انتخاب مناسب‌ترین الکترود برای جوشکاری لوله فولادی از چالش‌های اساسی فعالان این حوزه است؛ مطالعه چک لیست الکترودها، می‌تواند کار انتخاب را آسانتر کند. اگر عوامل موثر در کار الکترود به دقت مورد بررسی قرار گیرد در انتخاب الکترودی که پایداری قوس، همواری جوش، سهولت تمیز کردن سرباره و حداقل پاشیدگی را داشته باشد یا جوش مرغوبی بدهد، مشکلی وجود نخواهد داشت.
برای اطمینان از در نظر گرفتن تمام انتخاب‌های ممکن خصوصیات ویژه سایر الکترودها (در گروه‌های مختلف) نیز باید مورد بررسی قرار گیرد. اگر برای کار معینی بیش از یک الکترود با شرایط مساوی مناسب به نظر برسد، برتری آنها نسبت به یکدیگر باید با انجام جوشکاری آشکار شود. برای اطلاع از قیمت پروفیل و لوله فولادی میتوانید به سایت مرکزآهن مراجعه کنید.
بسیاری از الکترودهای جوشکاری قوسی به وسیله مشخصات کمیته مشترک AWS و ASTM طبقه‌بندی می‌شوند. در ادامهنمونه‌هایی از این مشخصات ارائه می‌گردد:
| مشخصات الکترودهای جوشکاری قوسی فولاد ساده کربنی | |
| AWS-A5.1 | ASTM-A233 |
| مشخصات الکترودهای جوشکاری قوسی فولاد کم آلیاژ | |
| AWS-A5.5 | ASTM-A316 |
| مشخصات الکترودهای جوشکاری فولاد مقاوم خوردگی کرم دار و کرم نیکل | |
| AWS-A5.5 | ASTM-A298 |
| مشخصات الکترودهای جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم | |
| AWS-A5.5 | ASTM-B104 |
| مشخصات الکترودهای جوشکاری مس و آلیاژهای مس | |
| AWS-A5.6 | ASTM-A226 |
توضیح علایم حک شده بر روی الکترودها
| علائم کوتاه و نوع پوشش | ||
| خواص فنی جوشکاری، محدوده کاربرد | نوع پوشش | علائم کوتاه |
| قطره‌ای ظریف، درزجوش، براق، محدود در شرایط اجباری | پوشش اکسیدی | A |
| حساسیت کمتر به ترک سرد | پوشش بازی | B |
| عالی برای درزجوش عمودی | پوشش سلولزی | C |
| جوشکاری ورق‌های نازک، همه وضعیت‌های جوشکاری به جز درزجوش عمودی | پوشش دی‌اکسید تیتانیوم | R |
| توان ریزش بالا، درزهای براق، همه وضعیت‌های جوشکاری به جز درزجوش عمودی | پوشش اکسیدی، دی‌اکسید تیتانیوم | RA |
| جوشکاری با کیفیت بالا بدون ترک، همه وضعیت‌های جوشکاری به جز درزجوش عمودی | پوشش بازی دی اکسید تیتانیوم | RB |
| قطره‌ای متوسط، مناسب درزجوش عمودی | پوشش سلولزی، دی‌اکسید تیتانیوم | RC |
| کاربرد همه جانبه، درزهای ظریف، مقاومت خوب در برابر پوسته شدن، مناسب همه وضعیت‌های جوشکاری به جز ددرزجوش عمودی | پوشش ضخیم، دی‌اکسید تیتانیوم | RR |
انتخاب درست الکترود برای کار جوشکاری معمولی یکی از مهمترین تصمیماتی است که بایستی گرفته شود. طبیعت فلز جوش و مناسب بودن آن به عنوان ماده اتصال دهنده برای قطعات جوش شونده به انتخاب درست نوع الکترود بستگی دارد. امروزه پیشرفت فرآیند جوشکاری قوسی فلزی محافظت شده تا حد زیادی مرهون کیفیت بالای الکترودهای موجود است.
