۱۲ نوع اصلی جوشکاری: کاربرد آنها چیست؟

جوشکاری یک فرآیند تولیدی است که از گرما، فشار یا هر دو برای اتصال دو یا چند ماده به یک پیوند قوی و دائمی استفاده می‌کند. موادی که معمولاً جوش داده می‌شوند فلزات و ترموپلاستیک‌ها هستند، اما مواد دیگری مانند چوب نیز می‌توانند جوش داده شوند.

این یک فرآیند کلیدی در اکثر صنایع است. بیایید نحوه عملکرد آن و دانش زیربنایی پشتیبان آن را بررسی کنیم.

جوشکاری چگونه انجام می‌شود؟

جوشکاری یک فرآیند با دمای بالا است که فلز پایه را ذوب می‌کند. این تفاوت کلیدی با لحیم‌کاری سخت و لحیم‌کاری سخت است که فقط ماده پرکننده را ذوب می‌کنند و فلزات پایه را ذوب نمی‌کنند.

جوشکاری دو یا چند قطعه کار را در دماهای بالا به هم متصل می‌کند. دمای بالا یک حوضچه مذاب ایجاد می‌کند که پس از سرد شدن و انجماد به یک جسم جامد تبدیل می‌شود و جوش را تشکیل می‌دهد. این جوش می‌تواند حتی از فلزات پایه نیز قوی‌تر باشد.

انواع مختلفی از جوشکاری وجود دارد، اما همه آنها از گرما یا فشار برای ذوب فلزات و تشکیل اتصال جوش استفاده می‌کنند. منبع گرما یا فشار ممکن است بسته به کاربرد و مواد مورد استفاده متفاوت باشد. با توجه به اصول ساده و قابل فهم جوشکاری، فلزات رایج‌ترین مواد جوش داده شده در نظر گرفته می‌شوند. جوشکاری پلاستیک نیز بسیار رایج است، در حالی که جوشکاری چوب تازه شروع به رواج کرده است.

فرآیند جوشکاری تحت تأثیر عوامل مختلفی مانند نیاز به ابزارهای خاص، گازهای محافظ، الکترودها و مواد پرکننده قرار می‌گیرد. بیایید نگاهی دقیق‌تر به برخی از رایج‌ترین روش‌های جوشکاری بیندازیم و ویژگی‌های منحصر به فرد آنها را شناسایی کنیم.

انواع مختلف جوشکاری

اگرچه مفهوم اساسی جوشکاری نسبتاً ساده است، اما می‌توان آن را بر اساس منبع انرژی مورد استفاده دسته‌بندی کرد. با تجزیه بیشتر این زیرشاخه‌ها، می‌توانیم عمیق‌تر به اصول عملیاتی پشت هر روش بپردازیم.

جوشکاری قوسی

جوشکاری قوسی یک فرآیند جوشکاری است که از گرمای قوس تولید شده بین الکترود و قطعه کار برای ذوب موضعی فلز و سیم پرکننده (یا بدون پرکننده) برای اتصال مواد استفاده می‌کند. الکترودهای جوشکاری قوسی یا مصرفی هستند یا غیر مصرفی. هم جریان متناوب (AC) و هم جریان مستقیم (DC) می‌توانند در حین جوشکاری مورد استفاده قرار گیرند.

جوشکاری MIG/MAG

جوشکاری قوسی فلزی با گاز محافظ (GMAW) که با نام جوشکاری MIG/MAG (گاز بی‌اثر فلز/گاز فعال فلز) نیز شناخته می‌شود، از یک سیم پیوسته که از طریق یک مشعل جوشکاری تغذیه می‌شود، استفاده می‌کند. همزمان با ذوب شدن سیم توسط قوس، سیم با فلز پایه در حوضچه جوش ذوب می‌شود.

همزمان، یک گاز محافظ به ناحیه جوش داده می‌شود و یک مانع محافظ برای جلوگیری از آلودگی جوی ایجاد می‌کند.

