مقدمه :
در جوشکاری با قوس الکتریکی دستی که گاهی تحت عنوان STICK WELDING نامیده می شود ، حرارت شدید حاصل از قوس الکتریکی موجب ذوب فلز و تشکیل جوش می گردد .
این نوع جوشکاری یکی از قدیمی ترین و متداول ترین فرآیند های جوشکاری است و اگر چه اغلب برای اتصال آهن و فولادهای کم کربن مورد استفاده قرار می گیرد ، برای تعمیرات نیز مناسب می باشد . زیرا دستگاههای جوشکاری مورد استفاده نسبتاً ارزان بوده، به راحتی راه اندازی و مورد استفاده قرار می گرفته و برای جوشکاری انواع فلزات به کار می روند .
چگونه این فرآیند کار می کند ؟
جوشکاری با قوس الکتریکی محافظت شده که با علامت اختصار SMAW نشان داده می شود . یکی از فرآیندهای متداول جوشکاری با قوس الکتریکی می باشد . وسایل عمده جوشکاری با قوش الکتریکی متشکل از یک منبع انرژی الکتریکی (دستگاه جوش) ، دو کابل یکی کابل الکترود و دیگری کابل برگشت (کابل اتصال به قطعه کار ) ، انبر الکترود گیر و یک الکترود پوشش دار می باشد ،شدت جریان حاصل از ماشین جوشکاری برای ایجاد قوس الکتریکی بین نوک الکترود و قطعه کار مورد استفاده قرار می گیرد و در نتیجه قطعه کار قسمتی از مدار جوشکاری محسوب می شود.
جوشکاری با تماس دادن نوک الکترود به قطعه کار و حفظ فاصله به اندازه مغری الکترود مصرفی شروع می شود . این عمل موجب تشکیل قوس و تولید حرارت تا 5550 خواهد شد .
حرارت شدید حاصل از قوس الکتریکی قطعه کار را ذوب نموده ، همچنین موجب ذوب مغزی الکترود مصرفی می شود . مغزی الکترود ذوب شده تشکیل فلز جوش را می دهد و بر اثر تجزیه، روپوش شیمیایی گاز محافظتی تشکیل داده و ناحیه کذاب را محافظت می نماید.
منظور از حفاظت ، توده ای از گازهای تولید شده هستند که در اثر ذوب روپوش الکترود در اطراف قوس الکتریکی تشکیل می شوند . گاز محافظ حوضچه مذاب را از عوامل جوی ماننداکسیژن و نیتروژن محافظت
می نماید .
چنانچه حوضچه مذاب توسط گازهای حاصل از روپوش شیمیایی محافظت نگردد ، جوش حاصله اکسیده و نیتراته شده و در نتیجه جوش شکننده و ضعیف می گردد و سایر مواد حاصل از سوختن روپوش شیمیایی گل جوش را تشکیل می دهند که مانع سرد شدن سریع جوش شده و از تغییر آلیاژ و آلودگی آن جلوگیری می کند .
بخشی از گازهای محافظ تولید شده بر اثر سوختن روپوش شیمیایی ، در نواحی قوس الکتریکی یونیزه می شود که موجب افزایش قابلیت هدایت الکتریکی و استقرار قوس می گردد . به منظور بهبود کیفیت جوش ، برخی از الکترودها دارای مواد مخصوصی مانند اکسید زدا می باشند که موجب تصفیه فلز جوش می شوند و یا دارای مواد آلیاژی هستند که ترکیبات فلز جوش را تغییر می دهند .
چنانچه نحوه جوشکاری به طور دقیق انجام شود ، استحکام جوش حاصله توسط SMAW به اندازه فلز و یا قوی تر از آن خواهد بود .
ولتاژ و شدت جریا ن جوشکاری
قوس الکتریکی برای جوشکاری به وسیله جریان مستقیم (D.C) و یا جریان برق متناوب (A. C) به دست می اید . ولتاژ جوشکاری مقدار فشار الکتریکی است که موجب انتقال شدت جریان می شود . شدت جریان جوشکاری به وسیله آمپر اندازه گیری می شود که فقط در هنگام تشکیل قوس الکتریکی و ضمن جوشکاری و جود دارد . بدون قوس الکتریکی به دلیل باز بودن مدار هیچ گونه شدت جریانی وجود نخواهد داشت .
ولتاژ قوس الکتریکی و ولتاژ مدار باز ، دو نوع از انواع ولتاژ های جوشکاری هستند که باید با آنها آشنایی پیدا کرد . ولتاژ قوس الکتریکی را گاهی ولتاژ مدار بسته و یا ولتاژ کار می نامند . ولتاژ قوس الکتریکی ولتاژی است که در مدار جوشکاری وقتی که قوس ایجاد شده و عمل جوشکاری انجام گیرد ظاهر می شود . ولتاژ قوس الکتریکی معمولاً بین 15 تا 40 ولت می باشد که با کوتاه و بلند شدن طول قوس مقدار آن تغییر می یابد .
مقدار واقعی ولتاژ قوس الکتریکی بستگی به ولتاژ مدار باز دارد . و آن مقدار ولتاژی است که ماشین جوش تولید می کند زمانی که دستگاه روشن است ولی کاری انجام نمی دهد . ولتاژ کدار باز معمولاً بین 50 تا 100 ولت می باشد . اما وقتی که قوس بر قرار می شود وجوشکاری انجام می گیرد ولتاژ مدار باز تبدیل به ولتاژ قوس الکتریکی می شود . اینکه ولتاژ مدار باز چگونه و در کجا تنظیم می شود ، بستگی به اندازه و نوع ماشین جوش مورد استفاده دارد .
طول قوس
در هر مدار الکتریکی رابطه ای بین ولتاژ شدت جریان و مقاومت وجود دارد . در مدار جوشکاری با قوس الکتریکی این رابطه بین ولتاژ قوس الکتریکی شدت جریان جوشکاری آمپر و مقدار فاصله هوایی (مقاومت) که قوس الکتریکی باید عبور نماید وجود دارد که این فاصله هوایی تحت عنوان طول قوس الکتریکی باید عبور نماید وجود دارد که این فاصله هوایی تحت عنوان طول قوس نامیده می شود . بدون اینکه قوس قطع شود می توان طول قوس الکتریکی را اندکی بلند و یا کوتاه نمود . عملاً مقدار طول قوس واقعی در الکتررودهای روتیلی با قطر الکترود مصرفی برابر می باشد .
برای درک بهتر تاثیر طول قوس روی ولتاژ و شدت جریان قوس الکتریکی به شکل زیر که به عنوان نمونه با الکترود پوشش دار میلیمتری در نظر گرفته شده است توجه کنید : در شرایط مطلوب وقتی که قوس الکتریکی توسط چنین الکترودی ایجاد می شود طول قوس واقعی یا نرمال 4/1 است . چنانچه طول قوس را به 8/1 کاهش دهیم بر اثر کاهش مقاوت هوا مقاومت در مقابل شدن جریان نیز کاهش خواهد یافت که موجب افزایش شدت جریان کاهش ولتاژ و قوس الکتریکی با حرارت بیشتر خواهد شد . اگر قوس الکتریکی به با 8/3 افزایش دهیم موجب کاهش شدت جریان شده و فاصله هوای بیشر سبب افزایش مقاومت می گردد .
بنابر این با طول قوس بلند تر از حد معمول ، ولتاژ بیشتر مورد نیاز است تا جریان کمتری ایجاد شود و در نتیجه قوس الکتریکی سرد تر شده و تمایل شدید به ایجاد جرقه پیدا خواهد کرد .
خطوط نقطه چین مقدار ولتاژ و شدت جریان رادر طول قوسهای عادی کوتاه و بلند نشان می دهد و توجه داشته باشید که تغییرات جزئی در طول قوس بلند نشان می دهد . توجه داشته باشید که تغییرات جزئی در طول قوس بلند موجب تغییرات نسبتاً زیاد و ولتاژ و نسبتاً کم شدت جریان جریان خواهد گردید .
حرات حاصل از طول قوس کوتاه موجب سوختن تولید جرقه های اضافی و خوردگی کناره های جوش در فلز مبنا خواهد شد . این گونه اشکالها را می توان با افزایش سرعت جوشکاری و حرکت نوسانی کمتر، کاهش داد.
طول قوس بلند هم اشکالهای متعددی دارد نتایج حاصل از این طول قوس عبارت خواهد بود از نفوذ کمتر ، اکسید شدن و آلودگی توسط عوامل جوی و کاهش تمرکز حرارتی ، قوس ناپایدار . چنانچه مجبور به استفاده از طول قوس بلند باشیم با حرکت نوسانی نرم و آهسته می توان اشکالهای مربوطه را به حداقل رساند .
طول قوس واقعی حاصل از ایجاد قوس الکتریکی به وسیله الکترودهای پوشش دار اندکی بلند تر از مقداری که به طور ظاهر به نظر می رسد ، می باشد ، زیرا مغزی فلزی الکترود سریع تر از پوشش آن ذوب گردیده و سپس اندکی در داخل پوشش شیمیایی وارد می شود .
اختلاف انتهای مغزی فلزی و روپوش الکترود تاثیر خیلی کمی در تغییرات ولتاژ و شدت جریان در مقایسه با تغییراتی که بر اثر لرزش و حرکت دست به وجود می آید و غیر قابل کنترل است ، دارد . به هر حال وارد شدن مغزی الکترود در داخل روپوش ممکن است به مقدار خیلی ناچیزی اشکال به وجود آورد . اختلاف بین روپوش الکترود و مغزی موجب می گردد تا در هنگام ایجاد قوس مغزی فلز به طور مستقیم یا قطعه کار تماس پیدا کند برای غلبه برچنین اشکالی لازم است نوک روپوش شیمیایی اندکی به وسیله دست از بین برده شود .