الکترودها را می‌توان طبق موارد ذیل طبقه‌بندی نمود:
مدنظر قرار دادن اندازه الکترود نیز حائز اهمیت است. باید خاطر نشان شویم که الکترودهای زیادی دارای سیم مغزه یکسان هستند ولی خصوصیات کاری و طبیعت فیزیکی و شیمیایی فلز جوش آنها با هم فرق دارد و این تفاوت از روپوش آنها ناشی می‌شود. مطالعه دقیق خصوصیات اساسی الکترودهای جوشکاری نه تنها به کسب دانش فنی برای انتخاب الکترود کمک می‌نماید بلکه در تسلط بر فنون استادانه جوشکاری مفید خواهد بود.
| کاربرد خواص | قابل استفاده برای فولادها | مشخصه طبق DIN EN 4991 |
| برای جوشکاری ورق‌های نازک، مثلا بدنه خودرو، پر کردن فاصله‌ها | ...S 185 S275.DC01.DC03DC04 | E 35 Z A13 |
| درزهای محیطی لوله، مناسب ریشه درز، مغز درز و روی درز | ...S235.S275.P235.P355.L210 L360 | E 35 2 C 25 |
| برای جوشکاری ورق‌های نازک، پوسته‌های سبک، شلاکه با قابلیت برطرف کردن آسان | ...S185…S235.P235.P23GH P265GH | E 35 A R 12 |
| کاربرد عمومی، درزجوش‌های براق بدون ترک، شلاکه‌ها گاهی خودبخود آزاد می‌شوند | .S185…S355.P235.P265 GP240R | E 38 0 RC 11 |
| کاربرد عمومی، درزجوش‌های براق بدون ترک، شلاکه‌ها گاهی خودبخود آزاد می‌شوند | .S185…S355.P235GH P265GH.P235…P355 | E 42 0 RC 11 |
| برای ورق‌ها و پروفیل‌ها، پوسته‌های سبک، درزجوش‌های براق بدون ترک | .S185…S355.P235GH P265GH.P235 | E 42 A RR 12 |
| لوله کشی‌ها و مخازن، درزجوش‌های تمیز و بدون ترک، شلاکه‌ها به راحتی آزاد و جدا می‌شوند | S185…S355.P235.P265 .P235GH….P295GH GP240R | E 38 2 RB 12 |
| الکترودهای توان بالا، درزجوش‌های خیلی بزرگ،شلاکه‌ها به راحتی آزاد و جدا می‌شوند | .S185…S355.P235GH P265GH.295GH | E 38 2 RA 72 |
| الکترودهای توان بالا، برای درزهای لب به لب و گوشه، درزهای براق و بدون ترک | .S185…S355.P235GH P265GH.295GH. GP240R | E 42 0 RR 53 |
| برای اتصالات بدون ترک و چقرمه، همچنین برای فولادهای با کربن 0.4 % | .S185…S355.E295.E355 P25…P295.L210...L360 | E 42 5 B 42 H 10 |
| برای اتصالات بدون ترک و چقرمه، همچنین برای فولادهای با کربن تا 0.4% مقاوم به سختی | S185…S355. P235G P265GH.P295GH.P235…P355 | E 42 3 B 42 H 10 |
انتخاب درست اندازه الکترود بسیار اهمیت دارد. نکات ذیل بایستی در مورد اندازه الکترود مورد توجه قرار گیرد:
یک جوش گوشه‌ای را می‌توان نسبت به یک جوش لب به لب باز با الکترود بزرگتری جوش داد.
بدیهی است هرچه ضخامت قطعه بیشتر باشد از الکترود بزرگتری می‌توان استفاده نمود.
ضخامت قطعه جوش شونده و حالت جوشکاری در انتخاب اندازه الکترود موثر است. در حالت‌های تخت و افقی، نسبت به حالات عمودی و سقفی، فلز جوش بیشتری می‌توان رسوب داد.
در حالت‌های تخت و افقی نسبت به حالت‌های عمودی و سقفی الکترود بزرگتری را می‌توان مورد استفاده قرار داد.
هرچه شدت جریان بیشتری برای جوشکاری در نظر گرفته شود اندازه الکترود بزرگتر است.
بعضی از جوشکاران به قدری مهارت دارند که قادرند الکترودهایی با اندازه بزرگ را در حالت عمودی و سقفی اجرا نمایند. تمام الکترودهای روپوشدار برای جوشکاری چند پاسه طراحی شده‌اند. اندازه الکترود با نوع اتصال و حالت جوشکاری تغییر می‌کند. اولین پاس برای جوشکاری لوله و سایر اتصالات لب به لب با لبه پخ زده با الکترود 2.5 یا 3.2 میلی‌متری جوش داده می‌شود.
انتخاب قطر الکترود برای پاس اول باید طوری باشد که ذوب خوب در ریشه به دست آید و از سوختگی لبه پرهیز شود. پاس‌های باقی مانده را می‌توان با الکترودهای 4 میلی‌متری یا 5 میلی‌متری در تمام حالت‌ها و 5 میلی‌متری یا بزرگتر در حالت تخت، جوشکاری نمود. برای جوشکاری، اتصالات لب به لب با لبه یخ زده، دارای تسمه پشت بند هستند.
برای اولین پاس از الکترود 4 و برای بقیه پاس‌ها از الکترود 5 و 6 میلی‌متری می‌توان استفاده نمود. برای جوش‌های گوشه‌ای در حالت تخت، الکترودهای 4، 5 یا 6 میلی‌متری می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. ورق‌های خیلی ضخیم را می‌توان با الکترودهای بزرگتر جوشکاری نمود. جوشکاری گوشه‌ای و لب به لب در حالت غیر عادی با الکترودهای به قطر 4 میلی‌متر انجام می‌شود.
برای بعضی از این جوشکاری‌ها الکترودهای 5 میلی‌متری می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. اندازه معمولی الکترودهای کم هیدروژن برای جوشکاری در حالت عمودی و سقفی 3.2 میلی‌متر و 4 میلی‌متر است. این الکترودها برای جوشکاری در حالت‌های تخت و افقی می‌توانند 4 میلی‌متر، 5 میلی‌متر یا بزرگتر باشند.
شرایط کاری مبنای انتخاب درست الکترود است. بازبینی همه جانبه کار برای تعیین آنچه که از الکترود انتظار می‌رود، حائز اهمیت است. در ادامه چند شرط برای بررسی شرایط کاری ارائه می‌شود:
مواد تشکیل دهنده روپوش الکترود نه تنها خواص فیزیکی و شیمیایی جوش را تعیین می‌کنند بلکه خصوصیات کاری الکترود را می‌سازند.
استفاده از الکترودهای مختلف، نیاز به فنون مختلفی دارد بنابراین این الکترودها را می‌توان مطابق خصوصیات کاری و شرایط اتصالات جوش شونده به عنوان پرکن سریع ، پیگیر و شکل گیر سریع طبقه‌بندی نمود.
الکترود پرکن سریع، سرعت جوشکاری بالایی دارد و نقطه متقابل الکترود شکل‌گیر سریع (الکترود با انجماد سریع) است. گروه الکترود پرکن سریع، شامل الکترودهای روپوشدار ضخیم پودر آهنی هستند که به طور گسترده‌ای برای جوش‌های گوشه‌ای و شیاری عمیق مورد استفاده قرار می‌گیرند:
این گروه از الکترودها به عنوان الکترودهای پرکن – زودگیر نیز معروف هستند. آنها خصوصیات ترکیبی پرکنی سریع و شکل‌گیری سریع را دارا هستند. در انجام جوش‌های لب رو لب یا جوش‌های ورق نازک فلزی برای تشکیل جوش، فلز اضافی کمی لازم است. اقتصادی‌ترین راه جوشکاری این نوع اتصال حرکت سریع است.
به دنبال حرکت قوس، لازم است هرچه سریع‌تر چاله تشکیل شود. این نوع الکترود به الکترود پیگیر سریع معروف است. این الکترود قوس نسبتا قوی و نفوذ متوسط دارد. این الکترود همراه با شدت جریان کمتر و ورودی حرارت کمتر، مساله سوختگی درونی را کاهش می‌دهد.
عموما الکترودهای پیگیر سریع به عنوان الکترودهای قطبیت مستقیم معروف هستند ولی می‌توانند با جریان متناوب نیز کار کنند. این الکترودها سرباره کاملی دارند و مهره‌های جوش فلس‌های صاف دارند. این الکترود در کارگاه‌های تولیدی مصارف عمومی داشته و برای کار تعمیر نیز به طور گسترده استفاده می‌شوند.
