مهندسی جوشکاری پیشرفته
تعریف؛
فرایندهای جوشکاری ذوبی به دسته ای از فرایندهای اتصال قطعات گویند که در آنها از ذوب فلز پایه (Base Metal) برای ایجاد حوضچه ذوب استفاده می شود.
تقسیم بندی فرایندهای جوشکاری ذوبی
الف) جوشکاری با گاز
ب) جوشکاری قوسی
ج) جوشکاری توسط پرتوهای پرانرژی
جوشکاری اکسی استیلن(OAW)
جوشکاری پرتو الکترونی(EBW)
جوشکاری پرتو لیزر(LBW)
جوشکاری قوسی فلز حفاظت شده (SMAW)
جوشکاری قوسی تنگستن ـ گاز محافظ (GTAW)
جوشکاری قوسی پلاسمایی (PAW)
جوشکاری قوسی فلز با گاز محافظ (GMAW)
جوشکاری قوسی زیرپودری (SAW)
جوشکاری سرباره الکتریکی (ESW)
تقسیم بندی فرایندهای جوشکاری قوسی
دانسیته توان منبع حرارتی
مزایای افزایش دانسیته توان؛
حوضچه جوش عمیق تر
جوشکاری سریع تر
کیفیت بالاتر جوش
تلفات کمتر در قطعات
دانسیته توان منبع حرارتی
مزایای افزایش دانسیته توان
مقایسه بین پارامترهای جوشکاری در فرایندهای مختلف
انواع اتصالات در فرایندهای جوشکاری
اتصال سر به سر کروی (Butt joint square)
اتصال سر به سر V شکل(Butt joint V)
اتصال روی هم(Lap Joint)
اتصال T(T Joint)
انواع اتصالات در فرایندهای جوشکاری
تخت (Flat)
افقی (Horizontal)
قائم (Vertical)
بالاسر (Overhead)
فرایند جوشکاری اکسی استیلن (OAW)
تجهیزات فرایند
فرایند جوشکاری اکسی استیلن (OAW)
انواع شعله در فرایند جوشکاری اکسی استیلن
شعله خنثی
شعله احیایی
شعله اکسیدی
مزایا ؛
سادگی تجهیزات
قابلیت حمل و نقل تجهیزات
ارزانی تجهیزات
معایب ؛
دانسیته توان
سرعت پائین جوشکاری
گرمای ورودی بالا در واحد سطح
ناحیه متاثر از حرارت بزرگ
اعوجاج زیاد
محدودیت در جوشکاری فلزات حساس
فرایند جوشکاری اکسی استیلن (OAW)
فرایند جوشکاری قوسی فلز حفاظت شده (SMAW)
تجهیزات فرایند
ذوب و اتصال فلز پایه توسط یک قوس پایدار
وظایف الکترود
تولید گاز محافظ
عوامل احیایی و فلاکس محافظ
حفظ پایداری قوس
عناصر آلیاژی
فرایند جوشکاری قوسی فلز حفاظت شده (SMAW)
مزایا ؛
سادگی تجهیزات
ارزانی تجهیزات
قابل استفاده در بسیاری از سازه ها
معایب ؛
محدودیت در جوشکاری فلزات حساس
محدودیت در نرخ رسوب گذاری
محدودیت در دمای سر الکترود
محدودیت در اندازه الکترود
الکترودهای جوشکاری
فرایند جوشکاری قوسی فلز حفاظت شده (SMAW)
انبر الکترود روش SMAW
تاثیر نوع قطبیت
فرایند جوشکاری قوسی فلز حفاظت شده (SMAW)
فرایند جوشکاری قوسی تنگستن ـ گاز محافظ (GTAW)
تجهیزات فرایند
فرایند جوشکاری قوسی تنگستن ـ گاز محافظ (GTAW)
ذوب و اتصال فلز پایه توسط ایجاد یک قوس پایدار بین الکترود غیرمصرفی تنگستنی و فلز پایه
انواع قطبیت
جریان مستقیم ـ الکترود قطب منفی(DCEN)
جریان مستقیم ـ الکترود قطب مثبت(DCEP)
جریان متناوب
فرایند جوشکاری قوسی تنگستن ـ گاز محافظ (GTAW)
انواع الکترودهای تنگستنی
مشعل جوشکاری
فرایند جوشکاری قوسی تنگستن ـ گاز محافظ (GTAW)
الکترودهای جوشکاری
الکترود تنگستنی با 2% سریم یا توریوم
انتشار بهینه الکترون(Electron Emissivity)
قابلیت حمل جریان (Current carrying capacity)
عدم آلودگی نوک الکترود
گازهای محافظ
Ar, He, CO2, H2, N2, O2
فرایند جوشکاری قوسی تنگستن ـ گاز محافظ (GTAW)
مزایا ؛
گرمای ورودی پائین
