مقدمه

 

از ابتداي خلقت بشر مساله اتصال و به هم بستن و ضرورت دستيابي به شيوه هاي آسانتر براي ايجاد اتصالات مطرح بوده است . ايجاد اتصالدر شكلهاي پيشين خود از به هم بستن شاخه هاي درختان و تكه هاي چوب و دوختن تكه هاي پوست حيوانات براي مصارف گوناگون آغاز شد و متناسب با تكامل نياز هاي انسان ،هنر اتصال و به هم پيوستن اجسام نيز رو به تكامل نهاد .

 

پيدايش فلزات و آلياژ هاي فلزي وتلاش مستمر در يافتن راههاي اتصال آنها به هم موجب ابداع روشهاي مختلف اتصال شد كه اتصال پيچ و مهره اي ، اتصالات پرچي و اتصالات جوشكاري شده از آن جمله اند .

 

در دنياي امروزه ، صنعت جوشكاري از نظر وسعت كار و تنوع بالاترين مرتبه را در علم اتصال و بريدن و جدا سازي قطعات فلزي و ساير مواد صنعتي دار است و طراحان و مهندسان خطوط توليد مصنوعات فلزي با بهرگيري از فرايند هاي مختلف و متنوع جوشكاري به بالاترين سرعت و كيفيت دست يافته اند . در عين حال ، وزن سبك مصنوعات و صرف هزينه هرچه كمتر ، از ديگر دستاوردهاي آنان بوده است .

 

 

 

 

تاريخچه :

 

جوشكاري كوره اي يا آهنگري و جوشكاري با شعله ، نخستين روشهاي شناخته شده جوشكاري به شمار مي روند .

 

مصريها ، يونانيها و روسها براي جوشكاري و لحيمكاري فلزات قيمتي يا زود ذوب از نوعي مشعل ابتدايي استفاده مي كردند كه در آنها الكل يا مايع مشابه به عنوان سوخت به كار مي رفته است .

 

از قرن نوزدهم كه كار اختراعات و اكتشافات رونق گرفت ، نوآوري و خلاقيت در ميدان تكنولوژي جوشكاري نيز ظهور كرد و روشهاي مختلف جوشكاري يكي پس از ديگري ابداع گرديد .

 

جوشكاري با قوس الكتريكي و استفاده از خاصيت حرارتي جريان برق در امر اتصالات فلزي ، با وجود اينكه چندين دهه قبل شناخته شده بود ، كاربردي نداشت .

 

سرانجام مردي روسي به نام( برنادوس) اين پديده را كشف كرد و در سال 1887 توانست جوشكاري با قوس الكتريكي و الكترود زغالي را اختراع كرد . در سال 1891 يك امريكايي به نام (كوفين) توانست به جاي الكترود زغالي از الكترود فلزي استفاده كند و اين روش به نام خود به ثبت برساند .

 

در آن زمان ، جوشكاري با الكترود لخت فلزي بسيار دشوار بود زيرا قوس بين الكترود فلزي و قطعه كار بي ثبات بود و كنترل انتقال قطره مذاب از الكترود به قطعه بسختي انجام مي گرفت .

 

كشف الكترود روپوش دار به وسيله يك مخترع سوئدي به نام اسكار كيليرگ در سال 1905 باعث ثبات قوس و بهبود كيفيت جوش شد .

 

پژوهشهاي مختلف براي افزايش مرغوبيت و كيفيت اين روش ادامه يافت و همچنان ادمه دارد . جوشكاري با قوس الكتريكي و الكترود روپوش دار در رديف جوشكاريهاي ذوبي است كه امروزه به طور گسترده در صنايع مختلف به كار گرفته مي شود . در زمان حاضر ، جوشكاري قوس دستي (SMAW) يكي از متداولترين روشهاي جوشكاري است كه به طور گسترده در صنايع فلزي ايران كاربرد دارد و به عنوان پديده اي ارزشمند در امر توليد و تعمير در كارخانه ها و كارگاههاي مختلف صنعتي ايفاي نقش مي نمايد . به دليل وابستگي اين فن به علوم و فنون و گستردگي دامنه علمي آن متخصصان و كارشناسان ورزيده همواره در حال پژوهش هستند و دستاورد هاي خود را به صورت استانداردهاي جوشكاري انتشار مي دهند .