در کارگاه‌هایی که با ورق نازک، سر و کار دارند از الکترود پیگیر سریع برای جوشکاری عمومی به صورت سرازیر استفاده می‌کنند. برای مثال این الکترودها برای جوشکاری با جریان مستقیم EXX12 و برای جوشکاری با جریان متناوب EXX13 مناسب است.
الکترودهای شکل‌گیر سریع یا الکترود با انجماد سریع، جوشی تولید می‌کنند که به سرعت منجمد می‌شود و شکل می‌گیرد (E6011, E6010) . این موضوع برای جوشکاری در حالت‌های عمودی و سقفی حائز اهمیت است و از ریزش فلز مذاب جلوگیری می‌شود. الکترودهای شکل‌گیر سریع قوس قوی و نفوذ عمیق دارند و به الکترودهای با قطبیت معکوس معروفند گرچه بعضی از آنها با جریان متناوب هم کار می‌کنند.
سرباره این الکترودها کم است و مهره‌های تخت تولید می‌کنند. با چند استثنا این الکترودها جوشکاری عکسی (کنترل کیفیت جوش با پرتونگاری) تولید می‌کنند و در کارهای کدی لوله و مخزن تحت فشار مورد استفاده قرار می‌گیرند. این الکترودها در ساخت و تعمیر و برای جوشکاری در همه حالت‌ها به طور گسترده‌ای به کار برده می‌شوند.
بعضی از اتصالات خصوصیات الکترودهای پرکن سریع و شکل گیر سریع را یکجا لازم دارند. بهترین الکترودهای شکل گیر سریع یا الکترودهای با انجماد سریع، الکترودهای EXX10 ، EXX11 هستند. الکترود پودر آهنی، مناسب برای همه حالت‌ها است و خصوصیات پرکنی سریع و انجماد سریع را با هم دارد، الکترود EXX14 است. این الکترود به اندازه EXX24 پرکنی سریع دارد اما به اندازه EXX10 انجماد سریع ندارد به هر حال ترکیبی بین این دو است و از این رو به الکترود EXX14 الکترود مرکب گفته می‌شود.
روپوش این الکترودها کم هیدروژن یا عملا بی هیدروژن هستند. الکترودهای کم هیدروژن، جوش‌های بدون ترک ریز و زیر مهره‌ای تولید می‌کنند و قابلیت نرمی استثنایی دارند. در جوشکاری فولادهای گوگرددار تخلخل ایجاد ننموده و جوش‌ها از نظر پرتونگاری دارای کیفیت مطلوبی هستند. به دلیل اینکه استفاده از الکترود کم هیدروژن نیاز به پیش گرمایش را کاهش می‌دهد مصرف عمده آن در جوشکاری فولادهای سخت جوش و فولادهای آلیاژی با مقاومت کششی بالا است. به عنوان مثال این الکترودها عبارتند از EXX18 و EXX28.
پودر آهن در روپوش بسیاری از الکترودها اضافه می‌شود. پودر آهن در حرارت شدید قوس، تبدیل به مذاب شده و به فلز جوش اضافه می‌شود. وقتی پودر آهن در مقادیر نسبتا زیاد (30 درصد یا بیشتر) به روپوش اضافه می‌شود سرعت جوشکاری به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش می‌یابد، پاک کردن سرباره، آسانتر می‌گردد و ظاهر جوش خیلی صاف است. به عنوان مثال برای الکترودهای پودر آهنی می‌توان الکترودهای EXX24 و EXX27 را نام برد.
ماهیت فلز جوش شونده، اهمیت زیادی دارد. اگر فلز جوش حاصله، همان کیفیت فیزیکی و شیمیایی جسم جوش شونده را نداشته باشد، جوش مزبور رضایت بخش نخواهد بود. اگر ماهیت فلز مشخص نباشد می‌توان با آزمایش‌های ساده نظیر آزمایش جرقه، آزمایش شعله، آزمایش تراش، آزمایش مغناطیسی، آزمایش رنگ، آزمایش شکست و آزمایش سلامت پاره‌ای از خصوصیات فلز جوش شونده را معلوم نمود.
