جوشکاری چیست؟

جوشکاری یک فرآیند تولیدی است که در آن با استفاده از گرما، فشار یا ترکیبی از هر دو، دو یا چند قطعه به هم متصل می‌شوند و با سرد شدن این قطعات، پیوندی محکم شکل می‌گیرد. این تکنیک عمدتاً برای اتصال فلزات و ترموپلاستیک‌ها به کار می‌رود، اما می‌توان آن را روی چوب نیز اعمال کرد. پیوند نهایی ایجاد شده توسط این فرآیند، جوش نامیده می‌شود. توصیه میکنیم این مقاله از سایت آریا فلز صبا را از دست ندهید.

برخی از مواد نیاز به استفاده از فرآیندها و تکنیک‌های خاصی دارند و تعدادی از آن‌ها به عنوان “غیر قابل جوش” در نظر گرفته می‌شوند. این اصطلاح اگرچه معمولاً در فرهنگ لغت یافت نمی‌شود، اما در مهندسی بسیار کاربردی است.

قطعاتی که به هم متصل می‌شوند به عنوان ماده اصلی شناخته می‌شوند. ماده‌ای که برای کمک به شکل‌گیری اتصال اضافه می‌شود، پرکننده یا مصرفی نامیده می‌شود. این مواد می‌توانند به شکل صفحه یا لوله اصلی، سیم پرکننده، الکترود مصرفی (برای جوشکاری قوس الکتریکی) و موارد مشابه باشند.

مواد مصرفی معمولاً به گونه‌ای انتخاب می‌شوند که از نظر ترکیب با مواد اصلی مشابه باشند، تا یک جوش همگن تشکیل دهند. با این حال، در برخی موارد مانند جوشکاری چدن‌های شکننده، از پرکننده‌ای با ترکیب و خواص بسیار متفاوت استفاده می‌شود. این نوع جوش‌ها، جوش‌های هتروژن نامیده می‌شوند.

اتصال نهایی ایجاد شده توسط این فرآیند را می‌توان جوشکاری نامید.

جوشکاری چگونه کار می‌کند؟

جوشکاری فلزات

برخلاف لحیم‌کاری و لحیم‌کاری سخت که فلز پایه را ذوب نمی‌کنند، جوشکاری فرآیندی با حرارت بالا است که طی آن فلز پایه ذوب می‌شود. معمولاً این فرآیند با افزودن مواد پرکننده همراه است. برای این نوع جوشکاری می توان به ماده های اصلی جوش مانند میلگرد، تیر‌آهن، ورق سیاه و… اشاره کرد.

در دماهای بالا، گرما حوضچه‌ای از مواد مذاب ایجاد می‌کند که پس از خنک شدن، یک اتصال محکم تشکیل می‌دهد که می‌تواند حتی قوی‌تر از فلز اصلی باشد. علاوه بر گرما، می‌توان از فشار نیز برای ایجاد جوش استفاده کرد، که ممکن است به تنهایی یا همراه با گرما به کار رود.

برای محافظت از فلزات ذوب شده و مواد پرکننده در برابر آلودگی یا اکسیداسیون، می‌توان از گاز محافظ استفاده کرد. این گاز به ایجاد یک محیط محافظ کمک می‌کند که کیفیت جوش را بهبود می‌بخشد.

جوشکاری پلاستیک

در جوشکاری پلاستیک نیز از گرما برای اتصال مواد استفاده می‌شود (البته در مورد جوش با حلال، نه) و این فرآیند در سه مرحله انجام می‌شود:

1. آماده‌سازی سطوح: ابتدا سطوح پلاستیکی که قرار است به هم متصل شوند، آماده‌سازی می‌شوند.
2. اعمال حرارت و فشار: سپس، گرما و فشار به مواد اعمال می‌شود.
3. خنک‌سازی و همجوشی: در نهایت، اجازه داده می‌شود تا مواد خنک شوند تا همجوشی و اتصال نهایی ایجاد شود.

روش‌های اتصال پلاستیک‌ها به دو دسته تقسیم می‌شوند: گرمایش خارجی و گرمایش داخلی، که بسته به فرآیند دقیق مورد استفاده، انتخاب می‌شوند.

جوشکاری چوب

در جوشکاری چوب، گرمای ناشی از اصطکاک برای اتصال قطعات به کار گرفته می‌شود. قطعات چوبی که قرار است به هم متصل شوند، قبل از ایجاد حرکت اصطکاکی خطی تحت فشار زیادی قرار می‌گیرند. این حرکت اصطکاکی باعث تولید گرما می‌شود که قطعات چوب را به هم جوش می‌دهد.

این فرآیند سریع است و به چوب اجازه می‌دهد بدون استفاده از چسب یا میخ در عرض چند ثانیه به هم متصل شود.

منابع انرژی

فرآیندهای جوشکاری مختلف بر اساس نوع منبع انرژی مورد استفاده تعیین می‌شوند و هر کدام تکنیک‌های متفاوتی دارند.

تا پایان قرن نوزدهم، جوشکاری فورج تنها روش موجود بود. اما از آن زمان به بعد، فرآیندهای جدیدتری مانند جوشکاری قوس الکتریکی توسعه یافته‌اند. روش‌های مدرن اکنون از منابع انرژی متنوعی مانند شعله گاز، قوس الکتریکی، لیزر، پرتو الکترونی، اصطکاک و حتی فراصوت برای اتصال مواد استفاده می‌کنند.

این فرآیندها نیاز به احتیاط دارند زیرا ممکن است منجر به سوختگی، شوک الکتریکی، آسیب دیدگی، قرار گرفتن در معرض تشعشعات یا استنشاق دود و گازهای سمی جوشکاری شوند.

انواع مختلف جوش و کاربردهای آنها

انواع مختلفی از فرآیندهای جوشکاری با تکنیک‌ها و کاربردهای خاص خود در صنعت وجود دارد که عبارتند از:

1. جوشکاری قوس الکتریکی (Arc Welding)

فرآیندها:

•  با گاز بی‌اثر فلز (MIG)
•  با گاز بی‌اثر تنگستن (TIG) یا جوشکاری قوس تنگستن گاز (GTAW)
•  با گاز فعال فلزی (MAG)
•  با هسته شار قوس الکتریکی (FCAW)
•  قوس الکتریکی زیرپودری (SAW)
•  قوس فلزی محافظ (SMAW)
•  قوس پلاسما

کاربردها:

این روش‌ها عمدتاً برای اتصال فلزات از جمله فولاد ضد زنگ، آلومینیوم، نیکل، مس، کبالت و تیتانیوم استفاده می‌شوند و در صنایع مختلفی از جمله نفت و گاز، نیرو، هوافضا و خودروسازی کاربرد دارند.

2. جوشکاری اصطکاکی (Friction Welding)

فرآیندها:

•  اصطکاکی اغتشاشی (FSW)
•  نقطه‌ای اصطکاکی اغتشاشی (FSSW)
•  اصطکاکی خطی (LFW)
•  اصطکاکی دوار (RFW)

کاربردها:

این فرآیند برای اتصال آلیاژهای آلومینیوم سبک وزن که «غیر قابل جوش» هستند، ایده‌آل است و در صنایع هوافضا و همچنین برای چسباندن چوب بدون استفاده از چسب یا میخ کاربرد دارد.

3. جوشکاری با پرتو الکترونی (Electron Beam Welding)

فرآیند:

جوشکاری با پرتو الکترونی (EBW) با استفاده از پرتوی الکترون‌های با سرعت بالا برای ذوب و اتصال مواد انجام می‌شود و در خلاء صورت می‌گیرد تا از پراکندگی پرتو جلوگیری شود.

کاربردها:

این فرآیند برای اتصال بخش‌های ضخیم مناسب است و در صنایع مختلف از جمله هوافضا، انرژی هسته‌ای، خودرو و راه‌آهن کاربرد دارد.

4. جوشکاری لیزری (Laser Welding)

فرآیند: جوش با لیزر از لیزر برای تأمین گرمای متمرکز برای جوش‌های عمیق و اتصال سریع استفاده می‌کند.

کاربردها:

این فرآیند برای اتصال ترموپلاستیک‌ها یا قطعات فلزی مناسب است و در صنایع با حجم بالا مانند خودروسازی به دلیل سرعت و قابلیت خودکارسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

5. جوشکاری مقاومتی (Resistance Welding)

فرآیندها:

• جوشکاری نقطه‌ای مقاومتی
• جوشکاری درز مقاومتی

کاربردها:

این فرآیند به دلیل سرعت بالا و قابلیت تولید جوش‌های بدون نشتی در صنعت خودرو به کار می‌رود. جوشکاری نقطه‌ای با استفاده از گرمای تولید شده بین دو الکترود به یک منطقه کوچک برای اتصال استفاده می‌کند، در حالی که جوش درز مقاومتی با استفاده از چرخ‌های دوار برای ایجاد جوش مداوم بدون نشتی استفاده می‌کند.

بهترین روش جوشکاری برای فولاد ضد زنگ

انتخاب بهترین روش جوشکاری برای فولاد ضد زنگ به عوامل مختلفی بستگی دارد و بر اساس نیازها و شرایط خاص پروژه تعیین می‌شود. در زیر، روش‌های مختلف و کاربردهای آنها برای فولاد ضدزنگ:

1. جوشکاری قوس الکتریکی تنگستن (TIG)

ویژگی‌ها: جوشکاری TIG با استفاده از قوس الکتریکی بین یک الکترود تنگستن و قطعه کار انجام می‌شود و معمولاً برای قطعات نازک و دقیق توصیه می‌شود.

مزایا: این روش جوشکاری کیفیت بالا و کنترل دقیق را فراهم می‌کند، به ویژه برای فولاد ضد زنگ که نیاز به جوش تمیز و بدون نقص دارد.

کاربردها: مناسب برای پروژه‌هایی که نیاز به دقت و ظاهر عالی جوش دارند.

2. جوشکاری قوس الکتریکی با گاز (MIG)

ویژگی‌ها: جوشکاری MIG با استفاده از یک سیم پرکننده به عنوان الکترود و گاز محافظ برای جلوگیری از آلودگی انجام می‌شود.

مزایا: این روش به دلیل سرعت بالا و آسان بودن آن برای جوش قطعات با ضخامت‌های مختلف و همچنین فولاد ضد زنگ مناسب است.

کاربردها: برای پروژه‌هایی که به سرعت و کارایی بالا نیاز دارند، ایده‌آل است.

3. جوشکاری نقطه‌ای مقاومتی

ویژگی‌ها: در این روش از گرما تولید شده بین دو الکترود برای جوش دادن قطعات استفاده می‌شود.

مزایا: مناسب برای جوشکاری فولاد ضد زنگ در کاربردهای تولیدی انبوه و برای اتصال نقاطی که نیاز به جوشکاری سریع و مقرون به صرفه دارند.

کاربردها: در صنایع خودروسازی و تولیدی که نیاز به جوش تعداد زیادی از نقاط با سرعت بالا دارند، کاربرد دارد.