معرفی انواع جوشکاری؛ مزایا و معایب انواع جوشکاری
تقریبا اکثر افراد با مفهوم جوشکاری تا حدودی آشنایی دارند و میدانند که با استفاده از این فرایند میتوان دو سطح عموما فلزی را به یکدیگر متصل کرد. اما خوب است بدانید که جوشکاری سرشار از تکنیکها و ترفندهای مختلف است و با روشهای متفاوتی انجام میشود. در این مطلب از پاوان قصد داریم به شما بگوییم جوشکاری چیست و تعریفی دارد. همچنین با انواع جوشکاری و مزایا و معایب آنها نیز آشنا خواهید شد.
تعریف جوشکاری
جوشکاری در واقع یکی از روشهای ساخت است که با هدف اتصال سخت و دائمی دو قطعه فلزی، سرامیکی، کامپوزیتی یا پلیمری به یکدیگر انجام میشود. جوشکاری عموما از طریق حرارت بالا و ذوب شدن بخشی از قطعه اصلی انجام شده و پس از سرد شدن، اتصال دائمی بین قطعات ایجاد میشود.
نکتهای که باید به آن توجه داشت این است که در جوشکاری فلز پایه یا مبنا ذوب میشود و این فرایند با لحیمکاری نرم (سولدِرینگ) یا لحیمکاری سخت (بریزینگ) تفاوت دارد. در جوشکاری مادهای که وظیفه پر کردن شکاف بین دو قطعه را برعهده دارد فلز جوش یا فلز پر کننده نامیده میشود. جوشکاری یکی از مهمترین و پرکاربردترین فرایندهایی است که امروزه در صنایع مختلف بهکار گرفته میشود.
جوشکاری نقطهای و خطی دو مورد از محبوبترین روشهای جوشکاری هستند که برای اتصال دائمی قطعات فلزی ورقی مورد استفاده قرار میگیرد. اگر کمی دقیقتر به محیط اطراف خود نگاه کنید، وسایل نقلیه، ابزارآلات، سازههای مختلف و ساختمانهایی را میبینید که در ساخت تمامی آنها از نوعی جوشکاری استفاده شده است.
انواع جوشکاری
با توجه به کاربری و محل جوشکاری، امروزه از انواع مختلفی از جوشکاری استفاده میشود. فرایند جوشکاری از نظر ساختار به طور کلی به دو دسته جوشکاری ذوبی و جوشکاری حالت جامد قابل تقسیم است.
در جوشکاری ذوبی همانطور که از نامش مشخص است، اتصال فلز پایه با استفاده فرایند ذوب انجام میشود. در واقع در این نوع فرایند جوشکاری، با ذوب شدن لبه یا سطح قطعه فلزی پایه و ایجاد شدن امتزاج موضعی، اتصال بین دو سطح برقرار میشود. البته این روش صرفا برای فلزات کاربرد نداشته و برای سطوح پلاستیکی و سرامیکی نیز قابل استفاده است. منبع انرژی در جوشکاری ذوبی عموما الکتریکی یا شیمیایی است.
در جوشکاری حالت جامد فرایند به این صورت است که با ایجاد حرارت زیاد، دو سطح تا حالت خمیری شدن گرم میشوند. این حرارت با استفاده از روشهای مختلفی مانند اصطکاک یا فشار نیز قابل تولید است. به طور کلی منبع انرژی در فرایند جوشکاری حالت جامد میتواند به یکی از سه شکل مکانیکی، الکتریکی و یا شیمیایی باشد.
روشهای جوشکاری عموما با توجه به جنس قطعات، محلی که جوشکاری انجام میشود و حساسیت و دقت مورد نیاز انتخاب میشوند. در ادامه به مهمترین و پرکاربردترین روشهای جوشکاری اشاره میکنیم.
- جوشکاری قوسی الکتریکی (Electric Arc Welding): این شامل زیرمیگ، میگ، تیگ، و SMAW (Shielded Metal Arc Welding) میشود.
- جوشکاری TIG (Tungsten Inert Gas Welding): یا GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) نیز نامیده میشود.
- جوشکاری MIG (Metal Inert Gas Welding): یا GMAW (Gas Metal Arc Welding) نیز نامیده میشود.
