مقاله:
جوشکاری و برشکاری
فهرست:
جوشکاری (Welding)
تعریف جوشکاری
جوش ذوبی
جوشکاری با قوس الکتریکی
جوشکاری با مقاومت الکتریکی
جوشکاری با شعله گاز
جوش فشاری
جوش ترمیت
لحیم کاری در جوشکاری
لحیم سخت
لحیم نرم
چسبانیدن قطعات
انواع چسبها
بررسی جوشکاری GMAW آلومینیوم بر روی ورقه آلومینیوم در مقایسه با نمونه فولاد ساده کربنی
جوشکاری ترمیت
مقدمه ای بر گرمای ورودی در جوشکاری
تراشکاری و آشنایی با دستگاههای تراش
تاریخچه ماشین تراش
جوشکاری فلزات رنگین(فلزات غیر آهنی) با گاز استیلن یا کاربیت
اصول کار و انواع لیزرهای مورد استفاده در جوشکاری
ورود دو دستگاه پیشرفته جوشکاری
جوشکاری و قوانین آن
تقسیم بندی انواع جوشکاری
بررسی مزایا و معایب جوشکاری مرطوب
بررسی مزایا و معایب جوشکاری خشک
منبع
منابع:
www.joshkaranesanat.com
www.mechanikiran.com
جوشکاری (Welding)
جوشکاری عبارت است از اتصال دو قطعه فلزی یا غیر فلزی به یکدیگر در اثر عوامل خارجی مثل حرارت و فشار که امروزه به صورت یک علم پیشرفته و موثر در خدمت صنایع در آمده در روزگار پیشین یک هنر به حساب می آمد تاریخ نویسان نخستین روش های اتصال را در شرق به چینی ها و در غرب به رومی ها باستان نسبت می دهند . چینی ها در سه هزار سال پیش از میلاد دانش اتصال برخی فلزات وغیر فلزات را آموخته بودند و رومی ها از لحیم های بهره می بردند که امروزه با اندک تغییری در صنایع جدید به کار می رود.
تعریف جوشکاری
اگر دو قطعه فلز همجنس و همنام را با استفاده از واسطه ای از جنس خودشان یا بدون واسطه(الکترود مصرف شدنی یا مصرف نشدنی) با روش ذوب و روش فشاری یا بدون استفاده از فشار به یکدیگر اتصال دهیم این عمل را جوشکاری می گوییم.
جوشکاری اتصالی است که محل اتصال را از قسمتهای دیگر قطعات جوش شده نتوان مجزا نمود و خواص جوش ایجاد شده با فلزات پایه یکسان یا حداقل نزدیک به هم باشند.روشها از نظر انرژی مصرفی در جوشکاری 1-انرژی الکتریکی-2-انرژی شیمیایی 3-انرژی مکانیکی 4-انرژی تشعشعی
جوش ذوبی
جوش ذوبی جوشی است که با استفاده از درجه حرارت بالا جهت ذوب لبه های قطعات اتصال دهنده و فلز واسطه و بدون واسطه دو قطعه را به یکدیگر اتصال دهیم ومحل درز جوش به هم متصل شوند.
انواع جوش ذوبی عبارتند از جوشکاری با قوس الکتریکی و الکترود فلزی(واسطه اتصال) – جوشکاری با قوس الکتریکی و حفاظت با گازمحافظ و پودر محافظ-جوشکاری با شعله گاز
جوشکاری با قوس الکتریکی
در این روش از جوشکاری حرارت لازم جوشکاری ازطریق تشکیل قوس الکتریکی(تخلیه بارالکتریکی بین دو قطب مثبت و منفی و یونیزه شدن گاز موجود در منطقه قوس) که بین دو قطب صورت می گیرد تامین می گردد و درجه حرارت بالا باعث ذوب شدن الکترود فلزی و لبه های قطعه کار شده و پس از سرد شدن قطعه کار, اتصال با قوس الکتریکی ایجاد می شود جریان الکترسیته از برق شهر تامین شده و پس از تقویت توسط منبع قدرت (دستگاه جوشکاری) و کاهش ولتاژ و افزایش جریان متناسب با قطر الکترود تامین می گردد.
جوشکاری با مقاومت الکتریکی
در جوشکاری با مقاومت الکتریکی حرارت مورد نیاز جهت اتصال دو قطعه از طریق مقاومت الکتریکی تامین می گردد که در این روش با قرار دادن دو قطعه ما بین دو الکترود مسی و سپس عبور دادن جریان الکتریسته در محل تماس الکترودها و ورقها حرارت ایجاد شده و هنگامی که دو قطعه ورق در محل تماس به صورت نرم و خمیری شدند با استفاده از نیروی فشاری توسط الکترودها قسمت خمیری شده را به یکدیگر اتصال می دهند.
جوشکاری با شعله گاز
جوشکاری با شعله گازاتصال دو قطعه فلزی با استفاده از شعله گاز سوختنی اکسی استیلن است که گاز استیلن و اکسیژن ایجاد حرارت جهت ذوب فلزواسطه ویا لبه های قطعه کار ویا بدون واسطه و ذوب لبه های اضافی قطعه کار را می نمایند در این روش از اکسیژن جهت دمیدن و افزایش درجه حرارت و مشعل جوشکاری برای اتصال فلزات فولاد و چدن و آلیاژهای آلومینیوم و آلیاژهای مس استفاده می شود.
جوش فشاری
جوش فشاری جوشی است که در آن با استفاده از مقاومت الکتریکی مقاطع فلزاتی که قرار است به یکدیگر متصل شوند را گرم نموده و سپس با استفاده ازفشردن محلهای اتصال, جوشکاری فشاری انجام می شود مانند نقطه جوش که ورقها بین دو الکترود مسی قرار گرفته وبا استفاده از حرارت مقاومتها و خمیری شده ورقها با فشار به یکدیگر اتصال داده می شوند.و جوش اصطکاکی که از تبدیل انرژی جنبشی به اصطکاکی حرارت ایجاد شده و با فشردن دو قطعه به یکدیگر متصل می شوند و نیز آهنگری و جوش القایی که از القای الکتریسته انرژی لازم برای گرم کردن ایجاد شده و با استفاده از فشار قطعات به یکدیگر متصل می شوند.
