جوشکاری قوسی با گاز محافظ ( GMAW )

جوشکاری قوسی با گاز محافظ ( GMAW )

در این روش جوشکاری یک قطب جریان به قطعه ی کار وصل شده و قطب دیگر سیم جوش می باشد. سیم جوش آلیاژی نزدیک به آلیاژ فلز پایه دارد. سیم جوش فلزی توپر( solid wire ) به شکل ممتد و بدون پوشش پودری تولید می شود . این نوع سیم جوش به شکل قرقره  بسته بندی شده و در سیستم های جوشکاریMIG ، MAG ، SAW   و نیز در برخی موارد در جوشکاری ماشینی ، بصورتTIG و پلاسما مورد استفاده قرار میگیرد .

در تولید بسیاری از این سیم جوشها ، از پوشش مس جهت هدایت بهتر جریان الکتریسته و نیز جلوگیری از زنگ زدگی سریع استفاده میگردد . این نوع جوشکاری بصورت دستی ، نیمه اتوماتیک ، اتوماتیک و ماشینی انجام می شود . حرکت سیم الکترود بطرف قطعه کار و حوضچه جوش توسط دستگاه وایر فیدر انجام می شود که سیم را با سرعت مشخص توسط دو قرقره یا چهار قرقره بطرف حوضچه جوش و قطعه کار هدایت می کند .کلمه Metal در نام MIG به دلیل وجود این سیم ذوب شونده بوده که در واقع الکترود جوش محسوب می گردد که با گاز خنثی و غیر فعال ، نقش حفاظت از حوضچه و قوس را همانند جوش TIG به عهده دارد . در این روش جوشکاری گاهی اوقات نیز از ترکیب گازهای خنثی با گازهای  CO2 و O2 (با درصد کم ) جهت جوشکاری استفاده می شود . زمانیکه فرآیند GMAW با گاز محافظ CO2 اجرا شود، به آن عنوان MAG (جوش با گاز فعال)  اطلاق می‌شود.

منبع قدرت مورد استفاده در این روش جوشکاری ، ولتاژ ثابت بوده و معمولا از جریان مستقیم استفاده میشود و به ندرت از جریان های متناوب استفاده می کنند.

تجهیزات مورد استفاده در جوشکاری GMAW

تجهیزات شامل یک منبع قدرت، سیستم تغذیه الکترود، کپسول گاز ، گیره و تورچ جوشکاری است.

   

تفنگ جوشکاری

قطعات اصلی تفنگ جوشکاری شامل سوییچ کنترل ، نوک تماسی ، کابل برق ، نازل گاز ، کپسول گاز ، شیلنگ گاز و کانال الکترود میباشد. هنگامی که جوشکار قوس الکتریکی ایجاد شده و تغذیه ی سیم ، برق و جریان گاز آغاز می شود. نوک تماسی از طریق کابل برق به منبع تغذیه متصل شده و جریان را از طریق الکتورد به محل جوش منتقل میکند. نوک تماسی باید با سایز مناسب داشته باشد تا الکترود بتواند در زمان برقراری جریان الکتریکی حرکت کند. الکترود ها در مسیر حرکت به سمت نوک تماسی در یک مجرا محافظت میشوند تا از خم شدگی آنها جلوگیری شود همچنین این حفاظ به تغذیه ی مداوم و پیوسته ی الکترود کمک می کند.

نازل گاز ، گاز محافظ را به صورت یکنواخت به سمت قطعه کار هدایت میکند. اگر جریان یکنواخت نباشد، گاز محافظ نیز به صورت غیر یکنواخت به سمت قطعه هدایت می شود. شیلنگ گاز وظیفه ی تامین گاز نازل را برعهده دارد. گاهی اوقات یک شیلنگ آب نیز به تفنگ جوشکاری برای خنک کردن تفنگ جوش در دماهای بالا کشیده می شود.