این روش جوشکاری آسان است. به همین دلیل است که در جوشکاری صنعتی، تولید، ساخت و ساز و صنایع خودرو سازی یک انتخاب محبوب است. به دلیل در دسترس بودن گازهای بی‌اثر ارزان، جوشکاری قوسی فلزی با گاز محافظ (GMAW) تا حد زیادی جایگزین جوشکاری هیدروژن اتمی (AHW) شده است.

جوشکاری TIG

جوشکاری با گاز بی‌اثر تنگستن (TIG) از یک الکترود تنگستن غیرمصرفی و یک گاز محافظ بی‌اثر استفاده می‌کند. برخلاف جوشکاری MIG/MAG، استفاده از یک فلز پرکننده جداگانه در جوشکاری TIG می‌تواند بر اساس الزامات پروژه تعیین شود. جوشکاری قوسی تنگستن-گاز (GTAW) جوش‌های دقیق و با کیفیتی ایجاد می‌کند. نفوذ بسیار خوبی ارائه می‌دهد. این امر آن را برای بسیاری از کاربردها، مانند هوافضا و خودرو، عالی می‌کند. در عین حال، جوشکارهای TIG ویژگی‌های قابل تنظیم زیادی دارند. این امر TIG را به یک فرآیند جوشکاری بسیار متنوع تبدیل می‌کند.

جوشکاری قوس فلزی 3.Stick

جوشکاری قوسی فلزی چسبنده (SMAW) که با نام‌های جوشکاری قوسی فلزی دستی (MMAW/MMA) یا جوشکاری میله‌ای نیز شناخته می‌شود، از یک الکترود فلزی پوشش داده شده با شار مصرفی برای اتصال فلزات استفاده می‌کند.

وقتی الکترود به فلز پایه برخورد می‌کند، قوس الکتریکی ایجاد می‌شود و ماده موجود در حوضچه جوش را ذوب می‌کند. فلاکس گاز محافظی آزاد می‌کند که فلز جوش را از آلودگی محافظت می‌کند. پس از خنک شدن، سرباره را می‌توان با ابزارهای رایج مانند برس‌های سیمی پاک کرد.

۴. جوشکاری قوسی با هسته گدازآور

جوشکاری قوسی با الکترود توپودری (FCAW) یک فرآیند جوشکاری است که معمولاً به صورت خودکار یا نیمه خودکار انجام می‌شود و می‌تواند زمان جوشکاری را در مقایسه با جوشکاری دستی سنتی تا 40٪ کاهش دهد.

FCAW از یک الکترود با هسته شار برای محافظت از جوش استفاده می‌کند. علاوه بر این، FCAW با دو محافظ با استفاده از یک گاز محافظ روی الکترود با هسته شار، محافظت بیشتری در برابر آلاینده‌ها ایجاد می‌کند. در مقایسه با برخی روش‌های جوشکاری دیگر، FCAW به تجهیزات محافظ گاز اضافی (به خصوص جوشکاری با دو محافظ) نیاز ندارد، بنابراین در درازمدت، هزینه تجهیزات و مواد می‌تواند به میزان زیادی کاهش یابد.

جوشکاری گاز

جوشکاری گازی که با نام جوشکاری اکسی-سوخت نیز شناخته می‌شود، یکی از سنتی‌ترین روش‌های اتصال فلزات است که از ترکیبی از اکسیژن و یک گاز سوختی مانند استیلن یا پروپان استفاده می‌کند. این فرآیند گرمای شدیدی تولید می‌کند که فلز را در محل اتصال ذوب می‌کند و به آن اجازه می‌دهد تا با هم ترکیب شود. این روش معمولاً برای فلزات آهنی و غیرآهنی استفاده می‌شود و به ویژه برای مواد نازک مؤثر است.

یکی از مزایای کلیدی جوشکاری گازی این است که به برق نیاز ندارد و این امر آن را به یک راه حل بسیار قابل حمل در مناطقی با دسترسی محدود به برق تبدیل می‌کند. این تجهیزات نسبتاً ساده هستند و هزینه کمتری نسبت به سایر روش‌های جوشکاری دارند، که آن را به انتخابی محبوب برای پروژه‌های کوچک و DIY تبدیل می‌کند. جوشکاری گازی همچنین می‌تواند برای برش با سوخت اکسیژن استفاده شود و با همان تجهیزات، تطبیق‌پذیری ارائه می‌دهد.

