جوشکاری با قوس الکتریکی همان نوع از جوشکاری است که در بین مردم به “جوشکاری” معروف شده است. در واقع این نوع از جوش به حدی مرسوم است که شاید کمتر کسی از کلمه قوس الکتریکی برای آن استفاده کند. رایج شدن جوشکاری قوس الکتریکی طوری بوده است که صرفا آن را جوشکاری نامیده و انواع دیگر جوشکاری را با نام کاملشان صدا می‌زنند. در ادامه به تعریف قوس الکتریکی در جوشکاری و انواع قوس الکتریکی خواهیم پرداخت.
فهرست مطالب
قوس الکتریکی در جوشکاری چیست؟
به حالتی از تخلیه الکتریکی که در هوا یا در محیط‌های نارسانا انجام میشود، قوس الکتریکی (به انگلیسی electric arc) می‌گویند. به عبارت دیگر منتقل شدن جریان الکتریکی بین دو رسانا توسط هوا را قوس الکتریکی می‌نامند.
کشف قوس الکتریکی در سال 1802 میلادی توسط دانشمندی روسی به نام واسیلی ولادیمیروویچ پتروف اتفاق افتاد. این کشف فوق العاده به این صورت بود که وی با اتصال دو تکه زغال چوب به قطب‌های یک باتری بزرگ و تماس آن دو با هم، شعله روشنی به رنگ سفید مشاهده کرد. سال‌ها بعد و در سال 1895 میلادی هرتا مارکس آیرتون این اتفاق را به دلیل تماس اکسیژن با میله‌های کربن دانست و شعله سفید را حرارت قوس الکتریکی عنوان کرد. در واقع هرتا کلمه قوس الکتریکی را روی این عملیات گذاشت و سپس به این سوال که قوس الکتریکی چگونه به وجود می‌آید، پاسخ داد.
امروزه با پیشرفت ابزار و تکنولوژی، برای ساخت قوس الکتریکی از ماده‌ای به نام الکترود استفاده می‌کنند. الکترودها به طور معمول دمایی در حدود 4000 درجه سانتی‌گراد ایجاد می‌کنند که باعث تشکیل قوس الکتریکی و ذوب فلزات میشود.
جوش قوس الکتریکی چیست و چگونه انجام میشود؟
جوشکاری قوس الکتریکی نوعی از جوشکاری برای متصل کردن فلزها است که در آن توسط الکتریسیته گرمای کافی جهت ذوب فلز ایجاد شده و با سرد شدن آنها فلزات به هم متصل می‌شوند. به عبارت بهتر در این نوع جوشکاری توسط ترانس قوس الکتریکی بین الکترود و فلز مورد نظر قوس الکتریکی ایجاد شده و اتصال را ایجاد میکند. پس اگر بخواهیم بدانیم قوس الکتریکی در جوشکاری چیست کافی است به شعله سفید رنگ میان الکترود و سطح فلز نگاه کنیم.
نحوه دقیق این نوع از جوشکاری این گونه است که یک سیم اتصال از ترانس به بدنه‌ی کار وصل شده و با اتصال و جدا کردن الکترود از فلز، جوش قوس الکتریکی رخ می‌دهد. همچنین توسط ترانس می‌توانید شدت قوس الکتریکی را تعیین کرده و با کم و زیاد کردن آمپر به تنظیم قوس الکتریکی بپردازید.
در صورتی که شدت قوس بیش از اندازه زیاد شود به جای جوش، عملیات برش با قوس الکتریکی اتفاق می‌افتد. برشکاری با قوس الکتریکی در زمان‌هایی که جوش اشتباهی زده شده باشد انجام میشود. پس اگر بخواهیم کاربرد قوس الکتریکی را بیان کنیم نباید برشکاری را فراموش کرده و فقط به جوشکاری بپردازیم. اما از قوس الکتریکی به جز جوشکاری و برشکاری برای ذوب کردن هم استفاده میشود که به آن کوره قوس الکتریکی گفته میشود.
کوره قوس الکتریکی چیست؟
به کوره‌هایی که برای تهیه فولاد ذوب شده به ویژه فولادهای ساده کربنی کاربرد دارد، کوره قوس الکتریکی می‌گویند. کوره قوس الکتریکی به انگلیسی Electric Arc Furnace نام دارد که به اختصار آن را EAF نیز می‌نامند.
کوره با قوس الکتریکی انرژی الکتریکی را به انرژی حرارتی تبدیل کرده و گرمای لازم برای ذوب را فراهم میکند.
کوره قوس الکتریکی چگونه کار میکند؟
حوضچه‌ای را با قراضه‌های آهن پر کرده و موادی مانند سنگ آهن و کک را برای کمک به جریان سرباره به آن اضافه می‌کنیم. پس از آن آهک و فلوئورین را به عنوان سرباره کوره به آن اضافه کرده و با نصب الکترود‌هایی بالای کوره عملیات تولید فولاد را آغاز می‌کنیم.
این عملیات به این ترتیب است که جریان با عبور از الکترودها و ورود به بار کوره و ایجاد حرارت بسیار بالا، عملیات ذوب را انجام می‌دهد. طول قوس الکتریکی ایجاد شده به طول الکترود وابسته است. بنابراین می‌توان برای افزایش طول الکترود طول قوس را کاهش یا افزایش داد و از این طریق حرارت لازم را تامین نمود.
انواع قوس الکتریکی
جوشکاری قوس الکتریکی از نظر روش جوشکاری و الکترود مصرفی به انواعی تقسیم میشود که در جدول زیر مشخص شده‌اند:
| روش جوشکاری | مصرف الکترود |
| جوشکاری TIG – جوش قوس پلاسما | نوع الکترود غیر مصرفی (غیر‌قابل ذوب) |
| جوشکاری SMAW – جوش MAG – جوشکاری MIG | نوع الکترود مصرفی (گداز پذیر) |
در ادامه به شرح انواع جوش های قوس الکتریکی خواهیم پرداخت:
جوش قوس الکتریکی با الکترود روکش دار (جوشکاری SMAW)
جوش قوس الکتریکی smaw یکی از پر کاربردترین روش‌های تولید قطعات است. این نوع از جوشکاری معمولا دستی انجام شده و برای بخش‌هایی از سازه که قابلیت دسترسی دارند کاملا مناسب است. به همین دلیل به این روش جوشکاری قوس الکتریکی دستی نیز می‌گویند. این نوع از جوشکاری برای ضخامت‌های بیشتر از 2 میلی‌متر کاربرد داشته و به نسبت ارزان‌تر است. در این نوع جوش بین الکترود و سطح کار، حرارت بالایی ایجاد شده و فلز را ذوب میکند تا پس از سرد شدن جوش اتفاق بیفتد.
جوش قوس الکتریکی با پودر مغزی (جوشکاری SAW)
این نوع از جوشکاری به سه شکل خودکار، نیمه خودکار و ماشینی انجام میشود. جوشکاری SAW شامل تشکیل یک قوس بین یک الکترود یا یک سیم مصرفی که دائماً تغذیه میشود و قطعه کار است. این فرآیند پوششی یک شار قابل ذوب ایجاد میکند که حاصل آن تولید یک گاز محافظ برای محافظت از سطح کار است. این پوشش حین ذوب شدن، رسانا شده و یک جریان الکتریکی میان الکترود و قطعه کار ایجاد میکند. این شار الکتریکی ایجاد شده فوق العاده مفید است زیرا از پاشش قوس الکتریکی و جرقه جلوگیری میکند و در عین حال بخار و اشعه ماوراء بنفش را خاموش میکند.
جوش قوس الکتریکی با گاز محافظ (جوشکاری MIG یا MAG)
این فرآیند یک قوس الکتریکی جریان مستقیم (DC) را بین الکترود مصرفی بدون پوشش و قطعه کار تشکیل می‌دهد که آنها را با هم ذوب کرده و پس از سرد شدن باعث اتصال آنها می شود. در روش جوش قوس الکتریکی تحت حفاظت گاز، گاز محافظ که وظیفه محافظت از قوس را دارد، از طریق مشعل جوش تغذیه میشود. جوشکاری MIG به استفاده از گاز‌های خنثی مثل هلیوم یا آرگون به عنوان گاز محافظ اشاره دارد، در حالی که در روش جوشکاری MAG از گاز فعال فلزی استفاده میشود. این فرآیند در ابتدا برای فلزات غیرآهنی مانند آلومینیوم توسعه یافت اما بعدها بیشتر برای جوشکاری فلزها از جمله ورق‌های نازک استفاده شد. از مزایای این فرآیند می‌توان به اقتصادی بودن یا هزینه تولید پایین و سریع بودن یا سرعت تولید بالا اشاره کرد.
جوش قوسی با هسته شار
این روش، فرآیندی مشابه با جوشکاری MIG دارد. اما در آن به جای گاز محافظ از الکترود توخالی پر از شار استفاده می‌کنند. با این حال، شارهای غیر قابل انتشار ممکن است به گاز محافظ نیاز داشته باشند. دو نوع جوش قوسی با هسته شار وجود دارد که در ادامه به آنها می‌پردازیم:
- خودمحافظ: برای محافظت از فلز مذاب در برابر اتمسفر به محافظت گازی از طریق الکترود هسته شار و سیستم سرباره متکی است.
