الکترود قلیایی چیست و چه کاربردی دارد؟

الکترود قلیایی یکی از مهم ترین الکترودهای پوشش دار در جوشکاری قوس دستی است که به دلیل هیدروژن قابل انتشار پایین، خواص مکانیکی مناسب فلز جوش و مقاومت خوب در برابر ترک سرد، در اتصالات حساس و سازه های تحت بار استفاده می شود. پوشش این الکترودها معمولا ماهیت بازی دارد و می تواند شامل ترکیباتی مانند کربنات کلسیم و فلوراید کلسیم باشد. کاهش هیدروژن ورودی به حوضچه جوش، احتمال ترک ناشی از هیدروژن را در فولادهای مستعد کاهش می دهد؛ به همین دلیل الکترودهای قلیایی در سازه های فولادی، پل ها، مخازن، تجهیزات صنعتی و برخی خطوط لوله اهمیت زیادی دارند. در پروژه هایی که مقدار مصرف فولاد بالاست، علاوه بر انتخاب الکترود مناسب، تغییرات قیمت آهن نیز می تواند بر هزینه نهایی ساخت و جوشکاری اثر بگذارد. نمونه هایی مانند E7018 در استاندارد AWS A5.1 در گروه الکترودهای کم هیدروژن قرار می گیرند.

شناخت الکترود قلیایی فقط به نوع پوشش محدود نمی شود؛ شرایط نگهداری، رطوبت، نوع جریان، قطبیت و وضعیت جوشکاری نیز بر عملکرد آن اثر مستقیم دارند. برخی گریدها مانند E7018 قابلیت استفاده با AC و DC+ را دارند و برای جوشکاری در وضعیت های مختلف طراحی شده اند. هنگام بررسی انواع الکترود جوشکاری باید توجه داشت که الکترودهای قلیایی معمولا برای اتصالاتی انتخاب می شوند که چقرمگی، استحکام و سلامت داخلی جوش اهمیت بیشتری نسبت به سهولت شروع قوس دارند. در ادامه این مقاله از مرکزآهن، انواع الکترود قلیایی، مشخصات فنی، علامت اختصاری، کاربردها و نحوه استفاده صحیح از آن ها را بررسی می کنیم.

الکترود قلیایی چیست؟

برای پاسخ به این سوال که الکترود قلیایی چیست ابتدا باید بدانیم الکترود جوشکاری چیست و نوع قلیایی چه تفاوتی با سایر الکترودها دارد. برای بررسی این موضوع نیز باید ابتدا به پوشش فلاکس آن توجه کرد. الکترود قلیایی یا Basic Electrode نوعی الکترود پوشش دار برای فرایند SMAW است که پوشش آن معمولا بر پایه ترکیبات بازی مانند کربنات کلسیم و فلوراید کلسیم ساخته می شود. این ترکیبات در هنگام ایجاد قوس ذوب می شوند و ضمن تشکیل گاز و سرباره محافظ، میزان هیدروژن قابل انتشار در فلز جوش را پایین نگه می دارند. کاهش هیدروژن اهمیت زیادی دارد، زیرا در فولادهای پر استحکام، مقاطع ضخیم و اتصالات تحت تنش، حضور هیدروژن می تواند احتمال ایجاد ترک سرد را افزایش دهد. به همین دلیل انواع الکترود قلیایی در پروژه هایی که کیفیت متالورژیکی جوش اهمیت بالایی دارد استفاده می شوند.

در میان انواع جوشکاری، کاربرد اصلی این الکترودها در جوشکاری قوس دستی با الکترود پوشش دار است. الکترودهای قلیایی معمولا فلز جوشی با استحکام، چقرمگی و مقاومت مناسب در برابر ترک ایجاد می کنند، اما نسبت به الکترودهای روتیلی به نگهداری دقیق تر و مهارت بیشتری در کنترل قوس نیاز دارند. رطوبت پوشش می تواند میزان هیدروژن جوش را افزایش دهد؛ بنابراین بسیاری از گریدهای کم هیدروژن باید طبق دستور سازنده در شرایط خشک نگهداری یا در صورت نیاز بازپخت شوند. علامت الکترود قلیایی معمولا از روی طبقه بندی استاندارد آن، مانند E7018، E7016 یا E7015 شناسایی می شود.

