پوشش یا روکش الکترود چه نقشی در جوشکاری دارد؟

تمام الکترودهای پوشش دار مورد استفاده در جوشکاری از دو قسمت تشکیل شده‌اند: میله فلزی یا مغزی الکترود و پوشش یا روکش الکترود.

مغزی الکترود:

مغزی الکترود ضمن هدایت جریان الکتریکی و برقراری قوس بین نوک الکترود و سطح قطعه کار، خود نیز ذوب می شود و از مخلوط شدن مذاب مغز الکترود با مذاب لبه های قطعه کار، حوضچه مذاب به وجود می آید که پس از انجماد فلز جوش را تشکیل می دهد. معیار اندازه گیری الکترود بر اساس قطر مغز فلزی آن است و معمولاً با قطرهای ۲، ۲٫۵، ۳٫۲۵، ۴، ۵، ۶ و ۸ میلی متر و در طول های ۳۰-۲۵، ۳۵ و ۴۵ سانتی متر تولید می شوند. انتهای الکترودهای روکش دار حدود ۳ سانتی متر به منظور قرار گرفتن در دهانه انبر جوشکاری و برقراری اتصال الکتریکی لخت می باشد.

با وجود این که برای دستیابی به یک جوش مناسب، نزدیک بودن ترکیب شیمیایی الکترود به ترکیب شیمیایی فلز پایه از اهمیت ویژه ای برخوردار است، اما وجود پوشش های متنوع و فراوان، سبب شده است تا سازندگان الکترود فقط از تعداد محدودی مغزی الکترود برای تولید صدها نوع الکترود استفاده کنند. از این رو مفتول های فلزی مورد استفاده برای تولید الکترودهای پوشش دار معمولاً از فولاد کربنی، فولاد کم آلیاژ، فولادهای زنگ نزن، آلیاژهای نیکل، آلیاژهای آلومینیوم، مس و تیتانیوم و غیره ساخته می شوند.

روکش یا پوشش الکترود:

روکش، پوشش یا فلاکس 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. از جمله ی این روش ها، روش Solid Extrusion است که در آن، مواد مخلوط شده ی روکش را با اضافه کردن مواد چسبنده مثل سیلیکات سدیم (چسب شيشه)، سیلیکات پتاسیم و غیره به صورت خمير در می آورند. اين خمير را که اصطلاحاً گل الکترود نامیده می شود، به وسیله پرس های مخصوصی و با فشار روی ميله فلزی پرس می کنند. خمیر روکش داده شده را در کوره خشک کن کاملاً خشک کرده و در نهایت الکترود را بسته بندی می نمایند.

به طور کلی مواد اصلی پوشش دهنده الکترودها شامل مواد زیر است:

مواد سرباره ساز که به صورت سنگ های معدنی هستند مانند سنگ تیتان (اکسید تیتانیوم)، اکسید منگنز، فلورین، فلدسپات، آهک، خاک چینی یا کائولین، کوارتز، اکسید آهن، سیلیکات ها و غیره.
مواد احیاکننده و اکسیژن زدا مثل فرومنگنز، فروسیلیسیم، فروکروم، فروتیتانیوم و غیره که برای احیای برخی اکسیدها به کار می روند.
مواد تشکیل دهنده گاز مثل نشاسته، خاک اره، کتان، سلولز، زغال چوب، آرد و یا خمیر چوب.
عناصر آلیاژی که برای رساندن ترکیب نهایی جوش به آنالیز مورد انتظار به پوشش اضافه می شود.
چسب مثل سیلیکات سدیم، سیلیکات پتاسیم و چسب نشاسته که باعث خمیری شدن و چسبیدن پوشش روی مفتول می شود.
در بعضی الکترودها، برای افزایش نرخ رسوب و بازدهی الکترود، مقداری پودر فلز پایه نیز به پوشش اضافه می شود. برای مثال در گروهی از الکترودهای قلیایی و روتیلی مخصوص فولاد، مقداری پودر آهن به پوشش اضافه می شود.

روکش الکترود سه نقش عمده ی متالورژیکی، الکتریکی و فیزیکی را در جوش ایفا می کند. در حضور مواد و عناصر موجود در ترکیب روکش، وظایف متالورژیکی مهمی چون آلیاژسازی، محافظت از حوضچه مذاب با تولید گازهای محافظ و سرباره یا گِل جوش، اکسیژن زدایی با حضور عناصر اکسیژن زدا، کاهش نرخ سرد شدن فلز جوش با سرباره سازی و غیره بر عهده ی روکش الکترود است. هدایت الکتریسیته در قوس، یونیزاسیون و بهبود شروع، پایداری و ثبات قوس الکتریکی با حضور فلزات قلیایی خاکی چون سدیم که سریع یونیزه می شوند از جمله نقش های الکتریکی روکش است. نقش روکش یا پوشش از نظر فیزیکی این است که باعث شود عمل جوشکاری توسط الکترود به آسانی انجام بگیرد، به خصوص در وضعیت جوشکاری قائم یا بالای سر که حرکت مذاب بر خلاف جاذبه زمین است. ویسکوزیته، کشش سطحی و ضخامت روکش نقش مهمی در این مورد ایفا می کند. جوشکاری در وضعیت های مختلف در صورتی میسر است که اولاً گازهایی ایجاد شود و فشار آن ها بتواند ذرات مذاب را در جهت جاذبه یا برخلاف آن پرتاب کند و ثانیاً ویسکوزیته سرباره و کشش سطحی بین مذاب فلز و سرباره به حدی باشد که بتواند مذاب را در بطن خود نگهدارد. از سوی دیگر ضخامت کافی سرباره یا گل جوش باعث محبوس شدن اکسیژن در لابلای سرباره و جلوگیری از نفوذ آن در حوضچه مذاب و در نتیجه پیشگیری از تاثیرات منفی ورود اکیژن در مذاب می شود.

