همه چیز در خصوص نامگذاری الکترودهای فولادی پوشش دار برای جوشکاری برق

سیستم نامگذاری الکترودهای مناسب برای جوشکاری فولادهای کربنی و کم آلیاژ با فرایند جوشکاری قوسی با الکترود دستی (SMAW) طبق مشخصات فنی این الکترودها در AWS A5.1 به صورت زیر است:

E X X X X

مطابق با این سیستم نامگذاری، از پنج (یا شش) کاراکتر شامل حرف E در ابتدا که بیانگر کلمه الکترود (Electrode) است و چهار (یا پنج) رقم پس از آن استفاده می شود. دو رقم اول پس از E (یا سه رقم اول در صورت استفاده از سیستم شش کاراکتری) بیانگر حداقل استحکام کششی فلز جوش بر حسب Ksi (کیلو پوند بر اینچ مربع) است. این عدد اگر در ۶٫۸۹۵ ضرب شود، حداقل استحکام کششی فلز جوش بر حسب مگا پاسکال (MPa) به دست می آید. برای مثال اگر این دو رقم عدد ۶۰ باشد به این معنی است که حداقل استحکام کششی فلز جوش رسوب داده شده با این الکترود، Ksi ۶۰ یا Psi 60000 یا MPa 413 است یا در سیستم شش کاراکتری اگر سه رقم اول پس از E عدد ۱۱۰ باشد به این معنی است که حداقل استحکام کششی فلز جوش رسوب داده شده با این الکترود، Ksi 110 یا Psi 110000 یا MPa 758 است.

رقم بعد از آن دو یا سه رقم از سمت چپ (رقم ما قبل آخر) بیانگر وضعیتی است که با آن الکترود مجاز به جوشکاری هستیم. برای این منظور از سه رقم ۱، ۲ و ۴ استفاده می شود که عدد ۱ بیانگر امکان استفاده از الکترود در تمام وضعیت ها (تخت، افقی، عمودی و بالای سر) است. عدد ۲ بیانگر امکان استفاده از این الکترود فقط در وضعیت تخت برای انواع جوش ها و وضعیت افقی فقط در جوش های نبشی یا فیلت است. علت این موضوع، سیالیت زیاد حوضچه مذاب حاصل از این نوع الکترود است که امکان استفاده از آن برای سایر وضعیت ها را محدود می کند. عدد ۴ نیز بیانگر مناسب بودن الکترود برای جوشکاری در وضعیت های تخت، افقی، بالای سر و عمودی سرازیر (از بالا به پایین) است.

رقم آخر در این سیستم، بیانگر نوع روکش (پوشش یا فلاکس) الکترود، نوع جریان و قطبیت پیشنهادی برای آن الکترود است. برای این منظور از ارقام ۰ تا ۹ استفاده می شود که مفهوم هر یک از این ارقام برای مشخص کردن نوع روکش الکترود، نوع جریان و قطبیت در جدول زیر آمده است:

روکش الکترودها

روکش الکترودها از مواد مختلفی ساخته شده اند که آن ها را طبق فرمولاسیون خود با هم مخلوط می کنند و با روش های مختلف روی مفتول فلزی پوشش می دهند. سه گروه مهم روکش الکترودها، مواد سلولزی، روتیل و مواد قلیایی هستند. الکترودهای فولاد کربنی و کم آلیاژ نیز با همین نام روکش آن ها شناخته می شود، مثلآً الکترودهای سلولزی، روتیلی و یا قلیایی (کم هیدروژن).

روکش های سلولزی از موادی تشکیل یافته اند که بیشترین درصد وزنی آن، فرم های مختلفی از سلولزهای لطیف و سبک مثل خمیر چوب، خاک اره، کتان و غیره است. سلولز ماده ای احتراق پذیر و فرار است که سریع می سوزد و تولید گازهای مختلفی چون هیدروژن، منوکسید کربن و دی اکسید کربن می کند. گازهای حاصل از سوختن مواد سلولزی، حوضچه مذاب را از نفوذ گازهای مخرب موجود در اتمسفر محافظت می نمايد. ورود مولکول هیدروژن در قوس، تجزیه آن به اتم هیدروژن و قدرت یونیزاسیون بالای آن، باعث افزایش ولتاژ قوس، افزایش حرارت حوضچه جوش و در نتیجه نفوذ بسيار خوب مذاب جوش در داخل ساختار فلز پايه می شود. به همین دلایل، استفاده از الکترودهای سلولزی مثل E6010 درجوشکاری پاس ريشه خطوط لوله انتقال نفت وگاز و ساير قطعات و تجهیزاتی که در فضای باز انجام می شود، عمومیت یافته است. به کارگیری این الکترودها در پاس های میانی اتصال مطلوب نیست زیرا امکان حل شدن هیدروژن در مذاب زیاد بوده و باعث تردی هیدروژنی می شود.