اطلاعات مربوطه برای تشخیص فلزات مختلف مطابق خصوصیات آن فلزات، مفید است. با این اطلاعات فقط شناسایی گروهی حاصل می‌شود و مثلا تشخیص داده می‌شود که قطعه فولاد است یا چدن. ولی در بسیاری موارد اطلاع از ترکیب شیمیایی فولاد لازم است. مثلا اگر فولاد دارای گوگرد یا کربن زیاد باشد یا بعضی از عناصر آلیاژی را داشته باشد، بهتر است از الکترودهای E7018، E7015، E7016 و E7028 استفاده شود. این الکترودها تمایل به ترک زیرمهره‌ای که از خصوصیات چنین فولادها است را کاهش می‌دهد. این الکترودها بدون تنش زدایی جوش‌های با مقاومت کششی و قابلیت نرمی بالایی به دست می‌دهند و نیاز به پیش گرمایش را کم کرده یا حذف می‌نمایند.
ماشین‌های جوشکاری دو نوع جریان جوشکاری متناوب و مستقیم تولید می‌کنند. در جوشکاری با جریان مستقیم دو نوع اتصال قطبی (مستقیم و معکوس) امکان دارد، یعنی می‌توان الکترود را به مثبت و قطعه کار را به منفی وصل نمود یا الکترود ممکن است منفی و قطعه کار مثبت باشد.
ماهیت جریان برق در انتخاب الکترود موثر است. برای مثال اگر فقط ماشین‌های جوشکاری جریان متناوب (ترانسفورماتور) در دسترس باشد استفاده از الکترود E6010 و E7015 مقدور نیست زیرا این الکترودها فقط برای کار کردن با جریان مستقیم طراحی شده‌اند.
اگر فقط ماشین‌های جوشکاری جریان مستقیم در دسترس باشد نوع جریان برق، عامل محدودکننده نیست، با آنکه الکترودهای E6011، E6013، E7016، E7014 و E7018 و اصول برای کار با جریان متناوب طراحی شده‌اند با جریان مستقیم هم به قدر کافی قابل استفاده هستند.
ضخیم یا نازک بودن تا حدودی اندازه الکترود را تعیین می‌کند. به عنوان یک قاعده کلی هرگز از الکترود دارای قطر بیشتر از ضخامت فلز جوش شونده استفاده نشود. برای جوشکاری ورق نازک فلزی به ضخامت 2.5 میلی‌متر یا کمتر الکترود E6013 انتخاب خوبی است. گرچه از الکترود E6012 هم می‌توان استفاده نمود. الکترود E6013 برای این قبیل کارها طراحی شده و در سری الکترودهای E60XX کم نفوذترین الکترودها است.
اتصال جوشکاری انواع زیادی دارد که هر نوع از آن شرایط ویژه ای برای جوشکاری نیاز دارد. جوش های گوشه ای تفاوت زیادی با جوش های لب به لب دارند. اتصال لب به لب ممکن است ساده یا شیاری باشد. فاصله دو لبه ممکن است زیاد باشد یا دو لبه ممکن است به هم چسبیده باشد. در مواردی که جفت و جوری لبه ها ضعیف است، الکترود E6012 برای جریان مستقیم و الکترود E6013 برای جریان متناوب به کار برده می‌شود.
حالت جوشکاری از عوامل مهم برای انتخاب الکترود است. بعضی از الکترودها فقط می‌توانند در حالت تخت، خوب جوش دهند. بعضی از الکترودهای دیگر در همه حالت‌ها می‌توانند با شرایط مساوی جوش دهند. حالت جوشکاری روی هزینه جوش نیز تاثیر دارد. اقتصادی‌ترین حالت برای جوشکاری حالت تخت است و پس از آن به ترتیب افقی و عمودی قرار دارند. حالت سقفی کم صرفه‌ترین حالت جوشکاری است. جوشکار ماهر محدودیت‌های جوشکاری در حالت‌های عمودی و سقفی را برای انتخاب الکترود درک می‌کند. حالت جوشکاری تاثیر زیادی روی انتخاب اندازه الکترود دارد.
اتصال لب به لب جناغی در حالت‌های عمودی و سقفی به منظور حصول نفوذ کامل در ریشه جوش با الکترود قطر کوچکتر جوش داده می‌شوند. در جوشکاری چند لایه‌ای، پاس‌های دیگر را می‌توان با الکترودهای بزرگ جوش داد. جوشکاری در حالت‌های عمودی و سقفی با استفاده از الکترود با قطر بزرگ تر از 5 میلی‌متر مطلوب نیست.
