جوشکاری زیر پودری: تعریف، عملکرد، انواع و نحوه استفاده

آخرین به روزرسانی

مقدمه

از میان تمام روش های جوشکاری، جوشکاری زیر پودری (Flux Welding) به عنوان یک فرایند اتصال فلزات مفید، قابل اطمینان و همه کاره متمایز است. جوشکاری زیر پودری نوعی جوشکاری قوسی است که از ماده ای به نام “فلاکس” برای محافظت از حوضچه جوش در برابر برهمکنش با عناصر موجود در هوا در طول فرآیند جوشکاری استفاده می شود. مواد فلاکس عموماً از بوراکس، اسید کلریدریک یا کلرید روی تشکیل شده اند. در جوشکاری زیر پودری، یک اتصال با فلاکس پوشانده شده است، یا از یک الکترود پوشش داده شده با فلاکس یا الکترود مغزدار فلاکس (flux-cored) استفاده می شود.

هنگامی که حوضچه جوش تشکیل می شود، فلاکس روی حوضچه ذوب می شود و از واکنش آن با عناصر جوی محافظت می کند. سه نوع مختلف جوشکاری زیر پودری وجود دارد: FCAW (جوشکاری قوسی با الکترود مغزدار فلاکس)، SAW (جوشکاری قوسی زیرپودری)، و SMAW (جوشکاری قوسی فلز محافظت شده).

در این مقاله جوشکاری زیر پودری تعریف می شود، توضیح داده می شود که چگونه کار می کند، انواع موجود تشریح می شود و نحوه انجام این فرآیند جوشکاری مورد بررسی قرار می گیرد.

جوشکاری زیر پودری چیست؟

“جوشکاری زیر پودری” گروهی از فرآیندهای جوشکاری قوسی است که از یک ماده خاص به نام “فلاکس” برای محافظت از حوضچه مواد مذاب که در طول فرآیند اتصال ایجاد می شود، استفاده می کند. موادی مانند بوراکس، اسید کلریدریک و کلرید روی نمونه هایی از مواد فلاکس هستند. حوضچه فلز مذاب که در طول فرآیند جوشکاری ایجاد می شود می تواند با عناصر موجود در هوا مانند اکسیژن و نیتروژن واکنش دهد. این می تواند باعث شود که جوش ها متخلخل، شکننده و ضعیف شوند.

فلاکس روی حوضچه جوش ذوب می شود و سرباره ای ایجاد می کند که به عنوان مانعی برای گازهای جوی عمل می کند. حفاظت مناسب توسط یک فلاکس مناسب، تولید اتصالات جوش داده شده قوی و مقاوم را ممکن می سازد.

واژه های مصطلح جوشکاری Flux welding در زبان فارسی

در زبان فارسی، واژه مصطلحی برای جوشکاری فلاکس به طور خاص وجود ندارد. معمولاً از اصطلاحات زیر برای اشاره به این نوع جوشکاری استفاده می‌شود:

• جوشکاری با فلاکس: این اصطلاح دقیق و واضح است، اما به دلیل طولانی بودن، در گفتار روزمره کمتر استفاده می‌شود.
• جوشکاری زیر پودری: این اصطلاح به نوع خاصی از جوشکاری با فلاکس (SAW) اشاره دارد، اما گاهی به طور کلی برای تمام انواع جوشکاری با فلاکس استفاده می‌شود.
• جوشکاری با الکترود روکش دار: این اصطلاح به نوع الکترودی که در جوشکاری با فلاکس استفاده می‌شود اشاره دارد، و گاهی به طور کلی برای خود فرآیند جوشکاری نیز استفاده می‌شود.
• جوشکاری میله ای: این اصطلاح به نوع خاصی از جوشکاری با فلاکس (SMAW) اشاره دارد، و گاهی به طور کلی برای تمام انواع جوشکاری با فلاکس استفاده می‌شود.

جوشکاری زیر پودری برای چه مواردی استفاده می شود؟

جوشکاری زیر فلاکس به دلیل توانایی آن در ایجاد اتصالات جوش داده شده محکم و دائمی در هر محیطی برای کاربردهای مختلفی استفاده می شود. جوشکاری زیر پودری در طیف وسیعی از صنایع، از ساخت و ساز ساختمان های مرتفع و خطوط لوله گرفته تا تولید خودرو و تعمیر و نگهداری استفاده می شود. در ساخت و ساز، از جوشکاری زیر پودری برای جوش دادن اعضای سازه ای به یکدیگر استفاده می شود. در تولید خودرو، از جوشکاری زیر فلاکس برای اتصال شاسی و سایر مجموعه ها استفاده می شود. جوشکاری با محافظ پودر برای تعمیر قطعات آسیب دیده در صنایعی از خودروسازی و ساخت و ساز گرفته تا زیرساخت ها و تولید برق نیز استفاده می شود.

