نکاتی که درباره انتخاب الکترود جوشکاری ساختمانی و موارد فنی جوشکاری با الکترود باید بدانیم

برای اتصالات سازه های اسکلت فلزی روش های مختلفی وجود دارد. پیچ کردن، پرچ کردن و جوش دادن از روش هایی است که در اتصالات ساختمان و سازه های فلزی استفاده می شوند. متصل نمودن اعضای یک سازه ی فلزی با استفاده از حرارت و ذوب شدن موضعی و یکپارچه شدن پس از این فرایند را جوشکاری می گویند. بیش از 80 درصد از اتصالات سازه های فلزی از طریق جوش می باشد و مابقی اتصالات از طریق پیچ و پرچ است، بنابراین رعایت نکات مربوط به جوشکاری از اهمیت بالایی برخوردار می باشد.

عملیات جوشکاری معمولا به دو روش جوشکاری با قوس الکتریکی و جوش گازی اجرا می شود. که در جوشکاری با قوس الکتریکی از عبور جریان متناوب یا مستقیم، بهره برده می شود. در جوش کاری به این روش باید به نوع و ضخامت الکترودی که در پروسه ی جوشکاری مصرف می شود دقت نمود. به منظور ذوب فلز مبنا و فلز جوش، از حرارت استفاده می‌گردد تا مواد به شکل سیال تبدیل شده  و تداخل آن‌ها میسر باشد. در جوشکاری فولادهای ساختمانی متداول‌ترین روش، بهره‌گیری از انرژی برق به عنوان منبع حرارت است.  به همین دلیل  غالباً از  قوس الکتریکی استفاده می‌گردد. قوس الکتریکی را می‌توان تخلیه‌ی جریان بزرگ، بین فلز جوش (الکترود یا سیم جوش) و فلز مبنا که میان ستونی از مواد یونیزه معروف به پلاسما صورت می‌گیرد، تعریف کرد. در این روش جوشکاری فرایند ذوب و اتصال با جریان مواد، در حین قوس و بدون وارد کردن فشار انجام می‌پذیرد. الکترود روکشدار در حین جوشکاری  با ذوب شدن و انتقال به فلز مبنا، استفاده می‌شود. فلز الکترود به ماده پرکننده بدل شده و بخشی از روکش به گاز محافظ و بخش دیگر آن به گِل جوشکاری تبدیل می‌گردد. روکش الکترود از مخلوطی گِل مانند که شامل سیلیکات‌های سخت‌کننده و مواد دیگری مثل اکسیدها، کربنات‌ها،  فلورایدها و آلیاژهای فلزی و سلولزی می‌باشد، تشکیل شده است. این مخلوط با پخته و فشرده شدن باعث سختی، خشکی و ایجاد تراکم بالا در روکش می‌گردد.

برای انتخاب الکترود و روش جوشکاری باید مواردی چون جنس و استحکام فلز مبنا، خواص مکانیکی و شیمیایی مورد انتظار از جوش، ضخامت قطعه، وضعیت جوشکاری، وجود یا عدم وجود محیط خورنده، راندمان جوشکاری، دمای کاری ، هزینه و نوع درز یا شیار توجه نمود.

در اتصالات فولادی بیشتر جوش گوشه، جوش شیاری، جوش کام و انگشتانه استفاده می شود. جوش گوشه در اکثر اتصالات مطلوب است چراکه از لحاظ اقتصادی و سهولت در اجرا مناسب می باشد. در حدود 80 درصد از جوشکاری ها از این نوع جوش استفاده می شود.

نقص ها و اشکالات احتمالی در جوشکاری با الکترود

اگر جوشکاری به دقت و توسط افراد ماهر انجام نشود ممکن است دچار معایبی گردد. اگر سرعت حرکت کمتر از حالت نرمال باشد، زاویه ی الکترود نامناسب بوده یا از الکترود با قطر بیشتر استفاده گردد و یا اگر آمپراژ خیلی پایین باشد منجر به انباشتگی جوش در کناره ها می شود که اصطلاحا به آن روی هم افتادگی گفته می شود. یکی دیگر از معایب جوش بریدگی کناره هاست. این اتفاق زمانی رخ می دهد که آمپر زیاد باشد، سرعت جوشکاری بالا بوده و زاویه ی الکترود بیش از حد به سطح اتصال متمایل باشد. ممکن است در حین جوشکاری مقداری از مواد زائد وارد محل جوش شوند که به آن حبس سرباره گفته می شود. عواملی چون پاک نشدن درست سرباره، آمپراژ ناکافی و زاویه یا اندازه ی نادرست الکترود می تواند از دلایل این اتفاق باشد.

یکی دیگر از نواقص جوشکاری با الکترود ذوب ناقص است که می تواند در پی اتفاقاتی چون استفاده از الکترودهای کوچک برای فولاد ضخیم و سرد، آمپراژ ناکافی، زاویه ی نامناسب الکترود، سرعت حرکت بسیار بالا و سطح کثیف جوشکاری اتفاق افتد. تخلخل، نفوذ ناقص و همراستا نبودن اتصال جوش از دیگر معایب جوشکاری است که با توجه به دلایل وقوع آن ها باید سعی شود تا مانع از بروزشان شد. ترک گرم و سرد که به علت انقباض جوش می باشد یکی از عیوب اصلی جوشکاری است.منظور از ترک گرم ، ترکی است که در حین انجماد جوش و بلافاصله بعد از قطع قوس الکتریکی اتفاق می افتد. با رعایت نکاتی می توان مانع از وقوع ترک گرم شد. با استفاده از فلز پایه یا الکترودی که عناصر ناخالصی کمتری داشته باشند، پیشگرم کردن به منظور کاهش تنش های انقباضی، افزایش سطح مقطع جوش و استفاده از گاز محافظ تمیز می توان از بروز این نوع ترک جلوگیری کرد. ترک سرد ترکی است که پس از گذشت مدتی از زمان جوشکاری رخ می دهد. با استفاده از الکترود مناسب و کم هیدروژن، تمیز کردن سطح جوشکاری و پیشگرم و پسگرم کردن و کنترل دما می توان مانع بروز این نوع ترک شد.

به طور کلی برای جلوگیری از بروز معایب در جوشکاری باید به مواردی چون ترتیب جوشکاری، پیشگرم کردن، دمای بین پاسی، عملیات حرارتی پس از جوشکاری، طراحی اتصال، روش جوشکاری و  مواد پر کننده دقت نمود.

بررسی و بازرسی جوشکاری ضروری است!

جوشکاری می بایست توسط بازرس چک و بازرسی شود.بازرسی که این مسئولیت را بر عهده می گیرد می بایست با نقشه های مهندسی آشنایی داشته باشد و از روی علائم جوش، محل اتصالات جوش و نوع جوش را شناسایی کند. هم چنین آشنا به استانداردهای جوش سازه های فلزی بوده و از فرایند جوشکاری و مواد مصرفی جوش آگاهی کامل داشته باشد. بازرس جوش باید در جوشکاری تجربه داشته و عیوب جوش را بشناسد و روش های پیشگیری و رفع آن ها را بداند. هم چنین بایستی گزارشات کنترل کیفیت را در مراحل مختلف ساخت، تهیه و ثبت نماید.

بازرسی جوش در سه مرحله ی قبل از جوشکاری، حین جوشکاری و بعد از جوشکاری انجام می شود.

• بازرسی قبل از جوش شامل مطالعه ی دقیق پلان، نقشه ها و مشخصات فنی، اطلاع از کیفیت مورد انتظار و میزان حساسیت سازه، مطالعه ی استانداردهای مربوطه ، اطمینان از مناسب بودن شرایط کاری و محیطی چون وجود دمای مناسب و عدم وزش باد و باران، شناسایی فلز پایه، بازرسی تجهیزات جوشکاری و مواردی از این دست می شود.
• در حین جوشکاری نیز لازم است تا بازرس جوش  مواردی مثل قطعات متصل شونده و درزهای جوشکاری، محل های جوش و سطوح مجاور آن را جهت اطمینان از تمیزی آن قسمت بررسی نماید. هم چنین بازرسی ترتیب و توالی جوشکاری، وضعیت جوشکاران و اپراتورهای جوشکاری از نظر مهارت، کنترل آمپراژ دستگاه جوش با نوع الکترود مصرفی و بازرسی نحوه ی استفاده از مواد مصرفی جوشکاری از لحاظ داشتن شرایط مطلوب نیز از جمله وظایف بازرس جوش در حین اجرای جوشکاری می باشند.
• در مرحله ی آخر و بعد از جوشکاری نیز می بایست سطح ظاهری جوش ها بازرسی شوند.