- محافظ گاز: از گاز محافظ خارجی و سیستم سرباره برای محافظت از قوس در برابر اکسیداسیون استفاده میکند.
این روش برای اتصالات ضخیم‌تر به دلیل نفوذ جوش قوی و وجود منبع تغذیه جوش با ولتاژ ثابت، ایده آل است. کاربردهای متداول این نوع جوشکاری شامل کارخانه‌های تولید، ساخت پل، تعمیر تجهیزات سنگین، لوله‌کشی صنعتی و راه‌آهن است. این روش شامل مشعل انعطاف پذیر و دارای حرکت و جهت گیری است که کار را برای کاربران آسان‌تر میکند. با این حال در این روش معمولاً جوش ایجاد شده از نظر بصری خوشایند نبوده به دلیل نیاز به تجهیزات گران قیمت، نسبت به روش‌های دیگر گران‌تر است.
جوشکاری با الکترود تنگستن (جوشکاری TIG)
به این فرآیند، جوشکاری قوسی تنگستن گازی (GTAW) نیز گفته میشود. در روش TIG از یک الکترود تنگستن غیر مصرفی برای تولید قوس الکتریکی استفاده می‌کنند. قوس الکتریکی همچنین به عنوان یک محافظ گاز عمل میکند تا از جوش در برابر هوا که می‌تواند باعث اکسیداسیون شود محافظت کند. این روش یک روش مطلوب برای جوشکاری آلومینیوم است.
جوشکاری قوس پلاسما
در این نوع جوشکاری از گازها و الکترودهای یونیزه شده برای تشکیل پلاسمای داغ استفاده میشود. این روش شبیه به جوشکاری TIG است، با این تفاوت که قوس پلاسما به دلیل قرار گرفتن الکترود در بدنه مشعل جوش، از پوشش گاز محافظ جدا است. جوشکاری قوس پلاسما برای جوش‌های باریک و عمیق بسیار ایده‌آل بوده و دقت بسیار بالایی دارد.
جوشکاری قوس کربن
در این روش یک قوس الکتریکی، بین الکترود کربن غیر مصرفی و قطعه کار تشکیل شده و فلزات را به هم متصل میکند. این روش اولین نوع جوشکاری قوس الکتریکی بوده و قبلاً مورد استفاده قرار می‌گرفت اما امروزه استفاده از آن به دلیل افزایش ایمنی و راحتی تکنیک‌های مدرن کاهش یافته است.
جوشکاری هیدروژن اتمی
در این روش یک قوس الکتریکی بین دو الکترود تنگستن که گاز محافظ آن هیدروژن است تولید میشود. این قوس از میان گاز هیدروژن عبور کرده و باعث تبدیل شدن آن به هیدروژن اتمی میشود. در این روش برای کنترل جریان گاز هیدروژن و دمای قوس الکتریکی در جوشکاری به یک جوشکار ماهر نیاز است. این روش سرعت بالایی دارد، اما به دلیل گران بودن به ندرت استفاده میشود. به همین دلیل معمولاً جوشکاری MIG به این روش ترجیح داده میشود.
جمع‌بندی
جوش قوس الکتریکی یکی از رایج‌ترین انواع فرآیندهای جوشکاری است که امروزه به دلیل سهولت استفاده از آن استفاده میشود. از خطوط تولید خودرو گرفته تا جوشکاری زیر آب. جوشکارهای قوس الکتریکی از طریق برقی که از قوس الکترود عبور میکند، به سرعت و به آسانی پیوندی قوی بین دو قطعه فلز ایجاد می‌کنند. اما به دلیل خطرات ناشی از نور و گرمای حاصل از جوش، حین جوشکاری قوس الکتریکی باید ابتدا ایمنی را به خاطر بسپارند. بنابراین حین جوشکاری همیشه از عینک محافظ و گارد صورت، دستکش، لباس آستین بلند، کفش‌های پنجه بسته و غیره استفاده کنید تا خطرات ناشی از جوشکاری را کاهش دهید.
پرسش و پاسخ
مزایای جوش قوس الکتریکی چیست و چرا باید از این نوع جوشکاری استفاده کنیم؟
کمهزینه بودن، امکان استفاده روی فلزات کثیف و امکان کار در همهی محیطها از جمله مزایای این نوع جوشکاری میباشند.
معایب جوش قوس الکتریکی چیست؟
در عین این که هزینه برای این نوع از جوشکاری مزیت محسوب میشود یکی از معایب آن نیز میباشد. چرا که این نوع جوشکاری ضایعات زیادی ایجاد میکند. به مهارت و آموزش بالایی نیاز دارد و جوشکاری قوس الکتریکی روی برخی از فلزات نازک به خوبی کار نمیکند.