چه زمانی از جوشکاری زیر پودری استفاده کنیم؟

تمام تکنیک‌های جوشکاری قوسی باید از آلودگی اتمسفر حوضچه جوش مذاب محافظت کنند، چه با استفاده از گازهای محافظ یا روش‌های جوشکاری زیر پودری. جوشکاری SAW در محیط های بادی در فضای باز یا فضاهای بسته با تهویه کم بسیار مفید است.

جوشکاری زیر پودری چگونه کار می کند؟

روش های جوشکاری زیر پودری زیرمجموعه ای از فرآیندهای جوشکاری قوسی را تشکیل می دهند. مانند سایر روش های جوشکاری قوسی، مانند MIG (گاز بی اثر فلزی) یا TIG (گاز بی اثر تنگستن)، جوشکاری زیر فلاکس شامل ایجاد یک قوس الکتریکی بین یک قطعه کار و یک الکترود است. الکترود یا با فلاکس پوشانده شده است، با فلاکس مغزدار شده است یا فلاکس مستقیماً روی ناحیه جوش اعمال می شود.

قوس الکتریکی ایجاد شده بین قطعه کار و الکترود با حرارت دادن آنها تا دمای ۷۰۰۰ درجه فارنهایت(۳۸۷۱ درجه سانتی گراد)، دو ماده را ذوب می کند. هنگامی که الکترود و قطعه کار با هم ذوب می شوند، فلاکس نیز ذوب می شود و یک لایه مایع در بالای حوضچه جوش تشکیل می دهد که از برهمکنش اتصال با عناصر موجود در هوا محافظت می کند.

جوشکاری زیر پودری چه تفاوتی با جوشکاری گازی دارد؟

تفاوت جوشکاری زیر پودری با جوشکاری گازی در این است که برای جوشکاری SAW استفاده از گاز لازم نیست. جوشکاری زیر فلاکس مجموعه ای از فرآیندهای جوشکاری قوسی است که از گرمای تولید شده توسط یک قوس الکتریکی برای جوش دادن قطعات به یکدیگر استفاده می کند. جوشکاری گازی از گرمای تولید شده از سوخت قابل احتراق برای ذوب و فیوز کردن مواد به یکدیگر استفاده می کند.

آیا جوشکاری زیر پودری به گاز نیاز دارد؟

خیر، جوشکاری فلاکس نیاز به گاز محافظ ندارد. فلاکس همان کار گاز محافظ را در طول جوشکاری انجام می دهد. یعنی فلاکس به همان شیوه گاز محافظ از واکنش حوضچه جوش با عناصر موجود در هوا محافظت می کند.

انواع جوشکاری زیر پودری کدامند؟

انواع مختلفی از جوشکاری زیر فلاکس وجود دارد. هر نوع از روش متفاوتی برای اعمال فلاکس استفاده می کند. انواع مختلف جوشکاری زیر پودری در زیر شرح داده شده است:

۱. جوشکاری قوسی با الکترود مغزدار فلاکس (Flux-Cored Arc Welding – FCAW)

جوشکاری قوسی با الکترود مغزدار فلاکس یا FCAW، یک فرآیند جوشکاری زیر پودری است که از یک الکترود توخالی و تغذیه شده به صورت پیوسته پر از فلاکس استفاده می کند. FCAW را می توان در داخل یا خارج از کارگاه انجام داد زیرا فلاکس درون الکترود تعبیه شده است. علاوه بر این، جوشکاری با الکترود مغزدار فلاکس انتخابی عالی برای جوشکاری سطوح آلوده و جوشکاری انواع مواد قطعه کار است. با این حال، معایب FCAW شامل الکترودهای گران‌تر در مقایسه با سایر فرآیندهای جوشکاری و تشکیل سرباره است که باید پس از هر پاس جوشکاری برداشته شود.

۲. جوشکاری قوسی زیر پودری (SAW)

جوشکاری قوسی زیرپودری (SAW) نوعی جوشکاری زیر پودری است که در آن ناحیه اتصال یک قطعه کار با فلاکس پوشانده می‌شود. در SAW از یک الکترود تغذیه شده به صورت پیوسته برای ایجاد یک قوس الکتریکی بین آن و قطعه کار استفاده می شود. قوس الکتریکی دمای بسیار بالایی تولید می کند که هم مواد قطعه کار و هم فلاکس را ذوب می کند. با ذوب شدن فلاکس، هم یک گاز محافظ و هم یک سرباره تشکیل می شود. هر دو به عنوان مانع محافظ در برابر عناصر موجود در هوا عمل می کنند.

یکی از مزایای جوشکاری قوسی زیرپودری این است که میزان پاشش و جرقه های ایجاد شده در حین فرآیند جوشکاری را محدود می کند. یکی دیگر از مزیت‌های SAW این است که پوشش فلاکس انتشار دودهای سمی و تابش اشعه ماوراء بنفش را کاهش می‌دهد. علیرغم این مزایا، SAW به استفاده روی فلزات آهنی محدود می شود و نیاز به حذف سرباره پس از هر پاس جوشکاری دارد.

۳. جوشکاری قوسی فلز محافظت شده (Shielded Metal Arc Welding – SMAW)

جوشکاری قوسی فلز محافظ (SMAW)، که به عنوان جوشکاری میله ای نیز شناخته می شود، نوعی جوشکاری زیر فلاکس است که از الکترودی استفاده می کند که با فلاکس پوشانده شده است. مانند FCAW و SAW، جوشکاری میله ای با ایجاد یک قوس الکتریکی بین الکترود و قطعه کار عمل می کند. گرمای شدید تولید شده از قوس، قطعه کار و الکترود پوشش داده شده با فلاکس را ذوب می کند تا یک حوضچه جوش ایجاد کند که از عناصر موجود در هوا محافظت می شود.

از مزایای جوشکاری میله ای می توان به قابلیت حمل، هزینه کم و توانایی جوشکاری در داخل و خارج از کارگاه اشاره کرد. با این حال، جوشکاری میله ای یک فرآیند اساساً دستی است که مستلزم تعویض مداوم میله های الکترود جداگانه در حین مصرف شدن هستند. همانند سایر فرآیندهای جوشکاری زیر پودری، سربار تشکیل شده بعد از هر پاس جوشکاری باید زدوده شود.

نحوه استفاده از دستگاه جوشکاری SAW

استفاده از دستگاه جوشکاری زیر پودری خیلی با استفاده از دستگاه های جوشکاری طراحی شده برای سایر فرآیندها مانند TIG (گاز بی اثر تنگستن) یا MIG (گاز بی اثر فلزی) متفاوت نیست. مراحل زیر نحوه استفاده از یک دستگاه جوشکاری زیر فلاکس را توضیح می دهد:

1. اطمینان حاصل کنید که محیط کار امن است. از تجهیزات محافظ مناسب، از جمله دستکش، چکمه و عینک جوشکاری استفاده کنید. محیط کار را از مواد قابل اشتعال یا خطرناک پاک کنید. برای تخلیه دود و گازهای مضر تولید شده در حین جوشکاری باید تهویه مناسب باشد.
2. دستگاه جوشکاری را به یک منبع برق ارت وصل کنید. مطمئن شوید که قطبیت سیم های روی دستگاه جوشکاری صحیح است، زیرا قطبیت بر اتلاف گرما در جوش تأثیر می گذارد. سرعت تغذیه سیم الکترود را بر اساس نوع سیم و جنس قطعه کار تنظیم کنید.
3. قطعه کار را تمیز کنید و هرگونه آلودگی را که می تواند بر کیفیت جوش تأثیر بگذارد، از بین ببرید. زنگ زدگی، زباله، گرد و غبار، رنگ و روغن باید پاک شوند. سپس، قطعه کار را به دلخواه خود محکم کنید.
4. با توجه به نوع فرآیند جوشکاری زیر پودری که استفاده می شود، مشعل جوشکاری یا نگهدارنده الکترود را محکم نگه دارید و زاویه و فاصله ثابتی را از قطعه کار حفظ کنید. قوس را بین قطعه کار و الکترود ایجاد کنید و جوشکاری را در امتداد خط اتصال به روشی ثابت و یکنواخت شروع کنید. سرباره در طول فرآیند تشکیل می شود و باید پس از خنک شدن کامل برداشته شود. اگر از FCAW استفاده می کنید، سیم به طور خودکار تغذیه می شود. اگر از جوشکاری میله ای استفاده می کنید، الکترود در طول فرآیند جوشکاری کوتاه می شود و فاصله از قطعه کار تغییر می کند مگر اینکه موقعیت الکترود برای جبران کوتاه شدن الکترود در طول فرآیند جوشکاری تغییر کند.
5. اجازه دهید اتصال جوش داده شده کاملاً خنک شود. کیفیت جوش را بررسی کنید و ناحیه را با برداشتن سرباره و پاشش تمیز کنید. در صورت نیاز عملیات حرارتی را روی قطعه انجام دهید تا تنش های حرارتی را از بین ببرید و استحکام اتصال جوش داده شده را افزایش دهید.