- جوشکاری پلاسمایی (Plasma Arc Welding): این روش از یک قوس پلاسمایی برای جوشکاری استفاده میکند.
- جوشکاری نقطهای (Spot Welding): این روش برای اتصال نقاط خاص دو قطعه فلزی به کمک جریان الکتریکی استفاده میشود.
- جوشکاری فرکانس بالا (High-Frequency Welding): به عنوان مثال، جوشکاری اصطکاکی (Friction Welding) در این دسته قرار میگیرد.
- جوشکاری مقاومتی (Resistance Welding): این شامل جوشکاری نقطهای، جوشکاری مستقیم مقاومتی، و جوشکاری فشاری مقاومتی میشود.
- جوشکاری پوششی (Overlay Welding): این روش برای تقویت سطوح فلزی به وسیله لایههای جوشی استفاده میشود.
- جوشکاری هیدرولیکی (Hydraulic Welding): در این روش، آب به عنوان ماده خنککننده برای جوشکاری استفاده میشود.
- جوشکاری الیاف نوری (Laser Welding): از نور لیزر برای جوشکاری فلزات استفاده میکند.
- جوشکاری الکترونیک (Electron Beam Welding): از پرتوهای الکترونیک برای جوشکاری فلزات به کار میرود.
- جوشکاری برقی مقاومتی (Electric Resistance Welding): این شامل جوشکاری نقطهای و جوشکاری مستقیم مقاومتی میشود.
جوش قوس الکتریکی
یکی از پرکاربردترین انواع جوشکاری که برای اتصال قطعات فلزی مختلف مورد استفاده قرار میگیرد. در این روش با ایجاد قوس الکتریکی بین دو الکترود و قطعه، حرارت زیادی تولید میشود که با ذوب شدن الکترود و سطح قطعه فلزی، اتصال محکمی بین دو قطعه ایجاد خواهد شد. برای جوشکاری با قوس الکتریکی حتما به هوا یا یک گاز هادی (مثل اکسیژن) نیاز داریم و عموما در شرایط خلاء نمیتوان با این روش جوشکاری کرد.
این جوشکاری خود انواع مختلفی دارد که از متداولترین آنها میتوان به جوشکاری قوس کربنی، جوش قوس الکتریکی با پوشش پودری، جوش زیرپودری، جوش قوس پلاسما، جوشکاری اتمی هیدروژن و جوشکاری تنگستن گاز اشاره کرد.
مزایا
- سرعت بالا در اجرا: این روش به سرعت اجرای جوشکاری اجزا کمک میکند.
- اتصالات قوی: اتصالات حاصل از این روش قوی و مستحکم هستند.
- قابلیت جوشکاری انواع فلزات: از جمله فولاد، آلومینیوم، مس و غیره.
معایب
- نیاز به تجهیزات پیچیده: این روش نیاز به دستگاههای خاصی دارد که هزینهبر هستند.
- اشعه UV و IR: این روش اشعه مضر UV و IR را ایجاد میکند و نیاز به محافظت مناسب دارد.
- مصرف بالای انرژی: این روش برق زیادی مصرف میکند و ممکن است هزینه انرژی بالا باشد.
جوشکاری تیگ
نحوه کار: در این روش از قوس الکتریکی بین الکترود تنگستن و قطعات فلزی استفاده میشود و گاز آرگون برای حفاظت از قوس و جلوگیری از اکسیداسیون مورد استفاده قرار میگیرد.
مزایا
- کنترل دقیق: این روش به جوشکار امکان کنترل دقیقی بر روی جریان و حرارت را میدهد.
- کیفیت بالا: جوشکاری TIG اتصالات بسیار کیفیتی ایجاد میکند.
- مناسب برای فلزات حساس به حرارت: این روش برای جوشکاری فلزات حساس به حرارت مانند آلومینیوم مناسب است.
معایب
- کارآیی کمتر برای جوشکاران مبتدی: این روش نیاز به مهارت و تجربه دارد و برای جوشکاران مبتدی ممکن است دشوار باشد.
- هزینهتر در مقایسه با برخی روشها: تجهیزات مرتبط با این روش ممکن است هزینهبر باشند.
جوشکاری میگ (Metal Inert Gas Welding)
نحوه کار: در این روش، سیم جوش به وسیله یک ولتاژ و تغذیه گاز آرگون اتصال داده میشود.
مزایا
- سرعت بالا: این روش به سرعت جوشکاری کمک میکند.
- کمترین پسماند جوشکاری: جوشکاری MIG کمترین پسماند را ایجاد میکند.
- مناسب برای جوشکاری انبوه: این روش برای تولید انبوه قطعات مناسب است.
معایب
- محدودیت در کار با فلزات خاص: این روش نه برای همه فلزات مناسب است و برخی مواد خاص نیاز به روشهای دیگر دارند.
- کنترل دقیق کمتر: در مقایسه با جوشکاری TIG، کنترل دقیق کمتری دارد.
جوشکاری پلاسمایی
نحوه کار: در این روش از قوس پلاسما (گاز یونیزه) برای جوشکاری استفاده میشود.
مزایا
- سرعت بالا: این روش به سرعت اجرای جوشکاری کمک میکند.
- دقت بالا: جوشکاری پلاسمایی دقت بالایی دارد.
- کیفیت بالا: اتصالات حاصل از این روش بسیار کیفیتی هستند.
معایب
- تجهیزات پیچیده: این روش نیاز به تجهیزات پیچیدهای دارد که هزینهبر هستند.
- پرهزینهتر در مقایسه با برخی روشها: جوشکاری پلاسمایی ممکن است به عنوان گزینه هزینهبر تر در نظر گرفته شود.
جوشکاری نقطهای
جوشکاری نقطهای یا جوشکاری به روش نقطه جوش یکی دیگر از پرکاربردترین انواع جوشکاری محسوب میشود که امروزه در صنایع مختلف بهکار گرفته میشود. در این روش، دو قطب فکهای جوشکاری به ترانسفورماتور مبدل متصل میشوند. فکها در اثر عبور جریان از نقطه تماس و وجود مقاومت جریان، حوزه موردنظر بر روی قطعات را به سرعت گرم میکنند.
این گرما تا حد ذوب شدن سطح قطعه پیش میرود و فقط محدود به همان نقطه است. سادگی، سرعت عمل و تمیزی نتیجه باعث شده است تا از این روش جوشکاری برای اتصال صفحات فلزی نازک استفاده شود.
مزایا
- سرعت بالا: جوشکاری نقطهای به سرعت بالایی انجام میشود و این امکان را میدهد که در تولید انبوه قطعات از آن استفاده کرد.
- اقتصادی: این روش به دلیل سرعت و اقتصادی بودن آن، برای تولید دستگاههای بزرگی مانند خودروها بسیار مناسب است.
- اتصالات محکم: جوشکاری نقطهای اتصالات بسیار محکم و استحکامپذیر ایجاد میکند که میتواند در برابر نیروها و فشارهای مختلف مقاومت کند.
- عدم نیاز به مواد جوشکاری مضافتی: در این روش، ماده جوشکاری مضافتی مورد نیاز نیست و اتصالات به وسیله فشار و جریان الکتریکی ایجاد میشوند.
معایب
- محدودیت در ضخامت مواد: جوشکاری نقطهای مناسب برای جوشکاری ورقهای نازک تا متوسط است و برای مواد ضخیم مناسب نیست.
- نیاز به سطح تمیز: سطح قطعات برای جوشکاری نقطهای باید تمیز و خالص باشد؛ در غیر این صورت اتصالات قوی ایجاد نخواهد شد.
- محدودیت در شکل و ابعاد قطعات: این روش برای قطعات با اشکال و ابعاد مختلف ممکن است مناسب نباشد.
- نیاز به تجهیزات خاص: برای جوشکاری نقطهای نیاز به دستگاههای خاصی دارید که ممکن است هزینهبر باشند.
- پسماند حرارتی: در جوشکاری نقطهای، گرمای تولید شده ممکن است به سایر مناطق قطعه انتقال پیدا کند و منجر به تغییر خواص مکانیکی مواد شود.
جوشکاری مقاومتی
نحوه کار: در این روش، دو قطعه فلزی با فشار و جریان الکتریکی به هم جوش میشوند.