جوش ترمیت
جوشکاری ترمیت عبارتست از اتصال دو قطعه با استفاده از حرارت فعل و انفعالات شیمیایی بین دو پودر فلزی که از تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی حرارتی برای تامین گرمای لازم جوشکاری استفاده می شود. مانند جوشکاری فولاد معمولی با استفاده از پودر اکسید آهن و پودر آلومینیوم. برای مثال جوشکاری و اتصال ریلهای راه آهن با استفاده از این نوع جوشکاری انجام می شود.
Fe2o3+2Al→Al2o3+2Fe+18500cal وظیفه آلومینیم احیاء کردن اکسید آهن وسوختن پودرها و ذوب شدن آنها در مخزن توسط جرقه ایجاد شده در آن و وظیفه اکسید آلومینیوم ایجاد شدن حفاظت سطح جوش است.
لحیم کاری در جوشکاری
لحیم کاری عبارتست از اتصال حرارتی دو قطعه فلز همنام و یا غیر همنام با استفاده از واسطه ای از جنس دیگر مانند اتصال فولاد به الماس با سیم برنج که لحیم کاری برنج و یا اتصال مس با آلومینیوم با سیم نقره که لحیم کاری نقره است.
لحیم کاری سخت-لحیم کاری نرم
لحیم کاری سخت
اگر در لحیم کاری نقطه ذوب فلز واسطه یا ماده پر کننده درز بالای 450 درجه سانتیگراد و پایین تر از دمای ذوب فلزات پایه که به یکدیگر متصل می شوند, باشد در اینصورت لحیم کاری را لحیم کاری سخت می نامند که در اینصورت ترکیب فلزات پایه با ماده پر کننده تفاوت دارد.
لحیم کاری نرم
اگر در لحیم کاری نقطه ذوب فلز واسطه یا ماده پر کننده درز جوش کمتر از 450 درجه سانتیگراد باشد در اینصورت لحیم کاری را لحیم کاری نرم می گویند که معمولا در مصر قدیم برای اتصال قطعات زرگری و زیور آلات استفاده می شده است و روش اتصال بدین شرح است که پس از اینکه درجه حرارت قطعه کارتوسط هویه مسی یا چراغهای پریموس یا گاز به حد معینی برسد فلزواسطه یا پر کننده که از جنس آلیاژ قلع و سرب است را با سطح قطعه کار تماس داده و سیم لحیم را ذوب کرده و در محل اتصال سیلان می دهند تا لحیم مذاب به صورت لایه نازکی در فضای خالی قطعات نفوذ کرده و اتصال برقرار شود.
11-چسبانیدن قطعات
اتصال دادن اجسام و قطعات کار به وسیله چسب را چسبانیدن می نامند که با توجه به پیشرفت و مطمئن بودن آن در زمینه های مختلفی حتی در صنایع حساس نظیر اتومبیل و هواپیما نیز کاربرد دارد و در اتصالات چسبی چسب به گونه ای استفاده می شود که قطعات اتصال شده نیروهای کششی و برشی را تا حد امکان تحمل نمایند و اتصال جدا نشود.کاربرد چسبها در اجرا به صورتهای سطح پیوسته(سطوح اتصال بزرگ و هم اندازه و هم شکل) و هسته به سطح (یکی از سطوح در مقایسه با سطح دیگر بسیار کوچکترمانند اتصالات لانه زنبوری یا سطوح موج دار یک ورقه) می باشد.
انواع چسبها
1-چسبهای رزین اپوکسی:متداولترین-قدیمی ترین-متنوع ترینچسب بوده و قوی و استحکام برشی و کششی خوب و تحمل دمای های بالا را دارد.
2-چسبهای آکریلیک:استحکام و سختی و خواص عمومی خوب-چسباندن پلاستیک و فلزات و سرامیک و مواد مرکب و در دمای اتاق سخت می شوند.
3-چسبهای سرامیکی:برای چسباندن قطعات در دمای بالاتر از 290 درجه سانتیگراد-از لعاب چینی و اکسید آهن و گرد فولاد ضد زنگ ساخته ی شود.
4-چسبهای اورتان:در دمای زیر 65 درجه سانتیگراد کاربرد دارد و استحکام کششی خوبی دارد و پس از دو دقیقه قطعات را می چسباند و تا استحکام کامل باید 24 ساعت در دمای معمولی اتاق بماند.
5-چسبهای کائوچو:از محلولهای ساده کائوچو در حلال شیمیایی ساخته می شود و با نامهای نئوپرن برای چسباندن لاستیک و استیرن بوتادین برای چسباندن چرمها کاربرد دارد.
6-چسبهای سریشم:از محلول ژلاتین حیوانی (پوست و استخوان)ساخته شده و به صورت پودر خشک است.
روشهای عمل آوری:
1-بدون هوا 2-با گرم کردن 3-با تبخیر حلال 4-با اثر متقابل(مخلوط کردن چند ماده) 5-با واکنش سطحی 6-مواد حساس به نور فرابنفش
بررسی جوشکاری GMAW آلومینیوم بر روی ورقه آلومینیوم در مقایسه با نمونه فولاد ساده کربنی
دراین پروژه به جوشکاری آلومینیم و فولاد توسط روش GMAW توسط فلز پرکننده آلومینیم پرداخته شده است. مطالعه فیزیک جوش، ظاهر گرده جوش و خاصیت خیس شوندگی قطعه جوشکاری شده و مقایسه نمونه های فولادی و آلومینیومی جوشکاری شده بخش اصلی آزمایش می باشد.
جوشکاری ترمیت ( Thermit Welding )
جوشکاری ترمیت به مجموعه فرآیندهایی گفته می شود که در آن جوش ازفلز مذابی که توسط یک کنش شیمیایی بشدت گرمازا بوجود آمده است ، تشکیل می شود. این نوع جوشکاری بیشتر شبیه به ریخته گری بوده و دور دو قطعه ای که باید به هم جوش داده شوند یک قالب قرار دارد که فلز مذاب ناشی از این واکنش شیمیایی به این قالب هدایت شده و پس از سرد شدن فلز مذاب داخل قالب جوش شکل می گیرد.
مقدمه ای بر گرمای ورودی در جوشکاری
در جوشکاری قوسی با تشکیل قوس الکتریکی انرژی از الکترود به فلز پایه انتقال می یابد. گرمای ورودی یا heat input مقدار انرژی انتقال یافته در واحد طول جوش است. این فاکتور در جوشکاری بسیار مهم است. زیرا که همانند عواملی چون پیش گرم یا بین پاسی بر نرخ سردایش منطقه جوش بعد از اتمام جوش و در نتیجه بر خواص مکانیکی و متالورژیکی آن تاثیر به سزایی دارد.
دستگاه تراش مورد نظر در این جزوه دارای کامپیوتر فیلیپس بوده که یکی از بهترینها؛ و کاملترین کنترلرها ی ماشینهای ابزار می باشد و تقریبا روش برنامه نویسی با سایر کنترلرهای ماشینهای ابزار زیر مجموعه ای از روش برنامه نویسی با این کنترلر می باشند؛ به همین دلیل کلیه افرادی که آشنایی کامل به این کنترلر دارند؛ قادر به
برنامه نویسی با سایر کنترلر ها نیز خواهند بود.
تراشکاری و آشنایی با دستگاههای تراش
دستگاه تراش یکی از ماشین های ابزار است و برای تراشیدن قطعات دوار استفاده می شود.
تاریخچه ماشین تراش
ماشین های تراش که ابتدایی ترین نوع ماشینهای افزار بشمار می روند، تاریخچه آن بین قرن 17 و 18 شروع شده که در ابتدا معمولی ترین و یا قدیمی ترین روش تراش، تراشیدن چوب بوسیله درخت بوده است. بدین معنی که دو سر چوب را بین دو درخت قرار داده و یک طناب به شاخه درخت بسته و آنرا حول چوب مورد نظر پیچیده و طرف دیگر طناب را شخص دیگری گرفته و با دست طناب را به حرکت در می آورد شخص دومی که در طرف مقابل قرار گرفته با رنده چوب را می تراشید این قدیمی ترین روش تراش چوب بوده است.
* اولین ماشین تراش در سال 1740 در فرانسه ساخته شد. در این ماشین وسیله چرخش محور اصلی بوسیله دست بود، یک دست گرداننده محور آن ( محور کار ) مستقیما روی دستگاه که به محور اصلی متصل است توسط دو چرخ دنده ساده به میله پیچ بری متصل می باشد قرار گرفته است. در این نوع ماشین برای تعویض چرخ دنده های متفاوت جهت پیچ تراشی پیچ های متفاوتی پیش بینی شده بود.
جوشکاری فلزات رنگین(فلزات غیر آهنی) با گاز استیلن یا کاربیت
فلزات غیر آهنی یا فلزات رنگی به فلزاتی گفته می شود که فاقد آهن و یا آلیاژهای آن باشند مانند مس – برنج برنز- آلومینیوم- منگنز- روی و سرب .
تمام فلزات رنگین را با کمی دقت و مهارت و آشنائی با اصول جوشکاری می توان جوش داد و برای جوشکاری این نوع فلزات بایستی خواص فلز را در نظر گرفت.
جوشکاری و برشکاری با استفاده از اشعه لیزر از روشهای نوین جوشکاری بوده که در دههای اخیر مورد توجه صنعت قرار گرفته و امروزه به خاطر کیفیت ، سرعت و قابلیت کنترل آن به طور وسیعی در صنعت از آن استفاده می شود .به وسیله متمرکز کردن اشعه لیزر روی فلز یک حوضچه مذاب تشکیل شده و عملیات جوشکاری انجام می شود .
اصول کار و انواع لیزرهای مورد استفاده در جوشکاری :
به طور عمده از دو نوع لیزر در جوشکاری و برشکاری استفاده می شود : لیزرهای جامد مثل Ruby و ND:YAG و لیزرهای گاز مثل لیزر CO۲ . در زیر اصول کار لیزر Ruby که از آن بیشتر در جوشکاری استفاده می شود توضیح داده می شود . این سیستم لیزر از یک کریستال استوانه ای شکل Ruby (Ruby یک نوع اکسید آلومینیوم است که ذرات کرم در آن پخش شده اند . ) تشکیل شده است . دو سر آن کاملا صیقلی و آینه ای شده و در یک سر آن یک سوراخ ریز برای خروج اشعه لیزر وجود دارد . در اطراف این کریستال لامپ گزنون قرار دارد که لامپ فوق برای کار در سرعت حدود ۱۰۰۰ فلاش در ثانیه طراحی شده است . لامپ گزنون با استفاده از یک خازن که حدود ۱۰۰۰ بار در ثانیه شارژ و تخلیه شده فلاش می زند و هنگامی که کریستال Ruby تحت تاثیر این فلاش ها قرار بگیرد اتمهای کرم داخل شبکه کریستالی تحریک شده و در اثر این تحریک امواج نور از خود سطع می کنند و با باز تابش این اشعه ها در سطوح صیقلی و تقویت آنها اشعه لیزر شکل می گیرد . اشعه لیزر شکل گرفته از سوراخ ریز خارج شده و سپس به وسیله یک عدسی بر روی قطعه کار متمرکز شده که بر اثر برخورد انرژی بسیار زیادی در سطح کوچکی آزاد می کند که باعث ذوب و بخار شدن قطعه و انجام عمل ذوب می شود .
محدودیت لیزر Ruby پیوسته نبودن اشعه آن است در حالیکه انرژی خروجی ان بیشتر از لیزر های گاز مانند لیزر CO۲ است که در آنها اشعه حاصله پیوسته است، از لیزر CO۲ بیشتر به منظور برش استفاده می شود و از لیزر ND:YAG بیشتر برای جوشکاری آلومینیوم استفاده میشود .
از انجا که در این روش مقدار اعظمی از انرژی مصرف شده به گرما تبدیل می شود این سیستم باید به یک سیستم خنک کننده مجهز باشد .
در جوشکاری لیزر دو روش عمده برای جوشکاری وجود دارد : یکی حرکت دادن سریع قطعه زیر اشعه است تا که یک جوش پیوسته شکل بگیرد و دیگری که مرسوم تر است جوش دادن باچند سری پرتاب اشعه است .
در جوشکاری لیزر تمامی عملیات ذوب و انجماد در چند میکروثانیه انجام می گیرد و به خاطر کوتاه بودن این زمان هیچ واکنشی بین فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از این رو گاز محافظ لازم ندارد .