مشخصات فنی الکترود قلیایی

مشخصات فنی الکترود قلیایی به ترکیب پوشش، نوع مغزی فلزی، میزان هیدروژن قابل انتشار، استحکام فلز جوش، نوع جریان و وضعیت های مجاز جوشکاری وابسته است. در الکترودهای کم هیدروژن، پوشش باید رطوبت بسیار کمی داشته باشد تا مقدار هیدروژن واردشده به فلز جوش کنترل شود. به همین دلیل نگهداری این الکترودها در شرایط خشک اهمیت زیادی دارد. از نظر خواص مکانیکی، بسیاری از الکترودهای قلیایی برای ایجاد جوشی با استحکام کششی مناسب و چقرمگی مطلوب طراحی می شوند. برای مثال، در طبقه بندی AWS، عددهای ابتدایی در نام هایی مانند E7018 یا E8018 به حداقل استحکام کششی فلز جوش اشاره دارند و بخش پایانی نیز اطلاعاتی درباره وضعیت جوشکاری، نوع پوشش و جریان قابل استفاده ارائه می کند.

علامت اختصاری الکترود قلیایی معمولا از طریق همین کد استاندارد شناسایی می شود، اما نباید فقط بر اساس یک رقم درباره نوع دقیق پوشش قضاوت کرد. پرسش علامت الکترود قلیایی چیست زمانی پاسخ دقیقی پیدا می کند که کل کد AWS یا استاندارد معادل بررسی شود. برخی گریدها با AC و DC+ کار می کنند، در حالی که بعضی دیگر بیشتر برای جریان مستقیم طراحی شده اند. قطر الکترود نیز با ضخامت قطعه، وضعیت جوشکاری و جریان انتخابی ارتباط دارد. به طور کلی، مشخصات فنی الکترود های قلیایی باید همزمان با نیاز سازه، نوع فولاد و الزامات کیفی جوش ارزیابی شوند.

انواع الکترود قلیایی

انواع الکترود قلیایی معمولا بر اساس طبقه بندی استاندارد، استحکام فلز جوش، نوع جریان قابل استفاده و ویژگی های پوشش از یکدیگر تفکیک می شوند. در میان الکترودهای کم هیدروژن، گریدهای E7018، E7016، E7015 و E8018 از شناخته شده ترین گزینه ها هستند. بخش عددی کد هر الکترود اطلاعات مهمی درباره حداقل استحکام کششی و شرایط جوشکاری ارائه می دهد. برای مثال، عدد 70 در خانواده E70XX به حداقل استحکام کششی فلز جوش در حدود 70 ksi اشاره دارد و عدد 80 در E80XX سطح استحکام بالاتری را نشان می دهد. رقم بعدی نیز وضعیت مجاز جوشکاری را مشخص می کند و دو رقم پایانی به نوع پوشش و ویژگی های جریان مربوط می شوند. بنابراین پاسخ به این پرسش که کدام الکترود قلیایی است، باید بر اساس طبقه بندی کامل و مشخصات سازنده انجام شود.

تفاوت میان این گریدها فقط در استحکام نیست. E7018 به دلیل پایداری قوس و کاربرد گسترده در سازه های فولادی شناخته می شود، در حالی که E7016 و E7015 رفتار متفاوتی از نظر پوشش و جریان دارند. E8018 نیز برای اتصالاتی استفاده می شود که به استحکام بالاتری نیاز دارند. انتخاب میان الکترودهای قلیایی باید بر اساس جنس فلز پایه، ضخامت قطعه، وضعیت جوشکاری، نوع منبع تغذیه و الزامات چقرمگی انجام شود. در ادامه، هر یک از این انواع الکترود قلیایی را جداگانه بررسی می کنیم.

الکترود E7018

الکترود E7018 یکی از پرکاربردترین الکترودهای قلیایی کم هیدروژن در جوشکاری سازه های فولادی است. در طبقه بندی AWS، عدد 70 نشان دهنده حداقل استحکام کششی فلز جوش در حدود 70 ksi است، عدد 1 قابلیت استفاده در تمام وضعیت های اصلی جوشکاری را نشان می دهد و رقم 18 به نوع پوشش کم هیدروژن همراه با پودر آهن و شرایط جریان قابل استفاده مربوط می شود. این الکترود معمولا با جریان AC یا DC+ کار می کند و به دلیل قوس نسبتا پایدار، پاشش محدود و ایجاد جوش با خواص مکانیکی مناسب، در اتصالات حساس کاربرد زیادی دارد.

