جوشکاری زیرپودری (SAW)

انجام فرآیند جوشکاریزیرپودری با دستگاه نیمه خودکار موجود در مرکز تحقیقات مهندسی و علم مواد برای تمامی دانشجویان و صنعتگران فراهم می باشد. در ادامه اطلاعات کاملی از ویژگی هایاین روش جوشکاری برای اطلاع شما عزیزان آورده شده است:

 جوشکاری زیرپودری یا SAW

جوش زیر پودری یک فرایندجوش قوس الکتریکی است که در آن گرمای لازم برای جوشکاری توسط یک یا چند قوس بین یکفلزپوشش نشده، یک یا چند الکترود مصرفی و یک قطعه کار تامین می شود. در این روشنوک الکترود داخل پودری از مواد معدنی ویژه قرار می گیرد و قوس در زیر این پودردر امتداد مسیر جوشکاری تشکیل می شود. در این روش قوس قابل مشاهده نیست. در سیستمزیرپودری از سیم بدون روکش استفاده می شود، طوری که سیم به طور متوالی از قرقرهمخصوص رها می گردد و ضمن تشکیل قوس نقش واسطه اتصال را نیز بر عهدهدارد.  قوس توسط لایه ای از فلاکس پودری قابل ذوب شدن که فلز جوش مذاب وفلز پایه نزدیک اتصال را پوشانده، و فلز جوش مذاب را از آلودگی های اتمسفر حفاظت میکند پوشیده می شود.

  

اصول عملیات

درجوش زیر پودری جریانالکتریکی از قوس و حوضچه مذاب جوش که ترکیبی از فلاکس مذاب و فلز جوش مذاب است میگذرد. فلاکس مذاب معمولا هادی خوب جریان الکتریسته است، در حالی که فلاکس سرد هادینیست. پودرجوش می تواند اکسیدزداها و ناخالصی زداهایی که با فلز جوش واکنش شیمیاییمی دهند را نیز تامین کند علاوه بر اینکه یک لایه محافظ ایجاد می کند. فلاکس های جوشزیرپودری فولادهای آلیاژی همچنین می توانند حاوی عناصر آلیاژی برای بهبودترکیب شیمیایی فلز جوش باشند. جریان الکتریکی از یک ژنراتور (ترانسفورماتور یارکتیفایر) تامین شده، از اتصالات عبور می کند تا قوسی را بین الکترود و فلز پایهبرقرار کند را ذوب می کند که حوضچه مذاب را برای پرکردن اتصال تشکیل دهند.درکلیه انواع تجهیزات، غلطک های هدایت با نیروی مکانیکی بطور پیوسته سیم الکترودمصرفي فلزی را از میان لوله تماس (نازل) و توده فلاکس به اتصالی که باید جوش شود میراند.سیم الکترود عموما یک فولاد کم کربن با ترکیب شیمیایی دقیق که در یک قرقره یابشکه پیچیده شده می باشد. سیم الکترود در منطقه جوش ذوب شده و در طول اتصال رسوبمیکند. فلاکس دانه ای در جلوی قوس ریخته شده و پس از انجماد فلز جوش، فلاکس ذوبنشده توسط سیستم مکش جمع کننده برای استفاده مجدد جمع آوری می شود. در جوش خودکاربازیابی فلاکس مجموعه ای از تجهیزات و یک لوله بازیابی فلاکس که درست پس از لولهتماس قرارگرفته است می باشد.جوش زیر پودری به هر دو روش نیمه خودکار و خودکار قابلانجام بوده و روش خودکار بخاطر مزایای بیشتر، استفاده گسترده تر دارد. در روشنیمه خودکار جوشکار بصورت دستی یک تفنگ جوشکاری (به انضمام مخزن فلاکس) که فلاکسو الکترود را به محل اتصال تغذیه می کند را هدایت کرده و خودش سرعت حرکت را کنترلمیکند. در روش جوش کاملا خودکار دستگاه بصورت خودکار الکترود و فلاکس را در طولمسیرجوش تغذیه و هدایت کرده و نرخ رسوب را کنترل می کند. در کاربردهای خاصی جوشخودکار زیر پودری دو یا چند الکترود بصورت متوالی در یک اتصال تغذیه می شوند.الکترودها ممکن است کنار یکدیگر بوده وبه یک حوضچه تغذیه شوند یا اینکه به اندازهکافی فاصله داشته تا پس از انجماد یکی حوضچه دیگری تشکیل شود و مستقل منجمدشوند. روش جدیدتر جوش قوس های پشت سرهم است که جوش چند پاس را در یک شیار اتصالبرای افزایش سرعت حرکت و نرخ رسوب جوشکاری تامین می کند.

مزایا و محدودیت ها
روش های خودکار و نیمه خودکار جوش زیر پودری در مقایسه با سایر روش هایجوشکاری مزایا و معایب زیر را دارند:
اتصالات را می توان با شیار کم عمق آماده نموده که باعث مصرف کمتر فلزپرکننده میشود (در برخی کاربردها نیازی به شیار برای اتصالات بین ورق های با ضخامتکمتر از4/1نیست).
پوشش برای حفاظت اپراتور از قوس نیاز نیست، اگرچه حفاظت چشمان اپراتور بخاطر احتمالپرتاب جرقه جوش توصیه می شود.
جوش را می توان با سرعت حرکت و نرخ رسوب بالا و بر روی سطح صاف یا استوانه اییا لوله و از نظر تئوری با هر اندازه و ضخامتی انجام داد. این روش برای سخت کردنسطحی نیز مناسب است.
فلاکس به عنوان اکسیدزدا و آخال زدا برای خارج کردن ترکیبات ناخواسته از حوضچهجوش عمل می کند تا جوش سالم و با خواص مکانیکی مناسب ایجاد کند.
سیم های الکترود ارزان برای جوش فولادهای غیرآلیاژی و کم کربن استفادهمیشوند.(معمولا سیم های فولادی کم کربن بدون پوشش یا با پوشش نازک مسی برایهدایت بهتر و جلوگیری از خوردگی می باشند).
جوش زیر پودری را می توان در زیر وزش بادهای نسبتا شدید جوشکاری نمود. ذراتفلاکس حفاظت بهتری انجام می دهند تا پوشش الکترود در روش جوشکاری الکترود دستی.

محدودیتهای جوش زیر پودری که برخی در روش های دیگر جوشکاری نیز وجود دارندبه شرح زیر است:
پودر جوش ممکن است به آلودگی هایی آغشته شود که باعث تخلخل جوش شوند.
برای دستیابی به یک جوش خوب فلز پایه باید، یکنواخت بدون پوسته اکسیدی، زنگ، غبار وروغن و سایر آلودگی ها باشد.
جدا شدن سرباره از جوش در برخی موارد به سختی صورت می گیرد. در جوش های چند پاسپساز هر عبور باید سرباره جوش برداشته شود تا از باقی ماندنش درون فلز جوشجلوگیری شود.
این روش معمولا برای جوش فلزات با ضخامت کمتر از 3/16، بخاطر Burn Through  مناسب نمیباشد.
مگر در کاربردهای خاص شدیدا به مسطح بودن وضعیت جوشکاری محدود است، زیرا مسطحبودن و افقی بودن وضعیت برای جلوگیری از ریختن فلاکس لازم است.

فلزات مناسب جوش زیر پودری
جوش زیر پودری برای همه فلزات و آلیاژها مناسب نیست. برای سهولت فلزات و آلیاژها رامی توان با توجه به مناسب بودن آنها برای جوش زیر پودری به سه دسته تقسیم کرد:
فلزات بسیارمناسب
فلزات اندکی مناسب
فلزات غیرمناسب 
فلزات بسیار مناسب:  جوش زیر پودری بیشترین استفاده را درجوش فولادهای غیرآلیاژی فولاد ساده کم کربن دارد. اغلب مثال های این مقاله بهاین فولادها مربوط است، که محدوده تنش تسلیم آنها حدود45000  تا85000 Psi است و معمولا با فلاکس و الکترود  AWS 15.17 – 69 (مشخصات فنی فلاکس ها و الکترودهایفولادهای آرام ساده برای جوش قوس زیر پودری) جوش می شوند.فولادهای کربن متوسط و کمآلیاژ ساختمانی در رده فولادهای مناسب جوش زیر پودری هستند اگرچه اغلب به پیشگرم،پس گرم و استفاده از فلاکس و سیم الکترودهای ویژه نیاز دارند. فولاد ضد زنگ، فولادکربنی آلیاژی قابل سخت شدن، و فولاد ساختمانی پراستحکام نیز با روش جوش زیرپودریجوشکاری می شوند. جوش زیر پودری همچنین برای ایجاد پوشش های مقاوم به سایش برایموقعیت هایی که تحت سایش هستند بکار می رود.
 فلزات اندکی مناسب : برخی فلزات و آلیاژهایی را که می شود به روشجوش زیر پودری جوش داد، بیشتر با روش هایی جوش می دهند که منطقه حرارت داده شدهباریک تر باشد. برخی فولادهای ساختمانی پراستحکام کم کربن جزء این گروه هستند زیرااستحکام ضربه و کشش مورد نیاز در روش جوش زیرپودری به سختی بدست می آیند.فولادهایپرکربن، فولادهای مار تنزیتی، و مس و آلیاژهای مس نیز جزء این گروه هستند. 
فلزات نامناسب:  چدن را معمولا نمی توان به روش جوش زیر پودری جوشداد، زیرا نمی تواند تنش های حرارتی ناشی از گرمای ورودی را تحمل کند. مسائلی که درجوش فولاد آستنیته منگنزی و فولاد ابزار پرکربن رخ می دهند جوشکاری آنها را با هرروش معمولی دشوار می سازد.آلیاژهای آلومینیوم و آلیاژهای منیزیوم را نمیتوان بهروش زیر پودری جوش داد زیرا فلاکس مناسب برای آن پیدا نمی شود. سرب و روی بخاطرنقطه ذوب پایین مناسب جوش زیرپودری نیستند. تیتانیوم در کاربردهای آزمایشگاهی بهروش زیر پودری جوشکاری شده ولی فلاکس مناسب برای جوش آن تاکنونارائه نشده است.

جنبه های متالورژیک
سه ویژگی جوش زیر پودری در جریان های بالا نیازمند توجه ویژه است :
 

·درصد بالای فلز پایه در جوش هنگامی که قطب معکوس جریان مستقیم استفاده شود

·مقدارزیاد سرباره تولید شده در عملیات

·گرمایورودی زیاد که ریز ساختار را تحت تاثیر قرار می دهد

هنگامی که درصد فلز پایهدر رسوب فلزجوش بالا باشد، به حداقل رساندن ناخالصی های مضر مانند فسفر و گوگردبسیار اهمیت دارد. مقدار زیاد سرباره عموما منبعی از سیلیسیم یا منگنز است که ممکناست مقداری از آن به رسوب فلزجوش منتقل شود. لذا معمولا هنگام استفاده از فلاکسهای پرسیلیسیم، از سیم الکترود کم سیلیسیم (حداکثر 0.05% سیلیسیم) استفاده می شود تاازجذب سیلیسیم اضافی توسط فلز جوش جلوگیری شود. همچنین از سیم الکترود کم منگنزحاوی کمتر از0.5% منگنز معمولا با فلاکس های پر منگنز استفاده می شود. سیمالکترودپرمنگنزحاوی 2% منگنز عموما با فلاکس های کم منگنز استفاده می شوند. گرمایورودی زیادی که از جوشکاری در جریان زیاد ناشی می شود (تا حدود 1500 آمپر) در سرعتهای حرکت پایین باعث تغییر ساختار در منطقه متاثر از حرارت شده و استحکام ضربه راکاهش و استحکام کششی و دمای تبدیل تردی به نرمی را افزایش می دهد. 

تغییرات ریز ساختار 
افزایش تغییرات ساختار فلز پایه به عوامل زیر وابسته است

·حداکثردمایی که فلز در آن قرارداده می شود

·زمانآن دما

·ترکیبشیمیایی فلز پایه

سرعت سرد شدن ساختار فلزجوش ستونی است زیرا  از مرز جامد شروع شده و فقط در یک جهت امکان رشد دارد. درفولادکربنی قابل سخت شدن امکان درشت شدن ساختار منطقه نزدیک قسمت جوش از فلز پایهبخاطر رسیدن به دمای حدود 2800تا 2200 فارنهایت وجود دارد. فلزی که در دمای 1700 تا2200فارنهایت گرم شده نواری از دانه های نازک تر دارد. اگرچه این منطقه در بیشتراز دمای دگرگونی فاز گرم شده، ولی زمان باقی ماندن در این دما برای درشت ساختارشدن کافی نبوده است.
منطقه بعدی 1700 تا 1400 فارنهایت، منطقه ای است که فولاد باز پخت شده و بهمقدارقابل توجهی نرم تر از منطقه مجاور جوش است. فلز پایه دورتر از این منطقهنیزتغییرنکرده باقی می ماند. اندکی کاربید کروی شده بخاطر باقی ماندن درحدود1330فارنهایت، ممکن است ایجاد شود.
پیش گرم و پس گرم کردن
اصول پیش گرم کردن و پس گرم کردن برای جوش زیر پودری مشابه سایر روش هایجوشکاری است. پیش گرم و پس گرم برای فولادهای سختی پذیر، مخصوصا فولادهایی که کربنآنها ازحدود 0.3% و ضخامت آنها بیشتر از 4/3 باشد بکار می رود. کاهش سرعت سردشدنکه دراثر پیش گرم رخ می دهد، زمان ماندگاری در دمای بالاتر از شروع تغییر حالت مارتنزیتیرا افزایش می دهد و لذا تغییر حالت آستنیت به پرلیت ظریف تر بجای مارتنزیت سخت راافزایش می دهد. در منطقه جوشی که پیش گرم شده نسبت به جوش پیش گرم نشده احتمالکمتری وجود دارد که فاز سخت تشکیل شود. همچنین بخاطر سرعت سرد شدن کمتر درفولادهای پیش گرم شده، خطر ترکیدگی جوش و تنش های حرارتی کاهش پیدا می کند. پس گرم کردنهنگام نیاز به تنش زدایی حرارتی، بازپخت، نرمالایز کردن یاتمپرکردن بکارمی رود.

منابغ تغذیه
منابع تغذیه جوش زیر پودری عبارتند از:

·موتورژنراتور و ترانسفورماتور رکتی فایر، با خروجی جریان مستقیم (DC) 

·ترانسفورماتوربا خروجی جریان متناوب (AC)

هر دو جریان های مستقیم ومتناوب در جوش زیر پودری نتایج قابل قبولی ارائه می دهند. اگرچه هر کدام در برخیکاربردهای خاص معایب ناخواسته ای دارند.  بسته به شدت جریان، قطر سیمالکترود، و سرعت حرکت  که در لیست زیر ذکر شده اند:

·جوشنیمه خودکار با الکترود 64/5 یا 32/3 در جریان مستقیم 300تا 350 آمپر، استفاده ازجریان مستقیم ارجح است.

·جوشخودکار با یک الکترود در جریان پایین (300تا 500 آمپر) وسرعت حرکت بالا ( 40 تا200 اینچ در دقیقه)، استفاده از جریان مستقیم ارجح است.

·جوشخودکار با یک الکترود و جریان متوسط (600 تا 900 آمپر)سرعت حرکت 10 تا 30 اینچ دردقیقه، هم جریان مستقیم و هم متناوب استفاده می شوند.