طراحی اتصال در جوشکاری لیزر :
بهترین طرح اتصال برای این نوع جوشکاری طرح اتصال لب به لب می باشد و با توجه به محدودیت ضخامت در آن می توان ازطرح اتصال های T یا اتصال گوشه نیز استفاده نمود .
مزایای جوشکاری لیزر :
– حوضچه مذاب می تواند داخل یک محیط شفاف ایجاد شود ( باعکس روشهای معمولی که همیشه حوضچه مذاب در سطح خارجی آنها ایجاد می شود ) .
– – محدوده بسیار وسیعی از مواد را مانند آلیاژها با نقاط ذوب فوق العاده بالا ، مواد غیر همجنس و … را میتوان به یکدیگر جوش داد .
– در این روش میتوان مکان های غیر قابل دسترسی را جوشکاری نمود .
– از آنجا که هیچ الکترودی برای این منظور استفاده نمی شود نیازی به جریانهای بالا برای جوشکاری نیست
– اشعه لیزر نیاز به هیچگونه گاز محافظ یا محیط خلایی برای عملکرد ندارد .
– به خاطر تمرکز بالای اشعه منطقه HAZ بسیار باریکی در جوش تشکیل میشود .
– جوشکاری لیزر نسبت به سایر روشهای جوشکاری تمیز تر است .
– محدودیت ها و معایب جوشکاری لیزر :
سیستم های جوشکاری لیزرنسبت به سایر دستگاههای سنتی جوشکاری بسیار گران هستند و در ضمن لیزرهایی مانند Ruby به خاطر پالسی بودن اکثر آنها از سرعت پیشروی کمی برخوردارند ( ۲۵ تا ۲۵۰ میلیمتر در دقیقه ) . همچنین این نوع جوشکاری دررای محدودیت عمق نیز می باشد .
موارد استفاده اشعه لیزر
از اشعه لیزر هم به منظور برش و هم به منظور جوشکاری استفاده می شود . این نوع جوشکاری در اتصال قطعات بسیار کوچک الکترونیکی و در سایر میکرو اتصال ها کاربرد دارد . از اشعه لیزر میتوان در جوش دادن آلیاژها و سوپر الیاژها با نقطه ذوب بالا و برای جوش دادن فلزات غیر همجنس استفاده نمود . به طور کلی این روش جوشکاری برای استفاده های دقیق و حساس استفاده میشود . از این روش میتوان در صنعت اتومبیل و مونتاژآن برای جوش دادن درزهای بلند استفاده نمود.
ورود دو دستگاه پیشرفته جوشکاری
دستگاههای Kempact 2530 , Kempact 2520 دو گروه از دستگاههای جوشکاری MIG/MAG سه فاز شرکت Kemppi انگلیس می باشند .وزن این دستگاهها به خاط استفاده از سیستم هوشمند ایجاد پالس با آخرین دستاوردهای الکترونیکی حدود یک چهارم نمونه های قبلی می باشد . وزن دستگاه Kempact 2520 حدود 17.5 کیلوگرم و وزن Kempact 2530 حدود 20 کیلوگرم می باشد . هر دو مدل با ایجاد جرقه با کیفیت عالی می تولنند در محلی و برای هرنوع کاری از جمله در استفاده های تعمیر وسایل کشاورزی ، ساخت یا تعمیر ماشین ها ، پل ها و سایر سازه ها مورد استفاده قرار گیرند . از این دستگاهها به خاطر کوچکی حتی می توان در داخل اطاقک ماشین ها نیز استفاده نمود . با استفاده از سیستم اتوماتیک خاموشی و برگشت سیم دیگر نیازی نیست سر سیم را قبل از جوشکاری برید.در هر دو دستگاه با تغییر پلاریته می توان از الکترود دارای پودر مغزی استفاده نمود.
جوشکاری و قوانین آن
با ورود سیستمهای اتوماتیک و روباتیک در صنعت ، طبیعی است که ویژگیهای کلیه پرسنل تحت تاثیر قرار خواهد گرفت . با ماشینی شدن ، استفاده از کارهای یدی به مرور زمان به فراموشی سپرده می شوند. با این وجود گروهی معتقدند که منابع انسانی همچنان اهمیت خود را حفظ کرده و حتی به آن بهای بیشتری نیز خواهد داده شد. جهت شفاف ساختن این مطالب کارگاهی تحت عنوان Worklife 2000 برگزار گردید که در این کارگاه جوشکاری به عنوان یکی از زیر شاخه های تولید و همچنین به دلیل رو به نقصان گذاشتن جوشکاران مورد بررسی قرار گرفت. در این کارگاه مطالبی چون تاثیر روبات بر صنعت جوش ، عواملی که در محیط کار بر سلامتی جوشکار تاثیر می گذارند و مهارتهایی که پرسنل می بایستی در کارگاههای جوشکاری کسب نمایند ، مورقعیت فعلی و آتی جوشکاری و وضعیت آتی صنعت جوشکاری مورد بحث و بررسی قرار گرفت.
همچنین تاثیر تغییرات تکنولوژی بر رفتار اپراتورها ، جوشکاری و سلامتی ، مدیریت منابع انسانی و توصیه های مهم برای صنایع تولیدی چون بکارگیری روباتها و سایر ماشینها توسط اپراتورهایی که دانش کافی در رابطه با روشهای پایه دارند ، ارائه کار جذاب ، محیط کاری خوب و فرصت های شغلی خوب و حقوق مناسب توسط صنایع و امثالهم نیز ذکر شده است.
صنایع تولیدی در اقصی نقاط دنیا مرتبا با تقاضای روز افزون برای تولید بیشتر و کیفیت بهتر مواجه می باشند. ابزارهای پیشرفته با تکنولوژی جدید جهت طراحی و برنامه ریزی تولید چون طراحی با کمک رایانه، تولید با کمک رایانه، مهندسی با کمک رایانه به صنعت معرفی می شوند.
با ورود سیستمهای اتوماتیک و روباتیک ، طبیعی است که ویژگیهای کاری کلیه پرسنل تحت تاثیر قرار خواهد گرفت. این طــور به نظر می رسد که در اثر به کارگیـری استـــراتژی جدید صنعتی ( ماشینی شدن ) ، استفاده از نیرو و کارهای یدی به مـــــرور زمان به فراموشی سپرده می شود. با این وجود گروهی معتقدند که منابع انسانی همچنان اهمیت خود را حفظ کرده و حتی به آن بهای بیشتری نیز داده خواهد شد.
جهت شفاف ساختن مطالب مورد بحث ، کارگاهی تحت عنوان work life 2000 برگزار گردید. در این کارگاه ، جوشکاری به عنوان یکی از زیر شاخه های تولید که تغییرات تکنولوژیکی در آن به وضوح آشکار بوده و خصوصا صنایع کشورهای اروپایی به دلیل رو به نقصان گذاشتن جوشکاران ماهر توجه خاصی نسبت به آن دارند، مورد بررسی قرار گرفت. در دنیا پیشرفت تکنولوژیکی تدریجی در صنایع جوش قابل مشاهده است. روش ها و مواد جدید مرتبا معرفــی می گردند. به موازات پیشرفت های ذکر شده ، واضح و مبرهن است که منابع انسانی نیز رکن مهمی است که نباید به فراموشی سپرده شود. در بسیاری از کشورها ، صنعت جوشکاری با معضل بزرگی مواجه شده و آن عبارت از حفظ نیروی جوشکار ماهر و عدم استقبال جوانان از این فن می باشد. از آنجایی که جهت احراز صلاحیت لازم برای عنوان جوشکار ماهر ، سالها آموزش و تمرین لازم بوده و از سوی دیگر محیط کار جوشکاری پر خطر بوده و تمیز نمی باشد ، لذا خصوصا جوانان چندان تمایلی جهت پذیرش جوشکاری به عنوان شغل آینده خود ندارند. این امر به خصوص در کشورهایی که آمار بیکاری بالا می باشد بسیار نمایان می باشد. واضح است که صنعت جوشکاری می بایستی به فکر چاره بوده و راه حلی جهت این معضل بیندیشد.
در کارگاه مربوطه مطالب ذیل مورد بحث و بررسی قرار گرفت :
– تاثیر اتوماسیون و روبات بر صنعت جوش
– انواع عاملی که در محیط کار بر سلامتی جوشکار تاثیر می گذارند.
– مهارتهایی که پرسنل می بایستی در کارگاههای جوشکاری سال 2000 کسب نمایند.
– موقعیت فعلی و آتی جوشکاری با توجه به اینکه جوانان رغبت چندانی به پذیرفتن این فن به عنوان شغل آتی ندارند.
– چگونه جوشکاران می توانند به عنوان عضوی فعال و مولد تا سن بازنشستگی در این حرفه به خدمت ادامه دهند.
– با توجه به عدم تمایل افراد به کار در صنایع تولیدی ، وضعیت احتمالی آینده چگونه خواهد بود.
– با توجه به روابط بازار کار ، آیا نیاز به ساختار جدیدی می باشد.
بطور کلی بحث بر روی تاثیر تغییرات تکنولوژیکی بر شخصیت کاری و مهارتهای مـورد نیاز ، موارد پزشکی و مدیریت منابع انسانی متمرکز شده بود.
تاثیر تغییرات تکنولوژیکی بر رفتار اپراتورها
تجزیه و تحلیل در زمینه معرفی تکنولوژی های جدید ، بر پایه کارهای تحقیقاتی چندین موسسه جوشکاری در نقاط مختلف دنیا انجام پذیرفت. این پروژه توسط آقای Boekholt ، مشاور ارشد یک شرکت بین المللی جوشکاری انجام گرفت.
تغییرات تکنولوژیکی ذکر شــده شامل مکانیزه شــدن و استفاده از روبات در صنایع جوشکاری می گردد.
در زمینه مکانیزه نمودن جوشکاری ، به اهداف مهمی در جهت استفاده از سیستمهای مکانیکی با هزینه کم یعنی استفاده از ماشین های کوچک و یا کله گی هایی که تــرچ جوشکاری بر روی آنها نصب بوده نایل گردیدند.
مزایای این سیستم ساده به قرار زیر است :
– حداقل هزینه سرمایه گذاری
– بالا بردن بازدهی جوشکاری
– تجهیزات قابل حمل بوده و انعطاف بالایی دارند
– کیفیت یکنواخت و خوب جوشکاری
روباتها می توانند توسط افرادی که جهت کار با آنها آموزش دیده اند به کار گرفته شوند. احتیاجی نیست که این اشخاص در رابطه با روشهای جوشکاری و یا رفع عیب اطلاعاتی داشته باشند و بطور کلی از سازماندهی تولید جدا می باشند. بنظر می رسد که این سیستم بسیار نسبت به اختلالات حساس باشــد . روش دیگر ، استفاده از سیستم روبات به عنوان بخشی از پروسـه می باشد. گروهی از جوشکاران ماهر نه تنها دانش کار را می آموزند بکله برنامه ریزی و سرویس روبات را نیز فرا خواهند گرفت.
این سیستم احتیاج به سرمایه گذاری اولیه بیشتری دارد ولی در مقابل قابلیت بالایی برای مشکلات عملی و همچنین انطباق با تغییرات خصوصا" تولیدات جدید دارد.
مطالب فوق الذکر حاکی از آن است که در آینده احتیاج به اپراتورهای صلاحیت دار جهت کار با روباتها افزونی خواهد یافت و این اپراتورها می بایستی دانش کافی در زمینه روشهای جوشکاری داشته باشند. بنابر این استخدام های آتی بر پایه به کارگیری جوشکاران دستی ماهر باشد.
این نکته را نبایستی فراموش نمود که درصد بالای از تولیدات جوشکاری به صورت دستی و با روشهای نیمه اتوماتیک میـگ / مـگ ، تیـگ و جوشکاری قوســی با الکترود روش دار انجام می پذیرد . همچنین روشهای دیگری نیز برای مقاصد خاصی به کار می روند . در واقـع اکثر پروژه های جوشکاری توسط جوشکاران ماهری که از روش های دستی چون میگ / مگ برای جوشکاری لوله استفاده می کنند ، انجام می پذیرد.
