جوشکاری قوس تحت پوشش گاز محافظ با سیم جوش مصرفی
جوشکاری قوس تحت پوشش گاز محافظ با سیم جوش مصرفی:
GMAW- Gas metal Arc welding
این ابزار اولین بار در سال 1920 به دنیا معرفی شد و از سال 1940 به طور رسمی وارد بازار جوشکاری شد.
در ابتدا از GMAW برای جوشکاری آلومینیوم تحت پوشش گاز محافظ خنثی استفاده می شد و به همین دلیل به آنMETAL INTER GAS یا MIG به معنای جوشکاری تحت پوشش گاز خنثی نیز اطلاق می شود.
پیشرفت های بعدی این فرآیند شامل انتقال فلز به صورت اتصال کوتاه بوده است که در آن به وسیله انرژی حرارتی پایین، امکان کاربرد در شرایط مکانی نامناسب فراهم شود. این فرآیند دارای تجهیزات اتوماتیک است و قابلیت جوشکاری اغلب فلزات را دارا می باشد.
هم اکنون جوش GMAW بیشترین کاربرد را در اروپای غربی، ژاپن و آمریکا دارد.
تحقیقات در زمینه این فرآیند نیز به ابداع روش جوشکاری با نرخ رسوب بالا به نام FCAW شده است.
هم اکنون از سیم های توپودری به صورت گسترده ای استفاده می شود که این فرآیند به نام جوشکاری میگ مگ نیز شناخته شده است.
" تعریف "
در این فرآیند حرارت لازم برای ذوب فلز پایه و الکترود از طریق تشکیل قوس الکتریکی بین آنها تامین می گردد.
الکترود در این فرآیند سیمی است که به صورت دائم و با یک سرعت معین به حوضچه جوش تغذیه می گردد و به عنوان فلز پرکننده مصرف می گردد.
قوس الکتریکی، حوضچه جوش و مناطق حرارت دیده اطراف، توسط یک گاز محافظ یا مخلوطی از گازهایی که از سر مشعل خارج می شود محافظت می شود، گاز محافظ باید به طور کامل فلز جوش را محافظت نماید.
مزایا :
مزیت اصلی این فرآیند نسبت به جوشکاری قوس الکتریکی دستی، سرعت بیشتر و نرخ رسوب بالاتر می باشد که اساسا مربوط به پارامتر های زیر می باشد:
1- تغذیه سیم به طور مداوم است، به طوری که نیاز به توقف جوشکاری جهت تعویض الکترود نمی باشد در صورتی که جوشکاری با الکترود دستی نیاز به توقف برای تعویض الکترود می باشد.
2- در این فرآیند نیاز به بطرف کردن سرباره از سطح جوش نمی باشد به جز FCAW زیرا سرباره ای وجود ندارد، در صورتی که در جوشکاری با الکترود دستی سرباره بایستی از سطح جوش برطرف گردد.
3- استفاده از سیم جوش با قطر کمتر نسبت به الکترود جوشکاری دستی در این فرآیند به شدت جریان بیشتری نیاز است و در نتیجه نرخ رسوب بیشتری انجام می گیرد.
4- در این روش هیدروژن کمتری جذب فلز جوش می شود که برای فولادهای حساس به ترک هیدروژنی امری مهم می باشد.
5- امکان جوشکاری ورق های کمتر از 2 میلیمتر وجود دارد.
6- این فرآیند قابل اتومات شدن می باشد.
7- آموزش جوشکاری در این فرآیند نیاز به زمان کمتری دارد.
8- از این شیوه می توان به راحتی در تمام وضعیت ها استفاده کرد.
9- حوضچه مذاب و قوس الکتریکی به راحتی قابل مشاهده است به دلیل نبودن سرباره.
معایب:
1- تجهیزات جوشکاری در این فرآیند پیچیده تر بوده، قیمت بالاتری داشته و کمتر قابل حمل و نقل می باشد.
2- در این فرآیند مشعل بایستی همواره به سطح قطعه کار نزدیک باشد بنابراین جوشکاری محل هایی که دسترسی به آن مشکل است قابلیت جوشکاری میگ مگ را نسبت به روش الکترود دستی کمتر می نماید.
3- در این فرآیند احتمال ترک در جوشکاری فولادهای قابل سخت شدن وجود دارد چون سرباره ای وجود ندارد تا سرعت سرد شدن را کاهش دهد.
4- در جوشکاری میگ مگ نیاز به محافظت قوس در مقابل جریان باد می باشد زیرا وزش باد باعث پراکنده شدن گاز محافظ از سطح حوضچه جوش و در نتیجه آلودگی فلز جوش می گردد و احتیاج به محیط کارگاهی سرپوشیده و سربسته دارد.
5- در اثر سوختن و بخار شدن ایجاد دود سفیدی می کند که مشکلات تنفسی و عدم رویت کامل عملیات جوشکاری را برای شخص جوشکار بوجود می آورد.
فلزات مورد جوشکاری
فرآیند جوشکاری MIG اولین بار برای جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم و فولاد زنگ نزن به کار گرفته شد این فرآیند می تواند اکثر فلزات و آلیاژها را جوشکاری نماید و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه می باشد به هر حال مناسبت این فرآیند برای بعضی از فلزات بیشتر است و به ندرت اتفاق می افتد که نتوان فلزی را با آن جوشکاری نمود.
با این روش می توان انواع فولادهای کربنی، فولاد کم آلیاژ، فولاد زنگ نزن، آلیاژهای مقاوم به حرارت، آلومینیوم ها و آلیاژهای آن (سری 3000 و 5000 و 6000) مس و آلیاژهای آن و آلیاژهای منیزیم را به آسانی جوشکاری نمود.
ضخامت فلزات
جوشکاری میگ مگ می تواند به طور موفقیت آمیزی برای ضخامت های مختلف مورد استفاده قرار گیرد، ورق هایی به ضخامت 0.5 میلیمتر می تواند به روش میگ مگ جوشکاری شود اگرچه حداکثر ضخامت برای جوشکاری با میگ مگ مشخص نیست، ولی برای جوشکاری قطعات ضخیم تر 12 میلیمتر می توان از سایر فرآیند های جوشکاری نظیر جوشکاری زیر پودری و جوشکاری فلاکس کورد استفاده نمود.
اصول کار:
نحوه جوشکاری میگ مگ به طور قابل ملاحظه ای با جوشکاری قوس الکتریکی دستی متفاوت است.
روکش الکترود و در جوشکاری قوسی با الکترود دستی دارای مواد اکسید زدا، و بعضی عناصر آلیاژی است، که به کیفیت و سالم بودن جوش و خواص مکانیکی آن کمک می کند.
روپوش الکترود علاوه بر ایجاد سرباره که سطح جوش را محافظت می کند در هنگام سوختن گاز محافظی به وجود می آورد که عناصر مضر هوا را از اطراف جوش به کنار می زند در جوشکاری میگ مگ تمام اهداف مشترک بوده اما با یک اختلاف جزیی به دست می آید.
اولا: قوس مطلوب با کنترل نسبی ولت، آمپر با گاز محافظ مصرفی بدست می آید.
دوم: عناصر فلزی که میل ترکیبی بیشتری به عنصر اکسیژن نسبت به فلز آهن دارند، جهت اکسید زدایی، خواص مکانیکی و فیزیکی مطلوب و جوش سالم، به سیم الکترود اضافه می شوند.
تجهیزات مورد نیاز:
منبع نیرو: که ولتاژ مناسب را برای تشکیل قوس و آمپر لازم را برای ذوب فراهم می کند.
سیستم تغذیه سیم: که سیم جوش را با یک سرعت ثابت به حوضچه جوش تغذیه نماید.
