جوشکاری الکترواسلگ

دسته: مقالات

esw5

فرآيند جوشکاری الکترواسلگ(ESW) 

روشی جهت اتصال مقاطع خيلی ضخيم (بالای 15 میلی‌متر) در موقعیت عمود یا نزدیک به عمود به‌صورت جوش سر بالا میباشد و امکان جوشکاری مقاطع غير قابل دسترسی که با فرآيندهای جوشکاری قوسی معمولی غير ممکن و يا به سختی امکان‌پذير است را فراهم می‌نماید. در تقسیم‌بندی فرآیندهای جوشکاری، این روش جزء فرآیندهای جوشکاری ذوبی محسوب می‌گردد. در حال حاضر این روش در ساخت و مونتاژ باکس‌های ساختمانی و جوشکاری استیفنرهای داخلی به وجه چهارم ستون که پیش از این با مشکلات عدیده‌ای روبرو بود، کاربرد بسیار دارد. با این روش امکان جوشکاری استیفنرها به دیواره داخلی باکس به‌صورت کامل و در یک پاس جوشکاری فراهم گردیده است. در ایران نیز استفاده از این فرآیند روند رو به رشدی داشته است.

شرح فرآیند
در فرآیند جوشکاری سرباره الکتریکی، قطعات با جنس فولاد کربنی به گونه‌ای مونتاژ می‌گردند که با ایجاد فضای خالی در محل اتصال بتوان با عبور نازل مصرفی به‌ صورت سر بالا جوشکاری کرد. این فضا با استفاده از کفشک‌های نگهدارنده مسی به‌صورت موقت و یا به‌وسیله فلز پایه ایجاد می‌شود که به‌صورت پشت بند (Backing) عمل می‌کند و به عنوان نگهدارنده حوضچه مذاب، کناره‌های آن در جریان عملیات جوشکاری ذوب شده و به دو قطعه متصل می‌شود.
در ابتدا مفتول الکترود به همراه نازل تا انتها وارد درز بين دو قطعه می‌شود. سپس با برقراری قوس الکتريکی بين نوک مفتول الکترود و انتهای درز اتصال، عملیات جوشکاری شروع می‌گردد. جريان جوشکاری از درون مفتول الکترود و نازل مصرفی عبور می‌کند که در اثر حرارت ناشی از قوس الکتريکی، پودری که در ابتدا در فضای خالی محل اتصال افزوده شده بود ذوب می‌شود و به سرعت يک لايه سرباره مذاب ايجاد می‌کند. پس از ایجاد مذاب سرباره، قوس الکتريکی قطع می‌شود و جريان جوشکاری از الکترود به درون سرباره مذاب هدايت می‌شود. حرارت مورد نياز جوشکاری به وسيله مقاومت الکتريکی سرباره مذاب که جريان جوشکاری از آن عبور می‌کند به‌وجود می‌آيد.


مذاب فلز که از مجموع سیم‌جوش و نازل مصرفی و فلز پایه تشکیل شده با پيشرفت جوشکاری، به سمت بالا حرکت می‌کند و منجمد می‌شود. همواره فلز جوش مذاب روی فلز جوش جامد و روی آنان نیز سرباره مذاب وجود دارد و اين عمل به‌طور مستمر ادامه می‌يابد تا تمامی فضای خالی محل اتصال توسط فلز جوش پر شود و جوشکاری به اتمام رسد.

esw3


انواع تکنیک ها

تکنیک معمولی: در روش اول از يک سیم‌جوش و يک نازل غيرمصرفی استفاده می‌شود که الکترود به تنهايی وارد فلاکس مذاب شده و ذوب می‌شود. اين روش، روش معمولی یا Conventional  Method نام دارد. در اینجا هد جوشکاری به‌صورت عمودی همراه با بالا آمدن حوضچه مذاب به بالا حرکت می‌کند.