تونایی ایجاد تغییر در جریان
تونایی ایجاد تغییر در نرخ ورود فلز پر کننده
جوشکاری صفحات نازک بدون استفاده از فلز پرکننده
فرایند جوشکاری بسیار تمیز
توانایی جوشکاری فلزات حساس مانند Ti, Zr, Al, Mg
معایب ؛
نرخ رسوب گذاری پائین
احتمال ذوب الکترود تنگستنی
احتمال حضور آخال تنگستنی در حوضچه
فرایند جوشکاری قوسی پلاسما (PAW)
تجهیزات فرایند
فرایند جوشکاری قوسی پلاسما (PAW)
ذوب و اتصال فلز پایه توسط ایجاد یک قوس پایدار بین الکترود تنگستنی و فلز پایه
فرایند جوشکاری قوسی پلاسما (PAW)
مقایسه دو فرایند؛
GTAW, PAW
فرایند جوشکاری قوسی پلاسما (PAW)
مقایسه قوس در دو فرایند؛ GTAW, PAW
پلاسما در جوشکاری PAW
انواع فرایند جوشکاری قوسی پلاسما (PAW)
قوس انتقالی
قوس غیرانتقالی
فرایند جوشکاری قوسی پلاسما (PAW)
تشکیل کلید سوراخ
افزایش سرعت جوشکاری
افزایش عمق حوضچه جوش
فرایند جوشکاری قوسی پلاسما (PAW)
مزایا ؛
عدم حساسیت به تغییر طول قوس
نیاز به مهارت کمتر اپراتور
عدم آلودگی مذاب توسط الکترود
تشکیل کلید سوراخ
معایب ؛
پیچیدگی مشعل
نیاز به دقت در وضعیت الکترود در مشعل
تجهیزات گران
فرایند جوشکاری قوسی فلز با گاز محافظ (GMAW)
تجهیزات فرایند
فرایند جوشکاری قوسی فلز با گاز محافظ (GMAW)
ذوب و اتصال فلز پایه توسط ایجاد یک قوس پایدار بین سیم پر کننده و فلز پایه
(GMAW)
(MIG)
Metal Inert Gas
گازهای محافظ؛
Ar, He,…(MIG)
CO2 (GMAW)
فرایند جوشکاری قوسی فلز با گاز محافظ (GMAW)
مکانیزم های انتقال قطرات مذاب
Globular Transfer
Spray Transfer
Short Circuiting Transfer
فرایند جوشکاری قوسی فلز با گاز محافظ (GMAW)
تاثیر آمپراژ بر عمق نفوذ
مشعل جوشکاری
فرایند جوشکاری قوسی فلز با گاز محافظ (GMAW)
مزایا ؛
در صورت استفاده از گاز محافظ، فرایند بسیار تمیزی است
نرخ رسوب گذاری بالاتر از GTAW
معایب ؛
حجیم بودن مشعل و عدم دسترسی به مناطق باریک
جوشکاری آلومینیوم توسط روش GMAW،Ar 100%(چپ) و He-25%Ar (راست)
فرایند جوشکاری با سرباره الکتریکی (ESW)
با اینکه در این فرایند از قوس استفاده نمی شود، ولی در طبقه بندی انواع روش های جوشکاری، زیرمجموعه روش های قوسی قرار داده می شود
ذوب و اتصال قطعات با استفاده از حرارت سرباره موجود بین دو قطعه فلز انجام می شود
فلز پر کننده به صورت سیم به درون سرباره تغذیه می شود
فرایند جوشکاری با سرباره الکتریکی (ESW)
تجهیزات فرایند
فرایند جوشکاری با سرباره الکتریکی (ESW)
مزایا ؛
نرخ رسوب گذاری بسیار بالا
جوشکاری تک پاسه بدون توجه به ضخامت قطعات
عدم اعوجاج زاویه ای
معایب ؛
حرارت ورودی بالا
کیفیت جوش پائین
رشد دانه ها و کاهش چقرمگی
وضعیت جوشکاری (فقط جوش عمودی امکان پذیر است)
فرایند جوشکاری قوسی زیرپودری (SAW)
فرایند جوشکاری قوسی زیرپودری (SAW)
تجهیزات فرایند
فرایند جوشکاری قوسی زیرپودری (SAW)
تاثیر آمپراژ مصرفی بر عمق نفوذ جوش
تجهیزات فرایند
فرایند جوشکاری قوسی زیرپودری (SAW)
استفاده از یک یا دو سیم در فرایند جوشکاری
استفاده از فرایند جوشکاری زیر پودری برای روکش کاری
مقایسه نرخ رسوب گذاری در انواع فرایندهای جوشکاری قوسی
فرایند جوشکاری پرتو الکترونی (EBW)
تجهیزات فرایند
فرایند جوشکاری پرتو الکترونی (EBW)