E7018 برای جوشکاری فولادهای کربنی و برخی فولادهای کم آلیاژ در سازه های ساختمانی، پل ها، مخازن، تجهیزات سنگین و قطعات تحت بار استفاده می شود. مهم ترین نکته در استفاده از آن، کنترل رطوبت پوشش است، زیرا جذب رطوبت می تواند مقدار هیدروژن قابل انتشار را افزایش دهد و خطر ترک سرد را بالا ببرد. به همین دلیل باید طبق دستور سازنده در بسته بندی مناسب نگهداری شود و در صورت نیاز داخل آون مخصوص قرار بگیرد. کاربرد الکترود قلیایی E7018 زمانی بیشترین مزیت را دارد که استحکام، چقرمگی و سلامت داخلی جوش نسبت به سهولت کار اولویت بیشتری داشته باشند.

الکترود E7016

الکترود E7016 یکی دیگر از الکترودهای قلیایی کم هیدروژن است که برای ایجاد اتصال هایی با استحکام مناسب و خطر کمتر ترک هیدروژنی استفاده می شود. در کد AWS، عدد 70 به حداقل استحکام کششی فلز جوش در حدود 70 ksi اشاره دارد و عدد 1 نشان می دهد الکترود برای وضعیت های اصلی جوشکاری قابل استفاده است. رقم 16 نیز به نوع پوشش کم هیدروژن و ویژگی های جریان آن مربوط می شود. این الکترود معمولا با AC یا DC+ کار می کند و در مقایسه با برخی الکترودهای عمومی، به کنترل دقیق تر قوس و شرایط نگهداری نیاز دارد. کیفیت سطح جوش و خواص مکانیکی مناسب، E7016 را برای کارهای سازه ای و صنعتی حساس به ترک مناسب می کند.

الکترود E7016 در جوشکاری فولادهای کربنی و برخی فولادهای کم آلیاژ، اتصالات سازه ای، مخازن، تجهیزات صنعتی و قطعاتی که تحت بار قرار دارند کاربرد دارد. یکی از تفاوت های آن با E7018 این است که پوشش E7018 معمولا حاوی پودر آهن بیشتری است و می تواند نرخ رسوب بالاتری ایجاد کند. E7016 نیز مانند سایر الکترودهای قلیایی باید در برابر جذب رطوبت محافظت شود، زیرا رطوبت پوشش می تواند مقدار هیدروژن قابل انتشار را افزایش دهد. انتخاب این گرید زمانی مناسب است که خواص مکانیکی قابل اعتماد، کیفیت جوش و کنترل ترک در اولویت قرار داشته باشند.

الکترود E7015

الکترود E7015 از خانواده الکترودهای قلیایی کم هیدروژن است و برای جوشکاری اتصالاتی به کار می رود که کنترل هیدروژن، استحکام مناسب و کاهش خطر ترک سرد اهمیت دارد. در کد AWS، عدد 70 بیانگر حداقل استحکام کششی فلز جوش در حدود 70 ksi است و عدد 1 قابلیت استفاده در وضعیت های اصلی جوشکاری را نشان می دهد. رقم 15 نیز به نوع پوشش قلیایی کم هیدروژن و ویژگی های الکتریکی آن مربوط است. این گرید معمولا برای کار با جریان مستقیم و قطبیت مثبت الکترود، یعنی DC+، طراحی می شود و به همین دلیل انتخاب منبع تغذیه مناسب در عملکرد صحیح آن اهمیت زیادی دارد.

E7015 در جوشکاری فولادهای کربنی و برخی فولادهای کم آلیاژ، به ویژه در سازه های تحت تنش، تجهیزات صنعتی و اتصالاتی که کیفیت متالورژیکی جوش مهم است کاربرد دارد. قوس این الکترود نسبت به بعضی گریدهای عمومی ممکن است به مهارت بیشتری در کنترل طول قوس و زاویه الکترود نیاز داشته باشد. همچنین مانند سایر الکترودهای قلیایی، پوشش آن باید خشک باقی بماند تا میزان هیدروژن قابل انتشار افزایش پیدا نکند. کاربرد الکترودهای قلیایی از نوع E7015 زمانی مناسب است که خواص مکانیکی پایدار و مقاومت در برابر ترک نسبت به سهولت شروع قوس یا نرخ رسوب بالا اولویت بیشتری داشته باشند.