با وجود اینکه روش جوشکاری گازی قدیمی‌تر است، اما برای بسیاری از کاربردها همچنان مؤثر است. توانایی آن در تنظیم مشخصات شعله با تنظیم جریان گاز، امکان کنترل دقیق را فراهم می‌کند و آن را برای کارهای ظریف مانند لحیم‌کاری و جوشکاری ورق‌های نازک فلزی مناسب می‌سازد. این یک تکنیک قابل اعتماد و در دسترس برای نیازهای مختلف فلزکاری است.

۶. جوشکاری پلاسما

جوشکاری قوس پلاسما بر اساس اصل مشابهی با جوشکاری TIG عمل می‌کند، اما طراحی منحصر به فرد مشعل آن اجازه می‌دهد تا گاز بی‌اثر با سرعت بیشتری از نازل خارج شود و در امتداد مسیر باریک‌تری جریان یابد. هنگامی که گاز با قوس تماس پیدا می‌کند، پلاسما تشکیل شده و با ورود به منطقه جوش یونیزه می‌شود و دمای بسیار بالایی ایجاد می‌کند. این امر به دمای جوشکاری اجازه می‌دهد تا تقریباً به 28000 درجه سانتیگراد برسد، که برای ذوب تقریباً هر فلزی کافی است.

از آنجا که مشعل‌های قوس پلاسما می‌توانند چنین دمای عملیاتی بالایی تولید کنند، نه تنها برای جوشکاری دقیق، بلکه برای برش فلز نیز مناسب هستند. در طول فرآیند جوشکاری، قوس پلاسما گرمای بسیار متمرکزی ایجاد می‌کند که منجر به جوش‌های ظریف‌تر و سرعت جوشکاری بالاتر می‌شود و آن را به ویژه برای فلزکاری که نیاز به دقت بالا و ساختارهای پیچیده دارد، مناسب می‌سازد.

۷. جوشکاری قوسی زیرپودری

جوشکاری قوسی زیرپودری (SAW) بر اساس اصولی مشابه جوشکاری قوسی فلزی چسبنده (SMAW) عمل می‌کند و از روان‌ساز برای محافظت از فلز جوش استفاده می‌کند. این فرآیند جوشکاری خودکار یا نیمه خودکار از یک مخزن روان‌ساز جداگانه برای رسوب فلز پرکننده دانه‌ای روی جوش استفاده می‌کند.

این تکنیک جوشکاری، جوش‌های یکنواخت و تمیزی تولید می‌کند که از اکثر فرآیندهای جوشکاری دستی سنتی بهتر عمل می‌کند. این روش انتخابی عالی برای فلزاتی مانند نیکل، فولاد و فولاد ضد زنگ است و معمولاً در ساخت لوله‌ها، مخازن تحت فشار و دیگ‌های بخار استفاده می‌شود.

جوشکاری مقاومتی

جوشکاری مقاومتی یا جوشکاری فشاری شامل اعمال فشار و جریان الکتریکی بین دو سطح فلزی برای ایجاد پیوند همجوشی است. قطعات کار تحت فشار زیاد به هم نزدیک می‌شوند و جریان الکتریکی از نقاط تماس عبور می‌کند. مقاومت در فلز باعث ایجاد گرما می‌شود و سطوح فلزی را به هم جوش می‌دهد.

جوش نقطه‌ای

جوشکاری مقاومتی نقطه‌ای (RSW) از دو الکترود برای فشار دادن فلزات روی هم استفاده می‌کند و همزمان جریان جوشکاری را از طریق مقاومت فلزات اعمال می‌کند. در طول فرآیند جوشکاری، گرما تولید می‌شود و باعث می‌شود سطوح فلزی به هم جوش بخورند و یک جوش دکمه‌ای یا ناگت شکل تشکیل شود.

فلزات در مدت زمان کوتاهی (تقریباً 10 تا 100 میلی‌ثانیه) با انرژی بالا به هم جوش می‌خورند و تقریباً بلافاصله قطعات کار را به هم متصل می‌کنند. ناحیه اطراف جوش در اثر گرمای بیش از حد آسیب نمی‌بیند و در نتیجه ناحیه تحت تأثیر حرارت (HAZ) در جوشکاری نقطه‌ای حداقل است.

جوشکاری نقطه‌ای اغلب با استفاده از ربات‌های جوشکاری به صورت خودکار انجام می‌شود. این امر آن را به یکی از کارآمدترین روش‌های جوشکاری مورد استفاده در خطوط مونتاژ تبدیل می‌کند و آن را به گزینه‌ای جذاب برای صنایع خودرو، الکترونیک و تولید تبدیل می‌کند.

جوشکاری درز

جوشکاری درز نوعی جوشکاری نقطه‌ای است. در این روش از دو چرخ الکترود برای فشار دادن قطعات کار به پایین استفاده می‌شود. همزمان، جریان از آنها عبور می‌کند. جوشکار می‌تواند از دو طریق از برق استفاده کند. می‌تواند برق را به صورت متناوب برای ایجاد جوش‌های جداگانه روی قطعات کار اعمال کند. یا می‌تواند بر اساس نیازهای پروژه، برق را به طور مداوم اعمال کند.

جوشکاری مقاومتی درز، اتصالات بسیار محکمی ایجاد می‌کند و فرآیند جوش بسیار سریع و تمیز است و آن را برای جوشکاری خودکار ایده‌آل می‌کند. صنعت ورق‌کاری از جوشکاری درز برای تولید قوطی‌های حلبی، رادیاتورها و بشکه‌های فولادی استفاده می‌کند.

جوشکاری لیزری

جوشکاری لیزری (LBW)، همانطور که از نامش پیداست، از پرتو لیزر به عنوان منبع گرمای متمرکز برای ذوب فلز و تشکیل جوش استفاده می‌کند. چگالی توان بالای LBW منجر به ناحیه تحت تأثیر حرارت کوچکتری می‌شود. اندازه نقاط لیزر از 0.2 تا 13 میلی‌متر متغیر است که آن را برای جوشکاری مواد با ضخامت‌های مختلف مناسب می‌کند و در مقایسه با فرآیندهای جوشکاری سنتی به نتایج بهتری دست می‌یابد.

جوشکاری لیزر می‌تواند به سرعت جوش‌های با کیفیت بالا را در تلرانس‌های دقیق تولید کند. این فرآیند اغلب خودکار است و به طور گسترده در صنایع خودرو، پزشکی و جواهرات مورد استفاده قرار می‌گیرد.

برخی افراد فکر می‌کنند که مشعل‌های لیزری می‌توانند مانند مشعل‌های سوخت اکسیژن و پلاسما برش و جوش دهند. با این حال، این معمولاً درست نیست. سرهای برش لیزری استاندارد را نمی‌توان برای جوشکاری استفاده کرد و سرهای جوش لیزری نمی‌توانند سرعت برش و کیفیت مورد نیاز اکثر کاربردهای صنعتی را برآورده کنند.

جوشکاری پرتو الکترونی

جوشکاری پرتو الکترونی (EBW) یک تکنیک جوشکاری با دقت بالا است که از پرتوی متمرکز از الکترون‌های پرانرژی برای ذوب و اتصال سطوح فلزی استفاده می‌کند. الکترون‌ها در خلاء شتاب داده شده و به سمت قطعات کار هدایت می‌شوند و گرمای شدیدی در محل جوش ایجاد می‌کنند. این فرآیند در محیط خلاء رخ می‌دهد و از اکسیداسیون و آلودگی جلوگیری می‌کند.

یکی از مزایای اصلی EBW توانایی آن در تولید جوش‌های عمیق و باریک با حداقل اعوجاج حرارتی است. این امر آن را برای کاربردهای با دقت بالا، مانند هوافضا و ساخت تجهیزات پزشکی، ایده‌آل می‌کند. این فرآیند همچنین امکان جوشکاری فلزات غیرمشابه را فراهم می‌کند و اتصالاتی با استحکام بالا با کیفیت جوش عالی و حداقل پردازش پس از جوشکاری ایجاد می‌کند.

جوشکاری اصطکاکی

جوشکاری اصطکاکی یک فرآیند جوشکاری حالت جامد است که همانطور که از نامش پیداست، از اصطکاک برای جوش دادن فلزات به یکدیگر استفاده می‌کند. برخلاف اکثر فرآیندهای جوشکاری، در این فرآیند از تفنگ جوشکاری، میله جوشکاری یا گاز محافظ استفاده نمی‌شود. این فرآیند با استفاده از گرمای تولید شده صرفاً توسط چرخش با سرعت بالا، ارتعاش یا تماس جانبی بین دو قطعه فلز تمیز، اتصال ایجاد می‌کند. باقیمانده فلز تشکیل شده در طول فرآیند پس از خنک شدن حذف می‌شود.

تجهیزات جوشکاری مورد استفاده برای جوشکاری اصطکاکی نسبت به سایر روش‌ها سازگارتر با محیط زیست هستند زیرا دود یا سموم جوشکاری مضر منتشر نمی‌کنند. سهولت کار با آن، آن را برای جوشکاری مته‌ها، میله‌های اتصال، لوله‌های شفت و شیرآلات ایده‌آل می‌کند.

ایمنی جوشکاری

در کارگاه ورق‌کاری LVMA، هنگام بررسی جوشکاری با مهندسان، متوجه شدم که ایمنی جوشکاری جنبه‌ی بسیار مهمی از فرآیند جوشکاری است.

مهندسان کارگاه ورق‌کاری LVMA مجهز به ماسک جوشکاری، دستکش‌های ضد حریق، لباس محافظ و چکمه‌های ایمنی هستند که به طور مؤثر آنها را از دمای بالا، اشعه ماوراء بنفش، جرقه‌ها و گازهای مضر محافظت می‌کند. ماسک‌های جوشکاری، به ویژه، مانع از دیدن تابش نور قوس و استنشاق دودهای مضر توسط من می‌شدند. همچنین متوجه شدم که مدیران کارگاه LVMA برای کاهش آسیب صوتی به شنوایی آنها، گوش‌گیر در اختیارشان قرار می‌دهند.

با این حال، تجهیزات ایمنی تنها بخشی از ایمنی جوشکاری است؛ آگاهی جوشکاران از ایمنی نیز به همان اندازه حیاتی است. پیچیدگی فرآیند جوشکاری، جوشکاران را ملزم به داشتن سطح بالایی از مسئولیت‌پذیری و آگاهی عمیق از خطرات می‌کند. آنها باید درک روشنی از محیط کار، وضعیت تجهیزات و رویه‌های اضطراری داشته باشند. جوشکاران باید همیشه از تهویه کافی در محل کار خود اطمینان حاصل کنند تا از تجمع گازهای مضر جلوگیری شود و تجهیزات خود را به طور منظم بازرسی کنند تا از نقص عملکرد جلوگیری شود.

خلاصه

فناوری جوشکاری، فلز را به فلز متصل می‌کند و به اثراتی دست می‌یابد که با قطعات فلزی منفرد امکان‌پذیر نیست. با پیشرفت مداوم فناوری، فناوری جوشکاری همچنان در حال نوآوری و توسعه است. در آینده، فرآیندهای جوشکاری هوشمندتر و کارآمدتر خواهند شد و جوشکاری خودکار و رباتیک به جریان اصلی تبدیل می‌شود که باعث بهبود راندمان تولید و کاهش خطای انسانی می‌شود. در عین حال، ظهور مواد و فرآیندهای جدید جوشکاری، کاربردها را گسترش می‌دهد و راه‌حل‌های جوشکاری با کیفیت بالاتر و سازگارتر با محیط زیست را برای صنایعی مانند هوانوردی، خودرو و انرژی به ارمغان می‌آورد.