معرفی فرایند جوشکاری الکترواسلگ
فرایند جوشکاری سرباره الکتریکی یا الکترواسلگ (Electroslag welding) و به اختصار ESW، به عنوان روشی جهت اتصال مقاطع خیلی ضخیم (بالای ۱۵ میلی متر) در موقعیت عمود یا نزدیک به عمود به صورت جوش سر بالا شناخته می شود. این روش، جوشکاری مقاطع غیر قابل دسترسی که با فرایندهای جوشکاری قوسی معمولی امکان جوشکاری آن غیر ممکن و یا به سختی امکان پذیر است را فراهم می نماید. در تقسیم بندی فرایندهای جوشکاری، این روش جزء فرایندهای جوشکاری ذوبی محسوب می گردد. در این فرایند انرژی لازم جهت ذوب از دو طریق قوس الکتریکی (در لحظه شروع) و مقاومت الکتریکی (در ادامه) تامین می شود. این فرایند به صورت ماشینی انجام می گیرد و وقتی شروع میشود تا انتها ادامه مییابد و همواره فلز جوش مذاب روی فلز جوش جامد قرار دارد و بر روی آن هم سرباره مذاب وجود دارد. با توجه به اینکه در طول فرایند قوسی نداریم بنابراین جوشکاری با سر و صدا و پاشش مذاب کمتر انجام می شود. نرخ رسوب زیاد باعث میشود که بتوان اتصالات با ضخامت زیاد را تنها در یک پاس، جوشکاری و تکمیل نمود.
در حال حاضر این روش در ساخت و مونتاژ باکس های ساختمانی و جوشکاری استیفنرهای داخلی به وجه چهارم ستون که پیش از این با مشکلات عدیده ای روبرو بود، کاربرد بسیاری دارد. با این روش امکان جوشکاری استیفنرها به دیواره داخلی باکس به صورت کامل و در یک پاس جوشکاری فراهم گردیده است. در ایران نیز استفاده از این فرایند روند رو به رشدی داشته است.
شرح فرایند جوشکاری الکترواسلگ
در فرایند جوشکاری سرباره الکتریکی قطعات با جنس فولاد کربنی به گونه ای مونتاژ می شوند که با ایجاد فضای خالی در محل اتصال بتوان با عبور نازل مصرفی به صورت سر بالا (Vertical Up) جوشکاری نمود. در واقع، عملیات جوشکاری از پایین اتصال شروع می شود و به سمت بالا ادامه می یابد. فضای خالی در محل اتصال با استفاده از کفشک های نگهدارنده مسی به صورت موقت و یا به وسیله فلز پایه ایجاد می شود که به صورت پشت بند (Backing) عمل می کند و به عنوان نگهدارنده حوضچه مذاب، کناره های آن در جریان عملیات جوشکاری ذوب شده و به دو قطعه متصل می شود. در ابتدا مفتول الكترود به همراه نازل تا انتها وارد درز بین دو قطعه می شود. سپس با برقراری قوس الکتریکی بین نوک مفتول الکترود و انتهای درز اتصال عملیات جوشکاری شروع می گردد.
جریان جوشکاری از درون مفتول الکترود و نازل مصرفی عبور می کند که در اثر حرارت ناشی از قوس الکتریکی، پودری که در ابتدا در فضای خالی محل اتصال افزوده شده بود ذوب می شود و به سرعت یک لایه سرباره مذاب ایجاد می کند. پس از ایجاد مذاب سرباره، قوس الکتریکی قطع می شود و جریان جوشکاری از الکترود به درون سرباره مذاب هدایت می شود. حرارت مورد نیاز جوشکاری به وسیله مقاومت الکتریکی سرباره مذاب که جریان جوشکاری از آن عبور می کند به وجود می آید.
مذاب فلز که از مجموع سیم جوش و نازل مصرفی و فلز پایه تشکیل شده با پیشرفت جوشکاری، به سمت بالا حرکت می کند و منجمد می شود. همواره فلز جوش مذاب روی فلز جوش جامد و روی آنان نیز سرباره مذاب وجود دارد و این عمل به طور مستمر ادامه می یابد تا تمامی فضای خالی محل اتصال توسط فلز جوش پر شود و جوشکاری به اتمام رسد.