چه نوع موادی را می توان با جوشکاری زیر پودری جوش داد؟

جوشکاری زیر فلاکس را می توان بر روی فلزات آهنی و غیر آهنی استفاده کرد. لیستی از موادی که می توان با جوشکاری SAW جوش داد در زیر نشان داده شده است:

1. فولاد کربن
2. چدن
3. فولاد ضد زنگ
4. فولادهای کم آلیاژ
5. آلیاژهای نیکل بالا
6. آلومینیوم
7. مس
8. نیکل

آیا می توان آلومینیوم را با استفاده از جوشکاری زیر پودری اتصال داد؟

بله، می توان از جوشکاری زیر پودری برای اتصال آلومینیوم استفاده کرد. در حالی که FCAW، SAW و SMAW را می توان برای جوشکاری آلومینیوم استفاده کرد، استفاده از این سه فرآیند جوشکاری زیر پودری اغلب دشوارتر از سایر فرآیندهای جوشکاری قوسی است. به طور کلی، آلومینیوم به دلیل رسانایی حرارتی بالا، لایه اکسید سطحی و تمایل به متخلخل شدن هنگام خنک شدن از حالت مذاب، ماده ای دشوار برای جوشکاری است. برای جوشکاری موفقیت آمیز آلومینیوم به یک الکترود روکش دار مخصوص آلومینیوم، آمپر صحیح مرتبط با آن الکترود و یک اپراتور ماهر نیاز است.

چه محدوده ضخامت موادی را می توان با جوشکاری زیر پودری اتصال داد؟

هیچ محدودیتی در ضخامت موادی که می تواند با جوشکاری زیر پودری جوش داده شود وجود ندارد، تا زمانی که آماده سازی مناسب اتصال انجام شود. علاوه بر این، ضخامت موادی که می توان با استفاده از فرآیندهای جوشکاری زیر پودری اتصال داد تا حد زیادی به آمپر دستگاه جوشکاری بستگی دارد. معمولاً از جوشکاری زیر پودری برای اتصال قطعات با ضخامت 0.95 میلیمتر (20 گیج-گیج واحد ضخامت ورق است) تا 12.7 میلیمتر (0.5 اینچ) استفاده می‌شود.اما اگر از دستگاه جوشکاری با آمپر کافی استفاده شود، می‌توان قطعات ضخیم‌تر از 50.8 میلیمتر (2 اینچ) را نیز با این روش جوشکاری کرد.

آیا اتصالات جوش داده شده با فلاکس قوی هستند؟

بله، اتصالاتی که با جوشکاری زیر پودری ایجاد می شوند قوی هستند. تا زمانی که از آماده سازی، فرم و تکنیک مناسب اتصال برای ایجاد جوش استفاده شود، اتصالات حاصل هم قوی و هم دائمی هستند.

مزایای جوشکاری زیر پودری چیست؟

جوشکاری زیر پودری مزایای متعددی دارد. این مزایا در زیر لیست و شرح داده شده است:

1. حضور فلاکس از واکنش حوضچه جوش با عناصر موجود در هوا محافظت می کند. این به ایجاد یک اتصال قوی و دائمی کمک می کند.
2. فرآیندهای جوشکاری زیر پودری به گاز محافظ نیاز ندارند. بنابراین، جوشکاری زیر پودری را می توان در داخل، خارج از کارگاه و در مکان های با تهویه نامناسب استفاده کرد. علاوه بر این، از آنجایی که اپراتورها نیازی به حمل کپسول های گاز ندارند، جوشکاری در مسافت های طولانی یا جوشکاری در فضاهای محدود به راحتی انجام می شود.
3. فلاکس، به خصوص در صورت استفاده از SAW، به کاهش پاشش و جرقه هایی که اغلب در طول فرآیند جوشکاری ایجاد می شوند، کمک می کند. این یک فضای کاری امن برای اپراتور و افراد اطراف ایجاد می کند.
4. جوشکاری زیر پودری می تواند به طور عمیق به قطعه کار نفوذ کند تا جوش های عمیق و قوی ایجاد کند. حوضچه جوش از عناصر موجود در هوا محافظت می شود که به گرمای تولید شده از قوس الکتریکی کمک می کند تا عمیق تر به داخل قطعه نفوذ کند. به خصوص با FCAW، چگالی جریان در سیم مغزدار فلاکس بالا است که به چگالی قوس بالاتر و توانایی نفوذ عمیق تر به داخل قطعه اجازه می دهد.