ماده اصلی پوشش الکترودهای روتیلی اکسید تیتانیوم (TiO₂) است که به روتیل یا تیتانیا معروف است. وجود روتیل در ترکیب روکش الکترود باعث می شود قوس راحت ایجاد و شکل گرفته و پایداری مناسبی داشته باشد. بنابراین کار کردن با الکترودهای روتیلی نسبتاً راحت و لذا کاربری آن در صنایع مختلف زیاد است. محافظت از حوضچه مذاب در این الکترودها برخلاف الکترودهای سلولزی که بیشتر با تولید گاز است، با سرباره محافظ انجام می شود. بنابراین نسبت به الکترودهای سلولزی، سرباره یا گل جوش این الکترودها زیاد است و قسمت بیشتری از فلز مذاب را می پوشاند ولی روانی سرباره الکترودهای سلولزی را ندارد، سخت تر بوده و اغلب به نوار جوش می چسبد. جوش حاصل از این الکترودها دارای خواص مکانیکی بسیار مطلوب با ظاهر خوب است. الکترودهای روتیلی از پرکاربردترین الکترودها در مصارف عمومی هستند. از جمله ی این الکترودها، E6012 الکترود روتیلی سدیم دار و E6013 الکترود روتیلی پتاسیم دار است.

ماده اصلی روکش یا پوشش های قلیایی، کربنات کلسیم و فلورید کلسیم است و علاوه بر ترکیبات قلیایی، مواد دیگری چون دی اکسید تیتانیوم یا روتیل، سیلیکات های معدنی، منگنز یا ترکیبات آن، پودر آهن و چسب سیلیکاتی هم به آن اضافه می شود. سرباره حاصل از این الکترودها دارای واکنش های قلیایی است. با توجه به اینکه در ترکیب روکش این الکترودها از مواد سلولزی و ترکیبات هیدروژن دار استفاده نمی شود، جوش های حاصل از آن دارای حداقل هیدروژن حل شده در جوش هستند، بنابراین آن ها را الکترودهای کم هیدروژن (Low Hydrogen) هم می گویند.

عدم حضور هیدروژن خاصیت مهمی است زیرا هیدروژن باعث ایجاد ترک در زیر مهره جوش و ناحیه اطراف جوش در فولادهای پر کربن و کم آلیاژ (ترک هیدروژنی و پدیده HIC) می شود. با حذف منابع ورود هیدروژن به حوضچه مذاب از قبیل استفاده از الکترودهای کم هیدروژن ضمن اینکه از ایجاد ترک در زیر مهره جوش و ناحیه مجاور جوش پیشگیری می شود، می توان فولادهای ضخیم و سخت را هم بدون عملیات پیش گرم یا با پیش گرم کم جوشکاری نمود. بنابراین در مقایسه با سایر الکترودها، احتمال بروز ترک در جوش حاصل از این الکترودها کمتر است، لذا برای جوشکاری فولادهای کم آلیاژ که حساس به ترک زیر مهره جوش و ناحیه اطراف جوش هستند، کاربرد زیادی پیدا کرده اند. علاوه بر آن برای جوشکاری قطعات ضخیم فولاد پر کربن، فولادهای با گوگرد، فسفر و یا نیتروژن بالا هم مناسب هستند.