برای کار تولیدی بایستی از بزرگ ترین الکترود مجاز استفاده نمود تا با شدت جریان بیشتر بتوان سرعت جوشکاری را بالا برد.
هرچه قطر الکترود بزرگتر باشد مقدار جوش رسوب داده شده در واحد زمان بزرگتر است. هزینه مستقیم جوشکار نیز به دلیل توقف‌های کمتر لازم برای تعویض الکترود پیدا می‌کند. اگر قرار است جوشکاری در حالت‌های سقفی، عمودی یا افقی انجام شود نمی‌توان از الکترودهای با طبقه بندی EXX20، EXX24، EXX28 استفاده نمود.
الکترودهای EXX15، EXX16 و EXX18 گرچه برای همه حالت‌ها طبقه بندی شده‌اند ولی جوشکاری با آنها در حالت‌های عمودی و سقفی مشکل است.
به طور کلی می‌توان گفت که الکترودهای EXX12، EXX13، EXX20، EXX27 و EXX28 راحت‌ترین الکترود برای حالت‌های افقی و تخت هستند. الکترودهای EXX12 و EXX11 راحت‌ترین الکترود برای جوشکاری در حالت‌های عمودی و سقفی هستند ولی در جوشکاری عمودی سرازیر EXX12 و EXX13 الکترودهای راحت‌تر هستند.
شرایط بهره برداری حائز اهمیت فراوانی است. نوع سازه و تنش مورد اعمال به قطعه جوش شونده بایستی مورد توجه قرار گیرد. مقاومت کششی، قابلیت نرمی و مقاومت خستگی از خصوصیات مهمی هستند که به انتخاب الکترود کمک می‌کند.
تمام خواسته‌های کد و مشخصات فنی بایستی دقیقا در تعیین الکترود مورد توجه قرار گیرد.
تعدادی از الکترودها دارای نرخ جایگزینی زیاد هستند. به دلیل ماهیت جسم، نوع اتصال و حالت کار، همیشه نمی‌توان از الکترودهایی با نرخ جایگزینی زیاد استفاده نمود. الکترودهای با نرخ جایگزینی زیاد فقط برای جوش‌های گوشه‌ای تخت و افقی هستند.
عامل اصلی در هزینه جوشکاری سرعت جوشکاری است. هزینه الکترود در مقایسه با عوامل دیگر کم است. الکترودهای E6027 و E7024 بالاترین نرخ جایگزینی را دارند و E6020، E6012، E6013، E6011 و E6010 به ترتیب بعد از آنها قرار گرفته‌اند. نوع فولاد بایستی حاکم بر انتخاب E7015 یا E7018 باشد. E7028 مشابه E7018 است ولی روپوش خیلی ضخیم‌تر دارد. یعنی پودر آهن بیشتری در روپوش دارد بنابراین نرخ جایگزینی E7028 خیلی بالاتر است.
به وسیله استفاده از الکترودهای با قطر بزرگ، خصوصا برای جوشکاری در حالت تخت و افقی سرعت جوشکاری افزایش می‌یابد. با بزرگتر شدن قطر الکترود E7024، E6020 و E7027 به ترتیب بالاترین افزایش را در سرعت به دست می‌آورند.
تمیزی قطعه، گرد خاکی بودن، زنگ خوردگی یا آغشتگی به گریس و روغن در انتخاب الکترود موثر است. نوع عملیات سطحی لازم برای قطعه جوش داده شده و اینکه آیا قطعه پس از جوشکاری مورد تنش‌زدایی یا عملیات حرارتی قرار می‌گیرد بر انتخاب الکترود تاثیر می‌گذارد. میزان اهمیت ظاهر جوش نیز در انتخاب الکترود بی تاثیر نیست. در هر صورت مشخصات فنی ارائه شده از طرف سازنده الکترود حائز اهمیت است.
انتخاب درست اندازه و نوع الکترود برای کار معلومی به اطلاعات جامع و فنی نیاز دارد. مطالعه دقیق خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و کاری الکترودها و نحوه استفاده از الکترودها کار انتخاب شایسته الکترود را آسان می سازد: