جوشکاری قوس الکتریکی یک فرآیند جوشکاری است که برای اتصال فلز به فلز و با استفاده از الکتریسیته انجام می شود. در این عملیات گرمای کافی برای ذوب شدن فلز ایجاد ایجاد خواهد شد و با خنک شدن فلزات ذوب شده، فلزات به یکدیگر متصل می شوند. در اصل جوشکاری قوس الکتریکی نوعی جوشکاری است که از منبع تغذیه جوشکاری برای ایجاد قوس الکتریکی بین یک الکترود و ماده پایه برای ذوب فلزات در نقطه تماس استفاده می کند. جوشکاران قوس می توانند از الکترودهای مستقیم (DC) یا متناوب (AC) و الکترودهای مصرفی یا غیر قابل مصرف استفاده کنند.
ناحیه جوشکاری معمولاً توسط نوعی گاز محافظ و یا بخار محافظت می شود. فرایندهای جوشکاری قوس ممکن است دستی، نیمه اتوماتیک یا کاملاً خودکار باشد. برای اولین بار در اواخر قرن نوزدهم جوشکاری قوس الکتریکی از نظر تجاری در ساخت کشتی در طول جنگ جهانی دوم اهمیت زیادی پیدا کرد و امروزه این یک فرایند مهم برای ساخت سازه های فلزی و وسایل نقلیه به حساب می آید.
برای انرژی الکتریکی لازم برای فرایندهای جوشکاری قوس الکتریکی، می توان از تعدادی منبع تغذیه مختلف استفاده کرد. متداول ترین طبقه بندی، منابع تغذیه جریان ثابت و منبع تغذیه ولتاژ ثابت است. در جوشکاری قوس، ولتاژ مستقیماً به طول قوس و جریان مربوط به مقدار گرمای ورودی متصل است. منبع تغذیه جریان ثابت اغلب برای فرایندهای جوشکاری دستی مانند جوشکاری قوس تنگستن گاز و جوشکاری قوس فلزی محافظ استفاده می شود زیرا حتی با تغییر ولتاژ نیز جریان نسبتاً ثابت را حفظ می کند.
این امر بسیار مهم و ضروری است زیرا در جوشکاری دستی، ثابت نگه داشتن الکترود دشوار بوده و در نتیجه طول قوس و ولتاژ متغیر است. منابع تغذیه ولتاژ ثابت، ولتاژ را ثابت نگه داشته و جریان را تغییر می دهد و در نتیجه اغلب برای فرایندهای جوشکاری خودکار مانند جوشکاری قوس فلز گاز، جوشکاری قوس هسته ای استفاده می شود. در این فرایندها، طول قوس ثابت نگه داشته می شود زیرا هر گونه نوسان در فاصله سیم و ماده پایه با تغییر زیاد جریان به سرعت اصلاح می شود. به عنوان مثال اگر سیم و مواد پایه خیلی نزدیک شوند جریان به سرعت افزایش می یابد که به نوبه خود باعث افزایش گرما و ذوب شدن نوک سیم می شود و آن را به فاصله جدایی اولیه باز می گرداند.
جهت جریان مورد استفاده در جوشکاری قوس الکتریکی نیز نقش مهمی در جوشکاری ایفا می کند. فرایندهای مصرفی الکترود مانند جوشکاری قوس فلزی محافظ و جوشکاری قوس فلز گاز به طور کلی از جریان مستقیم استفاده می کنند، اما الکترود می تواند به صورت مثبت یا منفی شارژ شود. توجه داشته باشید که برای جوشکاری الکترود به طور کلی، قطب DC + بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. قطبیت DC نیز منجر به نفوذ کم تر و میزان ذوب شدن الکترود در سطح بالاتر خواهد شد. فرایندهای الکترود غیر قابل مصرف، مانند جوشکاری قوس تنگستن گاز می تواند از هر دو نوع جریان مستقیم (DC) و هم چنین جریان متناوب (AC) استفاده کند. با وجود جریان مستقیم، از آنجا که الکترود فقط قوس ایجاد می کند و مواد پر کننده را تأمین نمی کند، یک الکترود با بار مثبت باعث جوشکاری کم عمق خواهد شد در حالی که یک الکترود با بار منفی باعث جوشکاری عمیق تر می شود. جریان متناوب به سرعت بین این دو حرکت کرده و در نتیجه جوش هایی با نفوذ متوسط ایجاد می کند.
یکی از متداول ترین نوع جوشکاری قوس، جوشکاری قوس فلزی محافظ (SMAW) است که به جوشکاری قوس فلزی دستی (MMAW) یا جوشکاری الکترود نیز معروف است. از یک جریان الکتریکی برای برخورد قوس بین ماده پایه و یک میله یا چوب الکترود مصرفی استفاده می شود. میله الکترود از ماده ای ساخته شده است که با ماده پایه در حال جوشکاری سازگار بوده و با شار پوشانده می شود که بخارهایی را به عنوان گاز محافظ به صورت لایه ای فراهم می کند. هر دو از منطقه جوش در برابر آلودگی جوی محافظت خواهند کرد.