سیستم گاز محافظ: عمل محافظت حوضچه جوش را از تاثیر عناصر مضر هوا انجام دهد.
مشعل (تورچ): جریان الکتریکی، گاز محافظ و سیم جوش را به حوضچه جوش برساند.
منبع نیرو:
در جوشکاری میگ مگ از دستگاه های ولتاژ ثابت و تنها از جریان مستقیم با قطبیت معکوس DCRP می توان استفاده نمود، تنها یک استثنا وجود دارد و آن استفاده از قطبیت مستقیم DCSP و در بعضی موارد خاص برای سیم جوش های توپودری FCAW می باشد.
منابع نیرو بایستی قابلیت تنظیم ولتاژ را در محدوده کاری مناسب فراهم نمایند، در بعضی از دستگاه ها توسط پتانسیومتر، به صورت پیوسته تنظیم می گردد..
در هنگام خرید دستگاه بایستی سیکل کاری دستگاه را مورد توجه قرار داد. میزان سیکل کاری را می توان روی یک برچسب فلزی که به دستگاه متصل شده بدست آورد.
سیستم تغذیه سیم
انواع زیادی از سیستم تغذیه سیم وجود دارد. اکثر سیستم های تغذیه سیم از نوع سرعت ثابت هستند یعنی سرعت تغذیه سیم قبل از جوشکاری تنظیم شده و در هنگام جوشکاری ثابت می ماند، در مشعل های دستی تغذیه سیم توسط یک کلید که در مشعل قرار دارد، کنترل می شود.
سیستم های تغذیه سیم با سرعت متغیر نیز وجود داشته که به صورت خیلی محدود به همراه دستگاه های جریان ثابت به کار می رود.
سرعت تغذیه سیم در انواع فشاری – کششی و فشاری کششی وجود دارد نوع تغذیه سیم معمولا به قطر سیم جوش، جنس سیم و طول مشعل بستگی دارد.
سیستم تغذیه سیم به روش فشاری:
اکثر سیستم های تغذیه سیم از نوع فشاری هستند یعنی سیم جوش از قرقره توسط غلطک های کشنده سیم یا با فشار به داخل مشعل رانده می شود.
طول مشعل ها برای سیستم فشاری تا طول 3.5 متر برای سیم جوش های فولادی و تا طول 2 متر برای سیم های آلومینیومی به کار میرود که بستگی به مقاومت و قطر سیم مصرفی دارد.
سیستم تغذیه سیم فشاری می تواند برای سیم جوش های سخت از قطر 0.8 تا 3.2 میلیمتر به کار رود و برای سیم های نرم مثل آلومینیوم از قطر 1.2 تا 2.5 میلیمتر کاربرد دارد.
سیستم های تغذیه سیم فشاری مجهز به یک موتور DC بوده که به یک گیربکس متصل می باشد و خروجی گیربکس به غلطک های کشنده سیم متصل می باشد.
سرعت موتور توسط یک پتانسیومتر که در جلوی سیستم تغذیه سیم وجود دارد تنظیم میگردد.
تعداد غلطک های کشنده سیم در بعضی از سیستم های دو تا و در بعضی دیگر چهار عدد می باشد.
معمولا غلطک پایینی دارای شیار V شکل بوده و غلطک بالایی فاقد شیار می باشد.
اما در بعضی موارد برای هدایت بهتر سیم سطح غلطک بالایی دارای دندانه های ریز می باشد
فشار بر روی غلطک ها باید طوری تنظیم شود که سیم به راحتی و بدون مشکل هدایت نماید. فشار زیاد بر روی غلطک باعث اصطکاک زیاد و ایجاد پلیسه از سیم میکند.
سیستم تغذیه سیم به روش کششی: پول
مشعل هایی که به مکانیزم تغذیه سیم مجهز هستند نیز وجود دارد مشهورترین آن یک موتور حرکتی در دسته مشعل و یک قرقره سیم جوش به قطر 100 میلیمتر بر روی مشعل دارد.
این مشعل بسیار ظریف و کم حجم بوده و می توان به راحتی با آن کار کرد با این نوع سیستم می توان سیم جوش های با قطر 1.2 میلیمتر را به کار برد.
در جایی که وزن رسوب جوش کم می باشد و انجام جوشکاری در یک فضایی محدود انجام میگیرد و همچنین برای جوشکاری ورق های نازک این سیستم به کار می رود.
سیستم تغذیه سیم به روش کششی، فشاری: پوش ، پول
این روش برای سیم های نرم و مشعل های طول بلند مناسب می باشد مشعل به یک موتور و غلطک های تغذیه سیم مجهز بوده و به عنوان یک راهنما برای کنترل سرعت تغذیه سیم به کار می رود، مشعل سیم را از داخل لوله به طور مستقیم می گیرد در انتهای مشعل نیز یک سیستم تغذیه فشاری وجود دارد.
سرعت تغذیه سیم با کشش سیم موتور مشعل تنظیم می گردد سیم های آلومینیومی نرم با قطر کم تا طول 15 متر و یا بیشتر می توانند توسط سیستم سیم کشی- فشاری هدایت گردد. برای کم کردن اصطکاک داخل لوله رابط ممکن است یک آستر پلاستیکی داشته باشد.
انتخاب شیار:
انتخاب شیار در قرقره ها به دو عامل بستگی دارد:
1- جنس سیم فلز پایه
2- اندازه شیارها با توجه به قطر سیم انتخاب می شود یعنی برای سیم جوش 0.8 باید از قرقره 0.8 استفاده کرد.
انواع شیارها
از این شیار جهت سیم جوش های فولادی استفاده می شود.
از این شیارها جهت سیم جوش های آلومینیومی استفاده می شود که دلیل آن برای این است که شکل ظاهری سیم جوش را تغییر ندهد.
بعد از قرقره لاینر وجود دارد که برای سیم جوش فولادی فنری بوده و برای سیم جوش های آلومینیومی پلیمری است که بعد از قرقره ها انتهای تورچ وجود دارد.
مشعل جوشکاری میگ مگ
انبر های جوشکاری GMAW معمولا تورچ نامیده می شوند این مشعل ها شبیه مشعل جوشکاری تیگ بوده ولی کمی پیچیده تر می باشند.
سیم جوش از وسط مشعل عبور نموده و سرعت آن از قبل تنظیم شده است عمل انتقال جریان الکتریکی به سیم جوش در لحظه خروج سیم از مشعل صورت گرفته و گاز محافظ نیز از سر مشعل خارج می شود.
از نظر سیستم خنک کننده مشعل ها به دو نوع آب خنک و هوا خنک تقسیم می گردند برای آمپر های کمتر از 200 و کار های غیر مداوم از مشعل هوا خنک که سبک تر و ارزان تر هستند استفاده می شود و برای آمپر های بالا و کار های مداوم از مشعل آب خنک استفاده می شود.
مشعلی که با آب خنک می شود شبیه به مشعل هوا خنک بوده با این تفاوت که در مشعل آب خنک مسیری برای گردش آب در اطراف لوله اتصال و نازل تماس وجود دارد
در مشعل های آب خنک چسبیدن جرقه به نازل گاز کمتر است. انتخاب مشعل های آب خنک و هوا خنک به نوع گاز محافظ، جریان، ولتاژ جوشکاری، طرح اتصال و کار مورد نظر بستگی دارد.
قوس هایی که با گاز CO2 محافظت می شوند کمترین مقدار حرارت را به مشعل انتقال می دهند. قوس هایی که با گاز آرگون، اکسیژن، آرگون-هلیم،آرگون-دی اکسید کربن محافظت می شوند حرارت بیشتری را به مشعل منتقل می نمایند.
به هر حال نوع اتصال تاثیر بیشتری بر مقدار حرارت منتقل شده به مشعل دارد.
در جوشکاری اتصالات T شکل به مراتب حرارت بیشتری به مشعل منتقل می شود در اتصالات لب به لب، لب رویهم و لبه ای حرارت در جهات مختلف منتشر شده و حرارت کمتری به مشعل می رسد.
چون گاز دی اکسید کربن باعث می شود که مشعل در درجه های حرارتی پایین تری نسبت به گاز آرگون کار کند با گاز دی اکسید کربن در مشعل های هوا خنک می توان با آمپر بالاتری کار کرد.
قطعات مختلف مشعل:
1- نازل گاز (شعله پوش) جنس نازل گاز از مس یا آلیاژ مس بریلیم بوده و قطر داخلی آن معمولا 22-10 میلیمتر می باشد که بستگی به میزان آمپر، فلز مورد جوشکاری و حجم گاز خروجی دارد وظیفه نازل گاز رساندن گار محافظ به حوضچه مذاب به صورت یک هاله یکنواخت می باشد.در هنگام جوشکاری بعد از مدتی کار کردن جرقه ها چسبیده شده به داخل شعله پوش را تمیز نموده و سطح داخل نازل را با اسپرهای ضد جرقه مخصوص خیس نماییید برای تمیز کردن نازل از وارد کردن ضربه به آن خودداری نمایید.
2- نازل تماسی:
وظیفه نازل تماس جریان الکتریکی به سیم جوش در لحظه خروج آن از مشعل می باشد، جنس نازل از آلیاژهای سخت مس می باشد که در اثر اصطکاک موجود سریعا قطر داخلی آن گشاد نگردد. نازل های تماس دارای سوراخی در وسط برای خروج سیم می باشد.
اندازه سوراخ نازل بسیار مهم بوده و بستگی به قطر سیم و نوع گاز مصرفی دارد که قطر سوراخ نازل بر روی بدنه آن حک شده است.
نازل مسی بعد از چندین ساعت کار نیاز به تعویض دارد.
گازهایی که مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:
1- گازهای خنثی نظیر آرگون، هلیم و گاز های فعال نظیردی اکسید کربن
2- گاز اکسیژن: هیدروژن و نیتروژن و در موارد خاص با درصد بسیار کم با گاز آرگون یا به مخلوط آرگون و هلیم اضافه می شود.
گاز دی اکسید کربن CO2
دی اکسید کربن CO2 همچنان که مشخص است گاز فعال است. این گاز به محض تماس با درجه حرارت قوس حدود 600 درجه سانتی گراد در بالای ستون قوس تجزیه شده و به ملکولهای بسیار داغ اکسیژن و مونوکسید کربن تجزیه میگردد، ترکیب مجدد این ملکولها در بخش پایینی ستون قوس موجب آزاد شدن نیرویی به سمت بالا قوس میگردد.
این همان نیرویی است که موجب ایجاد اغتشاش در ستون قوس و در نتیجه ایجاد ترشح، قوس ناپایدار و قطع و وصل شدن قوس در حین جوشکاری است.
در حین انتقال قطرات مذّاب ، ملکول اکسیژن که دارای حرارت بسیار زیادیست موجب ایجاد نفوذ زیاد میگردد.
به علاوه توصیه شده است که به علت قابلیت اکسید کنندگی بالای این گاز در هنگام جوشکاری فولادها با فرآیند MAG از سیم جوش هایی استفاده گردد که دارای درصد بالایی از منگنز یا سیلیکون هستند و یا قابلیت احیا کنندگی بسیار دارند.
سه حالت انتقال مذاب عبارتند از:
1- انتقال مذاب به صورت اتصال کوتاه: در روش میگ مگ
2- انتقال گلوله ای: در روش میگ مگ
3- انتقال اسپری: در روش میگ
نحوه انتقال مذاب توسط عوامل زیر تحت تاثیر قرار می گیرد:
1- جریان جوشکاری 2- ولتاژ 3- جنس سیم جوش 4- گاز محافظ
5- قطر سیم جوش 6- میزان سیم بیرونی از سر نازل STICK OUT
انتقال مذاب به صورت اتصال کوتاه: 10 قطره در ثانیه
انتقال مذاب به روش اتصال کوتاه برای جوشکاری ورق های نازک کاربرد فراوان دارد، علت این امر حرارت ورودی کم به قطعه کار در اثر استفاده از ولتاژ و آمپر پایین در این روش می باشد با این روش انتقال مذاب می توان در همه حالات جوشکاری نمود در جوشکاری قطعات ضخیم با انتقال اتصال کوتاه امکان عدم ذوب دیواره اتصال وجود دارد. در این روش به محض برقراری قوس الکتریکی سیم جوش ذوب شده و تشکیل قطره ای کوچک را می دهد.
در ادامه قطره کمی بزرگتر شده و همراه با حرکت سیم جوش این قطره با سطح حوضچه جوش تماس پیدا کرده و مجددا قوس برقرار شده و این عمل تکرار می شود این نوع اتصال مذاب، با همه نوع گاز محافظ قابل اجرا می باشد در انجام اتصال کوتاه آمپر سریعا افزایش یافته و ولتاژ کاهش می یابد که می تواند باعث داغ شدن بیش از حد قطره مذاب و انفجار و پاشش مذاب به صورت جرقه به اطراف شود.
انتقال گلوله ای: 100 قطره در ثانیه
انتقال گلوله ای با شدت جریان بیشتر و ولتاژ بیشتر صورت می گردد و با تشکیل یک قطره نسبتا بزرگ مذاب در نوک سیم مشخص می گردد این قطره در اثر نیروی جاذبه زمین به داخل حوضچه جوش سقوط می نماید، این نوع اتصال با همه نوع گاز محافظ قابل اجراست و در صورت جوشکاری در حالت های غیر از تخت باعث ریزش مذاب به سمت پایین می شود.
شکل پروفیل جوش در این حالت نامنظم بوده و از نفوذ کمی برخوردار می باشد و محدوده آن بین اتصال کوتاه و انتقال اسپری می باشد.
انتقال گلوله ای با گاز محافظ CO2 باعث سوختن اکثر عناصر آلیاژی سیم جوش می گردد و استحکام جوش را پایین می آورد.
انتقال اسپری : بین 100 تا 300 قطره در ثانیه.
در این روش قطرات مذاب تشکیل شده در انتهای سیم جوش در اثر نیرو های محوری به صورت فلزات بسیار ریز درون اتصال کوتاه و پاشش جرقه و با صدای نرم به سمت حوضچه جوش در حرکت می باشند اندازه قطرات در این حالت بسیار کمتر از قطر سیم بوده و قوس اسپری در ولتاژهای بالا و شدت جریان هایی زیاد با گاز محافظی که بالای 85% آن گاز آرگون باشد قابل انجام می باشد این نوع انتقال با گاز محافظ CO2 و هلیم قابل انجام نمی باشد. در این حالت حرارت بسیار زیادی تولید می شود نرخ رسوب جوش بسیار بالا بوده و برای قطعات ضخیم کاربرد دارد و باعث ذوب مناسب دیواره اتصال می باشد.
این نوع انتقال در ولتاژهای بین 40-32 ولت و جریان بالای 250 آمپر قابل دسترسی می باشد تعداد قطرات در ثانیه بین 100 تا 300 قطره می باشد.
تولید و پخش سیم جوش و تورچ جوشکاری
09128952535
کارخانه سیم زیرپودری،کارخانه الکترود جوشکاری،کارخانه سیم جوش،کارخانه تورچ جوشکاری