تکنیک نازل مصرف شونده: این روش شبيه روش اول است، فقط نازل نیز مصرفی است و همراه سیم وارد سرباره مذاب می‌شود که به آن روش نازل مصرف شونده  یا Consumable Guide Method می‌گویند. در اینجا هد جوشکاری به‌صورت ثابت بالای حوضچه مذاب قرار می‌گيرد و نازل و سیم‌جوش با بالا آمدن فلز جوش و سرباره مذاب، ذوب می‌شوند. این فرآیند در کتاب‌های  ASME-Metals HandBook-Vol 6 وAWS-Welding HandBook-Vol 2 به تفصیل شرح داده شده است.
esw1
مزایای فرآیند الکترواسلگ

* فراهم نمودن امکان جوشکاری تمام سطوح باکس و استیفنرهای داخل
*
فرآیند جوشکاری کاملا اتوماتیک با حداقل میزان خستگی اپراتور
*
بدون نیاز به پخ زنی و لبه‌سازی استیفنر برای تمامی ضخامت‌ها
*
جوشکاری با حداقل میزان تابیدگی و تنش پسماند در قطعه
*
جوشکاری سریع و در حداقل زمان ممکن به صورت سربالا
*
نرخ رسوب بالا و حداکثر تا حدود 20 کیلوگرم در ساعت
*
هزینه تمام شده نهایی کمتر نسبت به سایر روش‌ها
*
ایجاد جوش با نفوذ کامل (CJP) تنها در یک پاس
*
کیفیت بالای جوش با حداقل میزان عیوب جوش
*
بدون نیاز به حرکت قطعه حین کار
*
عدم وجود پاشش مذاب، صدا و دود
*
تولید کلیه تجهیزات و مواد مصرفی در داخل کشور و
امکان بهره‌گیری سریع از آموزش، خدمات و تامین قطعات آن

 
پارامترها و متغیرهای جوشکاری

شدت جريان (آمپر): شدت جريان جوشکاری متناسب با سرعت تغذيه سيم می‌باشد. این مقدار باید در محدوده 400 تا 800 آمپر DCEP و باشد. افزايش شدت جريان منجر به افزايش سرعت تغذيه سيم و در نتيجه افزايش نرخ رسوب می‌شود.

ولتاژ )ولت): ولتاژ جوشکاری تاثیرات بسیار مهمی دارد. افزایش ولتاژ باعث افزایش نفوذ جوش و کاهش ولتاژ باعث ایجاد عیب ذوب ناقص می‌شود و ولتاژ بیش از حد نیز باعث ناپايدار شدن حوضچه و پاشش مذاب می‌گردد. معمولا ولتاژ در محدوده 30 تا 55 ولت انتخاب می‌شود.

فاصله بين دو قطعه کار: فاصله بين دو قطعه کار برای ایجاد فاصله مورد نیاز برای عبور نازل و همچنین ایجاد فضای کافی جهت تشکیل و حرکت سرباره شکل می‌گیرد که معمولا بین mm 30-20 است. زياد بودن فاصله باعث افزایش مصرف الکترود و احتمال عيب عدم ذوب می‌گردد.

SES 2
بازرسی و عيوب جوشکاری الکترواسلگ
انجام تست غیرمخرب با روش فراصوتی یا آلتراسونیک انجام می‌پذیرد و جوش ايجاد شده با فرآيند الکترواسلگ در شرايط مناسب دارای کيفيت بسيار خوب و بدون نا‌پيوستگی می‌باشد. زمانی که وضعيت جوشکاری نامناسب باشد ایجاد عیب نیز در این روش مانند سایر روش‌ها اجتناب ناپذیر است که با تمهیداتی می‌توان از بروز آن جلوگیری کرد.
عیب ذوب ناقص (Lack Of Fusion)از عمده‌ترین عیوب احتمالی این روش می‌باشد که بی توجهی به آن تاثیر منفی زیادی بر روی کیفیت جوش می‌گذارد. یکی از دلایل افزایش احتمال بروز این عیب، عدم تامین میزان ولتاژ جوشکاری توسط منبع تغذیه است که لزوم استفاده از منابع مناسب از اولویت‌های اجرای این روش می‌باشد.

طراحی اتصال
طرح اتصال در اين فرآيند به طور کلی به‌صورت سربه‌سر يا سپری با شيار مربعی می‌باشد. (Top View)