۱)دسته ی تورچ ۲) عایق دی الکتریک (سفید رنگ) و مهره فلزی( زرد رنگ ) ۳)پخش کننده گاز محافظ   ۴) نوک تماسی ۵) وجه خروجی نازل

 

سیستم تغذیه سیم

سیستم تغذیه ی سیم وظیفه ی تامین و رساندن الکترود از طریق کانال حفاظت شده به نوک تماسی و از آن به قطعه ی کار را دارد. تامین سیم جوش در اغلب سیستم های تغذیه با سرعت ثابت انجام می شود ولی در برخی از سیستم های پیشرفته این سرعت با توجه به طول قوس( فاصله ی بین نوک مذاب مفتول الکترود تا سطح حوضچه ی مذاب جوش) و میزان ولتاژ تغییر میدهند. برخی از این سیستم ها میزان تامین الکترود را تا ۳۰.۵ متر بر دقیقه تامین کنند. اما نرخ خوراک نیمه اتوماتیک معمولا بین ۲ تا ۱۰ متر بر دقیقه است

سیستم تغذیه سیم جوش

 

منبع تغذیه

اکثر جوشکاری با قوس با گاز محافظ از ولتاژ ثابت استفاده میکنند. از آنجایی که طول قوس به طور مستقیم با ولتاژ در تماس است هرگونه تغییر در طول قوس باعث تغییر در حرارت و جریان ورودی می شود. هرچه طول قوس کمتر باشد درجه حرارت بیشتر شده و باعث میشود ذوب الکترود سریعتر شود. در نتیجه طول قوس اصلی مجدد ایجاد می شود. این ویژگی به جوشکار کمک میکند تا در هنگام جوشکاری دستی بتواند طول قوس را حفظ کند. به طور مشابه اگر منبع تغذیه جریان ثابت باشد به همراه سیستم تغذیه ی سیم جوش که با ولتاژ قوس کنترل می شود استفاده می شود.در این مورد تغییر در طول قوس باعث می شود تا میزان تغذیه ی سیم جوش به گونه ای تنظیم شود که طول قوس نسبتا ثابت بماند.

الکترود

 انتخاب الکترود ها اساسا به ترکیب فلز جوش داده شده، فرآیند استفاده، طراحی و شرایط سطح مواد وابسته است. انتخاب الکترودهای تا حد زیادی بر خواص مکانیکی جوش اثر می گذارد و یک عامل کلیدی برای کیفیت جوش است. به طور کلی، فلز به دیت آمده در انتهای جوشکاری باید خواص مکانیکی شبیه به مواد پایه را داشته باشد و بدون نقص هایی مانند انقباض، آلاینده های جذب شده یا تخلخل درون جوش باشد. برای رسیدن به این اهداف، انواع مختلف الکترود وجود دارد. تمام الکترود های تجاری موجود شامل فلزات دی اکسید کننده مانند سیلیکون، منگنز، تیتانیوم و آلومینیوم در مقادیر کم برای جلوگیری از تخریب اکسیژن هستند. بعضی از فلزات حاوی فلزات ضعیف مانند تیتانیوم و زیرکونیم برای جلوگیری از تخلخل نیتروژن دارند. بسته به مواد پایه جوش داده شده، قطر الکترودهای مورد استفاده در GMAW معمولا از ۰.۷ تا ۲.۴ میلیمتر می باشد اما قطر آن میتواند به بزرگی ۴ میلیمتر نیز برسد.

سیستم طبقه بندی الکترودها

الکترودهای GMAW با استفاده از مشخصات فلزات پرکننده AWS A5.18 و AWS A5.28 بیان شده است، که اولی مربوط به الکترودهای فولادی کربنی و دیگری مربوط به الکترودهای فولاد با آلیاژ پایین می‌باشد. برای الکترودهای جامد، طبقه‌بندی براساس ترکیبات الکترودها است، که برای الکتردهای با هسته فلزی، جوش براساس ترکیب شیمیایی کنترل می‌شود. در مورد دیگر، مشخصات مکانیکی براساس تست‌های انجام شده بر فلزات جوش اجرا شده بدست می‌آید.

رده ‌بندی الکترودهای کلافی در روش GMAW برای فولادهای کربنی در استاندارد AWS A5.18 بیان‌شده‌اند ER بیانگر این است که این نوع پرکننده هم به‌عنوان الکترود و هم به‌عنوان سیم جوش در فرایندهای دیگر استفاده می‌گردد.دو یا سه رقم بعدازآن بیانگر حداقل مقاومت کششی فلز جوش بر مبنای Ksi است.حرف S بیانگر این است که الکترود به‌صورت توپر (Solid) است و عدد پس از خط تیره بیانگر ترکیب شیمیایی الکترود است و معمولاً درصد عناصر اکسیژن زدا از قبیل سیلسیوم ، منیزیوم و آلومینیوم در الکترود برای جلوگیری از حفرات گازی در جوش جلوگیری می‌کنند. برای نمونه، نماد ER 70S-3 یک الکترود مورد استفاده در روش GMAW را نشان می دهد. اگرالکترود با هسته فلزی بود، C به جای S جایگزین می‌شود. و R استفاده نمی‌شود.

به دلیل اینکه در این فرایند فلاکس وجود ندارد، نگهداری الکترود در زمان عدم استفاده از اهمیت ویژه‌ای دارد. بهترین روش نگهداری الکترود، در بسته‌بندی‌های پلاستیکی اولیه هست و چنانچه کلاف الکترود از بسته‌بندی اولیه خارج و برای مدت‌زمان طولانی قصد استفاده از آن را نداریم، باید توسط پوشش مناسبی نگهداری شود.

 

گاز محافظ

گازهای محافظ در این روش برای حفاظت از منطقه جوشکاری در برابر گازهای اتمسفری مانند نیتروژن و اکسیژن ضروری هستند. زیرا اگر گازهای اتمسفری در تماس با الکترود، قوس و یا جوش قرار بگیرند، می توانند باعث تخلخل و جوش خوردن ضایعات فلزی به قطعه شوند. این مشکل برای همه ی روش های جوشکاری قوسی وجود دارد. برای مثال در روش جوشکاری با الکترود دستی پوشش دار ، الکترود با یک لایه ی فلاکس پوشیده شده است که هنگام ذوب ، لایه ی محافظ از دی اکسید کربن بوجود می آید اما در روش GMAW الکترود پوشش ندارد و برای جلوگیری از ایرادات ذکر شده از یک گاز محافظ جداگانه استفاده می شود.

انتخاب گاز محافظ به عواملی مانند نوع ماده جوش داده شده یا فرآیند جوشکاری بستگی دارد. گاز های غیر فعال مانند آرگون و هلیوم برای جوشکاری غیر آهنی استفاده میشوند. در جوشکاری آهنی یا نفوذ جوش را فراهم نمیکنند ( گاز آرگون ) یا باعث ایجاد قوس نا منظم و زیاد شدن پاشش می شوند ( همراه با هلیوم) .از طرف دیگر دی اکسید کربن به تنهایی نفوذ جوش را تامین میکند ولی باعث تشکیل شدن اکسید میشود که خواص مکانیکی جوش را تحت تاثیر قرار میدهد. همچنین کم هزینه بئدن آن انتخاب مناسبی به نظر می رسد ولی به خاطر قوس پلاسما ی آن پاشش آن اجتناب ناپذیر است همچنین جوشکاری مواد نازک دشوار است. در نتیجه آرگون و دی اکسید کربن را با نسبت های ۲۵%(co2) و ۷۵%(Ar) تا ۱۰%(co2)و ۹۰%(Ar) مخلوط میکنند.

معمولا در اتصال های کوتاه در روش GMAW ، زمانی که سایر پارامترهای جوش (ولتاژ، جریان، نوع الکترود و قطر) مشابه هستند، هر چه میزان دی اکسید کربن بیشتر باشد گرما و انرژی جوش را افزایش میدهد زمانی که سایر پارامترهای جوش (ولتاژ، جریان، نوع الکترود و قطر) مشابه هستند.اگر میزان دی اکسید کربن بیشتر از ۲۰% شود پاشش زیاد مشکل ساز میشود مخصوصا زمانی که قطر الکترود کم باشد.

روش برای انتقال فلز جوش

چهار روش برای انتقال فلز در این روش وجود دارد که عبارتند از :

  • قوس کوتاه
  • اسپری یا پاششی
  • قطره ای
  • پالسی یا ضربه ای

منظور از مدل انتقال فلز، نحوه جدا شدن قطرات مذاب از نوک الکترود و انتقال آن‌ها به حوضچه مذاب است. مدل انتقال فلز به فاکتورهایی از قبیل میزان ولتاژ و شدت‌جریان، نوع گاز محافظ مورداستفاده و مشخصات منبع قدرت بستگی دارد.

نظرات بسته شده است، اما بازتاب و پینگ باز است.