اگر علاقمندید ویدیویی از فرایند جوشکاری الکترواسلگ تماشا کنید پیشنهاد می کنم ویدیوی زیر از عصر مواد را حتماً ببینید:
جوشکاری سرباره الکتریکی یا الکترواسلگ (Electroslag Welding) + ویدیو
انواع روش های جوشکاری الکترواسلگ
- تکنیک معمولی:
در این روش از یک سیم جوش و یک نازل غیر مصرفی استفاده می شود که الکترود به تنهایی وارد پودر مذاب شده و ذوب می شود. این روش روش معمولی یا Conventional Method نام دارد. در اینجا هد جوشکاری به صورت عمودی همراه با بالا آمدن حوضچه مذاب به بالا حرکت می کند.
- تکنیک نازل مصرف شونده:
این روش شبیه روش اول است، با این تفاوت که نازل نیز مصرفی است و همراه سیم وارد سرباره مذاب می شود. به همین دلیل به آن روش نازل مصرف شونده يا Consumable Guide Method می گویند. در اینجا هد جوشکاری به صورت ثابت بالای حوضچه مذاب قرار می گیرد و نازل و سیم جوش با بالا آمدن فلز جوش و سرباره مذاب، ذوب می شوند.
مزایای روش الکترواسلگ:
- فراهم نمودن امکان جوشکاری تمام سطوح باکس و استیفنرهای داخل
- فرایند جوشکاری کاملاً اتوماتیک با حداقل میزان خستگی اپراتور
- عدم نیاز به پخ زنی و لبه سازی استیفنر برای تمامی ضخامت ها
- 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 ۲۰ کیلوگرم در ساعت
- هزینه تمام شده نهایی کمتر نسبت به سایر روش ها
- ایجاد جوش با نفوذ کامل (CJP) تنها در یک پاس
- کیفیت بالای جوش با حداقل میزان عیوب جوش
- عدم نیاز به حرکت قطعه حین کار
- عدم وجود پاشش مذاب ، صدا و دود
پارامترها و متغیرهای جوشکاری
- شدت جریان (آمپر):
شدت جریان جوشکاری متناسب با سرعت تغذیه سیم می باشد. این مقدار باید در محدوده ۴۰۰ تا ۸۰۰ آمپر و DCEP باشد. افزایش شدت جریان منجر به افزایش سرعت تغذیه سیم و در نتیجه افزایش نرخ رسوب می شود.
- ولتاژ (ولت):
ولتاژ جوشکاری تاثیرات بسیار مهمی دارد. افزایش ولتاژ باعث افزایش نفوذ جوش و کاهش ولتاژ باعث ایجاد عیب ذوب ناقص می شود و ولتاژ بیش از حد نیز باعث ناپایدار شدن حوضچه و پاشش مذاب می گردد. معمولاً ولتاژ در محدوده ۳۰ تا ۵۵ ولت انتخاب می شود.
- فاصله بین دو قطعه کار:
فاصله بین دو قطعه کار برای ایجاد فاصله مورد نیاز برای عبور نازل و هچنین ایجاد فضای کافی جهت تشکیل و حرکت سرباره شکل می گیرد که معمولاً بین ۲۰ – ۳۰ میلی متر است. زیاد بودن فاصله باعث افزایش مصرف الکترود و احتمال عيب عدم ذوب می گردد.
بازرسی و عیوب جوشکاری الکترواسلگ
انجام تست غیرمخرب با روش فراصوتی یا اولتراسونیک انجام می پذیرد و جوش ایجاد شده با فرایند الکترواسلگ در شرایط مناسب دارای کیفیت بسیار خوب و بدون ناپیوستگی می باشد. زمانی که وضعیت جوشکاری نامناسب باشد ایجاد عیب نیز در این روش مانند سایر روش ها اجتناب ناپذیر است که با تمهیداتی می توان از بروز آن جلوگیری کرد. عیب ذوب ناقص (Lack Of Fusion) از عمده ترین عیوب احتمالی این روش می باشد که بی توجهی به آن تاثیر منفی زیادی بر روی کیفیت جوش می گذارد. یکی از دلایل افزایش احتمال بروز این عیب، عدم تامین میزان ولتاژ جوشکاری توسط منبع تغذیه است که لزوم استفاده از منابع مناسب از اولویت های اجرای این روش می باشد.
