مقدمه‌ای مربوط به جوشکاری و الکترود جوشکاری

جوشکاری یکی از روش‌های اصلی برای اتصال دائمی دو یا چند قطعه فلزی است که در صنایع مختلف از جمله ساختمان‌سازی، خودروسازی، کشتی‌سازی، نفت و گاز و بسیاری دیگر به کار می‌رود. فرایند جوشکاری به‌طور گسترده‌ای وابسته به نوع الکترودهای جوشکاری است که استفاده می‌شود. در این مقاله، به بررسی دقیق‌تر انواع الکترودهای جوشکاری، تیپ‌های مختلف آن‌ها، انواع فرایندهای جوشکاری، و کاربردهای مختلف این فرایندها می‌پردازیم.

انواع فرایندهای جوشکاری

جوشکاری به روش‌های مختلفی انجام می‌شود که هر یک از این روش‌ها با توجه به شرایط و نیازهای مختلف صنعتی انتخاب می‌شود. برخی از مهم‌ترین انواع جوشکاری عبارتند از:

1. جوشکاری قوس الکتریکی (Arc Welding):

در این روش، از یک الکترود برای ایجاد قوس الکتریکی استفاده می‌شود که باعث ذوب فلزات و ایجاد جوش می‌شود. این روش شامل چندین زیرشاخه است:

– جوشکاری با الکترود دستی پوشش‌دار (Shielded Metal Arc Welding – SMAW):
این روش که با نام جوشکاری با الکترود دستی نیز شناخته می‌شود، یکی از رایج‌ترین روش‌های جوشکاری است. در این روش، الکترود فلزی با پوشش محافظت‌کننده استفاده می‌شود که به‌طور همزمان ذوب شده و جوش را تشکیل می‌دهد.

– جوشکاری MIG/MAG (Metal Inert Gas/Metal Active Gas):
در این روش از یک الکترود سیمی به‌صورت مداوم استفاده می‌شود که توسط گاز محافظ (معمولاً گاز آرگون یا مخلوط گازهای دیگر) از جوش در برابر اکسیداسیون محافظت می‌شود. این روش به‌ویژه برای جوشکاری فلزات غیرآهنی و فولادهای زنگ‌نزن کاربرد دارد.

– جوشکاری TIG (Tungsten Inert Gas):
این روش شامل استفاده از یک الکترود غیرمصرفی تنگستن است. گاز محافظ (معمولاً آرگون) از جوش محافظت می‌کند و برای جوشکاری دقیق و تمیز فلزات نازک مانند آلومینیوم و استیل‌های ضدزنگ به کار می‌رود.

2. جوشکاری زیرپودری (Submerged Arc Welding – SAW):

در این روش، الکترود و قوس الکتریکی توسط یک پودر محافظ پوشانده می‌شوند. این روش برای جوشکاری قطعات بزرگ و سنگین فلزی که نیاز به نفوذ عمیق دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد و به دلیل محافظت کامل از قوس و جوش، کیفیت جوش بسیار بالاست.

3. جوشکاری نقطه‌ای (Spot Welding):

این روش بیشتر در صنایع خودروسازی و برای جوشکاری ورق‌های نازک فلزی به کار می‌رود. در این فرایند، دو الکترود نقطه‌ای به‌صورت فشاری بر روی دو ورق فلزی قرار گرفته و با ایجاد جریان الکتریکی و حرارت، جوش نقطه‌ای ایجاد می‌شود.

4. جوشکاری پلاسما (Plasma Arc Welding – PAW):

در این روش، از یک قوس پلاسما برای جوشکاری استفاده می‌شود که می‌تواند دمای بسیار بالایی را تولید کند. این روش برای جوشکاری فلزات بسیار نازک و حساس به حرارت مناسب است.

5. جوشکاری لیزری (Laser Welding):

در این روش، از پرتو لیزر برای ایجاد حرارت و ذوب فلزات استفاده می‌شود. این روش به دلیل دقت بالا و قابلیت کنترل، در صنایع حساس مانند هوافضا و تجهیزات پزشکی کاربرد دارد.

6. جوشکاری زیر آب (Underwater Welding):

این نوع جوشکاری برای تعمیر و نگهداری سازه‌های زیر آب مانند اسکله‌ها، خطوط لوله و کشتی‌ها استفاده می‌شود. جوشکاری زیر آب می‌تواند به‌صورت خشک (در محفظه‌های تحت فشار) یا مرطوب (مستقیماً در آب) انجام شود.

7. جوشکاری اصطکاکی (Friction Welding):

در این روش، دو قطعه فلزی با چرخش سریع و فشار به یکدیگر متصل می‌شوند. گرمای ایجاد شده توسط اصطکاک، فلزات را نرم کرده و اتصال بین آن‌ها را فراهم می‌کند. این روش در جوشکاری قطعات گرد و استوانه‌ای بسیار مؤثر است.

انواع الکترود جوشکاری

الکترود جوشکاری به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند: مصرفی و غیرمصرفی.

1. الکترودهای مصرفی (Consumable Electrodes)

این الکترودها در حین جوشکاری ذوب شده و بخشی از جوش را تشکیل می‌دهند. آن‌ها معمولاً از فلزاتی مانند فولاد، نیکل یا آلومینیوم ساخته می‌شوند و به‌عنوان ماده پرکننده نیز عمل می‌کنند.

انواع الکترودهای مصرفی:

– الکترودهای فلزی پوشش‌دار (Shielded Metal Arc Welding Electrodes – SMAW):
این الکترودها با یک پوشش از مواد معدنی یا سلولزی پوشانده شده‌اند. این پوشش هنگام جوشکاری ذوب می‌شود و از جوش در برابر آلودگی‌های محیطی محافظت می‌کند. انواع مختلفی از این الکترودها وجود دارند که برای شرایط و فلزات مختلف طراحی شده‌اند.

– الکترودهای سیمی (Welding Wires):
این الکترودها به‌صورت سیم پیوسته عرضه می‌شوند و در روش‌های جوشکاری نیمه‌خودکار مانند MIG/MAG و جوشکاری زیرپودری به کار می‌روند. مواد این سیم‌ها بسته به نوع فلز مورد جوشکاری و شرایط کاری متفاوت است.

– الکترودهای فلوکس‌کور (Flux-Cored Wires):
این نوع الکترودها دارای یک هسته پودری هستند که درون سیم جوش قرار دارد. این پودر هنگام جوشکاری به گاز محافظ تبدیل می‌شود، بنابراین نیازی به استفاده از گاز محافظ خارجی نیست.

2. الکترودهای غیرمصرفی (Non-consumable Electrodes)

این الکترودها در فرایند جوشکاری ذوب نمی‌شوند و فقط نقش هدایت جریان الکتریکی و ایجاد قوس الکتریکی را بر عهده دارند.

انواع الکترود جوشکاری غیرمصرفی:

– الکترودهای تنگستن (Tungsten Electrodes):
این الکترودها از تنگستن ساخته شده‌اند که نقطه ذوب بسیار بالایی دارد. در جوشکاری TIG از این الکترودها استفاده می‌شود. الکترودهای تنگستن به دلیل مقاومت بالا در برابر حرارت، برای جوشکاری فلزات حساس به حرارت بسیار مناسب هستند.

تیپ‌های مختلف الکترودهای جوشکاری

الکترودهای جوشکاری بسته به ترکیب شیمیایی و نوع پوشش خود، تیپ‌های مختلفی دارند. برخی از تیپ‌های معروف عبارتند از:

– E6010: این الکترود برای جوشکاری در تمام موقعیت‌ها مناسب است و دارای نفوذ عمیق می‌باشد. بیشتر در جوشکاری لوله‌ها و سازه‌های سنگین به کار می‌رود.

– E6011: مشابه E6010 است، اما قابلیت استفاده با جریان AC را نیز دارد.

– E6013: این الکترود برای کارهای جوشکاری سبک و خانگی مناسب است. دارای نفوذ کم و کاربرد آسان است.

– E7018: این الکترود کم‌هیدروژن بوده و برای جوشکاری فولادهای کم‌آلیاژ و مقاوم در برابر ترک‌خوردگی کاربرد دارد. در ساخت سازه‌های فلزی حساس و سنگین به کار می‌رود.

کاربردهای جوشکاری و استفاده از الکترودها

جوشکاری و استفاده از الکترودهای جوشکاری در صنایع مختلف کاربردهای وسیعی دارد:

1. صنعت ساختمان:
جوشکاری در ساخت و ساز ساختمان‌ها، پل‌ها، برج‌ها و دیگر سازه‌های فلزی اهمیت زیادی دارد. الکترودهای جوشکاری بسته به نوع سازه و شرایط محیطی انتخاب می‌شوند.

2. صنعت نفت و گاز:
لوله‌کشی‌های نفت و گاز نیازمند جوشکاری‌های مقاوم و دقیق هستند. الکترودهای با نفوذ بالا مانند E6010 و E7018 برای این صنعت کاربرد دارند.

3. صنعت خودروسازی:
در این صنعت برای جوشکاری قطعات بدنه و شاسی خودروها از روش‌های مختلف جوشکاری از جمله جوشکاری نقطه‌ای و MIG/MAG استفاده می‌شود.

4. صنعت کشتی‌سازی و دریایی:
در این صنعت، جوشکاری زیر آب و جوشکاری‌های مقاوم در برابر خوردگی برای تعمیر و نگهداری کشتی‌ها و سازه‌های دریایی ضروری است.

5. صنایع هوافضا:
در صنایع هوافضا، جوشکاری دقیق و سبک برای ساخت قطعات حساس و پیچیده مورد نیاز است. روش‌هایی مانند جوشکاری لیزری و TIG در این صنعت کاربرد دارند.

6. صنایع سبک و خانگی:
جوشکاری‌های خانگی و کارهای تعمیراتی کوچک معمولاً با استفاده از الکترودهای ساده مانند E6013 انجام می‌شود که کاربرد آسان و هزینه پایینی دارند.