·جوشخودکار با یک الکترود و جریان بالا (1200 تا 21500 آمپر)سرعت حرکت 5 تا 10 اینچ دردقیقه، استفاده از جریان متناوب ارجح است.

·جوشخودکار با بیش از یک الکترود و در حالت پشت سرهم و جریان هر کدام از الکترودها 500تا 1000 آمپر با هم الکترودها، جریان متناوب (یا جریان مستقیم در الکترود جلویی)استفاده می شود.

·جوشخودکار با دو الکترود در عرض هم، باهر دو جریان مستقیم و جریان متناوب استفاده میشود.


سیستم های تغذیه سیم جوش
تجهیز تغذیه سیم الکترود جوش زیر پودری از دو نوع سیستم کنترلی برای کنترلسرعت تغذیه سیم (سیستم های حساس به ولتاژ و سیستم های سرعت ثابت) استفاده میکنند.سیستمهای کنترلی حساس ولتاژ با منبع تغذیه های جریان ثابت و سیستم های کنترلسرعت ثابت با منبع تغذیه های ولتاژ ثابت استفاده می شوند
سیم الکترود جوش زیر پودری 
سیم های الکترود جوش زیر پودری فولاد در اندازه های مختلف تولید می شوند.پوشش نازکی از مس برای بهبود هدایت الکتریکی و بالا بردن مقاومت در برابرخوردگی برروی سیم ایجاد می شود.ترکیب شیمیائی سیم الکترود به ترکیب شیمیائی فلز جوش وخواص مکانیکی و انتخاب نوع خاص الکترود و ترکیب آن به جنس فلز قطعه و نوع فلاکسوابسته است. برای رسیدن به نرخ رسوب بالاتر می توان از دو یا چند الکترود نازک تربجای یک الکترود ضخیم تر استفاده کرد. کاهش قطر الکترود باعث افزایش چگالی جریان وفشارپلاسما جهت و افزیش عمق نفوذ و باریک شدن باند جوش می شود.
الف) همه الکترودها علاوه بر مقادیر جدول حداکثر دارای 0.035% گوگرد،0.03%فسفر،0.15% مس (غیراز پوشش) و % 0.05% سایر عناصر می باشند.
ب) به علاوه حاوی 0.05 – 0.15 %تیتانیوم،0.02 – 0.12%زیرکونینوم، 0.05% - 0.15%  آلومینیوم وتا 0.5% سایر عناصر نیز میباشد. ساده ترین روش برای جلوگیری از تشکیل پرلیت و فریتگوشه دار استفاده ازحدود0.5% مولیبدن و 0.02% بر در ترکیب فولاد است، که با کاهشآهنگ تشکیل محصولات دگرگونی در دمای بالا باعث ایجاد فاز بینیت می شود. لذا استحکامکششی و تسلیم را افزایش می دهد.
پودرهای جوش زیر پودری
تجهیزات حمل فلاکس و سازه نگهدارنده مخزن پودر، اتصالات دیگر و همچنین صفحه نوار یاحلقه پشت بند نیز مورد نیاز می باشد. پودرهای جوش زیر پودری به سه شکل وجوددارند:

·پودرهایترکیب شده

·پودرهایچسبیده شده

·پودرهایآگلومره

پودرهای ترکیب شده: برای تولید پودرهای ترکیب شده ابتدا اجزاءبصورت خشک مخلوط سپس در یک کوره الکتریکی ذوب و با پاشش آب سرد یا ریختن روی صفحه سردمنجمد می شود. مزایای این نوع پودر عبارت است از :

·کاملاتوزیع ترکیب شیمیائی یکنواخت دارند.

·میتوان خاکه آن را بدون تغییر در ترکیب شیمیایی جدا کرد.

·محصولرطوبت گیر نیست و مسائل ذخیره سازی و نگهداری ساده تردارد.

·پودرهایذوب نشده را می توان چندین دور مورد استفاده قرار داد(بدون تغییر قابل توجه).

·مناسببرای جوشکاری با بیشترین سرعت

محدودیت:  محدودیتمهم این پودر ها عدم امکان افزودن اکسیدزداها و فرو آلیاژها بخاطر دمای حلالیتبالای آنها است.
پودرهای چسبیده شده: برای تولید پودرهای چسبیده شده مواد خامتااندازه  D * 100آسیاب می شوند. بصورت خشک با هم مخلوط شده و با افزودن سیلیکات پتاسیم یا سیلیکاتسدیم به هم چسبیده می شوند.مخلوط حاصل به شکل گلوله درآمده و در دمای پایین خشک میشوند و بصورت مکانیکی خردشده و دانه بندی می شوند. 
مزایا  : بخاطردمای تولید پایین، اکسید زداها و فروآلیاژها در این روش قابل افزوده شدن هستند.
*چگالی پودر پایین تر استو امکان استفاده از لایه ضخیم تر فلاکس برروی منطقه جوش وجود دارد. -سرباره ایجادشده بر روی جوش پس از سرد شدن بهتر جدا می شود
محدودیت : محدودیتهای مهم این روش عدم امکان جداکردن خاکه بدونتغییردر ترکیب شیمیایی و حساسیت بالا به جذب رطوبت است.
پودرهای آگلومره : روش تولید مشابه پودرهای چسبیده شده است غیرازاینکه از یک الک سرامیکی استفاده می شود. در این نوع پودر نیز برای استفادهازاکسید زداها و فرو آلیاژها بخاطر دمای  Curing بالای الک (oc 1400)مانند پودرهای ترکیب شده محدودیت وجود دارد.
دانه بندی: اندازه دانه های پودر جوش بخاطر تاثیر برمصرف بهینهپودرجوش در جریان های جوش مختلف حائز اهمیت است. در جریان های بیشتر از 1500 آمپرباید از درصد ذرات ریز بیشتر و ذرات درشت کمتر استفاده کرد. پودرهای چسبیده شده کهدرجریان های کمتر استفاده می شوند بستگی کمتری به اندازه ذرات دارند و عمدتا دریک سایز تولید می شوند. حداکثر جریان مناسب برای این نوع پودر 800 تا 1000 آمپراست.در حالی که برخی انواع پودر ترکیب شده (انواع سیلیکات کلیسم اصلاح شده ) راتا 2000 آمپر نیز می توان بکار برد.

ترکیب پودرهای جوش
در زمان پیشرفت فرایند جوش زیر پودری در اواسط دهه 1930 پودرهای ترکیب شدهحاوی ترکیبات سیلیکاتی استفاده می شدند که عمدتا حاوی آلومینا سیلیکات منیزیم،کلسیم و منگنز بودند. برای تنظیم محدوده ذوب و ساختار آن از دیاگرام MnO – SiO2  استفاده میشد. نتیجه جوشکاری با پودرهای چسبیده شده تقویت شده، پس از ذوب و انجماد جوش درفلزجوش مشابه پودر ترکیب شده است. فروسیلیم و اکسید منگنز و سیلسیم فلاکس ترکیب میشوند. لذا مقدار MnO نسبتبه SiO2  که برایجوش زیر پودری مناسب است در قسمت جوش باقی می ماند. انواع پودرهایی که توضیح دادهشده برای دستیابی به خواص پیشرفته تر و هزینه اقتصادی تر و ظاهر مناسب ترگرده جوشدر مقادیر کمتر منگنز اصلاح شده اند. برخی ترکیبات پودرها با بازیسیته بیشتر (کهمقادیر CaF2، CaO دارند)خواص مکانیکی بهتری در فلز جوش ارائه می دهند و افزودنتیتانیوم پایداری قوس بیشتر و اکسید فلزات خاص ظاهر جوش را درفولادهای آلیاژی بهبودمی دهند. برای رسیدن به ظاهر جوش مناسب در جوشکاری پر سرعت ورق ها خواص دماییگرانروی فلاکس را باید تنظیم کرد. فلاکس های کاربردهای خاص برای منظورهای خاص طراحیمی شوند.
مقایسه پودر جوش زیر پودری با پوشش الکترود
پودرهای جوش زیر پودری در مقایسه با مواد بکار رفته در پوشش الکترودهایجوشکاری الکترود دستی چند تفاوت عمده دارند. فلاکس های جوش الکترود دستی حاویترکیباتی مانند سلولز برای ایجاد گاز محافظ است. همچنین ترکیباتی با تابع کاریپایین مانند اکسید سدیم و اکسید پتاسیم برای کمک به شروع قوس و پایداری آن و مواددیگری برای تقویت نفوذ، نرخ ذوب و استفاده از قطب های مختلف جریان به پوشش الکتروداضافه شوند. که پودرهای جوش زیر پودری غالبا به این ترکیبات نیازی ندارند، زیراوجود سرباره مذاب و دانه های کروی پودر از قوس حفاظت کرده و نیازی به گاز محافظ نیست. وجودترکیبات سیلیس و فلوراید عموما پایداری مطلوب قوس را تضمین می کند وحداقل%10فلوراید کلسیم برای بهبود سیالیست فلاکس مذاب به سیلیکات های فلزی پودراضافه میشوند. پوشش های الکترود های جوش قوس الکترود دستی بخاطر اینکه باید قابلاکسترود باشد و سایر ملزومات تولید دارای فرمول پیچیده اند و برعکس آن پودرهای جوشزیرپودری ازترکیبات معدنی ساده و از سیستم های دوتایی، سه تایی و یا چهار تاییانتخاب می شوند. رایج ترین فلاکس ها از سیستم MnO – SiO2  ویا  CaO -SiO2 تشکیل شده اند که میتوانند با اکسیدهای آلومینیم، منیزیم، زیرکونیوم و تیتانیوم ترکیب شود و فلاکس هایکاربردهای خاص رابه وجود آورند. فلاکس های الکترودهای پوشش و فلاکس های جوش زیرپودری به روش های متفاوتی دسته بندی می شوند. استاندارد  AWS A5.1-6الکترودها رابرحسب نوع مواد پوشش فلاکس دسته بندی می کند. و استاندارد  A 5.17-69 برای دسته بندی پودر جوش زیر پودری به طبیعت شیمیاییفلاکس ارتباطی ندارد فقط به خواص مکانیکی رسوب جوش که با الکترود مخصوص به وجود میآید مربوط است. در عمل بیشتر الکترود و فلاکس جوش زیر پودری از روی ظاهر جوش انتخابمی شوند تا در نظر گرفتن جنبه های فنی.
نقطه ذوب و نرخ ذوب پودرهای جوش
یک پودر جوش موثر باید در دمای بالا به خوبی سیال باشد و لایه روان و محافظ برروی فلز جوش ایجاد نماید و آنرا از اکسید شدن حفاظت کرده ولی در دمای اتاق ترد باشدوبه آسانی از روی جوش جدا شود. نقطه ذوب و چگالی فلاکس نیز باید کمتر از فلز جوش باشدکه گازهای تولید شده بین فلز و سرباره بتوانند وارد سرباره شوند و برای تکمیل وظیفهسرباره سازی باید فلاکس پس از تکمیل انجماد فلز جوش منجمد شود. لذا حد بالایی دامنهذوب پودر جوش زیر پودری حدود 1300 درجه سلسیوس می باشد. مقدار فلاکس ذوب شده در هردقیقه به ولتاژ و جریان جوش بستگی دارد و در جریان ثابت مقدار پودر ذوب شده در هردقیقه با افزایش ولتاژ جوش افزایش می یابد. در عمل معمولا وزن فلاکس ذوب شده و وزنالکترود ذوب شده برابرند.
تاثیر فلاکس بر ترکیب فلز جوش
واکنش های بین فلز جوش مذاب و پودر جوش ذوب شده در ضمن جوشکاری زیر پودریشبیه واکنش بین مذاب و سرباره در فولاد سازی است. و لذا وظیفه سرباره مذابکاهش ناخالصیهای فلز جوش و تامین عناصری مانند منگنز و سیلیکون برای فلز جوش است.باافزایش MnO  درسرباره تاحدود 10 درصد مقدار منگنز فلز جوش افزایش سریع دارد که به تدریج مقدار این افزایشکم می شود. لذا بسیاری از فلاکس ها حاوی حدود %10 اکسید منگنز است.رابطه مقدار SiO2  موجود درفلاکس و مقدارSi فلزجوشمتفاوت است و تا هنگامی که SiO2 موجود در سرباره حدود %40 باشد سیلیسم اندکی جذب نمی شود لذافلاکس های تجاری و مخصوصا فلاکس هایی که برای جوش های با چند پاس تولید می شوندمقدار زیاد حدود %40، SiO2 دارند. برخی فلاکس ها می توانند فروآلیاژها را برای جوش تامینکنند. اکسیدهای فلزی موجود در پودر مانند NiO، MnO3، Cr2O3 باعثانتقال عناصر فلزی از سرباره به فلزجوش شوند. مقدار Cr2O3  فلاکس،ترکیبالکترود، ترکیب فلز پایه ای که بر روی آن فلز جوش رسوب می کند بر مقدار سیلیسم باقیمانده در فلز جوش تاثیر می گذارند. همه عواملی که زمان واکنش فلز -سرباره یا متوسطدمای حوضچه جوش را تغییر دهد، برتوزیع عناصر آلیاژی باقی مانده درفلز جوش تاثیرخواهد گذاشت. در شرایط طبیعی جوشکاری،سرعت حرکت مهمترین عامل در رسوب عناصر آلیاژیاست و نیز افزایش ولتاژ عموما باعث افزایش عناصر فلزی منتقل شده به فلز جوش می شود.
گرانروی و هدایت سرباره ها
برای اینکه فلاکس در برابر نفوذ گازهای اتمسفری مقاوم باشد باید گرانروی آن درمنطقهجوش به اندازه کافی بالا باشد که در ضمن بتواند از سرریز شدن فلز مذاب وحرکت آن بهسمت جلوی قوس که ممکن است باعث حبس سرباره در زیر فلز جوش مذاب شود جلوگیری کند. ازطرف دیگر به اندازه کافی سیال باشد که حل شدن سریع اجزاء غیر فلزی مانند اکسیدها وخارج شدن گازها از فلز مذاب را ممکن سازد. ویسکوزیته فلاکس مذاب در دمای 1400 oC در حدود 2تا 7 poises  میباشد. دانه های پودر جوش در دمای اتاق عایق الکتریکیهستند و مقاومت آنها باافزایش دما کاهش می یابد و سرباره های مذاب دردمای حوضچهجوش بسیار هادی هستند.
 روابط الکتریکی  :روابط الکتریکی منطقه جوش توسط نوعفلاکس و روش جوشکاری تعیین می شود. بررسی های نوسان نگاری، اسپکتوگرافیک و رادیوگرافیک،قوس طبیعی را در هنگام جوشکاری زیر پودری نشان می دهند. برای محاسبهروابط الکتریکی ثبت ولتاژ در بررسی های نوسان نگاری مهمترین عامل است.
 شرایط جوش: دانسیته جریان الکتریسته در سیم الکترود جوش زیر پودریدرمقایسه با مقدار آن در جوش الکترود دستی چندین برابر بزرگتر و نرخ ذوب وسرعت جوشکاری نیز بیشتر است. ارتباط بین ولتاژ معمول تجهیزات صنعتی و جریان نشانداده شده است. برای این داده ها فرض شده که هر یک از تنظیمات جریان جوشکاری دامنهایحدود 10 ولت دارد، که در این محدوده جوش سالم در ولتاژهای بالاتر گرده جوش پهنترو در ولتاژهای پایین تر گرده جوش باریکتر می دهند. در ولتاژ جوشکاری و مجموعوپتانسیل کاتد و آند با افزایش جریان جوشکاری افزایش می یابند. و در هرجریانی باکاهش ولتاژ و یا مجموع پتانسیل کاتد و آند مقدار پودر ذوب شده کاهش مییابد و به صفر نزدیک می شود. خطی نبودن کاهش پتانسل کاتد و آند نشان دهنده وجودهدایت الکترولیتی است. حداکثر سرعت جوشکاری قابل استفاده برای جوشکاری بدون عیبو رفتار پایدار، با جریان جوشکاری تغییر می کند. هنگامی  Undercut رخ می دهد کهجوشکاری در سمت راست خط مورب انجام شود. مثلا جوش تک پاس را در ورق های به ضخامت 1اینچ را می توان با 1500آمپر و با سرعت 10 اینچ در دقیقه جوش داد.
فاصله نازل :  فاصله بین سطح فلز پایه و نوک لوله تماس (نازل)در گرمای وارده به جوش و لذا نرخ ذوب تاثیر می گذارد. زیرا نرخ ذوب الکترود جوشمجموع ذوب شدن براثر گرمای قوس و ذوب شدن براثر گرمای مقاومت الکتریکی (I2R)درطول الکترودی که از نازل خارج شده است می باشد. بسته به طرح اتصال و طولقوس،انتهای الکترود ممکن است بالاتر، هم سطح یا زیر سطح بالایی فلز پایه باشد. نرخذوب ناشی از گرمای مقاومتی I2R درالکترودتابع نمایی از طول الکترود بین نازل و قطعه کار، جریان و قطر الکترود می باشد.افزایش مقدار ذوب بر اثر گرمای مقاومتی به شدت جریان و طول الکترود خارج از نازلوابسته است، که هر دو تابعی ازقطر الکترود می باشند
نفوذ : نفوذ، عمق تشکیل رسوب جوش درشیار یا سطح فلز پایه است که معمولافاصله زیرسطح اصلی است، که فلز آن ذوب شده است. ولتاژ کم اهمیت ترین وجریانجوشکاری مهمترین عامل در محاسبه نفوذ و سرعت جوشکاری است. تاثیر متقابل ولتاژ،جریانو سرعت حرکت جوش بر مقدار نفوذ که از چندین آزمایش زیر پودری بدست آمده اند. برایسایر فرایندهای جوش قوس،  GMAW و SMAW نیز رابطه خطی مشابهی بدست آمده است. شیب این خط مورب درفرایندهای مختلف متفاوت است وبیشترین مقدار آن مربوط به فرایندهایی است که ازگازهای محافظ هلیم یا CO2 استفاده می کنند. ظرفیت حرارتی فلز جوش مذاب برای محاسبات گرمایورودی و سرعت سردشدن دارای اهمیت هستند و با مقطع عرضی گرده جوش که نشان دهندهمقدار فلزی است که برای ذوب شدن گرم می شود، متناسب است. بازده تولید برای هر روشجوشکاری به اندازه گیری این ناحیه مربوط می شود. ارتفاع گرده جوش با افزایش جریانجوشکاری وکاهش سرعت حرکت جوشکاری افزایش می یابد وتاثیر ولتاژ برگرده جوش ناچیزاست.
رقت: نسبت فلز پایه به رسوب فلز جوش عامل مهم در کنترل خواصمکانیکی فلز جوش است. رقت فلزجوش از فلز پایه را می توان از روی نسبت حجم گرده (سطحمقطع عرضی درطول گرده) برفلز پایه حساب کرد. رقت فلز جوش از فلز پایه با افزایشنسبت جریان به سرعت جوشکاری افزایش می یابد. با افزایش ولتاژ نرخ ذوب الکتروداندکی کمتر شده و لذا باعث افزایش رقت می شود.
بازیسیته پودر جوش :اندیس بازی پودر جوش (BI)معیار دیگری برای طبقه بندی پودرهای جوش است که مقدار اسیدی بودنروش تولید فلاکس را و همچنین فعال ، خنثی یا آلیاژی بودن فلاکس را مشخص می کند.اندیس بازی نسبت مجموع اکسیدهای فلزی با پیوند سخت به مجموع اکسیدهای فلزی با پیوندسست است. اندیس بازی برآوردی از مقدار اکسیژن فلز جوش است و لذا می تواند برای بیانخواص فلز جوش بکار رود. پودرهای جوش با بازیسیته بیشتر تمایل به داشتن اکسیژن کمتر واستحکام بالاتر در فلز جوش دارند. در حالی که پودرهای جوش اسیدی، جوشی با اکسیژنبیشتر ، ریزساختار درشت تر و با مقاومت کمتر در مقابل تورق تولید می کنند.پودرهایجوشی با اندیس بازی بیشتر از 5/1 پودر جوش بازی و با اندیس بازی کمتر از یک ، پودرجوش اسیدی شناخته می شوند. پودرهای جوش اسیدی معمولا برای جوش های تک پاس مناسبندو رفتار جوش مناسب و در گرده جوش خاصیت ترکنندگی خوب دارند.علاوه برآن پودرهایجوش اسیدی در مقایسه با پودرهای جوش بازی مقاومت بیشتری در برابر ایجاد تخلخل ناشیاز آلودگی های چون روغن ، زنگ و پوسته های نوردی در ورق دارند.پودرهای جوش بازیدرمقایسه با پودرهای جوش اسیدی مقاومت به ضربه بهتری نشان می دهند. این مزیت درجوش چند پاس به وضوح مشهود است. پودرهای جوش با بازیسیته زیاد در جوش های بزرگ باچندپاس خواص ضربه خیلی خوب و در جوش تک پاس خواص ضعیف تری را در مقایسه باپودرهای جوش اسیدی نشان می دهند. لذا مصرف پودرهای جوش بازی باید به جوش های بزرگچند پاس که در آن استحکام ضربه خوب برای فلز جوش نیاز باشد محدود شود.
منابع عیوب در جوش زیر پودری
جوش زیرپودری فرایندی با گرمای ورودی بالاست و در زیر لایه محافظ فلاکس انجاممیشود و لذا امکان بروز عیوب جوش در این روش بسیار کمتر از سایر روش هاست. عیوبی کهبعضادر جوش زیرپودری رخ می دهند عبارتند از:

·ذوبناقص

·سربارهباقیمانده درون جوش

·ترکانقباضی

·ترکهیدروژنی

·تخلخل

ذوبناقص و سرباره باقیمانده درون جوش : ذوب ناقصو سرباره باقیمانده درون جوش اغلب ناشی از قرار گرفتن صحیح گرده جوش بر روی درز جوشو یا از فرایند ناشی می شود. انحراف گرده جوش از محل خود باعث ایجاد چرخش و تلاطمفلز مذاب و اکسیژن تکه هایی از سرباره به درون فلز جوش شود. و اگر هم که گرده جوشدور از لب های اتصال باشند باعث عدم نفوذ کافی جوش به فلز پایه شود. گرده جوش تاجیشکل که براثر پایین بودن ولتاژ ایجاد می شود نیز احتمال بروز نفوذ ناقص و محبوس شدنسرباره را بخاطر مختل شدن حرکت یکنواخت مذاب تشدید می کند.
ترک انقباضی  :ترکانقباضی در وسط طول گرده جوش زیر پودری هنگامی رخ می دهدکه شکل گرده جوش و یا طرحاتصال مناسب نباشد و یا مواد جوش غلط انتخاب شده باشند.متمایل به ترک انقباضی درجوش با گرده جوش محدب و به شکل گرده ماهی هنگامی که نسبت پهنا به ارتفاع آن بیشتراز یک باشد کمتر است. هنگامی که عمق نفوذ جوش زیاد باشد تنش های انقباضی باعث ترکطولی در وسط جوش می شود و خطر این ترک می تواند براثر طرح اتصال نامناسب تشدید شود.مواد مستحکم تر بدلیل تنش بیشتر در جوش تمایل بیشتری به ایجاد ترک دارند. لذا هنگاماستفاده از این مواد باید در انتخاب مواد جوش، آماده سازی طرح اتصال، دمای پیشگرمایش و دمای بین پاس ها کاملا دقت شود.
ترک هیدروژنی  :ترکهیدروژنی یک فرایند کند است و برخلاف ترک انقباضی که بلافاصله پس ازجوش ظاهر می شودایجاد آن تا روزها پس از جوش نیز می تواند ادامه یابد. برای کاهش خطر ترک هیدروژنیباید همه منابع هیدروژن مانند آب ، روغن و آلودگی های موجود درفلاکس الکترود و سطوحاتصال حذف شوند و ورق فلاکس و الکترودکاملا تمیز و خشک باشند. فلاکس و الکترود راباید در محل های خشک و مقاوم به رطوبت نگهداری کرد وچنانچه در معرض رطوبت قرار گرفتباید طبق دستور سازنده مجددا خشک شوند. انتخاب مواد جوش مناسب برای فولادهایپراستحکام مقاومت جوش را در برابر ترک هیدروژنی افزایش می دهد. مواد جوش ویژه مقاومدر برابر ترک هیدروژنی ساخته می شوند که قابلیت نفوذ هیدروژن در جوش را کاهش میدهند. پیش گرمایش قطعه کار خطر ترک هیدروژنی را باز هم کاهش می دهد. قطعات ضخیمگرمای پیش گرم را تا ساعت ها پساز جوشکاری در قطعه نگه می دارند. لذا خطر ترکهیدروژنی در این قطعات کمتر است.دمای پیش گرم  استزیرا در این دما هیدروژن درون فولاد کاملا متحرک است.

تخلخل:درجوشزیر پودری سرباره حفاظت خوبی از مذاب انجام می دهد و لذا تخلخل ناشی از ورود گاز بهمذاب در جوش زیر پودری معمول نیست. در جوش زیرپودری منشاء تخلخل ممکن است از درونمذاب و یا فشردگی هایی در سطح گرده جوش باشد. برای کاهش تخلخل در جوش زیر پودریباید پوشش فلاکس کافی باشد و ورق، الکترود و فلاکس از همه آلودگی ها از جمله رطوبتروغن و غیره پاک باشند. در سرعت های بیش از حد جوشکاری نیز حباب های گاز فرصت خارجشدن از مذاب را پیدا نمیکنند که در صورت وجود حباب ها درست در زیر سرباره برایکنترل آن باید سرعت پیشروی جوشکاری را اندکی کاهش داد.

 



مطالعه دیدگاه

دیدگاه خود را بنویسید