معرفی انواع جوش در حوزه مهندسی مواد

فرآیند جوشکاری، یک فرآیند ساخت است که در آن دو یا چند قطعه با گرما، فشار یا هر دو با سرد شدن قطعات به یکدیگر متصل می‌شوند. فرآیند جوش معمولاً روی فلزات و ترموپلاستیک‌ها استفاده می‌شود اما می‌توان از آن روی چوب نیز استفاده کرد. اتصال جوش داده شده را می‌توان جوشکاری نامید. طبق استاندارد AWS، پنج نوع، اتصال جوش اساسی وجود دارد که معمولاً در صنعت استفاده می‌شود.

 انواع اصلی جوش چیست؟

1. MIG Welding - Gas Metal Arc Welding (GMAW)
2. جوش تیگ - قوسی تنگستن گازی GTAW
3. جوش چوبی - قوس فلزی محافظ SMAW
4. جوش شار - قوس هسته‌ای FCAW
5. جوش پرتو انرژی EBW
6. جوش هیدروژن اتمی AHW
7. جوش تنگستن-قوس گازی
8. جوش قوس پلاسما (PAW)

GMAW

جوشکاری (GMAW (Gas Metal Arc Welding که به نام جوشکاری (MIG (Metal Inert Gas نیز شناخته می‌شود، یکی از روش‌های پرکاربرد جوشکاری است که در آن از یک الکترود فلزی پیوسته (معمولاً سیم) به‌عنوان ماده جوش استفاده می‌شود. در این فرآیند، گاز محافظ (معمولاً گازهای آرگون، کربن دی‌اکسید یا مخلوطی از آن‌ها) برای محافظت از حوضچه مذاب در برابر آلودگی‌های محیطی مانند اکسیژن و نیتروژن استفاده می‌شود. 

اصطلاح دیگر GMAW یا گاز بی اثر فلز MIG است. در فرآیندهای MIG و GMAW، یک الکترود سیم جامد پیوسته، از طریق تفنگ جوشکاری همراه با یک گاز محافظ حرکت می‌کند که در برابر آلاینده‌های موجود در هوا محافظت می‌کند. قوس تنگستن گاز GTAW از یک الکترود مصرفی استفاده می‌کند. بنابراین مواد الکترود ذوب می‌شود و روی مهره جوش رسوب می‌کند. در GTAW یا TIG از الکترود غیر مصرفی استفاده می‌شود و بنابراین مواد الکترود روی مهره جوش رسوب نمی‌کند. GMAW مخفف قوس فلزی با گاز است. معمولاً به عنوان گاز بی اثر فلز یا MIG نیز شناخته می‌شود.

TIG  قوسی تنگستن گازی GTAW

جوشکاری با گاز خنثی تنگستن TIG که به نام قوس تنگستن گازی GTAW نیز شناخته می‌شود، یک فرآیند قوس الکتریکی است که جوش را با یک الکترود تنگستن غیر قابل مصرف تولید می‌کند. فرآیند جوش گاز بی اثر تنگستن TIG در دهه 1940 برای اتصال منیزیم و آلومینیوم به موفقیتی یک شبه تبدیل شد. دمای حوضچه جوش می‌تواند به 2500 درجه سانتیگراد (4530 درجه فارنهایت) نزدیک شود. یک گاز بی اثر قوس را حفظ می‌کند و از فلز مذاب در برابر آلودگی جوی محافظت می‌کند. گاز بی اثر معمولاً آرگون، هلیوم یا مخلوطی از هلیوم و آرگون است.

دو نوع TIG وجود دارد که از سیم پرکننده استفاده می‌کنند: جوش سیم سرد و جوش سیم گرم. در جوش سیم سرد از سیم پرکننده معمولی استفاده می‌شود. جوش سیم داغ، سیم را از قبل با عبور جریان از آن گرم می‌کند. این می‌تواند میزان رسوب در واحد زمان را افزایش دهد. TIG اغلب قوی‌ترین جوش در نظر گرفته می‌شود، زیرا  گرمای شدید تولید می‌کند و سرعت سرد شدن آهسته منجر به استحکام کششی و شکل‌پذیری بالا می‌شود. MIG همچنین یک کاندید عالی برای قوی ترین نوع جوش است زیرا می تواند یک اتصال قوی ایجاد کند. تازه واردها اغلب در مورد اینکه چرا اینقدر سخت است سردرگم می‌شوند و این مقاله دلایل اصلی را توضیح می‌دهد.

استیک –قوس فلزی محافظ SMAW

قوس فلزی محافظ SMAW که به عنوان جوش چوبی نیز شناخته می‌شود، یک فرآیند دستی با استفاده از یک الکترود مصرفی با روکش شار با یک میله فلزی در هسته است. جریان متناوب یا جریان مستقیم یک قوس بین الکترود ایجاد می‌کند و فلز پایه گرمای مورد نیاز را ایجاد می‌کند. می توان برای انواع فلزات و ضخامت های مختلف از این نوع جوش استفاده کرد. اغلب برای کارهای سنگین شامل آهن و فولاد صنعتی، مانند فولاد کربن و چدن، همچنین کارهای مربوط به فولادهای کم آلیاژ و بالا و آلیاژهای نیکل استفاده می‌شود. در جوشکاری قوس فلزی محافظ SMAW، قوس بین یک الکترود سرپوشیده و یک حوضچه جوش برای انجام یک جوش استفاده می‌شود. همانطور که جوشکار به طور پیوسته الکترود پوشیده شده را به حوضچه جوش تغذیه می‌کند، تجزیه پوشش به گازهایی تبدیل می‌شود که حوضچه را محافظت می‌کند.

جوش چوبی

با نام‌های قوس دستی، جوش الکترود دستی، جوش قوس فلزی دستی یا قوس فلزی محافظ SMAW نیز شناخته می‌شود، معمولاً اولین فرآیند جوشکاری است که به جوشکاران آموزش داده می‌شود. می توان از آن برای جوش دادن مواد بزرگ و همچنین قابلیت استفاده در داخل و خارج از خانه استفاده کرد، زیرا شار الکترود از هر گونه آلودگی جلوگیری می‌کند.

فلزات زیر را نمی‌توان با جوش چوبی جوش داد:

• تیتانیوم و فولاد
• آلومینیوم و مس
• آلومینیوم و فولاد ضد زنگ
• آلومینیوم و فولاد کربن

شار - جوشکاری قوسی با هسته شار FCAW

آیا جوشکاری با هسته شار مانند قوس الکتریکی است؟ تفاوت اصلی بین جوشکاری با هسته شار و MIG در نحوه محافظت الکترود از هوا است. جوشکاری با هسته شار درست همانطور که از نامش پیداست، دارای سیم توخالی با شار در مرکز است، شبیه به آب نباتی به نام "پیکسی استیک". همانطور که از نام آن مشخص است.

فرآیند FCAW چندین کاربرد صنعتی مهم دارد. کیفیت و قوام جوش عالی را بر روی فولاد ساختاری، آلیاژهای آهن و آلیاژهای مبتنی بر نیکل، که همگی در محیط‌های صنعتی بسیار رایج است، فراهم می‌کند. همچنین نفوذ جوش عالی را فراهم می کند که به ساده سازی طراحی اتصال کمک می‌کند. سیم شار خود محافظ نیازی به گاز محافظ خارجی ندارد زیرا حوضچه جوش توسط گاز تولید شده در هنگام سوختن شار از سیم محافظت می‌شود. در نتیجه، سیم‌های شاردار خود محافظ قابل حمل‌تر است زیرا به مخزن گاز خارجی نیاز ندارند. هم سیم‌های MIG و هم سیم‌های شار، جوش‌های استحکام بسیار مشابهی ایجاد می‌کنند و اگر اتصال به درستی جوش داده شود، تفاوت قابل توجهی در استحکام بین فرآیندها وجود ندارد.  

جوش پرتو انرژی EBW

جوش EBW یا Electron Beam Welding (جوشکاری پرتو الکترونی) یک فرآیند جوشکاری است که از پرتو الکترونی برای ایجاد اتصال بین دو قطعه استفاده می‌کند. در این روش، یک پرتو پر انرژی از الکترون‌ها به سطح قطعه‌های فلزی تابانده می‌شود که باعث ایجاد گرمای زیاد و ذوب شدن فلز می‌شود و در نتیجه اتصال بین قطعات برقرار می‌شود. در جوش EBW از یک پرتو الکترونی که از یک تفنگ الکترونی تولید می‌شود، استفاده می‌شود. این پرتو انرژی زیادی دارد و می‌تواند فلزات را به سرعت ذوب کند.

جوش هیدروژن اتمی AHW

جوش هیدروژن اتمی (AHW - Atomic Hydrogen Welding) یک فرآیند جوشکاری است که در آن از هیدروژن اتمی به ‌عنوان منبع حرارت برای ذوب و اتصال دو قطعه فلزی استفاده می‌شود. این روش جوشکاری ابتدا در دهه‌های ۱۹۳۰ و ۱۹۴۰ توسعه یافت و به دلیل قابلیت‌های خاص آن، در برخی از کاربردهای صنعتی مورد توجه قرار گرفت. در این فرآیند، هیدروژن به دو اتم هیدروژن (H)  تجزیه می‌شود که در تماس با یکدیگر واکنش داده و انرژی زیادی تولید می‌کنند. این انرژی باعث ایجاد دمای بسیار بالا می‌شود که برای ذوب فلزات و ایجاد اتصال بین قطعات کافی است.

جوش تنگستن – قوس گازی

جوش تنگستن-قوس گازی (Tungsten Inert Gas Welding) یا GTAW یکی از روش‌های جوشکاری است که در آن از الکترود تنگستن غیر مصرفی و گازهای بی‌اثر (معمولاً آرگون یا هلیوم) برای ایجاد اتصال بین دو قطعه فلزی استفاده می‌شود. این روش به دلیل دقت و کیفیت بالا در جوشکاری، به عنوان یکی از روش‌های پیشرفته در صنعت جوشکاری شناخته می‌شود. در این روش، از الکترود تنگستن غیر مصرفی استفاده می‌شود که در فرآیند جوشکاری هیچ‌گاه ذوب نمی‌شود. تنگستن به دلیل نقطه ذوب بسیار بالا (حدود ۳۳۲۰ درجه سلسیوس) برای تولید قوس پایدار و دمای بالا مناسب است.

جوش قوس پلاسما (PAW)

جوش قوس پلاسما (Plasma Arc Welding) یا PAW یک فرآیند جوشکاری است که ترکیبی از دو تکنولوژی جوش قوس الکتریکی و پلاسما را به کار می‌برد. در این روش، یک قوس الکتریکی در یک محفظه پلاسمای فشرده ایجاد می‌شود که باعث تولید دمای بسیار بالا و ایجاد یک جت پلاسما می‌شود. این جت پلاسما برای ذوب فلزات و ایجاد اتصال بین قطعات فلزی به کار می‌رود. در جوش قوس پلاسما، یک قوس الکتریکی میان یک الکترود تنگستن و قطعه فلز ایجاد می‌شود. این قوس به یک جت پلاسما تبدیل می‌شود که دمای آن بسیار بالا (در حدود ۲۰۰۰۰ درجه سلسیوس) است. پلاسما به‌ عنوان یک گاز یونیزه شده با قابلیت انتقال حرارت بسیار بالا شناخته می‌شود که به جوشکاری کمک می‌کند.

بیشتر بخوانید: "پردرآمدترین شاخه و رشته مهندسی مواد"

فرصت‌های شغلی جوش در صنایع مختلف

• اپراتور جوشکاری:  فردی که مسئول اجرای عملیات جوشکاری با استفاده از تجهیزات مختلف جوشکاری است. 
• مهندس جوشکاری:  مسئول طراحی، برنامه‌ریزی و نظارت بر فرآیندهای جوشکاری در پروژه‌ها. 
• تکنسین جوشکاری:  فردی که به ‌عنوان پشتیبان فنی به اپراتورها و مهندسان جوشکاری کمک می‌کند و نظارت بر کیفیت جوش‌ها دارد. 
• متخصص بازرسی جوش:  فردی که بررسی و ارزیابی جوش‌های انجام‌ شده را انجام می‌دهد و از نظر کیفیت و استانداردهای ایمنی، جوش‌ها را بررسی می‌کند.  برای تسلط بر این موضوع می‌توانید در دوره بازرسی جوش چشمی VT، دوره بازرسی جوش به روش التراسونیک (UT)، دوره بازرسی جوش به روش تفسیر فیلم های رادیوگرافی (RT)، دوره بازرسی جوش به روش ذرات مغناطیسی (MT)، دوره بازرسی مایعات نافذ (PT) شرکت کنید.
• مدیر کیفیت جوش: فردی که نظارت کامل بر کیفیت جوش‌ها و فرآیندهای جوشکاری در پروژه‌های مختلف را به عهده دارد. برای کسب اطلاعات بیشتر در این حوزه می‌توانید در دوره کارشناس کنترل کیفیت شرکت کنید.

جمع بندی

جوشکاری و تعمیرات جوشکاری مستلزم تخصص و دانش فنی بالا در خصوص مواد و خواص آن‌ها، قابلیت جوشکاری مواد مختلف، شناخت انواع عیوب قطعه و مهم‌تر از همه، درک شرایط سرویس قطعه است. جوشکاری یکی از فرآیندهای ضروری در ساخت برخی سازه‌ها است که در صورت انجام به درستی، می‌تواند به استحکام استاتیکی، شکل‌پذیری، چقرمگی شکست و استحکام خستگی معادل با سازه‌های اصلی منجر شود.

جوشکاری تعمیری می‌تواند به‌ عنوان یک روش منطقی برای تولید یک جزء قابل استفاده و ایمن در نظر گرفته شود، اما اگر به ‌صورت تصادفی یا بدون برنامه‌ریزی انجام شود، می‌تواند به کیفیت پایین کار منجر شود. این رویکرد می‌تواند منجر به شکست قطعات، ادعاهای گارانتی بزرگ و ناراحتی مشتریان گردد. از این رو، رعایت اصول صحیح جوشکاری تعمیری بسیار حائز اهمیت است. جوشکاری تعمیری، زمانی که به ‌درستی و با رعایت اصول علمی و فنی انجام شود، می‌تواند تضمین‌ کننده تولید قطعات با استحکام بالا و عملکرد مطلوب باشد. در غیر این صورت، می‌تواند منجر به کیفیت پایین، خرابی‌های ناخواسته و مشکلات گارانتی گردد. بنابراین، جوشکاران و مهندسان باید با مفاهیم پایه و تکنیک‌های بازرسی جوش به ‌طور کامل آشنا باشند تا اطمینان حاصل کنند که تعمیرات جوش به ‌درستی انجام می‌شود.

نویسندگان: مصطفی عینعلی، کارشناسی ارشد مهندسی مواد- سایه صفاییان، کارشناسی مهندسی مواد