جوشکاری و سلامتی
شرایط کاری که در کارگاههای سنتی جوشکاری برای سلامت جوشکاران مضر است به قرار ذیل می باشند:
– تشعشع شدید اشعه
– گاز و دودهای حاصل از جوشکاری
– سر و صدای زیاد
– موقعیت های کاری نامناسب
– قطعات سنگین
از موارد منفی روش مکانیزه می توان به محدود بودن به جوشکاری اتصالات ساده و نیاز به نظارت دایم اشاره نمود. احتیاجی به مهارت دستی نبوده ولی برای ارزیابی مداوم کیفیت جوشهای تولیدی وجود جوشکار لازم می باشد . بدین معنی که جوشکار بایستی تجهیزات و ابزار را در موقعیت مناسب قرار دهد. مزایای جوشکاری روبات در مقایسه با جوشکاری دستی و مکانیزه مشخص است. در این روش قابلیت همچنین کیفیت تولید تقویت می گردد. تعدادی از مزایای این روش عبارتند از :
– اپراتورها در اثر تماس مستقیم با دود جوشکاری نیستند . سیستم تخلیه دود معمولا" در منطقه جوشکاری قرار گرفته و عمل تخلیه را به خوبی انجام می دهد.
– اپراتورها از اثر مضر اشعه ماوراء بنفش و تشعشع حاصل از قوس جوشکاری بوسیله پرده و یا ماسک محافظت می شوند و احتیاجی به پوشش محافظ ندارند.
– احتیاجی به تغییر مکان قطعات مورد جوشکاری نمی باشد. این قطعات بر روی مانیپولاتور اتوماتیک قرار گرفته ، بدین ترتیب به راحتی می توانند در زوایای مختلف قرار گیرند.
– سیکل جـــوش روبات بطور کلی از زمان شارژ و دشارژ فیکسچـرهای جوشکاری طولانی تر می باشد. این امر سبب ایجاد محیط کاری با تنش کمتر برای اپراتور می گردد. اپراتورها بایستی در حین سیکل جوشکاری روبات زمان کافی برای شارژ قطعات در فیکسچر داشته باشند. کار در محیطی عــاری از تنش موجب برآوردن تولیــد در حد نیــاز و حتی بیشتر می گردد.
– اپراتورهایی که در عین حال جوشکار نیز می باشند فرصت یادگیری مهارت های جدید و مفید را دارند. بنابراین طبیعت تکراری و خسته کننده جوشکاری دستی حذف می گردد.
توجیه لازم جهت استفاده از روبات در صنعت جوشکاری عبارت از افزایش قابلیت و توانایی محیط کاری می باشد. از آنجایی که اپراتور و یا برنامه ریز می بایستی زوایای ترچ و موقعیت جوشکاری را پیش بینی نماید، لذا ضروری است که دانش کافی در زمینه روشهای جوشکاری داشته باشد. این اطلاعات ، اپراتور را در ارتقاء کیفیت کاری روبات کمک می نماید. بدین ترتیب ، تجربیات قبلی ، وی را در رابطه با یادگیری مهارت های جدید مرتبط با برنامه ریزی روبات یاری می نماید. حیطه کاری مهارت های جدید بیشتر در ارتباط با خلاقیت و تفکر منطقی می باشد. نتیجتا" اپراتورها به راحتی با رایانه و قابلیت های آن آشنا شده و در محیط های تولیدی مورد استفاده قرار می دهند.
استفاده از روبات در صنایع جوشکاری به روشهای گوناگونی انجام می شود. به عنوان مثال ، در موارد خاصی می توان روبات جوشکاری را به صورت منفرد و جداگانه در پروسه تولید قرار داد.
– در معرض ابزار لرزاننده قرار گرفتن
– میدانهای مغناطیسی شدید
مزایای جوشکاری مرطوب
جوشکاری مرطوب که در زیر آب به صورت دستی صورت می گیرد، در مرمت و بازسازی سازه های فراساحلی در سالهای اخیر به سرعت در حال رشد و گسترش است.
از جمله فواید جوشکاری مرطوب می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1. چند کاره بودن و داشتن هزینه کمتر در جوشکاری مرطوب باعث شده که میل و اشتیاق بیشتری به این روش وجود داشته باشد.
2. برخورداری از سرعت مناسب در هنگام اجرای طرح از دیگر مزایای این روش است.
3. در مقایسه با جوشکاری خشک هزینه کمتری دارد.
4. در این روش جوشکار می تواند به قسمت هایی از سازه های فرا ساحلی دسترسی داشته باشد که با استفاده از روش های دیگر قابل جوشکاری نیست.
5. احتیاج به هیچ نوع محصور سازی نبوده و بنابراین زمانی نیز برای آن تلف نخواهد شد. تجهیزات و دستگاههای استاندارد مرسوم به آسانی قابل استفاده است . به وسایل زیادی هم برای انجام یک کار جوشکاری مورد نیاز نیست.
معایب جوشکاری مرطوب
اگر چه جوشکاری مرطوب کاربرد گسترده ای پیدا کرده است ولی همچنان از وجود نواقصی رنج می برد، از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1. آبدیدگی سریع فلز جوشکاری- دلیل این آبدیدگی آبی است که در اطراف آن وجود دارد. اگرچه آبدیدگی نیروی تنش پذیری را در جوشکاری افزایش می دهد ولی میزان کش پذیری و موثر بودن جوش را کاهش داده، سختی و روزن داری آن را بالا می برد.
2. تولید زیاد هیدروژن- حجم بسیار زیادی از هیدروژن در منطقه جوشکاری ایجاد می شود که بر اثر تفکیک بخار آب در منطقه قوس به وجود آمده است.h2 موجود در محیط تحت تاثیر گرما (haz)(8) در فلز جوشکاری حل می شود که باعث ایجاد ترک خوردگی و شکاف های میکروسکوپیک می شود.
3. از دیگر معایب آن دید پذیری کم است. گاهی اوقات جوشکار نمی تواند به درستی منطقه مورد نظر را جوش دهد
نحوه عملکرد جوشکاری مرطوب
پروسه ی جوشکاری مرطوب در زیر آب طی مراحل زیر صورت می پذیرد:
قطعه کاری که قرار است جوش داده شود به یک طرف مدار الکتریکی متصل بوده و الکترود فلزی در طرف دیگر مدار. این دوقسمت از مدار (الکترود و قطعه کار) کمی به یکدیگر نزدیک شده ولی بعد از مدتی از یکدیگر فاصله می گیرند. در حین نزدیک شدن الکترود به قطعه کار، جریان الکتریکی وارد شکاف شده و باعث ایجاد یک جرقه الکتریکی پایستار می شود(قوس) و باعث ذوب شدن فلز در آن ناحیه و شکل گرفتن حوضچه جوش می شود. در این زمان، نوک الکترود ذوب شده و ذره های کوچک فلز در حوضچه مذاب جمع می شود. در طول این عمل جریان مذابی، نوک الکترود را پوشش داده و روکش الکترود گاز محافظ را ایجاد می کند. که موجب استحکام بخشیدن به قوس شده و همان طور که گفته شد از جریان فلز مذاب محافظت می کند. قوس در یک منطقه حفره مانند ذوب می شود و جوش را پدیدار می سازد.
پیشرفت های حاصل در زمینه جوشکاری در زیر آب
مدت های مدیدی جوشکاری مرطوب به عنوان یک تکنیک جوشکاری، در زیر آب مورد استفاده قرار می گرفته و هنوز هم ابن روش مرسوم است. اخیراً با پیشرفت هایی که در زمینه ساخت سازه های فرا ساحلی صورت گرفته، اهمیت جوشکاری زیر آبی را به طرز پیش بینی شده ای بالا برده است. این امر منجر به توسعه یافتن روش های جوشکاری دیگر از قبیل جوشکاری سایشی9، جوشکاری انفجاری10 و جوشکاری عمودی11 شده است که هم اکنون مطالب قابل قبول و کافی در این زمینه برای ارائه وجود ندارد.
گستره ی پیشرفت های آینده
جوشکاری قوس فلزی دستی مرطوب همچنان برای نوسازی و احیاء سازه های زیر آبی مورد استفاده قرار می گیرد اما کیفیت آن کافی نبوده و مستعد شکست هیدروژنی می باشداز این رو جوشکاری های بیش فشار خشک کیفیت بهتری نسبت به جوشکاری های مرطوب دارند.امروزه گرایش و رویه میل به سوی اتوماسیون دارد.thor-1 12 یا ربات تحت کنترل مدارِ بیش فشار که از گاز بی اثر تنگستن استفاده می کند، توسعه بخشیده شد تا در جاهایی که غواص عملیات لوله کشی و نصب خط لوله را انجام می دهد، بقیه پروسه کار را بر عهده گیرد
جوشکاری در زیر آب
بیش از یک صد سال است که قوس الکتریکی در جهان شناخته شده و بکار گرفته می شود. اما اولین جوشکاری زیر آب توسط نیروی دریایی بریتانیا انجام شد- در آن زمان یک کارخانه کشتی سازی برای آب بند کردن نشت های موجود در پرچ های زیر کشتی که در آب واقع شده بود از جوشکاری زیر آبی بهره گرفت. در کارهای تولیدی که در زیر آب انجام می پذیرد، جوشکاری زیر آبی یک ابزار مهم و کلیدی به شمار می آید. در سال 1946 الکترود های ضد آب ویژه ای توسط وان در ویلیجن1 در هلند توسعه یافت. سازه های فرا ساحلی از قبیل دکل های حفاری چاه های نفت، خطوط لوله و سکوهای ویژه ای که در آب ها احداث می شوند، در سالهای اخیر به طرز چشمگیری در حال افزایش اند. بعضی از این سازه ها نواقصی را در عناصر تشکیل دهنده اش و یا حوادث غیر مترقبه از قبیل طوفان تجربه خواهند کرد. در این میان هرگونه روش بازسازی و مرمت در این گونه سازه ها مستلزم استفاده از جوشکاری زیر آبی است.
طبقه بندی جوشکاری
جوشکاری زیر آبی را می توان در دو دسته طبقه بندی کرد:
1. جوشکاری مرطوب
2. جوشکاری خشک
در روش جوشکاری مرطوب، عملیات جوشکاری در زیر آب اجرا شده و مستقیماً با محیط مرطوب سرو کار دارد. در روش جوشکاری خشک، یک اتاقک خشک در نزدیکی محلی که می بایستی جوشکاری شود ایجاد شده و جوشکار کار خود را با قرار گرفتن در داخل اتاقک انجام می دهد.
جوشکاری مرطوب:under Water Welding
نام جوشکاری مرطوب حاکی از آن است که جوشکاری که در زیر آب صورت می پذیرد، مستقیماً در معرض محیط مرطوب قرار دارد. در این روش از جوشکاری از نوعی الکترود ویژه استفاده می شود و جوشکاری به صورت دستی درست مانند همان جوشکاری که در فضای بیرون آب انجام می شود، صورت می گیرد. آزادی عملی که جوشکار در حین جوش کاری از این روش دارد، جوشکاری مرطوب را موثر تر و به روشی کارا و از نقطه نظر اقتصادی مقرون به صرفه کرده است. تامین کننده نیرویجوشکاری روی سطح مستقر شده است و توسط کابل ها و شیلنگ ها به غواص یا جوشکار متصل می شود.
در جوشکاری مرطوب MMA (جوشکاری قوس فلزی دستی)2 دو مشخصه زیر بکار گرفته می شود:
تامین کننده نیرو: dc
قطبیت: قطبیت منفی
اگر از جریان DC و قطب + استفاده شود، برقکافت روی داده و سبب خرابشدگی و از بین رفتن سریع اجزاء فلزی نگهدارنده الکترود می شود. برای جوشکاری مرطوب از جریان AC نیز به دلیل عدم امنیت کافی و وجود مشکلاتی که در حفاظت از قوس در زیر آب وجود دارد، استفاده نمی شود.
منبع تغذیه می بایستی یک دستگاه جریان مستقیم که دارای رده بندی آمپر بین 300 تا 400 است، باشد. دستگاههای جوشکاری ژنراتور موتور اغلب برای جوشکاری مرطوب مورد استفاده قرار می گیرد. پیکره دستگاه جوشکاری می بایستی در پایین، زیر کشتی قرار داده شده باشد. مدار جوشکاری می بایستی شامل نوعی سوئیچ مثبت باشد که معمولاً از یک کلید تیغه ای استفاده می شود و از جوشکار غواص فرمان می گیرد. کلید تیغه ای در مدار الکترود می بایستی در تمام طول جوشکاری در برابر شکسته شدن مقاوم باشد و نیز از امنیت کافی برخوردار باشد. منبع تغذیه جوشکاری می بایستی در حین فرایند جوشکاری تنها به نگهدارنده الکترود وصل باشد. در این روش از جریان مستقیم همراه با الکترود منفی و نیز از نگهدارنده الکترود ویژه ای که در برابر آب عایق هستند استفاده می شود. نگهدارنده های الکترود جوشکاری که در زیر آب بکار گرفته می شوند از یک سر خمیده برای گرفتن الکترود و نگه داشتن آن در خود بهره می برند و ظرفیت پذیزش دو نوع الکترود را دارد.
