم.

در این مقاله قصد داریم به معرفی جوشکاری زیر پودری و کاربردهای آن را مورد بررسی قرار دهیم. پس در ادامه با ما همراه باشید.

جوشکاری زیرپودری چیست؟

جوشکاری زیر پودری یا SAW، یکی از فرایندهای جوشکاری قوسی است که در آن، نوک الکترود داخل پودری از مواد معدنی ویژه قرار می گیرد و یک یا چند قوس در زیر این پودر در امتداد مسیر جوشکاری تشکیل می شود. برخی از مواقع قوس الکتریکی تشکیل شده زیر پودر جوش مخفی است. زمان هایی که قوس زیر پودر مخفی است به این نوع جوشکاری، جوشکاری قوس مخفی گفته می شود.

شبیه به فرایند جوشکاری MIG، جوشکاری زیرپودری مستلزم تشکیل یک قوس بین قطعه کار و یک الکترود سیمی بدون پوشش که به صورت مداوم پایین می آید است. فرایند SAW از یک فلاکس برای تولید گازها و سرباره محافظ و همچنین افزودن عناصر آلیاژی به حوضچه ذوب استفاده می کند. در این روش گاز محافظ لازم نیست.

جنس سیم جوش در جوشکاری زیر پودری، از فولادی زنگ نزن با روکش مس است. روکش مسی انتقال جریان الکتریکی را تسریع می بخشد. علت استفاده از فولاد زنگ نزن نیز جهت سهولت نگهداری از سیم جوش در انبار است. سیم های جوش باید عاری از هر نوع آلودگی باشند و سطحی تمیز داشته باشند. برخی از مواقع به منظور راحت تر شدن فرایند حرکت سیم جوش آن ها را با روغن های بدون هیدرژن چرب می کنند.

جوشکاری زیر پودری چگونه انجام می شود؟

در جوشکاری زیر پودری، انتهای سیم جوش داخل مواد روانساز قرار می گیرد. مواد روانساز منطقه ای که قرار است جوش شود را می پوشاند. پیش از انجام جوشکاری یک لایه نازک از پودر فلاکس در سطح قطعه کار قرار می گیرد. قوس در امتداد خط اتصال حرکت می کند. پس از انجام جوشکاری پودر اضافی به یک قیف نگهدارنده برگردانده می شود. لایه های سرباره ذوب شده باقی مانده بعد از جوشکاری را می توان به راحتی از بین برد. هنگامی که قوس به طور کامل با لایه فلاکس پوشیده می شود، اتلاف حرارت به شدت کاهش می یابد. این امر یک راندمان حرارتی بالا به میزان 60 درصد فراهم می کند.

جوشکاری زیرپودری می تواند به سه روش نیمه خودکار، خودکار و ماشینی انجام گیرد. در روش نیمه خودکار، جوشکاری زیر پودری از تفنگ جوشکاری دستی استفاده می شود. تفنگ در این روش، وظیفه انتقال الکترود و پودر محافظ را دارد. تغذیه سیم جوش به صورت خودکار بوده و پودر محافظ تحت اثر نیروی گرانش از مخزن با ته مخروطی یا تحت فشار هوا توسط شیلنگ به محل اتصال، انتقال می یابد.

در روش خودکار جوشکاری زیر پودری، جوشکاری بدون دخالت کاربر و توسط دستگاه جوشکاری و کنترل کننده های خودکار انجام می شود.

روش جوشکاری زیر پودری ماشینی، توسط ماشین انجام می شود. کاربر در این روش شروع کننده جوشکاری است، آن را نظارت می کند، تنظیم متغیر های جوشکاری و سرعت جوشکاری بر عهده کاربر است. همچنین کاربر تصمیم گیرنده زمان انتهایی جوشکاری است.

جوشکاری زیرپودری چه کاربردهایی دارد؟

از کاربردهای فرآیند جوشکار زیرپودری می­ توان به موارد زیر اشاره کرد:

-  عمدتاً برای جوشکاری با نرخ رسوب بالا یا جوشکاری با نفوذ زیاد استفاده می­ شود.
-  در صنعت کشتی­ سازی و ساخت مخازن ذخیره­ ای و تحت فشار و ساخت H-Beam استفاده شده در سازه فلزی، به­ کار گرفته می­ شود.
-  پوشاندن فلز پایه با یک فولاد زنگ نزن در تولید مخازن تحت فشار
-  عملیات سخت کردن سطحی (رویه سختی)

فلاکس های مورد استفاده در جوشکاری زیر پودری

فلاکس های استفاده شده در روش SAW مواد معدنی گدازنده دانه ای شکل اند که شامل اکسیدهای منگنز، سیلیسیم، تیتانیوم، آلومینیم، کلسیم، زیرکونیم، منیزیوم و دیگر ترکیبات مثل فلوئورید کلسیم (CaF2) هستند. فلاکس به طور ویژه ای فرمول بندی شده که با نوع معینی از سیم الکترود سازگاری داشته باشد تا ترکیب فلاکس و سیم جوش، خواص مکانیکی مطلوب را ایجاد کند.

یک تجربه رایج این است که اگر فلاکس ها به فلز جوش منگنز و سیلیسیم، اضافه کنند، به آنها به عنوان فلاکس فعال رجوع می شود که مقدار منگنز و سیلیسیم اضافه شده از ولتاژ قوس و شدت جریان جوشکاری تاثیر می پذیرد.

انواع اصلی فلاکس ها برای SAW
 

فلاکس های باند شده: فلاکس های باند شده دارای اکسیدزداهای فلزی هستند که به جلوگیری از تخلخل جوش کمک می کنند.
فلاکس های پیش ذوب شده: این نوع فلاکس، به وسیله مخلوط کردن اجزا، سپس ذوب کردن آنها در یک کوره الکتریکی برای تشکیل یک محصول شیمیایی همگن تولید می شوند و سپس خنک شده و خرد می شوند تا به اندازه ذرات مورد نیاز برسند. از جذابیت اصلی این فلاکس ها ایجاد قوس نرم و پایدار است.

مزایا و معایب جوشکاری زیر پودری چیست؟

روش های خودکار و نیمه خودکار جوش زیر پودری در مقایسه با سایر روش های جوشکاری مزایا و معایب زیر را دارند:

-  اتصالات را می توان با شیار کم عمق آماده نموده که باعث مصرف کمتر فلز پرکننده می شود (در برخی کاربردها نیازی به شیار برای اتصالات بین ورق های با ضخامت کمتر از ۴/۱ نیست).
-  پوشش برای حفاظت اپراتور از قوس نیاز نیست، اگرچه حفاظت چشمان اپراتور بخاطر احتمال پرتاب جرقه جوش توصیه می شود.
-  جوش را می توان با سرعت حرکت و نرخ رسوب بالا و بر روی سطح صاف یا استوانه ای یا لوله و از نظر تئوری با هر اندازه و ضخامتی انجام داد. این روش برای سخت کردن سطحی نیز مناسب است.
-  فلاکس به عنوان اکسیدزدا و آخال زدا برای خارج کردن ترکیبات ناخواسته از حوضچه جوش عمل می کند تا جوش سالم و با خواص مکانیکی مناسب ایجاد کند.
-  سیم های الکترود ارزان برای جوش فولادهای غیرآلیاژی و کم کربن استفاده می شوند. (معمولا سیم های فولادی کم کربن بدون پوشش یا با پوشش نازک مسی برای هدایت بهتر و جلوگیری از خوردگی هستند.)
-  جوش زیر پودری را می توان در زیر وزش بادهای نسبتا شدید جوشکاری نمود. ذرات فلاکس حفاظت بهتری انجام می دهند تا پوشش الکترود در روش جوشکاری الکترود دستی.

محدودیت های جوشکاری زیرپودری SAW
 

پودر جوش ممکن است به آلودگی هایی آغشته شود که باعث تخلخل جوش شوند. برای دستیابی به یک جوش خوب، فلز پایه باید یکنواخت ،بدون پوسته اکسیدی، زنگ، غبار و روغن و سایر آلودگی ها باشد. جدا شدن سرباره از جوش در برخی موارد به سختی صورت می گیرد.

در جوش های چند پاس، پس از هر عبور باید سرباره جوش برداشته شود تا از باقی ماندنش درون فلز جوش جلوگیری شود. این روش معمولا برای جوش فلزات با ضخامت کمتر از ۳/۱۶، بخاطر Burn Through مناسب نیست. مگر در کاربردهای خاص شدیدا به مسطح بودن وضعیت جوشکاری محدود است، زیرا مسطح بودن و افقی بودن وضعیت برای جلوگیری از ریختن فلاکس لازم است.

فلزات مناسب جوش زیر پودری کدامند؟

در فرایند جوش زیر پودری فلزات مختلف با توجه به جنس و آلیاژ آنها واکنش های متفاوتی نشان می دهند از این رو انتخاب فلز مناسب از اهمیت ویژه ای برخوردار است. برای شفاف شدن بحث باید به سه بخش تقسیم شده پرداخت:

فلزات بسیار مناسب

همانطور که قبلا هم اشاره شد این روش جوش مناسب برای فلزات ساده مخصوصا فولاد است که با فلاکس و الکترود 69-15.17 جوش می شوند. فولادهای کربن متوسط و فولادهای ساختمانی با استحکام بالا نیز مناسب این روش جوشکاری هستند.

جوش زیر پودری برای بوجود آمدن پوشش های محکم و مقاوم در برابر سایش برای موقعیت هایی که تحت سایش هستند نیز کاربرد دارد.

فلزات کم مناسب

برخی فولادهای ساختمانی با استحکام بالا کم کربن در این گروه قرار می گیرند. فولادهای پرکربن، مس، آلیاژهای مس و فولادهای مارتنزیتی نیز جزو این گروه به شمار می آیند و می توان به روش جوشکاری زیر پودری جوش داد به این شرط که منطقه حرارت داده شده باریک تر باشد.

فلزات نامناسب

برخی از فلزات مانند چدن را به روش زیر پودری نمی توان جوش داد زیرا تحمل حرارت بالا را ندارد. آلیاژهای منیزیم و آلومینیوم را نیز نمی توان با این روش جوش داد زیرا فلاکس مناسب برای آن یافت نمی شود.

روی و سرب نیز در گروه فلزاتی هستند که به دلیل داشتن نقطه ذوب پایین نمی توان با روش زیر پودری آنها را جوش داد. تیتانیوم را توانسته اند برای کاربرد آزمایشگاهی با این روش جوش بدهند اما فلاکس مناسب آن تاکنون عرضه نشده است.

سیم الکترود جوشکاری زیرپودری SAW
 

سیم های الکترود جوشکاری زیرپودری فولاد در اندازه های مختلف تولید می شوند. پوشش نازکی از مس برای بهبود هدایت الکتریکی و بالا بردن مقاومت در برابرخوردگی برروی سیم ایجاد می شود. ترکیب شیمیائی سیم الکترود به ترکیب شیمیائی فلز جوش وخواص مکانیکی و انتخاب نوع خاص الکترود و ترکیب آن به جنس فلز قطعه و نوع فلاکس وابسته است.

برای رسیدن به نرخ رسوب بالاتر می توان از دو یا چند الکترود نازک تر به جای یک الکترود ضخیم تر استفاده کرد. کاهش قطر الکترود باعث افزایش چگالی جریان و فشار پلاسما جهت و افزیش عمق نفوذ و باریک شدن باند جوش می شود.

الف) همه الکترودها علاوه بر مقادیر جدول حداکثر دارای ۰.۰۳۵درصد گوگرد، ۰.۰۳ درصد فسفر، ۰.۱۵ درصد مس (غیراز پوشش) و ۰.۰۵ درصد سایر عناصر هستند.

ب) به علاوه حاوی ۰.۰۵ – ۰.۱۵ درصد تیتانیوم، ۰.۰۲ – ۰.۱۲ درصد زیرکونینوم، ۰.۰۵ – ۰.۱۵ درصد آلومینیوم و تا ۰.۵ درصد سایر عناصر نیز هست. ساده ترین روش برای جلوگیری از تشکیل پرلیت و فریت گوشه دار استفاده ازحدود ۰.۵ درصد مولیبدن و ۰.۰۲ درصد بر در ترکیب فولاد است، که با کاهش آهنگ تشکیل محصولات دگرگونی در دمای بالا باعث ایجاد فاز بینیت می شود. لذا استحکام کششی و تسلیم را افزایش می دهد.

بیشتر بخوانید: جوشکاری اسکلت فلزی ساختمان چه اصولی دارد؟