مزایا
- سرعت بالا: جوشکاری مقاومتی به سرعت بالایی انجام میشود و به طور ویژه برای تولید انبوه و قطعات با تعداد بالا مناسب است.
- اتصالات قوی: اتصالات حاصل از این روش بسیار قوی و مستحکم هستند. این اتصالات به دلیل فشار مکانیکی و جریان الکتریکی، بدون نیاز به ماده جوشکاری مذاب ایجاد میشوند.
- کمترین پسماند: در جوشکاری مقاومتی، تولید پسماند و ضایعات جوشکاری بسیار کمتر است، که این امر میتواند در صنایعی که به کاهش ضایعات حساس هستند، مزیت باشد.
- کارآیی در تولید انبوه: این روش به دلیل سرعت و کارآیی بالا، برای تولید انبوه قطعات و محصولات مورد استفاده قرار میگیرد.
معایب
- محدودیت در اندازه قطعات: جوشکاری مقاومتی معمولاً برای قطعات کوچک و متوسط مناسب است و در صورت نیاز به جوشکاری قطعات بزرگتر، نیاز به تجهیزات خاصی دارد.
- نیاز به تجهیزات خاص: این روش نیاز به تجهیزات خاصی دارد که شامل دستگاههای فشار دهی و دستگاههای جریان الکتریکی میشود.
- محدودیت در نوع فلزات: جوشکاری مقاومتی برای انواع مختلف فلزات مناسب نیست و نیاز به تنظیمات متفاوتی برای هر نوع فلز دارد.
- پیشتغذیه و طراحی محصول: طراحی محصول و پیشتغذیه به منظور ایجاد اتصالات جوشی در جوشکاری مقاومتی ممکن است به چالش کشیده شود و نیاز به مراقبت و دقت دارد.
جوشکاری پوششی
نحوه کار: در این روش، لایهای از فلز جوشی روی سطح قطعه فلزی قرار میگیرد.
مزایا
- تقویت سطح فلز: این روش به عنوان یک روش تقویت سطح فلز در برابر سایش، فرسایش، خوردگی و سایر ضررهای محیطی عمل میکند.
- مقاومت در برابر سایش: جوشکاری پوششی میتواند سطح فلز را در مقابل فرسایش ناشی از سایش و اصطکاک محیطهای مختلف تقویت کند.
- کاهش هزینه تعمیر و نگهداری: با استفاده از جوشکاری پوششی، میتوان هزینههای تعمیر و نگهداری را کاهش داد و عمر مفید قطعات را افزایش داد.
- اتصال متریالهای مختلف: این روش به شما اجازه میدهد تا متریالهای مختلف را به هم متصل کنید و ویژگیهای مختلف فلزات را به سطح کاری منتقل کنید.
معایب
- نیاز به مهارت و تجربه: جوشکاری پوششی نیاز به تجربه و مهارت دارد و به دقت در اجرای آن نیاز دارد. عدم رعایت دقت ممکن است به ایجاد خطاها منجر شود.
- هزینهتر از سایر روشها: جوشکاری پوششی به دلیل نیاز به مهارت، تجهیزات خاص و مصرف مواد اضافی، معمولاً هزینهبرتر از برخی روشهای دیگر میباشد.
- انتقال گرما: در برخی موارد، انتقال گرما به قسمتهای دیگر از قطعه ممکن است مشکلاتی را ایجاد کند و ساختار فلز را تحت تأثیر قرار دهد.
- بهبود و اندازهگیری دقیق: اندازهگیری دقیق ضخامت لایه پوششی و بهبودهای انجام شده ممکن است دشوار باشد و نیاز به ابزارهای مخصوص دارد.
- آلودگی محیط: برخی از روشهای جوشکاری پوششی ممکن است به هنگام اجرا آلودگی هوای محیط ایجاد کنند که نیاز به اقدامات ایمنی و محافظتی
جوشکاری لیزری یا الیاف نوری
نحوه کار: در این روش، نور لیزر برای ذوب کردن قسمتهای مورد جوشکاری استفاده میشود.
مزایا
- دقت بالا: جوشکاری لیزری دارای دقت بالایی است و به ایجاد اتصالات دقیق و نیکوتر کمک میکند.
- سرعت بالا: این روش به سرعت جوشکاری بسیار بالا کمک میکند و برای تولید انبوه مناسب است.
- کمترین آلودگی: جوشکاری لیزری کمترین پسماند گازی و آلودگی ایجاد میکند.
- امکان جوشکاری فلزات نازک: این روش به جوشکار امکان جوشکاری فلزات نازک را میدهد.
معایب
- تجهیزات پیچیده: جوشکاری لیزری نیاز به تجهیزات پیچیده و گران است.
- محدودیت در جوشکاری فلزات خاص: برای برخی فلزات خاص، جوشکاری لیزری ممکن است مناسب نباشد.
- حساسیت به تغییرات سطح: جوشکاری لیزری حساس به تغییرات سطحی در مواد است.
جوشکاری فرکانس بالا
نحوه کار: در این روش، انرژی فرکانس بالا برای جوشکاری قطعات فلزی به کار میرود.
مزایا
- سرعت بالا: جوشکاری فرکانس بالا به دلیل اعمال حرارت به سرعت بالا، سرعت بالایی در جوشکاری فلزات فراهم میکند. این به معنای زمان کمتری برای اجرای عملیات جوشکاری است.
- اتصالات دقیق: این روش به دلیل سرعت و دقت بالا، اتصالات جوشی دقیق و با کیفیتی ایجاد میکند. این منجر به جوشکاری پیچیدهتر و قطعات با کیفیتتر میشود.
- کاهش انتقال حرارت به سایر قسمتها: این روش به دلیل سرعت بالا، انتقال حرارت به قسمتهای اطراف قطعه محدود میشود، که از جوشکاری بدون تغییرات اندازه و شکل قطعه جلوگیری میکند.
- کمترین تغییر در خواص مکانیکی فلز: با توجه به سرعت بالا و کاهش انتقال حرارت به مناطق اطراف، تغییرات در خواص مکانیکی فلز کمتر است.
معایب
- هزینه تجهیزات: تجهیزات مرتبط با جوشکاری فرکانس بالا پیچیده و گرانقیمت هستند، از جمله ژنراتورهای فرکانس بالا و ابزارهای جوشکاری.
- محدودیت در انواع فلزات: این روش برای انواع خاصی از فلزات مناسب است و نمیتواند برای همه مواد استفاده شود.
- نیاز به مهارت: جوشکاران نیاز به تجربه و مهارتهای خاصی برای استفاده موثر از این روش دارند. جوشکاری فرکانس بالا نیاز به تنظیمات دقیق دارد.
- تولید امواج الکترومغناطیسی: استفاده از فرکانسهای بالا ممکن است امواج الکترومغناطیسی تولید کند که باید با احتیاط مدیریت شوند تا از تأثیرات جانبی جلوگیری شود.
جوشکاری هیدرولیکی
نحوه کار: در این روش، قوس الکتریکی به همراه یک جریان آب برای خنک کردن قطعات فلزی استفاده میشود.
مزایا
- کاهش انباشت حرارتی: جوشکاری هیدرولیکی به دلیل استفاده از آب برای خنک کردن جوش، انباشت حرارتی را به حداقل میرساند. این امر میتواند به جلوگیری از تغییر ساختار فلز و تشکیل ترکها کمک کند.
- کنترل دقیق دما: از آنجا که آب به عنوان ماده خنک کننده استفاده میشود، جوشکاران میتوانند دمای جوش را با دقت کنترل کنند. این امر به حفظ کیفیت جوشکاری کمک میکند.
- مناسب برای جوشکاری قطعات ضخیم: جوشکاری هیدرولیکی به خصوص برای جوشکاری قطعات ضخیم مورد استفاده قرار میگیرد. این روش امکان جوشکاری بدون تغییر ابعاد و اندازه قطعات را فراهم میکند.
معایب
- تجهیزات پیچیده: برای اجرای جوشکاری هیدرولیکی نیاز به تجهیزات خاصی مانند دستگاههای خنککننده و منابع آب دارید. این تجهیزات ممکن است هزینهبر باشند و نیاز به نگهداری داشته باشند.
- نیاز به تأمین منبع آب: این روش نیاز به منبع آب دارد و اگر آب در محل کار کم باشد، ممکن است مشکلاتی پیش آید.