طراحی اتصال
طرح اتصال در این فرایند به طور کلی به صورت سر به سر یا سپری با شیار مربعی می باشد (Top View).
کاربرد در صنایع
این فرایند در صنایع ریلی و راه آهن، ماشین سازی، مخازن تحت فشار، کشتی سازی، ریخته گری، پل سازی، صنایع سازه های فلزی و … کاربرد دارد. این روش در صنایع سازه های فلزی و در ساخت باکس های ساختمانی و اتصال استیفنرهای داخل ستون کاربرد فراوانی دارد و در کشور ما نیز استفاده از آن رو به افزایش است.
همواره تولید کنندگان سازه فلزی در ساخت باکس های ساختمانی به صورت سنتی با مشکلات عدیده ای 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 جوش های سر به سر ورق وجه چهارم (مطابق با روش سنتی ساخت باکس) را در بر داشته است. استفاده از این روش در ساخت سازه های فلزی و باکس های ساختمانی باعث صرفی جویی اقتصادی، کاهش هزینه های تولید، افزایش حجم، کیفیت و سرعت تولید، کاهش اتلاف زمان مفید کاری، کاهش میزان خستگی اپراتور و بهبود محیط کارگاهی شده است.
تجهیزات و مواد مصرفی جوشکاری
- بوم و ستون و هد جوشکاری
بوم و ستون باید ساختار فلزی مستحکم، حرکتی روان با دقتی بالا داشته باشد و دارای سرعت حرکتی قابل قبولی باشد و در آن از موتورها، چرخ دنده ها، تجهیزات الکترونیکی و دیگر قطعات با کیفیت بالا به کار رفته باشد. هد جوشکاری نیز که تعداد آن می تواند متفاوت باشد توانایی عبور سیم جوش به قطر ۱٫۶-۴ میلی متر را داشته باشد.
- منبع تغذیه:
منابع تغذیه جوش الکترواسلگ (ESW) شباهت زیادی به منابع تغذیه جوش زیر پودری (SAW) دارند، خریداران بایستی به این نکته توجه داشته باشند که منابع تغذیه مخصوص جوشکاری الکترواسلگ بایستی دارای خروجی DCEP و منحنی مشخصه آمپر- ولتاژ CV باشند. همچنین بایستی توانایی تامین شدت جریان جوشکاری را در محدوده ۴۰۰ تا ۸۰۰ آمپر با دوره کاری ٪۱۰۰ و تامین ولتاژ جوشکاری در محدوده ۳۰ تا ۵۵ 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 می یابد.
- نازل مصرفی:
وظیفه اصلی نازل، هدایت الکترود به انتهای درز بین دو قطعه و هدایت جریان الکتریکی و همچین افزایش میزان حجم رسوب ذوب می باشد. جنس نازل و روکش بایستی به نحوی باشد که پس از ذوب شدن از لحاظ متالورژیکی با فلز جوش و سرباره همخوانی داشته باشد. نازل مصرفی نیز در قطرهای ۸- ۱۲ میلی متر موجود می باشد.
- پودر:
پودر علاوه بر محافظت از حوضچه مذاب نقش ایجاد مقاومت الکتریکی جهت تامین حرارت مورد نیاز جوشکاری را دارا می باشد و مقدار مصرف آن در این جوشکاری بسیار ناچیز است. میزان هدایت الکتریکی و سیالیت سرباره مذاب از عوامل تأثیر گذار می باشند.
- مفتول الکترود یا سیم جوش
سیم جوش های زیر پودری را می توان در این به کار برد. سیم ۳٫۲ بیشترین کاربرد را دارد.
منبع: مقاله چاپ شده در نشریه جوشکاری با کمی حذف و اضافه – نویسنده: امیر ادریسی
 |
 |
 |
 |
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.