بررسی انواع روش های جوشکاری و ملزومات مورد نیاز آنها

جوشکاری، فرآیندی حیاتی در اتصال دائم قطعات فلزی و غیرفلزی است که در صنایع مختلف از جمله ساخت‌وساز، خودروسازی، هوافضا و پتروشیمی نقشی بی‌بدیل ایفا می‌کند. انتخاب روش صحیح جوشکاری و شناسایی دقیق ملزومات مورد نیاز آن مانند خرید الکترود جوشکاری، عاملی کلیدی برای دستیابی به اتصالی مستحکم، باکیفیت و ایمن است. این فرآیند پیچیده، نیازمند درک عمیق از مکانیزم‌ها، مزایا، معایب و کاربردهای هر تکنیک جوشکاری است.

مجموعه آلیاژ صنعت تخصصی ترین مرجع فروش انواع ملزومات جوشکاری با مناسب ترین قیمت و بالاترین کیفیت می باشد.

تعاریف پایه و دسته‌بندی کلی جوشکاری

جوشکاری یک فرآیند تولید است که با اعمال حرارت، فشار یا ترکیبی از این دو، دو قطعه را به صورت دائم به یکدیگر متصل می‌کند. این اتصال، در مقیاس اتمی و مولکولی، باعث در هم تنیدگی ساختاری می‌شود که مقاومت و پایداری بالایی را به ارمغان می‌آورد. مزیت اصلی جوشکاری نسبت به روش‌های اتصال موقتی مانند پیچ و مهره یا پرچ، استحکام بسیار بالاتر، سرعت بیشتر، قابلیت آب‌بندی و دوام طولانی‌تر اتصال است.

روش‌های جوشکاری به دو دسته‌بندی اصلی تقسیم می‌شوند:

• جوشکاری‌های ذوبی (Fusion Welding): در این روش‌ها، حرارت کافی برای ذوب شدن لبه‌های قطعه کار و معمولاً یک فلز پرکننده اعمال می‌شود. مذاب حاصل، پس از سرد شدن و انجماد، اتصال دائمی را ایجاد می‌کند. مکانیزم اصلی در هم تنیدگی اتمی در حالت مایع است.
• جوشکاری‌های حالت جامد (Solid State Welding): در این روش‌ها، اتصال بدون رسیدن به نقطه ذوب قطعه کار صورت می‌گیرد. حرارت در این روش‌ها یا ناچیز است و یا صرفاً برای نرم کردن فلز به کار می‌رود. مکانیزم اصلی، نفوذ اتمی در حالت جامد و تحت فشار بالا است. این روش‌ها معمولاً بدون نیاز به فلز پرکننده انجام می‌شوند.

بررسی انواع جوشکاری‌های ذوبی (Fusion Welding)

جوشکاری‌های ذوبی به دلیل استحکام بالای اتصال، گستردگی کاربرد و قابلیت اتوماسیون، بسیار رایج هستند. با این حال، ایجاد منطقه متأثر از حرارت (HAZ) و احتمال تاب برداشتن قطعه، از معایب عمده این روش‌هاست. ملزومات عمومی جوشکاری ذوبی شامل دستگاه جوش (رکتیفایر/اینورتر)، کابل‌های جوش، انبر اتصال، انبر الکترود یا تورچ، ماسک و دستکش جوشکاری، لباس محافظ، چکش گل‌زنی، فرچه سیمی و سنگ جت است.

جوشکاری با قوس الکتریکی (Arc Welding – AW)

این دسته از جوشکاری‌ها با استفاده از حرارت تولید شده توسط قوس الکتریکی بین الکترود و قطعه کار انجام می‌شوند.

جوشکاری الکترود دستی روکش‌دار (SMAW / Stick Welding)

در این روش، قوس الکتریکی بین الکترود پوشش‌دار و قطعه کار برقرار می‌شود و حرارت لازم برای ذوب هر دو را تأمین می‌کند. پوشش الکترود با سوختن خود، گاز محافظ ایجاد کرده و سرباره‌ای روی مذاب تشکیل می‌دهد که از حوضچه جوش در برابر اتمسفر محافظت می‌کند. مزایای آن شامل سادگی، قابل حمل بودن، هزینه پایین تجهیزات و قابلیت جوشکاری در فضای باز است. معایب آن نیز نیاز به تعویض الکترود، سرعت نسبتاً پایین و تولید سرباره زیاد است. الکترودهای مصرفی با پوشش‌های مختلف (مانند E6013، E7018) و گرمکن الکترود از ملزومات خاص این روش هستند. کاربردهای اصلی در ساخت‌وساز، تعمیرات و پروژه‌های خانگی است.

جوشکاری با گاز محافظ فلزی (GMAW / MIG/MAG Welding)

این روش از سیم‌جوش پیوسته که به صورت اتوماتیک از تفنگ جوشکاری تغذیه می‌شود، بهره می‌برد. گاز محافظ (خنثی مانند آرگون در MIG یا فعال مانند CO2 در MAG) از حوضچه مذاب در برابر آلودگی‌های اتمسفری محافظت می‌کند. سرعت بالا، نرخ رسوب زیاد، دود و پاشش کمتر و قابلیت اتوماسیون از مزایای برجسته این روش است. با این حال، حساسیت به جریان هوا و تجهیزات پیچیده‌تر، از معایب آن به شمار می‌رود. سیم‌جوش مصرفی، کپسول گاز محافظ، رگولاتور، هیتر گاز (برای CO2) و تورچ MIG از ملزومات خاص هستند. در صنایع خودروسازی، ساخت مخازن و کشتی‌سازی کاربرد فراوان دارد.

جوشکاری با گاز محافظ تنگستن (GTAW / TIG Welding)

جوشکاری TIG از الکترود تنگستن غیرمصرفی و گاز محافظ خنثی (مانند آرگون) برای ایجاد قوس و حوضچه مذاب استفاده می‌کند. امکان استفاده با یا بدون فلز پرکننده وجود دارد. کیفیت بسیار بالا، ظاهر تمیز و زیبا، کنترل دقیق حرارت و نفوذ، و مناسب بودن برای ورق‌های نازک و فلزات حساس (مانند فولاد ضدزنگ و آلومینیوم) از ویژگی‌های بارز TIG است. سرعت پایین و نیاز به مهارت بالا، از چالش‌های این روش محسوب می‌شود. الکترود تنگستن، کپسول گاز آرگون/هلیوم، رگولاتور و تورچ TIG از ملزومات این روش هستند. صنایع هوافضا، پزشکی و لوله‌کشی دقیق، از عمده‌ترین کاربردهای آن هستند.

جوشکاری توپودری (FCAW)

در این روش، از سیم‌جوش با هسته پودری حاوی فلاکس استفاده می‌شود. این فلاکس می‌تواند خودمحافظ باشد یا نیاز به گاز محافظ خارجی داشته باشد. نرخ رسوب بالا، نفوذ عمیق و قابلیت جوشکاری در فضای باز (در نوع خودمحافظ) از مزایای آن است. تولید دود زیاد و نیاز به تمیزکاری سرباره، از معایب آن محسوب می‌شود. سیم‌جوش توپودری، تنها ملزوم خاص این روش است. کاربردهای اصلی در ساخت‌وسازهای سنگین و کشتی‌سازی است.

جوشکاری زیر پودری (SAW)

قوس الکتریکی در این روش کاملاً زیر لایه‌ای از پودر گرانولی محافظ ایجاد می‌شود. نرخ رسوب بسیار بالا، جوش بسیار تمیز و عمیق، عدم پاشش و دود و حفاظت جوشکار از اشعه UV، از مزایای اصلی SAW است. محدودیت در موقعیت جوشکاری (اغلب افقی) و تجهیزات گران، از معایب آن محسوب می‌شود. پودر جوشکاری و سیم‌جوش عریان، از ملزومات خاص این روش هستند. در ساخت لوله‌های قطور، مخازن تحت فشار و پل‌سازی کاربرد دارد.