 

در عمليات اجرائي نيز كاردانان با تجربه همكاري دارند و با تلاش و پشتوانه غني علمي چرخهاي عظيم و پيچيده صنعت را به طور اصولي و اقتصادي به حركت در مي آورند .

 

 

 

تعريف جوشكاري

 

تاكنون تعاريف زيادي براي جوشكاري بيان شده است ، ولي بطور كلي حذف فاصله و ايجاد جاذبه مولكولي يا كريستالي بين قطعات گوناگون را جوشكاري گويند . براي تحقق اين امر روششهاي زيادي به ذهن مي رسد كه اكثرا عملي شده است و نتايج كارائي آنها در ارتباط با وسايل و تجهيزات مورد لزوم به لحاظ سادگي و پيچيدگي مورد مطالعه قرار گرفته است .

 

عمليات جوشكاري كه امروزه در صنايع به كار گرفته ميشوندعبارتند از :

 

1- جوشكاري فشاري 2- جوشكاري ذوبي

 

هر كدام تقسيم بنديهاي  گوناگون و گسترده اي دارد كه تاكنون بيش از 85 روش در جوشكاري و برشكاري ابداع شده است و اجرا مي شود بعضي از روشها نيز منسوج شده ، جاي خود را به روشهاي نوين جوشكاري داده اند .

 

جوشكاري فشاري

 

تعريف : جوشكاري فشاري فرآيندي كه در آن لبه هاي مورد اتصال ، تحت فشار ، و با استفاده از حرارت يا بدون آن در هم ادغام مي شوند و قطعات به هم اتصال مي يابند .

 

جوشكاري آهنگري ياپتكه اي ، جوشكاري مقاومتي ، جوشكاري اصطكاكي ، جوشكاري مافوق صوت (اولتراسونيك) و جوشكاري سرد از آن جمله اند .

 

جوشكاري آهنگري 

 

يكي از فرايند هاي قديمي جوشكاري است و روش كار چنين است كه قطعات مورد جوشكاري را در كوره اي تا مرحله خميري شدن گرم مي كنند . سپس آنها را از كوره خارج و اكسيد ها را از سطح مورد اتصال پاك مي كنند . آنگاه آنها را رويهم روي سندان قرار مي دهند و ضربات پتك دستي يا برقي ميكوبند تا دو قطعه در هم ادغام شوند و جوش بخورند .

 

جوشكاري مقاومتي

 

جوشكاري مقاومتي يكي از روشهاي جوشكاري فشاري است كه در شاخه هاي مختلف صنعت خصوصاً در صنايعي كه با ورقها و مفتول فلزي سر و كار دارند كاربرد فراوان دارد . در اين روش سطوح اتصال با اعمال حرارت و فشار بهم جوش مي خورند .

 

فلزات به دليل داشتن مقاومت الكتريكي ، دراثر عبور جريان برق از آنها ، گرم مي شوند و به حالت خميري و حتي به دماي ذوب مي رسند . حرارت حاصل در اين روش با مجذور شدت جريان و مقاومت در زمان عبور جريان رابطه مستقيم دارد . شدت زمان عبوري و زمان از طريق دستگاه قابل كنترل و تنظيم است ، اما مقاومت الكتريكي به عوامل مختلف از جمله جنس و ضخامت قطعات كار ، اندازه سطح الكترود ها ، چگونگي سطح تماس و فشار اعمال شده به كار مربوط مي شود .

 

جوشكاري مقاومتي در صنعت به صورتهاي گوناگون مورد استفاده است كه مهمترين و متداولترين آنها به ترتيب زير است : 1- جوش نقطه اي يا نقطه جوش 2- جوش قرقره اي يا درز جوش 3- جوش واژگون يا سر به سر 4- فلاش جوش يا جوش جرقه اي

 

جوشكاري ذوبي

 

تعريف : جوشكاري ذوبي روشي است كه در آن لبه هاي مورد اتصال پس از ذوب شدن به كمك فلز پر كننده يا بدون آن در هم آميخته و منجمد ميگردند به اين ترتيب قطعات به يكديگر متصل مي شوند .