رعایت نکات ایمنی از دیگر مواردی است که باید در حین جوشکاری رعایت شود تا هیچ گونه آسیبی به کسی وارد نشود. بدین منظور توصیه می شود در اجرای جوشکاری ضمن توجه به نکات ایمنی، مواردی چون استفاده از ماسک جوشکاری با لنز تیره، دستکش ساق بلند نسوز، تن پوش چرمی، عینک دور دار، پاپوش چرمی و انبر دست رعایت شود.

جوش‌پذیری فولادهای ساختمانی

فولادهای ساختمانی استاندارد را می‌توان عمدتاً بدون اتخاذ تدابیر ویژه و صرفاً با بهره‌گیری از روش‌های معین، جوشکاری کرد. در این فولادها، جوش‌پذیری به معنای میزان آسانی تشکیل یک اتصال ساختمانی سالم و عاری از ترک است. برخی از فولادهای ساختمانی برای جوشکاری نسبت به انواع دیگر ارجحیت دارند.

اکثر فولادهای نرمه در رده فولادهای مناسب برای جوشکاری قرار می‌گیرند. درحالی که مقادیر مناسب برای فولادهای پرمقاومت می‌تواند از حدود تحلیلی ایده‌آل جدول بالا هم بیشتر شود.

شناسایی انواع الکترود

به منظور نمایش انواع الکترود در استانداردهای گوناگون، از علائم تجاری مختلفی استفاده می‌گردد. مثلاً استاندارد انجمن جوشکاری آمریکا، الکترودها را با حرف E آغازکرده و با یک عدد چهار یا پنج رقمی دنبال می‌نماید. دو عدد رقم اول سمت چپ نشان دهنده مقاومت کششی فلز الکترود برحسب psi یا هزار پوند بر اینچ مربع است. برای نمونه در الکترودهای نمایش داده شده به صورت E 60 XX مقاومت کششی برابر با  psi60000 یا4200 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع در فلز جوش می‌باشد. اعداد بعدی که با XX  مشخص شده‌اند، عوامل دیگری مانند منبع توصیه شده برای تأمین الکتریسیته، مشخصات قوس الکتریکی، جنس روکش و وضعیت جوشکاری را نشان می‌دهد. استفاده از یک سیستم رنگی، روش دیگری برای شناسایی الکترودها است که در آن به وسیله خطوط رنگی معینی، انواع الکترودها اهم متمایز می‌شوند. البته امروزه این روش منسوخ شده است.

وظایف روکش الکترود جوشکاری عبارتند از:

با تشکیل سپر گازی، هوا را جدا کرده و قوس را ثابت نگه می‌دارد.

با وارد کردن مواد دیگری مانند احیاکننده‌ها به فلز جوش، باعث بهبود بافت ساختمانی آن می‌گردد.

با تشکیل روکشی از گل جوشکاری روی حوضچه مذاب و جوش سخت شده، علاوه بر حفاظت آن‌ها در برابر اکسیژن و نیتروژن هوا، از سرد شدن سریع جوش نیز جلوگیری می‌کند.

تجهیزات کاربردی در جوشکاری دستی با الکترود روکشدار

تجهیزات لازم برای جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود روکشدار، ساده و قابل حمل در مقایسه با تجهیزات موردنیاز دیگر جوشکاری‌های ارزان‌قیمت می‌باشند. با اجرای تمهیدات موردنیاز جهت تهویه کافی، جلوگیری از حریق و دیگر خطرات احتمالی، این روش جوشکاری می‌تواند در هوای آزاد یا محیط بسته یا در هر موقعیت دیگری به‌کار رود.

اساساً سه مدل ماشین جوشکاری موجود است:

الف) موتورها – مولدها، شامل موتور درونسوز یا موتور برقی (موتور – ژنراتور و دینام‌ها)

ب) مبدل – یکسوکننده‌ها (رکتیفایر)

ج) مبدل‌ها (ترانس‌ها)

مبدل – یکسوکننده‌ها (رکتیفایرها)

طرح‌های متعدد برای اهداف گوناگون در یکسوکننده‌ها وجود دارد. یکی از دلایل مهم پذیرش فراگیر شدن این ماشین در صنعت جوشکاری، انعطاف‌پذیری آن است. رکتیفایرها می‌توانند جریان مستقیم (DC) را با قطبیت مثبت یا منفی تحویل دهند. همچنین این امکان نیز وجود دارد که برای جوشکاری دستی با الکترود روکشدار، جوشکاری زیرپودری، جوشکاری با گاز محافظ و جوشکاری گل‌میخ‌ها به کار گرفته شوند و قابلیت خدمات‌رسانی همزمان به چندین اپراتور را نیز دارا هستند.