جوشکاری قوس پلاسما (PAW)

این روش، نسخه‌ای پیشرفته‌تر از TIG است که با تمرکز بسیار بالای انرژی از طریق گاز یونیزه شده (پلاسما) انجام می‌شود. تمرکز فوق‌العاده انرژی، جوش بسیار باریک و دقیق، نفوذ عمیق و سرعت بالا، از ویژگی‌های منحصر به فرد PAW است. تجهیزات پیچیده و گران و نیاز به مهارت تخصصی بالا از معایب آن است. تورچ پلاسما، کپسول گاز پلاسما و رگولاتور، از ملزومات خاص این روش هستند. صنایع هوافضا، پزشکی و ابزارسازی دقیق، از کاربردهای اصلی آن هستند.

جوشکاری اکسی گاز (Oxy-Fuel Gas Welding – OFW / Oxy-acetylene Welding)

در این روش، حرارت لازم از سوختن مخلوط گاز سوختی (مانند استیلن) و اکسیژن تأمین می‌شود. تجهیزات ارزان و قابل حمل، سادگی کار و قابلیت برشکاری و گرمایش، از مزایای آن است. سرعت پایین، منطقه متأثر از حرارت بزرگ و کیفیت جوش پایین‌تر از قوس الکتریکی، از معایب آن به شمار می‌رود. کپسول اکسیژن، کپسول گاز سوختی، رگولاتورهای فشار، شیلنگ‌های دوقلو، مشعل جوشکاری و سیم‌جوش (در صورت نیاز) از ملزومات آن هستند. کاربردهای این روش در تعمیرات کوچک و لوله‌کشی خانگی است.

جوشکاری با پرتو لیزر (Laser Beam Welding – LBW)

در این روش، از پرتو متمرکز لیزر برای ذوب موضعی و ایجاد اتصال استفاده می‌شود. جوش بسیار نازک و عمیق، حداقل اعوجاج، سرعت بالا و عدم نیاز به فلز پرکننده در بسیاری موارد، از مزایای LBW است. تجهیزات بسیار گران و پیچیده و نیاز به دقت بالا، از معایب آن محسوب می‌شود. دستگاه لیزر جوش، اپتیک‌های فوکوس‌کننده و میز کار دقیق، از ملزومات خاص این روش هستند. صنایع دقیق، پزشکی و الکترونیک، از کاربردهای اصلی آن هستند.

جوشکاری با پرتو الکترونی (Electron Beam Welding – EBW)

این روش شامل تمرکز و شلیک الکترون‌های پرسرعت به قطعه کار در محیط خلاء است. نفوذ بسیار عمیق و باریک، جوش بسیار دقیق و تمیز و کمترین اعوجاج، از مزایای بارز EBW است. تجهیزات فوق‌العاده گران و پیچیده و نیاز به محیط خلاء (که اندازه قطعه را محدود می‌کند)، از معایب آن به شمار می‌رود. محفظه خلاء، تفنگ الکترونی و پمپ‌های خلاء، از ملزومات خاص این روش هستند. در صنایع هوافضا و هسته‌ای برای قطعات با دقت بالا کاربرد دارد.

بررسی انواع جوشکاری‌های حالت جامد (Solid State Welding)

جوشکاری‌های حالت جامد بدون ذوب شدن فلز پایه، اتصال را ایجاد می‌کنند که باعث حفظ خواص اولیه فلز و حداقل اعوجاج می‌شود. این روش‌ها معمولاً نیاز به فلز پرکننده ندارند. با این حال، نیاز به سطوح بسیار تمیز و محدودیت در شکل هندسی قطعات از چالش‌های این دسته از روش‌های جوشکاری است.

جوشکاری مقاومتی (Resistance Welding – RW)

در این روش، حرارت لازم از طریق مقاومت الکتریکی قطعه در برابر عبور جریان و اعمال فشار مکانیکی تولید می‌شود. سرعت نسبتاً بالا، عدم نیاز به سیم‌جوش و سازگاری با اتوماسیون از مزایای آن است. دستگاه جوش مقاومتی و الکترودهای فشاری، از ملزومات عمومی این روش هستند.

جوشکاری نقطه‌ای (Resistance Spot Welding – RSW)

این روش با عبور جریان و اعمال فشار بین دو الکترود، جوش را در یک نقطه ایجاد می‌کند. سرعت بالا و اتوماسیون‌پذیری بالا، از مزایای RSW است. الکترودهای نقطه‌ای و سیستم خنک‌کننده الکترود، از ملزومات خاص آن هستند. در صنعت خودروسازی (اتصال ورق‌های بدنه) کاربرد فراوان دارد.

جوشکاری درز (Resistance Seam Welding – RSEW)

با استفاده از الکترودهای چرخان (رولر)، یک جوش پیوسته و آب‌بند ایجاد می‌شود. قابلیت آب‌بندی بالا و سرعت زیاد، از مزایای این روش است. الکترودهای دیسکی شکل چرخان، ملزوم خاص آن هستند. در ساخت مخازن سوخت و لوله‌سازی درزدار کاربرد دارد.

جوشکاری زائده‌ای (Projection Welding – RPW)

در این روش، جریان و فشار در برآمدگی‌های از پیش ایجاد شده (زائده) روی قطعه تمرکز می‌یابند. قابلیت جوشکاری چند نقطه همزمان و کنترل دقیق محل جوش، از مزایای آن است. قالب‌های مخصوص برای ایجاد زائده و الکترودهای تخت، از ملزومات خاص این روش هستند. در اتصال مهره‌ها و پیچ‌ها به ورق‌ها کاربرد دارد.

جوشکاری اصطکاکی (Friction Welding – FRW)

حرارت در این روش از اصطکاک مکانیکی بین دو قطعه در حال چرخش تولید می‌شود و سپس با اعمال فشار، اتصال صورت می‌گیرد. قابلیت جوشکاری فلزات غیرمشابه، استحکام بالا، عدم نیاز به فلز پرکننده یا گاز محافظ و دوست‌دار محیط زیست بودن، از مزایای FRW است. محدودیت در شکل قطعات (معمولاً دایره‌ای) و نیاز به تجهیزات پیچیده و گران، از معایب آن است. دستگاه جوش اصطکاکی و گیره‌ها و فیکسچرهای محکم، ملزومات آن هستند. در صنایع خودروسازی و هوافضا برای اتصال قطعات دوار کاربرد دارد.

انتخاب روش جوشکاری مناسب، مستلزم درک عمیق از فرآیندها، مزایا، معایب و ملزومات هر تکنیک است تا اتصالی با کیفیت و پایدار حاصل شود.

جوشکاری انفجاری (Explosion Welding – EW)

در این روش، از انرژی ناشی از انفجار کنترل‌شده برای ایجاد اتصال متالورژیکی بین دو سطح در اثر برخورد پرسرعت استفاده می‌شود. قابلیت جوشکاری فلزات بسیار متفاوت و ناهماهنگ و ایجاد پیوند بسیار قوی در سطوح بزرگ، از مزایای EW است. نیاز به کنترل دقیق انفجار، مسائل ایمنی بالا و تولید صدای زیاد، از معایب آن محسوب می‌شود. مواد منفجره و چیدمان خاص قطعات، ملزومات اصلی این روش هستند. در روکش‌سازی فلزات (Cladding) برای افزایش مقاومت به خوردگی کاربرد دارد.

جوشکاری فراصوتی (Ultrasonic Welding – UW)

این روش با اعمال ارتعاشات فراصوتی با فرکانس بالا و فشار به محل اتصال، پیوند مولکولی را ایجاد می‌کند. سرعت بالا، عدم تولید حرارت زیاد (مناسب برای مواد حساس به حرارت) و عدم نیاز به فیلر یا گاز، از مزایای UW است. محدودیت در ضخامت و اندازه قطعه و نیاز به تجهیزات مخصوص (سونوترود)، از معایب آن محسوب می‌شود. دستگاه جوش فراصوتی و سندان، از ملزومات آن هستند. در صنایع الکترونیک (اتصال سیم‌های نازک) و بسته‌بندی کاربرد دارد.

کنترل کیفیت و بازرسی جوش

پس از انجام فرآیندهای جوشکاری، اطمینان از صحت و استحکام اتصال از اهمیت بالایی برخوردار است. بازرسی و کنترل کیفیت جوش، شامل روش‌های مخرب (مانند تست کشش) و غیرمخرب (NDT) می‌شود که به شرح زیر هستند:

• بازرسی چشمی (Visual Testing – VT): ساده‌ترین و اولین مرحله بازرسی، شامل بررسی بصری سطح جوش برای یافتن عیوبی مانند تخلخل، ترک سطحی و عدم نفوذ.
• آزمایش مایعات نافذ (Penetrant Testing – PT): برای شناسایی عیوب سطحی باز با استفاده از مایعات رنگی یا فلورسنت که به داخل ترک‌ها نفوذ می‌کنند.
• بازرسی ذرات مغناطیسی (Magnetic Particle Testing – MT): برای تشخیص عیوب سطحی و زیرسطحی (تا عمق کم) در مواد فرومغناطیس، با اعمال میدان مغناطیسی و ذرات مغناطیسی.
• بازرسی التراسونیک (Ultrasonic Testing – UT): استفاده از امواج فراصوت برای شناسایی عیوب داخلی و زیرسطحی مانند ترک‌ها، حفره‌ها و ناپیوستگی‌ها.
• رادیوگرافی (Radiographic Testing – RT): استفاده از اشعه X یا گاما برای تصویربرداری از داخل جوش و شناسایی عیوب داخلی مانند تخلخل، سرباره محبوس و ترک‌ها.

نکات کلیدی در انتخاب روش جوشکاری مناسب

انتخاب روش جوشکاری صحیح، تصمیمی حیاتی است که بر کیفیت، هزینه و کارایی پروژه تأثیر مستقیم دارد. عوامل متعددی در این انتخاب دخیل هستند:

1. نوع و ضخامت فلز: برخی روش‌ها برای فلزات خاص (مانند آلومینیوم یا فولاد ضدزنگ) یا ضخامت‌های متفاوت (نازک یا ضخیم) مناسب‌ترند.
2. کاربرد نهایی قطعه و الزامات عملکردی: استحکام، سختی، مقاومت به خوردگی و سایر خواص مکانیکی مورد نیاز برای قطعه جوشکاری شده.
3. محیط جوشکاری: در فضای باز، محیط‌های محدود، یا محیط‌هایی با تهویه خاص، انتخاب روش متفاوت خواهد بود.
4. سرعت و نرخ تولید: برای پروژه‌های با حجم تولید بالا، روش‌های سریع‌تر و اتوماسیون‌پذیر ترجیح داده می‌شوند.
5. هزینه تجهیزات و مواد مصرفی: بودجه در دسترس برای خرید دستگاه‌ها و مواد مصرفی (الکترود، سیم‌جوش، گاز محافظ).
6. مهارت جوشکار و سهولت یادگیری: برخی روش‌ها نیاز به مهارت و تجربه بالاتری دارند.
7. استانداردها و کدهای صنعتی: رعایت الزامات استانداردهای بین‌المللی و داخلی مربوط به هر صنعت.
8. مسائل ایمنی و بهداشتی: توجه به خطرات مرتبط با هر روش جوشکاری (دود، اشعه UV، گازها) و لزوم رعایت پروتکل‌های ایمنی.

نتیجه‌گیری

شناخت جامع انواع روش‌های جوشکاری و ملزومات مرتبط با آن‌ها، برای متخصصان و صنعتگران امری ضروری است. همانطور که بررسی شد، هر روش جوشکاری ویژگی‌ها، مزایا، معایب و کاربردهای خاص خود را دارد و هیچ روشی به تنهایی “بهترین” مطلق نیست. انتخاب صحیح روش، به عوامل متعددی از جمله نوع مواد، ضخامت، کاربرد نهایی و الزامات کیفی پروژه بستگی دارد.

برای دستیابی به اتصالات جوش باکیفیت و پایدار، علاوه بر انتخاب تکنیک مناسب، اطمینان از کیفیت مواد مصرفی و تجهیزات نیز حیاتی است. در این مسیر، شرکت آلیاژ صنعت ایلیا با تخصص و تجربه خود در ارائه ملزومات و تجهیزات استاندارد جوشکاری، می‌تواند همراهی مطمئن برای صنعتگران و پروژه‌های بزرگ و کوچک باشد. آموزش مستمر و رعایت نکات ایمنی نیز همواره باید در اولویت فعالیت‌های جوشکاری قرار گیرد تا از سلامت نیروی انسانی و پایداری سازه‌ها اطمینان حاصل شود.