 

براي ذوب كردن لبه هاي مورد اتصال از انرژيهاي مختلف استفاده مي شود : انرژي شميايي : جوشكاري با شعله گاز ، جوشكاري ترميت

 

انرژي الكتريكي : جوشكاري با قوس الكتريكي

 

انرژي نوراني : جوشكاري با اشعه ليزر

 

در جوشكاري با قوس الكتريكي حرارت لازم براي ذوب لبه هاي مورد اتصال و مفتول پر كننده درز از طريق ايجاد و برقراري قوس الكتريكي بين الكترود و فلز مورد جوشكاري تامين مي شود .

 

قوس الكتريكي و چگونگي تشكيل آن 

 

چنانچه قطبهاي مثبت و منفي يك منبع انرژي الكتريكي را با هم تماس داده و سپس در فاصله كمي از يكديگر قرار دهند ، در اثر اختلاف پتانسيل الكتريكي موجود ميان آنها جرقه هاي ايجاد مي شود . اين جرقه ها موجب يونيزه شدن اتمسفر بين دو قطب و عبور الكترونها از فاصله هوايي ميان دو قطب مي شود .

 

ادامه جرقه ها و به هم پيوستن آنها در فضايي يونيزه شده ، موجب تشكيل قوس الكتريكي مي شود . با وجود يونيزه شدن فضاي بين الكترود وكار ، باز هم مقاومت الكتريكي زيادي در اين منطقه وجود دارد و همين مقاومت سبب تبديل انرژي الكتريكي به انرژي حرارتي مي شود و حرارت در حدود 6000-5000 درجه سانتيگراد ايجاد مي گردد كه مي تواند در زمان كوتاهي فلزات را به دماي ذوب برساند .

 

روشهاي مختلف ايجاد قوس الكتريكي

 

يكي از روشهاي ايجاد قوس الكتريكي استفاده از اختلاف پتانسيل زياد يا ولتاژ بالا است . جرقه هايي كه در شمع اتومبيل زده مي شود تا مخلوط هوا و سوخت در سيلندر اتومبيل محترق شوند ، با استفاده از ولتاژ بالا تحقق مي يابد .

 

در اين روش ، بدون اينكه تماس ميان دو قطب جريان برقرار شود ، جرقه زده مي شود ولي گرماي ايجاد شده به وسيله قوس حاصل ، بسيار كم است .

 

همچنين در بعضي از انواع جوشكاري مثل جوشكاري با گاز محافظ ، جرقه هاي اوليه با استفاده ولتاژ بالا ايجاد مي شوند ، بدين صورت ، كه با نزديك شدن الكترود به كار قبل از برقراري تماس بين آن دو و حتي از فاصله 20 تا 30 ميليمتري ، در اثرولتاژ ذخيره شده در خازن دستگاه جرقه زده مي شود ، گاز محافظ يونيزه مي گردد و زمينه ايجاد قوس پايدار براي جوشكاري فراهم مي شود . در روش جوشكاري قوسي با الكترود روپوش دار ، قوس الكتريكي با آمپر زياد ايجاد مي گردد و به منظور ايجاد قوس ميان دو قطب جريان ، تماس برقرار مي شود تا جرقه حاصل گردد ودرصدي از اتمسفر موجود بين دو قطب يونيزه شود سپس قوس پايدار به وجود آيد .

 

عوامل موثر در برقراري و تشكيل قوس الكتريكي و ايجاد حرارت عبارتند از : اختلاف پتانسيل دو سر قطب ، شدت جريان و مقاومت دو قطب .

 

جريان الكتريسيته مناسب در روش (SMAW)

 

جريان الكتريكي عبارت است از حركت الكترونها در يك هادي و براي حركت الكترون درون هادي فشار الكتريكي لازم است و در صورتي كه اختلاف پتانسيل موجود داشته باشد جريان نيز وجود دارد .

 

چنانچه قطبهاي تغيير نكنند و به عبارت ديگر ، جهت جريان هميشه ثابت باشد و الكترونها فقط در يك جهت حركت كنند ، جريان را جريان مستقيم يا DCنامند . چنانچه جهت جريان ثابت نباشد و به عبارت ديگر ، الكترونها نخست در يك جهت جريان يابند و بعد جهت خود را عوض كرده و عكس جهت قبلي سير كنند ، آن را جريان متناوب ACنامند.

 

در جوشكاري با قوس الكتريكي از هر دو نوع جريان استفاده مي شود . جريان ACبه وسيله ترانس جوشكاري يا مبدل و جريان DCبه وسيله دينام جوشكاري يا ركتي فاير تامين مي گردد .

 

شدت جريان در جوشكاري

 

به تعداد الكترونهايي كه از يك نقطه ازمدار در زمان واحد مي گذرد شدت جريان عبوري گويند . اگر در يك ثانيه به اندازه يك كولن يا تعداد 10×82/6 الكترون از يك نقطه از مدار بگذرد ، جريان عبوري يك آمپر است كه آن را با حرف Iنشان مي دهند . جريان جوشكاري به وسيله آمپر اندازه گيري مي شود . استفاده از ولتاژ بالا در قوس خطر شوك الكتريكي دارد . بنابراين با توجه به روابط زير در

 

ابزارها و وسايل دستي جوشكاري گازي

 

براي اجراي جوشكاري و برشكاري با شعله گاز ابزارها و وسايلي غير از تجهيزات اصلي آن مورد نياز مي باشند كه مشخصات فني آنها را توضيح مي دهيم و عبارتند از :

 

فندك جوشكاري (آتش زنه ) : فندك جوشكاري ابزاري است كه براي روشن كردن مشعل جوش از آن استفاده مي شود . شعله اكسي استيلن را نبايد هيچ گاه با كبريت , كاغذ مشتعل يا امثال آن , روشن كرد , زيرا ضمن حرارت زياد , چون روشن شدن آن , دفعتا صورت مي گيرد و داراي شعله كشيده اي مي باشد ممكن است به دست يا لباسهاي شخص جوشكار اصابت نموده باعث سوختگي شود بنابراين به منظور محافظت وداشتن ايمني بيشتر بايد از فندكهاي سنگي يا الكتريكي استفاده كنند كه داراي دسته اي بلند و مسلط باشند .

 

عينك جوشكاري : شعله اكسي-استيلن نوري با شدت زياد و خيره كننده همراه با اشعه حرارتي توليد مي كنند كه اگر مستقيما به چشم جوشكار , بتابد امكان آسيب رسانيدن به نسوج چشم را به وجود مي آورد بنابراين به كار بردن يك عينك جوشكاري مناسب , با تيرگي و رنگ استاندارد ضروري خواهد بود . درجه تيرگي شيشه هاي عيك جوشكاري گاز بايد در حدي باشد كه بتواند نور شديد را كه در جريان جوشكاري ايجاد مي شود در مقابل چشمهاي جوشكار سد نمايد .

 

لباس ايمني جوشكاري گازي : به هنگام جوشكاري وبرشكاري با شعله هاي اكسي-استيلن استفاده از پيش بند چرمي و روپوش ويژه ضروري است –چنانچه پوشش مناسبي در موقع جوشكاري يا برشكاري با شعله گاز نداشته باشيم جرقه هاي پرتاب شده از فلزات مذاب سوراخهاي ريزي را در لباس به وجود مي آورند از اين رو هيچ گاه نبايد از پوشيدن و به كار بردن تجهيزات ايمني خوداري كنيم . گاهي در اثر خاموش شدن مشعل در حين جوشكاري , مواد مذاب زيادي به اطراف پخش مي شود كه اگر در اين هنگام لباس مناسب ايمني در بر نداشته باشيم ممكن است عواقب وخيمي به وجود آيد . استفاده از كلاه ايمني , در مواردي كه خطر پرتاب شدن ذرات داغ بر روي موهاي سر جوشكار يا برشكار , وجود دارد توصيه مي شود .

 

آهنگري (تغيير فرم آزاد )

 

تغيير فرم آزاد همان تغيير شكل تحت فشار مي باشد با اختلاف اينكه فقط گاهي اوقات افزار مورد مصرف ملزوم را داراست در اينجا فقط بوسيله حركت نسبي افزار و كار توليد مي شود در آغاز مقطعهاي بزرگ مانند دستگاه نورد بوسيله حرارت و يا بدون حرارت كوچك مي شوند .

 

روشهاي مختلفي كه نرم هستند عبارتند از :

 

دراز كردن

پهن كردن

پخ كردن

فشردن

پخ كردن به صورت پله اي

 

 

 

مراحل آهنگري فولاد

 

فولادي كه براي اهنگري استفاده مي شود اكثراً از قطعه خام و يا قطعات ريخته شده و يا از ميله هاي مختلف تشكيل شده است . كريستالهاي فولاد خام معمولاً بزرگ و          نا منظم مي باشند كه در نتيجه مقدار تغيير شكل را محدود مي سازند . از اين رو فولاد خام را بايستي با ضربات ملايم آهنگري كرد تا بلورهاي كوچك و منظيمي پيدا كند . البته مقاومت آن در برابر تغيير شكل نيز افزايش مي يابد .

 

براي اينكه خواص فولاد را بهتر كنيم بايد آن را تا درجه خاصي دراز كنيم و يا آهنگري كنيم به طوري كه اثر آهنگري به عمق كامل فولاد اثر كرده باشد . براي قطعه هاي آلياژي درجه دراز كردن 4 و براي بقيه فولادها 3 تا   مي باشد .

 

اكثراً بوسيله چكش آهنگري طول قطعه را زياد و سطح مقطع آن را كم مي كنند كه اين نيز مراحل مختلفي از لحاظ كمي و كيفي كار دارد .وقتي كه قطعه چهار گوشي را از دو پهلو آهنگري كنيم كريستالهاي آنها فشرده تر مي شوند و عرض زياد شده و دوباره كم مي گردد از اين طريق طول قطعه با كم شدن سطح مقطع آن زياد مي شود . هر چه چكش و سندان باريكتر  باشند مي توانند طول فولاد را زياد تر كنند و عرض فولاد فقط تا حدودي زياد مي شود . اگر بلوكهاي آهنگري شونده بزرگ باشند سطح چكش و سندان بهتر است كه صاف باشد  .

 

در ضمن براي فولادهاي بزرگ بايد عرض چكش هم زياد باشد تا عمل چكش كاري هم خوب انجام شود البته بلوك بايد به طور يكنواخت چرخانده شود .

 

اگر از سندان زاويه دار استفاده شود اتلاف دستگاه كاهش مي يابد . معمولاً فولادهاي سنگين را نمي توان بوسيله سندان زاويه دار به طور عميق آهنگري كرد . زيرا كه نيروي چكش روي سندان بوسيله دو نقطه تحميل مي شود يعني نيرو نصف مي شود .

 

پهن كردن قطعه همان پخ كردن است با فرق اينكه طول آن به مقدار خيلي كم زياد    مي شوند ولي عرض آن پهن تر مي گردد . براي اين كار بهتر است كه از چكش گرد استفاده نمود .

 

باريك كردن قطعه فولاد در يك محل را باريك سازي (نشست) مي گويند .

 

و معمولاً قطعه بوسيله دست روي سندان آهنگري مي شود . ولي وقتي كه بخواهيم بوسيله پتك هيدروليكي فولاد را اهنگري كنيم ابزار مختلفي لازم داريم .

 

ميل لنگ را نيز از همين طريق مي سازند زيرا كه از ايجاد تنش فراوان در آن جلوگيري مي شود .

 

آهنگري ميله

 

وقتي كه قطر يك محور و يا لوله را بوسيله چكش كاري كم كنيم نشست قطر         مي گويند . براي اينكار ابزار لازم به طور متوالي روي تمام يا قسمتي از محور يا لوله را مي پوشاند. اين ابزار با هم و در جهت شعاع به محور ضربه مي زنند و نسبت به محور نيز مي چرخند .

 

Anspiltpn=  تير كردن ). در اين حالت محور نازك مي شو و به شكل مخروطي در مي آيد . در واقع شعاعش كم شده و طول آن افزايش مي يابد . كاهش دادن قطر ميله مي تواند سرد يا گرم انجام شود .معمولاً لوله و ميله ها بوسيله آبزار آهنگري با ضربات متوالي و بدون حرارت آهنگري مي شوند . سطح و مقاومت قطعه فولادي در آهنگري سرد بهتر از آهنگري گرم مي شود . در ضمن تولرانس لازمه را مي توان خيلي دقيق انتخاب نمود .

 

همانطور كه ابزار آهنگري گرد هستند و در ضمن حول محور قطعه نيز نيز مي چرخند پتكهاي آهنگري منحني شكل ساخته شده اند و يك حركت نسبي نسبت به غلكطها دارند .

 

اگر تعداد دور ماشين 400 تا 500 دور در دقيقه باشد تعداد ضربه ها 2000 تا 3000 مي باشد ، مثلاً اين روش براي زدن جاي خار روي محور خيلي متناسب است .