- محدودیت در جوشکاری فلزات خاص: جوشکاری هیدرولیکی برای همه نوع فلزات مناسب نیست و برای فلزات خاص ممکن است گزینههای دیگر بهتری وجود داشته باشد.
- محدودیت در کار با قطعات کوچک: این روش برای جوشکاری قطعات کوچک و سیمی مناسب نیست و به خصوص در این مورد تعداد خطاها و اشکالات افزایش مییابد
جوشکاری زیر آب
جوشکاری در زیر آب نخستین بار در سال 1932 توسط یک دانشمند روسی بهکار گرفته شد. این جوشکاری در دو نوع خشک و مرطوب انجام میشود. در جوشکاری مرطوب، غواص مستقیما در زیر آب اتصال قطعات یا ترمیمهای لازم را انجام میدهد. بدین منظور از نوعی الکترود ویژه استفاده میشود و فرایند کلی جوشکاری با جوشکاری در فضای بیرون آب تفاوت زیادی ندارد.
در جوشکاری خشک یک اتاقک مخصوص در نزدیکی محل جوشکاری قرار میگیرد و جوشکار با تجهیزات لازم درون اتاقک کار لازم برای اتصالات و ترمیم بخشهای مختلف قطعات را انجام میدهد. درون این اتاقک هوای فشرده وجود دارد تا فشار داخل و بیرون اتاقک در حد تعادل باشد.
درجه جوشکاری چیست؟
درجه جوشکاری یا درجه رقت در واقع به درصد مشارکت فلز مبنا در فلز جوش اشاره دارد. درجه رقت جوش نشان میدهد که ترکیب نهایی فلز جوش یا پر کننده به چه صورتی خواهد بود. به بیان سادهتر، چه مقدار از ترکیب شیمیایی فلز جوش از فلز مبنا و چه مقداری از آن از فلز جوش تشکیل شده است.
درجه جوشکاری از آنجایی اهمیت دارد که تغییرات در ترکیب شیمیایی منطقه ذوب، باعث ایجاد تغییرات بزرگ در ریزساختار قطعات و در نهایت خواص آنها میشود. از این رو باید در فرایند جوشکاری به دقت اثرات درجه رقت را در نظر داشت.
عموما در اکثر فرایندهای جوشکاری، درجه رقت پایینتر از 50 درصد است. فرایند جوشکاری زیر پودری بالاترین درجه رقت را در بین فرایند مرسوم دارد و جوشکاری تیگ نیز کمترین درجه رقت را ارائه میدهد.
مزایا و معایب جوشکاری
تا به امروز روشها و فرایندهای جوشکاری مختلفی در صنایع به کار گرفته شدهاند. هر کدام از این روشها برای کاربردهای بهخصوص طراحی میشوند و مزایا و معایب خودشان را دارند. اما در ادامه قصد داریم مزایا و معایب کلی جوشکاری را مورد بررسی قرار دهیم.
مزایای جوشکاری
- اتصالات قوی و دائمی
- مقرونبهصرفه بودن اکثر روشهای جوشکاری
- قابلیت جوشکاری اتوماتیک
- عدم محدودیت در ضخامت قطعات
معایب جوشکاری
- جداسازی دشوار و غیرممکن اتصالات
- احتیاج به نیروی متخصص در برخی روشها
- حساسیت بالا و نیاز به بازرسی
- حرارت زیاد و آسیب دیدن فلز پایه
- وجود خطراتی برای سلامتی جوشکار
سخن آخر
جوشکاری یک فرآیند کلیدی در صنعت و ساخت و ساز است که برای ایجاد اتصالهای فلزی از ذوب کردن و اتصال مواد فلزی بهره میگیرد. این فرآیند انواع مختلفی از جوشکاری را شامل میشود که هر کدام ویژگیها و کاربردهای خاصی دارند. انواع مختلفی از جوشکاری شامل جوشکاری الکتریکی، جوشکاری گازی، جوشکاری قوسی برقی، جوشکاری تیگ و جوشکاری میگ هستند، و انتخاب نوع جوشکاری مناسب بر اساس مواد و کاربردهای مورد نیاز تأثیر بزرگی بر کیفیت و عملکرد نهایی اجسام ساختاری دارد.