علیرغم اینکه الکترودهای قلیایی، کم هیدروژن هستند و احتمال ورود هیدروژن به مذاب جوش از طریق آن پایین است ولی جذب رطوبت توسط این الکترودها می تواند منبع ورود هیدروژن به حوضچه مذاب در اثر یونیزاسیون آب در قوس الکتریکی باشد. بنابراین این الکترودها باید از رطوبت دور نگه داشته شده و محافظت کافی از آن ها به منظور عدم جذب رطوبت انجام بگیرد. حداکثر مقدار رطوبت مجاز جذب شده در این الکترودها، ۰٫۶ درصد وزنی الکترود است. برای این منظور الکترودهای کم هیدروژن در بسته بندی های مقاوم به نفوذ رطوبت نگه داری می شوند، قبل از جوشکاری به مدت یک الی دو ساعت در دمای ۲۶۰ تا ۴۲۵ درجه سانتیگراد در داخل خشک کن الکترود، آون یا کوره قرار می گیرند (بازپخت)، سپس به داخل خشک کن با دمای ۱۴۰-۳۰ درجه سانتیگراد بالای دمای محیط منتقل شده و تا لحظه ی مصرف در آن دما نگهداری می شود و تنها در آن هنگام از کوره بیرون آورده می شود. پس از خارج کردن این الکترودها از بسته بندی اولیه باید در خشک کن نگهداری شوند و بازپخت آن ها نیز تنها یک بار مجاز است. البته لازم به ذکر است که شرایط بازپخت و نگهداری الکترودها باید از دستورالعمل سازنده تبعیت کند.

از جمله ی الکترودهای قلیایی می توان به الکترودهای E7028 ،E7018 ،E7016 و E7048 اشاره کرد.

جریان AC و DC در جوشکاری:

جریان متناوب AC جریانی است که در آن، جهت حرکت الکترون ها دو سویه یا رفت و برگشتی است و جای قطب های جریان در هر ثانیه ۵۰ تا ۶۰ بار عوض می شود. بر خلاف جریان AC، در جریان مستقیم (DC) الکترون ها در یک جهت حرکت می کنند یا یک سو هستند. به عبارت دیگر یکی از قطب ها مثبت و دیگری منفی است.

جریان مستقیم (DC)

جریان متناوب (AC)

برای استفاده از جریان الکتریکی در فرایندهای جوشکاری لازم است برق شهری که از نوع متناوب (AC) است به جریان مناسب جوشکاری تبدیل شود. برای این منظور ولتاژ آن کاهش یافته و بر شدت آن افزوده می شود یا گاهی از حالت متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) نیز تبدیل می شود. ترانسفورماتورها ساده ترین دستگاه جوشکاری هستند که جریان AC با شدت کم ولی ولتاژ زیاد را به جریان الکتریکی با شدت زیاد ولی ولتاژ کم تبدیل می کنند. برای تبدیل جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) نیز از رکتیفایرهای جوشکاری استفاده می شود.

قطبیت یا پلاریته جوشکاری:

همان طور که گفته شد، در جریان مستقیم (DC) یکی از قطب ها مثبت و دیگری منفی است و می توان تحت شرایطی، هر کدام از این قطب ها را به قطعه کار یا الکترود وصل نمود. در صورتی که کابل انبر الکترودگیر را به قطب منفی دستگاه و کابل اتصال به قطعه کار را به قطب مثبت دستگاه وصل کنیم، آن را جوشکاری با قطب منفی (DCEN) یا قطب مستقیم (DCSP) می گویند.

در این حالت، جهت حرکت الکترون ها از الکترود به سمت قطعه کار است. این الکترون ها با سرعت زیاد به قطعه کار برخورد می کنند و به دلیل بمباران الکترونی گرمای زیادی در قطعه کار (قطب مثبت) به وجود می آید. در جوشکاری با قطبیت منفی، حدود دو سوم گرمای تولیدی در قطعه کار و یک سوم آن در الکترود توزیع می شود.

جوشکاری با قطب منفی (DCEN)

بر خلاف DCEN، در صورتی که کابل انبر الکترودگیر را به قطب مثبت دستگاه و کابل اتصال به قطعه کار را به قطب منفی دستگاه وصل کنیم، آن را جوشکاری با قطب مثبت (DCEP) یا قطب معکوس (DCRP) می گویند. در این حالت گرمای بیشتری در الکترود توزیع می شود (دو سوم حرارت) و در نتیجه سرعت ذوب الکترود بیشتر است.