معایب جوشکاری زیر پودری چیست؟

جوشکاری زیر پودری بدون عیب نیست. برخی از معایب جوشکاری زیر پودری در زیر لیست شده است:

1. می تواند در طول زمان نسبت به سایر فرآیندهای جوشکاری قوسی گران تر باشد به دلیل نیاز به خرید مداوم مواد فلاکس و الکترودهای روکش دار یا مغزدار فلاکس. تجهیزات جوشکاری از جمله خود دستگاه جوشکاری نیز در مقایسه با سایر فرآیندهای جوشکاری قوسی گران تر است.
2. می تواند زمان بیشتری نسبت به سایر فرآیندهای جوشکاری قوسی طول بکشد زیرا ناحیه اتصال جوش باید قبل از جوشکاری به درستی تمیز و آماده شود و سرباره باید قبل از هر پاس جوشکاری برداشته شود. علاوه بر این، نیاز به آماده سازی فلاکس، چه با پوشاندن قطعات کار و چه با قرقره سیم مغزدار فلاکس، فرآیندهای اضافی را اضافه می کند که در سایر فرآیندهای جوشکاری مانند TIG یا MIG مورد نیاز نیست.
3. می تواند به دلیل الزامات جهت جوشکاری مانند SAW و نیاز به اپراتور بسیار ماهر، در کاربردهای بالقوه خود محدود باشد. SAW را فقط می توان روی یک سطح صاف انجام داد و نمی توان آن را در زاویه انجام داد. علاوه بر این، FCAW و جوشکاری میله ای در مقایسه با فرآیندهایی مانند MIG به سطح نسبتاً بالایی از تخصص برای جوشکاری موفقیت آمیز قطعات نیاز دارند.

تفاوت بین جوشکاری TIG و جوشکاری زیر پودری چیست؟

تفاوت اصلی بین جوشکاری TIG (گاز بی اثر تنگستن) و جوشکاری زیر پودری در این است که جوشکاری TIG از یک گاز محافظ برای محافظت از حوضچه جوش استفاده می کند، در حالی که جوشکاری زیر پودری از یک ماده فلاکس استفاده می کند. تفاوت دیگر این است که در TIG از یک الکترود تنگستن غیر مصرفی استفاده می شود در حالی که در جوشکاری زیر پودری می توان از الکترود مصرفی یا غیر مصرفی استفاده کرد.

تفاوت بین جوشکاری زیر پودری و جوشکاری لیزری چیست؟

تفاوت اصلی بین جوشکاری زیر پودری و جوشکاری لیزری این است که جوشکاری زیر پودری از یک قوس الکتریکی برای گرم کردن قطعه کار استفاده می کند در حالی که جوشکاری لیزری از انرژی الکترومغناطیسی برای گرم کردن قطعه کار استفاده می کند. تفاوت بزرگ دیگر بین این دو این است که جوشکاری زیر پودری در مقایسه با فرآیند جوشکاری لیزری اتوماتیک CNC، فرآیندی کندتر است.

سوالات متداول

خلاصه

این مقاله جوشکاری زیر پودری را معرفی کرد، آن را توضیح داد و انواع مختلف آن و نحوه عملکرد آن را بررسی کرد.این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه الکترونیکی ساخت و تولید ایران به نشانی digimfg.ir منتشر شده است.

منابع

• xometry.com/resources/sheet/what-is-flux-welding
• twi-global.com/technical-knowledge/faqs/flux-cored-arc-welding-fcaw

سلب مسئولیت

محتوای ارائه شده در این صفحه وب صرفا جنبه اطلاع رسانی دارد. DIGIMFG هیچگونه ضمانت یا مسئولیتی، چه به صورت صریح یا ضمنی، در خصوص صحت، کامل بودن یا اعتبار اطلاعات بر عهده نمی گیرد. پارامترهای عملکرد، تلرانس های هندسی، ویژگی‌های طراحی خاص، کیفیت یا نوع مواد، یا فرایندها را نباید نمایانگر آنچه توسط تأمین کنندگان یا تولیدکنندگان شخص ثالث در شبکه DIGIMFG ارائه می‌شود، دانست. خریدارانی که به دنبال دریافت قیمت هستند موظفند تا الزامات فنی ویژه موردنیاز برای قطعات را تعریف کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر، لطفاً به شرایط و ضوابط ما مراجعه کنید.