نوع الکترودی که به کار گرفته می شود بر طبق استاندارد AWS (انجمن جوشکاری امریکا)3 در طبقه بندی E6013 قرار گرفته است. این الکترود ها می بایستی ضد آب باشند و تمامی اتصالات نیز باید طوری عایق بندی شده باشد که آب نتواند با قسمت های فلزی کوچکترین تماسی داشته باشد.اگر عایق بندی شکستگی داشته باشد و یا قسمتی از آن ترک داشته باشد، آنگاه آب می تواند با فلز رسانا تماس پیدا کرده ، موجب ایجاد نقص و در نهایت کار نکردن قوس شود. به علاوه اینکه ممکن است خوردگی سریع مس در قسمتی که عایق ترک خورده است، ایجاد شود.
جوشکاری بیش فشار4(جوشکاری خشک)Habitat : اتاقک در جوشکاری زیرآبی زیر آبی جوشکاری در زیر اب
جوشکاری بیش فشار در اتاقک های پلمپ شده در اطراف سازه یا قطعه ای که می خواهد جوشکاری شود، استفاده می شود. این اتاقک در یک فشار معمولی پر از گاز می شود (که معمولاً از هلیوم حاوی نیم بار5 اکسیژن است). این جایگاه روی خطوط لوله قرار گرفته و با هوایی مخلوط از هلیو و اکسیژن که قابل تنفس باشد پر شده و در فشاری که جوشکاری آنجا صورت می پذیرد و یا فشاری بیشتر از آن اجرا می شود. در این روش در اتصالات جوش بسیار با کیفیتی ایجاد می شود به طوری که با اشعه ایکس و دیگر تجهیزات لازم ایجاد می شود. فرایند جوشکاری قوس گاز تنگستن در این قسمت بکار گرفته خواهد شد. محوطه زیر جایگاه در معرض آب قرار دارد. بنابراین جوشکاری در محل خشکی صورت گرفته ولی در فشار هیدرو استاتیکی آب دریا که در محیط مجاور آن قرار دارد.
خطرات بغرنج
برای غواص یا جوشکار خطر شک الکتریک وجود خواهد داشت. اقدامات احتیاطی که انجام شده اند عبارتند از عیق بندی مناسب و در حد کافی تجهیزات جوشکاری، بسته شدن منبع الکتریسیته درست زمانی که قوس به پایان می رسد و نیز محدود کردن ولتاژ جوشکاری قوس فلزی دستی در مدار باز دستگاه جوشکاری. خطر دیگر تولید شدن هیدروژن و اکسیژن در جوشکاری مرطوب توسط قوس است.
اقدام های احتیاطی می بایستی در مورد بلند کردن کپسول های گاز نیز رعایت شود. به این دلیل که آنها به صورتی بالقوه توانایی زیادی برای منفجر شدن دارا هستند. خطر بعدی ای که سلامت یا جان جوشکار را تهدید می کند نیتروژنی است که در فشار زیاد در معرض هوا قرار گرفته و می تواند به وی آسیب برساند. اقدامات احتیاطی شامل فراهم آوری یک منبع گاز یا هوای اضطراری می شود که در کنار غواص قرار گرفته است و نیز اتاقک فشار زدایی برای جلوگیری از خفگی توسط نیتروژن که بعد از اشباع شدن روی سطح پخش می شود.
در سازه هایی که از جوشکاری مرطوبِ زیر آب استفاده می کنند، بازرسی بعد از جوشکاری ممکن است بسیار مشکل تر از جوشکاری هایی باشد که در محیط بیرون و در معرض هوا انجام می پذیرد. اطمینان از بی نقص بودن چنین جوشکاری هایی به مراتب اهمیت بیشتری پیداکرده و در واقع احتمال اینکه عیب و کاستیِ ناشناخته ای پدیدار شود، وجود دارد.
مزایای جوشکاری خشک
1. ایمنی غواص – جوشکاری در یک اتاقک صورت گرفته که موجب مصون ماندن جوشکار از جریانات اقیانوسی و یا احتمالاً موجودات دریایی می شود. این جایگاه خشک و گرم از روشنایی مطلوبی برخوردار بوده و از سیستم کنترل محیط خاصی نیز بهره می گیرد(ESC)6 .
2. کیفیت خوب جوش – این روش توانایی ایجاد جوش هایی را دارد که حتی می توان آن را با جوش های موجد در فضای باز و در مجاورت هوا مقایسه کرد. دلیل این امر اینست که دیگر آبی وجود ندارد که بخواهد جوش را خاموش و یا قطع کند. و نیز اینکه میزان هیدروژن (H2) تولیدی آن خیلی کمتر از جوشکاری های مرطوب است.
3. کنترل سطح – آماده سازی اتصال، همترازی لوله، بررسی آزمایش ضد مخرب (NDT)(7) و غیره به صورت عینی کنترل و تنظیم می شوند.
4. آزمون غیر مخرب ( NDT) – آزمون غیر مخرب برای محیط خشک جایگاه تسهیل شده است.
معایب جوشکاری خشک
1. اتاقک یا جایگاه جوشکاری تجهیزات پیچیده و خدمات پشتیبانی زیادی را مستلزم می داند و خود اتاقک به طرز غیر متعارفی پیچیده است.
2. هزینه و ارزش مالی این اتاقک به صورت قابل ملاحظه ای بالا بوده و بسته به عمق محل کار هزینه آن افزایش می یابد. عمق محل جوشکاری در کار تاثیر می گذارد، طوری که در اعماق بیشتر جمع کردن قوس و استفاده از ولتاژ های بالتر و متناسب با آن لازم و ضروری می باشد. انجام یک کار جوشکاری بدین شکل هزینه ای بالغ بر 80000 دلار دارد. و نیز گاهی اوقات نمی توان از یک اتاقک برای چند کار مختلف استفاده کرد، که البته این مشکل بستگی به نوع کارها و میزان تفاوت آنها دارد.
38