الکترود E8018

الکترود E8018 از الکترودهای قلیایی کم هیدروژن با سطح استحکام بالاتر نسبت به خانواده E70XX است و برای جوشکاری فولادهایی به کار می رود که نیاز بیشتری به مقاومت مکانیکی دارند. در کد AWS، عدد 80 نشان دهنده حداقل استحکام کششی فلز جوش در حدود 80 ksi است، عدد 1 قابلیت استفاده در وضعیت های اصلی جوشکاری را بیان می کند و رقم 18 به پوشش کم هیدروژن همراه با پودر آهن و شرایط جریان قابل استفاده مربوط می شود. این الکترود معمولا با AC یا DC+ قابل استفاده است و در صورت انتخاب صحیح پارامترها، جوشی با استحکام مناسب، چقرمگی قابل قبول و ظاهر یکنواخت ایجاد می کند.

E8018 بیشتر در سازه های فولادی سنگین، تجهیزات تحت بار، قطعات صنعتی، مخازن و برخی فولادهای کم آلیاژ استفاده می شود. انتخاب آن زمانی منطقی است که استحکام مورد نیاز اتصال از محدوده گریدهای E70XX بالاتر باشد و سازگاری فلز جوش با فلز پایه نیز تایید شود. مانند سایر الکترودهای قلیایی، نگهداری خشک E8018 اهمیت زیادی دارد، زیرا جذب رطوبت می تواند مقدار هیدروژن قابل انتشار را افزایش دهد و احتمال ترک سرد را بیشتر کند. بنابراین انتخاب این الکترود باید بر اساس مشخصات فولاد پایه، WPS، ضخامت اتصال و الزامات استحکامی پروژه انجام شود.

ویژگی های الکترود قلیایی

الکترودهای قلیایی به دلیل ساختار پوشش و میزان پایین هیدروژن قابل انتشار، رفتار متفاوتی نسبت به بسیاری از الکترودهای روتیلی یا سلولزی دارند. مهم ترین ویژگی الکترود قلیایی، ایجاد فلز جوش با چقرمگی مناسب، استحکام قابل اعتماد و حساسیت کمتر به ترک های هیدروژنی است. پوشش بازی این الکترودها معمولا از ترکیباتی مانند کربنات کلسیم و فلوراید کلسیم تشکیل می شود و هنگام جوشکاری سرباره ای محافظ ایجاد می کند. این پوشش علاوه بر محافظت از حوضچه مذاب، به کنترل اکسیژن و ناخالصی های فلز جوش نیز کمک می کند. به همین دلیل کاربرد الکترودهای قلیایی در اتصالات سازه ای مهم، مقاطع ضخیم و فولادهایی که نسبت به ترک سرد حساس هستند بیشتر دیده می شود.

از دیگر ویژگی های الکترود قلیایی می توان به نیاز به نگهداری خشک، حساسیت بیشتر به رطوبت پوشش و الزام به کنترل دقیق طول قوس اشاره کرد. این الکترودها معمولا قوسی متمرکزتر ایجاد می کنند و برای دستیابی به جوش با کیفیت، زاویه الکترود و شدت جریان باید متناسب با قطر و وضعیت جوشکاری تنظیم شوند. علامت اختصاری الکترود قلیایی به تنهایی یک عبارت ثابت نیست و معمولا از طبقه بندی هایی مانند E7018، E7016 یا E7015 برای شناسایی گرید استفاده می شود. بنابراین اگر پرسیده شود کدام الکترود قلیایی است، باید کد استاندارد، نوع پوشش و مشخصات فنی سازنده همزمان بررسی شوند.

کاربرد الکترود قلیایی در جوشکاری

کاربرد الکترود قلیایی بیشتر در اتصال هایی دیده می شود که استحکام، چقرمگی و مقاومت در برابر ترک اهمیت زیادی دارند. این الکترودها به دلیل هیدروژن قابل انتشار پایین، برای جوشکاری فولادهای کربنی و برخی فولادهای کم آلیاژ در سازه های سنگین، پل ها، مخازن، ماشین آلات صنعتی و قطعات تحت بار مناسب هستند. در مقاطع ضخیم یا اتصالاتی که تنش پسماند بالایی دارند، کنترل هیدروژن اهمیت بیشتری پیدا می کند و به همین دلیل الکترود های قلیایی انتخاب مطمئن تری نسبت به بسیاری از الکترودهای عمومی هستند. همچنین در تعمیرات صنعتی و جوشکاری قطعاتی که شکست آن ها می تواند هزینه یا ریسک بالایی ایجاد کند، استفاده از این خانواده رایج است.

کاربرد انواع الکترود قلیایی فقط به سازه های ثابت محدود نمی شود و در ساخت تجهیزات تحت فشار، شاسی ها، قطعات ماشین آلات و برخی خطوط لوله نیز دیده می شود. انتخاب گرید مناسب باید با توجه به استحکام فلز پایه، وضعیت جوشکاری، ضخامت اتصال و الزامات WPS انجام شود. برای مثال، E7018 در بسیاری از سازه های فولادی عمومی کاربرد دارد، در حالی که E8018 برای فولادهایی با سطح استحکام بالاتر مناسب تر است. در مجموع، کاربرد الکترود قلیایی زمانی بیشترین مزیت را دارد که کیفیت متالورژیکی جوش و کاهش خطر ترک نسبت به سرعت ساده اجرای جوش اولویت بیشتری داشته باشند.

مزایا و معایب الکترود قلیایی

مهم ترین مزیت الکترود قلیایی، کاهش هیدروژن قابل انتشار در فلز جوش و در نتیجه کاهش احتمال ترک سرد در فولادهای حساس است. این ویژگی در سازه های سنگین، مقاطع ضخیم و اتصال هایی که تنش پسماند بالایی دارند اهمیت زیادی پیدا می کند. الکترودهای قلیایی معمولا فلز جوشی با استحکام مناسب، چقرمگی مطلوب و رفتار قابل اعتماد در شرایط بارگذاری ایجاد می کنند. کیفیت متالورژیکی مناسب جوش، امکان استفاده در بسیاری از موقعیت های جوشکاری و کاربرد در فولادهای کربنی و برخی فولادهای کم آلیاژ نیز از نقاط قوت آن ها است. در پروژه هایی که سلامت اتصال و دوام سازه اهمیت بیشتری نسبت به سرعت اجرای ساده دارد، این خانواده از الکترودها معمولا انتخاب مناسبی محسوب می شوند.

در مقابل، الکترودهای قلیایی نسبت به رطوبت حساس هستند و نگهداری نامناسب آن ها می تواند مزیت کم هیدروژن بودن را از بین ببرد. به همین دلیل باید مطابق دستور سازنده در شرایط خشک نگهداری شوند و در صورت نیاز بازپخت یا در آون مخصوص قرار بگیرند. شروع قوس و کنترل طول قوس نیز ممکن است برای جوشکاران کم تجربه دشوارتر از بعضی الکترودهای روتیلی باشد. همچنین انتخاب جریان، قطبیت و شدت آمپر باید با دقت بیشتری انجام شود. اگر سطح قطعه آلوده، مرطوب یا دارای زنگ و روغن باشد، احتمال ایجاد عیوبی مانند تخلخل افزایش پیدا می کند. بنابراین مزایای الکترود قلیایی زمانی به طور کامل به دست می آیند که شرایط نگهداری، آماده سازی سطح و پارامترهای جوشکاری به درستی کنترل شوند.

نحوه جوشکاری با الکترود قلیایی

نحوه جوشکاری با الکترود قلیایی به آماده سازی صحیح الکترود، تنظیم جریان و کنترل قوس وابسته است. ابتدا باید سطح قطعه از رطوبت، روغن، زنگ و آلودگی پاک شود تا احتمال ایجاد تخلخل یا ناپیوستگی کاهش پیدا کند. سپس الکترود متناسب با جنس و ضخامت فلز پایه، وضعیت جوشکاری و WPS انتخاب می شود. الکترودهای کم هیدروژن باید خشک نگه داشته شوند و اگر سازنده بازپخت را توصیه کرده باشد، دما و زمان آن دقیقا مطابق دستور فنی رعایت شود. پس از انتخاب قطبیت مناسب، شدت جریان با توجه به قطر الکترود تنظیم می شود. برای بسیاری از گریدهای قلیایی، قوس کوتاه و پایدار نتیجه بهتری ایجاد می کند و از ورود بیش از حد هوا به حوضچه جوش جلوگیری می کند.