ابزار جوشکاری در ساخت و نصب اسکلت فلزی

جهت اجرای یک جوشکاری قوسی موفق خصوصاً در روش الکترود دستی، نیاز مبرمی به ابزار و تجهیزات مناسب وجود دارد. در ادامه به معرفی این ابزار می‌پردازیم:

چکش جوش

کاربرد این وسیله، برداشتن سرباره روی جوش و همپنین جرقه‌های پیرامون جوش می‌باشد. چکش جوش دارای جنسی بسیار سخت است که دو سر آن به دو حالت تبری و مخروطی می‌باشد.

سنگ فرز

یکی از پرکاربردترین وسیله‌ها به منظور آماده‌سازی لبه‌های جوشکاری، سنگ فرز است. از این ابزار همواره باید به صورت ایستاده، استفاده گردد. لذا شرایط بهره‌گیری از سنگ فرز اغلب مشکل و نامناسب بوده و می‌بایست با توجه زیادی از آن استفاده شود.

برق دستگاه سنگ فرز از برق عادی شهری تأمین می‌گردد. به همین جهت چنانچه سیم رابط خراب باشد یا دستگاه اتصالی داشته باشد، احتمال برق گرفتگی در آن زیاد است. همچنین باید قبل از کار با دستگاه، از شکسته نبودن تیغه‌ی سنگ و یا شل شدن پیچ اتصال آن به سنگ اطمینان حاصل گردد.

برس سیمی

از برس سیمی جهت پاک کردن گردوغبار و زنگ از روی قطعات کار، استفاده می‌شود و ساخت آن به‌گونه‌ای است که در مقابل سایش مقاومت کند. یعنی سیم‌های آن زود نریزد و فرسوده هم نشود. غالبا جنس برس سیمی از فولاد ضد زنگ (Stainless Steel) است. شکل زیر نمونه‌هایی از برس‌های سیمی را نشان می‌دهد.

کابل‌های جوشکاری و اتصالات آن‌ها

کابل‌های جوشکاری از نوع افشان همراه با عایق، بسیار پرقدرت و سبک است و جنس سیم آن از آلومینیوم می‌باشد. یکی از این کابل‌ها کابل انبر و دیگری کابل اتصال آهن نام دارند. کابل‌ها را با استفاده از کفش کابل (کابل شو) به دستگاه جوش متصل می‌کنند که می‌بایست اتصال کابل به کابل شو حتما سفت و بدون لقی باشد تا گرم نشود. زمانی که بخواهند کابل‌ها راه به هم اتصال دهند تا طولشان بیشتر گردد، آن‌ها را با استفاده از اتصالات، سرهم می‌کنند.

انبرهای جوشکاری

وسیله‌ای که برای گرفتن الکترود و اجرای جوشکاری به‌کار می‌رود، انبر جوشکاری می‌باشد. انبرها را براساس ظرفیت جریانی که قادرند از خود عبور دهند، تقسیم‌بندی می‌کنند. یک جنس عایق بسیار قوی روی انبرها پوشیده شده است. لاستیک، فیبر فشزده و کائوچو از جمله این عایق‌ها هستند.گیره‌های اتصال نیز به پایه میز جوشکاری یا به قطعه‌ی تحت جوشکاری وصل می‌گردد. این گیره‌ها علاوه بر تمیز بودن باید دارای  یک فنر قوی نیز باشند تا خوب به پایه میز یا به کار بچسبند.

گیره اتصال به قطعه کار

جعبه‌ی الکترود

به منظور محافظت از الکترودها و تقسیم‌بندی آن‌ها، در صورت بهره‌گیری از چند مدل الکترود، بایستی برای هریک از جوشکارها یک جعبه‌ی الکترود مناسب تهیه گردد.

گرم‌کن دستی

برای پیش‌گرم کردن درزهای جوش قبل از جوشکاری، مخصوصاً در ایام سرد، براساس دستورالعمل‌های جوشکاری از گرم‎کن دستی استفاده می‌گردد.  دو شکل بعد یک نمونه گرم‌کن دستی و مشعل گرم‌کن درز اتصال را نمایش می‌دهد.