عملیات ذوب و اتصال قطعات با استفاده از انرژی پرتو الکترونی انجام می شود
مقایسه دو فرایند GTAW و EBW
فرایند جوشکاری پرتو الکترونی (EBW)
تاثیر فشار محیط بر واگرایی پرتو
انجام فرایند جوشکاری در محیط خلاء
فرایند جوشکاری پرتو الکترونی (EBW)
تشکیل کلید سوراخ
فرایند جوشکاری پرتو الکترونی (EBW)
مزایا ؛
دانسیته توان بسیار بالا
تشکیل کلید سوراخ
جوشکاری قطعات ضخیم در یک پاس
سرعت بالای جوشکاری
حرارت ورودی بسیار پائین
جوشکاری فلزات حساس
جوشکاری فلزات غیر مشابه
معایب ؛
هزینه بالای تجهیزات
نیاز به خلاء
تنظیم دقیق موقعیت نسبی قطعه و پرتو
فرایند جوشکاری پرتو لیزر (LBW)
تجهیزات فرایند
انواع لیزر؛
ND-YAG
CO2
فرایند جوشکاری پرتو لیزر (LBW)
مزایا ؛
توانایی ایجاد جوش های عمیق با عرض کم
سرعت بالای جوشکاری
منطقه متاثر از حرارت کوجک
عدم اعوجاج قطعه
جوشکاری فلزات غیرمشابه
معایب ؛
هزینه بالای تجهیزات
انعکاس پرتو لیزر از سطح قطعه
نیاز به دقت بالا در وضعیت قطعه و پرتو
فرایند جوشکاری پرتو لیزر (LBW)
فرایند جوشکاری مقاومتی (RSW)
دستگاه فرایند جوشکاری مقاومتی نقطه ای
(Spot Welding)
تغییرات درجه حرارت در موضع اتصال در ضمن فرایند جوشکاری مقاومتی نقطه ای (Spot Welding)
فرایند جوشکاری مقاومتی (RSW)
انواع الکترودهای مسی در فرایند جوشکاری مقاومتی نقطه ای
(Spot Welding)
فرایند جوشکاری مقاومتی (RSW)
فرایند جوشکاری مقاومتی نواری (Seam Welding)
فرایند جوشکاری مقاومتی (RSW)
فرایند جوشکاری مقاومتی نواری
(Seam Welding)
فرایند جوشکاری مقاومتی (RSW)
فرایند جوشکاری مقاومتی القایی فرکانس بالا
فرایند جوشکاری جرقه ای (Flash Welding)
فرایند جوشکاری گاز سوختنی (OFW)
تجهیزات فرایند
مشعل برشکاری فرایند
برشکاری گاز سوختنی
فرایند جوشکاری گاز سوختنی (OFW)
تغییرات درجه حرارت شعله درجوشکاری گاز سوختنی
انواع شعله در فرایند جوشکاری گاز سوختنی (OFW)
فرایند جوشکاری گاز سوختنی (OFW)
فرایند جوشکاری ترمیت (TW)
فرایند های جوشکاری حالت جامد
جوشکاری اصطکاکی
جوشکاری نفوذی
جوشکاری اولتراسونیک
جوشکاری انفجاری
جوشکاری فورج
جوشکاری نوردی
فرایند جوشکاری اصطکاکی
مزایا؛
اتصال مواد غیر مشابه
منطقه متاثر از حرارت باریک
صرفه جویی در مصرف مواد اولیه
عدم نیاز به فلاکس، گاز محافظ و فلز پرکننده
سرعت تولید بالا
قابلیت اتوماتیک کردن فرآیند
شمایی از مراحل فرآیند جوشکاری اصطکاکی
فرایند جوشکاری اصطکاکی
تغییرات پارامترهای موثر در طی
جوشکاری اصطکاکی
فرایند جوشکاری اصطکاکی
مراحل مختلف در طی ایجاد حرارت در جوشکاری اصطکاکی
اصطکاک در فصل مشترک سطوح در تماس و ایجاد منطقه خمیری
ماده خمیری رفتاری نظیر ماده ویسکوز نشان می دهد
افزایش وسعت منطقه ویسکوز و جابجا شدن شعاعی بطرف داخل
قطعه متحرک متوقف شده و لایه ویسکوز بیشتر سطح تماس را می پوشاند
فرایند جوشکاری اصطکاکی
کاربرد جوشکاری اصطکاکی
در صنعت خودرو
جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی
فرایند جوشکاری نفوذی
فرایند جوشکاری انفجاری
جوشکاری انفجاری قبل از انجام فرایند
فرایند جوشکاری انفجاری
جوشکاری انفجاری بعد از شروع فرایند
نمونه ای از قطعات جوشکاری شده به روش جوشکاری انفجاری
فرایند جوشکاری انفجاری