در هنگام حرکت، زاویه الکترود باید کنترل شود و سرعت پیشروی به گونه ای باشد که حوضچه بیش از حد بزرگ یا سرد نشود. در جوش های چند پاس، سرباره هر پاس باید پیش از اجرای پاس بعدی به طور کامل تمیز شود. در وضعیت های عمودی و سقفی، کاهش طول قوس و کنترل حجم حوضچه اهمیت بیشتری دارد. همچنین نباید الکترود مرطوب یا آسیب دیده وارد فرایند شود، زیرا این موضوع می تواند مزیت کم هیدروژن بودن الکترودهای قلیایی را از بین ببرد. نتیجه مطلوب زمانی حاصل می شود که پارامترها، آماده سازی و تکنیک حرکت همزمان کنترل شوند.

نکات مهم در انتخاب الکترود قلیایی

انتخاب الکترود قلیایی باید بر اساس جنس فلز پایه، استحکام مورد نیاز اتصال، ضخامت قطعه و شرایط بهره برداری انجام شود. اولین معیار، تطابق خواص مکانیکی فلز جوش با فولاد پایه است؛ برای مثال، انتخاب E7018 برای فولادی که به سطح استحکام بالاتری نیاز دارد ممکن است مناسب نباشد و در چنین شرایطی باید گریدی مانند E8018 یا الکترود متناسب با دستورالعمل جوشکاری بررسی شود. وضعیت جوشکاری نیز اهمیت دارد، زیرا همه الکترودها برای موقعیت های تخت، افقی، عمودی و سقفی عملکرد یکسانی ندارند. نوع جریان و قطبیت منبع تغذیه نیز باید با مشخصات الکترود هماهنگ باشد. به همین دلیل پاسخ به این پرسش که کدام الکترود قلیایی است، فقط با شناخت نام گرید کامل نمی شود و باید اطلاعات استاندارد و برگه فنی سازنده هم بررسی شوند.

شرایط محیطی و نحوه نگهداری نیز در انتخاب اهمیت دارند. اگر پروژه در محیط مرطوب اجرا می شود یا امکان نگهداری الکترود در آون مناسب وجود ندارد، باید برنامه کنترل رطوبت جدی تری در نظر گرفته شود. ضخامت مقطع، میزان مهار اتصال، دمای محیط و حساسیت فولاد به ترک سرد نیز می توانند بر انتخاب گرید اثر بگذارند. در نهایت، علامت الکترود قلیایی و مشخصات درج شده روی بسته بندی باید با WPS، استاندارد پروژه و خواص فلز پایه تطبیق داده شوند تا انتخاب نهایی از نظر فنی و اجرایی قابل اطمینان باشد.

الکترود قلیایی یکی از مهم ترین گزینه ها برای جوشکاری سازه ها و قطعاتی است که استحکام، چقرمگی و مقاومت در برابر ترک سرد اهمیت بالایی دارند. پوشش بازی و هیدروژن قابل انتشار پایین، دلیل اصلی عملکرد مناسب این الکترودها در اتصالات حساس است. انواع الکترود قلیایی مانند E7018، E7016، E7015 و E8018 از نظر استحکام، نوع جریان و شرایط کاربرد با یکدیگر تفاوت دارند و باید بر اساس فلز پایه، ضخامت، وضعیت جوشکاری و WPS انتخاب شوند. کاربرد الکترود قلیایی در سازه های فولادی، مخازن، تجهیزات صنعتی و قطعات تحت بار بسیار رایج است. در مقابل، حساسیت به رطوبت و نیاز به نگهداری صحیح از محدودیت های مهم آن محسوب می شود. در نتیجه، انتخاب و استفاده اصولی از انواع الکترود قلیایی می تواند کیفیت و دوام اتصال جوشی را به شکل محسوسی افزایش دهد.

سوالات متداول