کاربرد در صنایع به‌ویژه صنعت سازه فلزی و ساخت باکس‌های ساختمانی
این فرآیند در صنايع ریلی و راه‌آهن، ماشين‌سازی، مخازن تحت فشار، کشتی‌سازی، ريخته‌گری، پل‌سازی، صنایع سازه‌های فلزی و ... کاربرد دارد. اين روش در صنایع سازه‌های فلزی و در ساخت باکس‌های ساختمانی و اتصال استيفنرهای داخل ستون کاربرد فراوانی دارد و در کشور ما نیز استفاده از آن روبه افزایش است. با توجه به استاندارد. 2006  AWS D1.1  بند 3.2.2 و تهیه WPS  و PQR استفاده از این فرآیند در ساخت سازه‌های فلزی بلامانع می‌باشد.
همواره تولیدکنندگان سازه فلزی در ساخت باکس‌های ساختمانی به‌صورت سنتی با مشکلات عدیده‌ای روبرو هستند که این مسایل در جوشکاری اتصال ورق استیفنر به وجه چهارم ستون نمایان است. هم اکنون با ظهور پدیده اتوماسیون جوشکاری و به کارگیری روش جوشکاری الکترواسلگ در ساخت و مونتاژ مقاطع مربعی شکل، این مشکل مرتفع گردیده و امکان جوشکاری تمامی سطوح باکس و استیفنرها که پیش از این میسر نبود فراهم شده است و حذف جوش‌های سر به سر ورق وجه چهارم (مطابق با روش سنتی ساخت باکس) را در بر داشته است.
استفاده از این روش در ساخت سازه‌های فلزی و باکس‌های ساختمانی باعث صرفی‌جویی اقتصادی،‌ کاهش هزینه‌های تولید، ‌افزایش حجم، کیفیت و سرعت تولید، کاهش اتلاف زمان مفید کاری، کاهش میزان خستگی اپراتور و بهبود محیط کارگاهی شده است.
esw6
تجهیزات و مواد مصرفی
بوم و ستون و هد جوشکاري: بوم و ستون باید ساختار فلزی مستحکم، حرکتی روان با دقتی بالا داشته باشد و دارای سرعت حرکتی قابل قبولی باشد و در آن موتورها، چرخ دنده‌ها، تجهیزات الکترونیکی و دیگر قطعات با کیفیت بالا به کار رفته باشد و هد جوشکاري نیز که تعداد آن می‌تواند متفاوت باشد توانایی عبور سیم‌جوش به قطر mm 1.6 - 4.0 را داشته باشد.  

منبع تغذیه: منابع تغذیه جوش الکترواسلگ (ESW) شباهت زیادی به منابع تغذیه جوش زیرپودری (SAW) دارند. خریداران بایستی به این نکته توجه داشته باشند که منابع تغذیه مخصوص جوشکاری الکترواسلگ بایستی دارای خروجی DCEP   و منحنی مشخصه آمپرـ ولتاژ CV باشند. همچنین بایستی توانایی تامین شدت جریان جوشکاری را در محدوده 400 تا 800 آمپر با دوره کاری 100 درصد و تامین ولتاژ جوشکاری در محدوده 30 تا 55 ولت را داشته باشد. در صورتی که منبع تغذیه جوشکاری توانایی تامین ولتاژ جوشکاری به میزان کافی را نداشته باشد، احتمال بروز عیب ذوب ناقص (LOF) در محل اتصال افزایش می‌یابد.

نازل مصرفی: وظيفه اصلی نازل، هدايت الکترود به انتهای درز بين دو قطعه و هدايت جريان الکتريکی و همچین افزایش میزان حجم رسوب ذوب می‌باشد. جنس نازل و روکش بايستی به‌نحوی باشد که پس از ذوب شدن از لحاظ متالورژيکی با فلز جوش و سرباره همخوانی داشته باشد. نازل مصرفی نیز در قطرهای mm 12- 8 موجود می‌باشد.

فلاکس ( پودر): فلاکس علاوه بر محافظت از حوضچه مذاب نقش‌ ایجاد مقاومت الکتريکی جهت تامین حرارت مورد نياز جوشکاری را دارا می‌باشد و مقدار مصرف آن در این جوشکاری بسیار ناچیز است. ميزان هدايت الکتريکی و سیالیت سرباره مذاب از عوامل تاثیرگذار هستند.

مفتول الکترود ( سیم‌جوش) : سیم‌جوش‌های زيرپودری را می‌توان به کار برد که سیم‌ 3.2 بیشترین کاربرد را دارد.

و در آخر باید اشاره داشت که فرآیند پیشرفته جوشکاری الکترواسلگ در ساخت سازه‌های فلزی پر کاربرد است و انتخاب دستگاه مناسب و با کیفیت از موضوعاتی است که استفاده‌کنندگان باید به آن توجه خاصی داشته باشند.