هسته الکترود خود به عنوان ماده پر کننده عمل می کند و باعث می شود یک پر کننده جداگانه غیر ضروری باشد. این فرایند بسیار متنوع است و به آموزش و تجهیزات ارزان قیمت نیاز دارد. با این حال، زمان جوشکاری نسبتاً کند می باشد زیرا الکترودهای مصرفی باید مرتباً تعویض شوند. به علاوه، این فرایند معمولاً به جوشکاری مواد آهنی محدود می شود، اگر چه الکترودهای خاص امکان جوشکاری چدن، نیکل، آلومینیوم، مس و سایر فلزات را فراهم کرده اند. تطبیق پذیری این روش باعث محبوبیت آن در تعدادی از پروژه ها از جمله کار تعمیر و ساخت خواهد شد.
جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ (GMAW)جوشکاری قوس فلز گاز (GMAW) یک فرایند جوشکاری نیمه اتوماتیک یا اتوماتیک است که دارای سیم قابل مصرف با تغذیه مداوم بوده و هم به عنوان الکترود و هم به عنوان فلز پر کننده عمل می کند. همچنین همراه با یک ماده بی اثر یا نیمه خنثی در اطراف سیم جریان دارد تا محل جوش را از آلودگی محافظت کند. منبع تغذیه جریان مستقیم معمولاً با GMAW تامین می شود اما از جریان متناوب جریان ثابت نیز مورد استفاده قرار می گیرد. با الکترودهای پر کننده که به طور مداوم تغذیه می شوند، GMAW سرعت جوشکاری نسبتاً بالایی را ارائه می دهد. با این وجود تجهیزات پیچیده تر، راحت تر و انعطاف پذیری را در مقایسه با فرآیند SMAW کاهش می دهد.
GMAW در ابتدا برای جوشکاری آلومینیوم و سایر مواد غیر آهنی در دهه 1940 مورد استفاده قرار می گرفت و سپس به زودی از نظر اقتصادی برای فولاد ها نیز استفاده شد. امروزه از GMAW به دلیل کیفیت، تطبیق پذیری و سرعت آن معمولاً در صنایعی مانند صنعت اتومبیل سازی استفاده می شود. به دلیل نیاز به حفظ گاز محافظ در اطراف محل جوش، استفاده از فرآیند GMAW در مناطق دارای هوای زیاد مانند خارج از منزل می تواند مشکل ساز شود. جوشکاری قوس هسته ای شار (FCAW) نوعی تکنیک GMAW است. سیم FCAW در واقع یک لوله فلزی ظریف می باشد که با مواد شار پودری پر شده است. گاهی اوقات از گاز محافظ تأمین شده خارجی استفاده می شود اما غالباً برای ایجاد حفاظت لازم از جو به خود شار اطمینان می شود. این فرایند به دلیل سرعت جوشکاری بالا و قابلیت حمل بسیار زیاد در ساخت و ساز مورد استفاده قرار می گیرد.
جوشکاری قوس الکتریکی زیر پودری (SAW)جوشکاری قوس زیر پودری (SAW) یک فرآیند جوشکاری با بهره وری بالا است که در آن قوس در زیر یک لایه پوشاننده شار دانه ای زده می شود. این کار کیفیت قوس را افزایش می دهد زیرا آلودگی های موجود در جو توسط شار مسدود خواهد شد. سرباره ای که روی جوش ایجاد می شود به طور کلی خود به خود از بین خواهد رفت و همراه با استفاده از یک سیم تغذیه پیوسته، میزان رسوب جوش زیاد می شود. از آنجا که شار قوس را پنهان می کند و دود تولید نمی شود، شرایط کار نسبت به سایر فرایندهای جوشکاری قوس بسیار بهبود یافته است. این فرایند معمولاً در صنعت به ویژه برای محصولات بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجا که قوس قابل مشاهده نیست، معمولاً خودکار می باشد.
جوشکاری قوس گاز تنگستن (GTAW)
جوشکاری قوس تنگستن گاز (GTAW) یک فرایند جوشکاری دستی است که از الکترود غیر قابل مصرف ساخته شده از تنگستن، مخلوط گاز بی اثر یا نیمه بی اثر و یک ماده پر کننده جداگانه استفاده می کند. این روش به ویژه برای جوشکاری مواد نازک بسیار مفید است. با یک قوس پایدار و جوشکاری با کیفیت بالا انجام می شود اما به مهارت قابل توجهی نیاز دارد و تنها در سرعت های نسبتاً پایین قابل انجام است. تقریباً روی تمام فلزات قابل جوش قابل استفاده بوده، اگرچه بیشتر اوقات روی فولاد ضد زنگ و فلزات سبک اعمال می شود. این ماده اغلب در مواقعی که جوشکاری با کیفیت، بسیار مد نظر باشد مانند: جوشکاری دوچرخه، هواپیما و کاربردهای دریایی مورد استفاده قرار می گیرد.
جوشکاری قوس پلاسما از الکترود تنگستن نیز استفاده می کند اما از گاز پلاسما برای ساخت قوس مورد استفاده قرار می گیرد. به دلیل جریان پایدار، این روش می تواند در طیف وسیعی از ضخامت مواد از فرآیند GTAW استفاده شود و بسیار سریع تر است. این ماده را می توان برای همه مواد مشابه GTAW به جز منیزیم استفاده کرد. جوشکاری خودکار فولاد ضد زنگ یکی از مهم ترین کاربردهای این فرایند به حساب می آید. تنوع فرایند برش پلاسما، یک فرایند کارآمد برش فولاد می باشد. سایر فرایندهای جوشکاری قوس شامل جوشکاری هیدروژن اتمی، جوشکاری قوس کربن، جوشکاری الکتریکی، جوشکاری الکتروگاز می شود.
عمل جوشکاری به نوبه خود می تواند خطرناک باشد و جوشکاری قوس الکتریکی خطرناک تر. با این حال، با استفاده از فناوری جدید و محافظت های مناسب می توان خطرات جراحت یا مرگ ناشی از جوشکاری را تا حد زیادی کاهش داد.
خطر گرما، آتش‌سوزی و انفجار
از آنجا که بسیاری از روش های جوشکاری معمول جوشکاری قوس الکتریکی، خطر سوختگی ناشی از گرما و جرقه در آن قابل توجه است، برای جلوگیری از آن ها، جوشکاران لباس محافظ به شکل دستکش چرمی سنگین و کت محافظ آستین بلند می پوشند تا از خطر قرار گرفتن در معرض گرمای شدید شعله های آتش و جرقه جلوگیری کنند. استفاده از گازهای فشرده و شعله های آتش در بسیاری از فرایندهای جوشکاری نیز باعث انفجار و خطر آتش سوزی می شود. برخی اقدامات احتیاطی معمول شامل محدود کردن میزان اکسیژن هوا و دور نگه داشتن مواد قابل احتراق از محل کار می تواند در کاهش خطرات موثر باشد.
خطر برق زدگی در جوشکارییکی دیگر از خطرات که در جوشکاری قوس الکتریکی بیشتر است، قرار گرفتن در معرض روشنایی ناحیه جوش منجر به وضعیتی به نام چشم قوسی می شود که در آن نور ماورا بنفش باعث التهاب قرنیه شده و می تواند شبکیه چشم را بسوزاند. برای جلوگیری از این اتفاقات از عینک های جوشکاری و کلاه مورد استفاده قرار می گیرد. در سال های اخیر مدل های جدید کلاه ایمنی با صفحه ای تولید شده اند که به طور خودکار به صورت الکترونیکی تیره می شوند. برای محافظت از چشم های رهگذران، پرده های جوشکاری شفاف اغلب منطقه جوش را احاطه می کند.
جوشکارها در حین جوشکاری قوس الکتریکی بیشتر در معرض گازهای خطرناک و ریزگردها قرار دارند. فرایندهایی مانند جوشکاری قوس الکتریکی هسته شار و جوشکاری قوس فلزی محافظ، دود حاوی ذرات انواع مختلف اکسیدها را تولید می کنند. اندازه ذرات مورد نظر بر روی سمیت گازها تأثیر می گذارد که ذرات کوچکتر خطر بیش تری دارشته. علاوه بر این، بسیاری از فرایندهای گازهای مختلف (معمولاً دی اکسید کربن و ازن) تولید می کنند که در صورت ناکافی بودن تهویه می توانند خطرناک باشند.
جوشکاری انواع دیگری از قبیل موارد مذکور دارد: جوشکاری اتمی هیدروژن، جوشکاری مقاومتی، جوشکاری هوا استیلن، جوشکاری با اکسیژن استیلن، جوشکاری با گاز پروپان، جوشکاری بوسیله گاز و فشار و ... . هر نوع از جوشکاری کارایی مخصوص به خود را دارد. جوشکاری قوس الکتریکی به نوبه خود نیاز به تمرکز بیشتر داشته و خطرناک تر است. اگر در این زمینه فعالیت دارید و یا می خواهید این حرفه را تحت عنوان شغل خود انتخاب کنید با نکاتی که در این مقاله آورده شده است تا حدودی می توانید اطلاعات خود را کامل کنید.