وظایف و نقش روکش الکترود:

وظایف مهم روکش عبارتند از:

محافظت از مذاب فلز جوش در مقابل اتمسفر

روکش الکترود دارای یک سری مواد مثل سلولز، گرافیت، چسب تالک، میکا و ترکیبات هیدروکربنی دیگر است که در حرارت بالای قوس تجزیه و بخار می شوند. مواد گازی حاصل از سوختن آن ها مثل هیدروژن (H2)، منوکسید کربن (CO) و دی اکسید کربن (CO2) همانند گاز محافظ در اطراف قوس عمل می کنند و جایگزین اتمسفر آن منطقه می شوند. بنابراین حوضچه مذاب از آسیب گازهای موجود در هوا بخصوص اکسیژن و نیتروژن که به دلیل میل ترکیبی زیاد با مذاب سبب تردی، شکنندگی و ایجاد تخلخل یا مک در فلز جوش می شوند، محافظت می شود.

کمک به ایجاد و پایداری قوس الکتریکی

برخی مواد موجود در روکش الکترود به محض ایجاد جرقه در ابتدای تشکیل قوس به گاز تبدیل می شوند. این موضوع باعث افزایش قابلیت هدایت جریان الکتریکی در ستون قوس و در نتیجه سهولت تشکیل، پایداری و تثبیت قوس می شود. در چنین حالتی میزان جرقه ها و پاشش قطرات مذاب نیز کاهش می یابد.

آلیاژسازی و اکسیژن زدایی از فلز جوش

در صورت نیاز می توان عناصر و ترکیباتی در روکش الکترود اضافه نمود تا اهداف زیر محقق شود:

– از طریق روکش، عناصر آلیاژی متنوعی مثل کروم، نیکل و وانادیم به فلز جوش مذاب اضافه شود.

– از طریق ترکیباتی مثل پودر آهن میزان رسوب فلز جوش افزایش یابد.

– با حضور عناصر اکسژن زدایی چون آلومینیوم و سیلیسیم و انجام واکنش های شیمیایی ناشی از اضافه شدن آن ها به حوضچه مذاب، بتوان اکسیژن و سایر گازهای جذب شده در حوضچه مذاب را خارج نمود.

ایجاد سرباره و محافظت و بهبود کیفیت فلز جوش

حضور موادی مثل سیلیکات های کلسیم و منیزیم و کربنات های فلزی در ترکیب روکش الکترود باعث می شود تا از ذوب آن ها یک لایه ی سبک و کم دانسیته ای روی مذاب فلز جوش تشکیل شود که به آن سرباره، شلاکه یا گِل جوش می گویند. سرباره جوش بسیار ترد است و به دلیل انقباض زیاد در هنگام انجماد دچار ترک می شود، لذا به راحتی با ضربات چکش از روی فلز جوش جدا می شود. سرباره سبکی که زودتر از فلز جوش هم منجمد می شود مثل یک پوسته ی محافظ عایق فلز جوش را می پوشانند و باعث می شوند تا:

– سرعت سرد شدن فلز جوش آهسته تر شود.

– از اکسید شدن سطح فلز جوش جلوگیری شود.

– ناخالصی های فلز جوش جذب سرباره شود.

– سطح گرده جوش صاف تر شود.

جلوگیری از ورود ناخالصی های سطح فلز پایه به درون فلز جوش

برخی مواد موجود در روکش الکترود تحت شرایط قوس الکتریکی با ناخالصی های سطح فلز پایه در محل درز اتصال ترکیب شده و باعث جلوگیری از ورود آن ها به حوضچه مذاب می شوند.

هدایت الکتریسیته در قوس، یونیزاسیون و بهبود شروع، پایداری و ثبات قوس الکتریکی با حضور فلزات قلیایی خاکی چون سدیم که سریع یونیزه می شوند از جمله نقش های الکتریکی روکش است. نقش روکش یا پوشش از نظر فیزیکی این است که باعث شود عمل جوشکاری توسط الکترود به آسانی انجام بگیرد، به خصوص در وضعیت جوشکاری قائم یا بالای سر که حرکت مذاب بر خلاف جاذبه زمین است. ویسکوزیته، کشش سطحی و ضخامت روکش نقش مهمی در این مورد ایفا می کند. جوشکاری در وضعیت های مختلف در صورتی میسر است که اولاً گازهایی ایجاد شود و فشار آن ها بتواند ذرات مذاب را در جهت جاذبه یا برخلاف آن پرتاب کند و ثانیاً ویسکوزیته سرباره و کشش سطحی بین مذاب فلز و سرباره به حدی باشد که بتواند مذاب را در بطن خود نگهدارد. از سوی دیگر ضخامت کافی سرباره یا گل جوش باعث محبوس شدن اکسیژن در لابلای سرباره و جلوگیری از نفوذ آن در حوضچه مذاب و در نتیجه پیشگیری از تاثیرات منفی ورود اکیژن در مذاب می شود.

از حدود ۱۹۵۰ میلادی، الکترودها را در انگلستان بر اساس جنس پوشش آن ها طبقه بندی کرده اند. در این طبقه بندی، خود روکش ها به انواع سلولزی، روتیلی، اسیدی، اکسیدی، قلیایی یا کم هیدروژن و روتیلی با پودر آهن دسته بندی شده است. اخیراً انواع دیگری به این شش گروه اضافع شده و روکش الکترود از نظر نوع جنس به نه گروه طبق جدول زیر تقسیم می شود. نوع الکترود نیز با همین نام روکش آن شناخته می شود، مثلاً الکترودهای روتیلی یا کم هیدروژن: