جوشکاری به روش زیر پودری
آخرین فرایند جوشكاری ذوبی متداول، فرایند جوشكاری به روش زیر پودری است. این روش بیشترین ضریب راندمان را در ارتباط با نرخ رسوب نشانی فلز جوش در میان سایر روش‌ها دارد. در این روش، از طریق تغذیه مداوم سیم جوش فلزی جامد، یك قوس پایدار برقرار می‌شود كه همواره حین جوشكاری در زیر لایه‌ای از سطح پودر محافظ قرار می‌گیرد و به همین دلیل این فرایند را زیر پودری می‌نامند.
در این روش از طریق دستگاه تغذیه سیم، عمل سیم رسانی مشابه فرایندهای GMAW و FCAW انجام می‌شود. البته بارزترین تفاوت موجود میان این روش‌ها در نحوه حفاظت منطقه جوش است. در روش زیر پودری یك لایه فلاكس (پودر) دانه‌ای بر روی یا دور سیم جوش ریخته می‌شود و امكان محافظت از فلز مذاب را فراهم می‌آورد.
با پیشروی عملیات جوشكاری، علاوه بر هر لایه جوش، لایه‌ای از سرباره دانه بندی شده ناشی از پودر محافظ نیز بر روی فلز جوش تشكیل شده و منجمد می‌شود. این سرباره بایستی كاملاً بر روی سطح جوش زدوده شود و در اغلب موارد به دور ریخته شود. اگر چه روش‌هایی برای استفاده مجدد و یا تركیب بخشی از سرباره استفاده شده با سرباره‌های جدید وجود دارد. در بعضی موارد، آنجایی كه سرباره بایستی كاملاً تمیز باشد، استفاده مجدد از پودرهای محافظ توصیه نمی‌شود. از آنجایی كه در روش زیر پودری از الكترودها و پودرهای جداگانه استفاده می‌شود، تركیبات گوناگونی از پودر و سیم جوش برای كاربردهای خاص ایجاد می‌شود. بطور كلی دو نوع تركیب برای پودر و سیم جوش وجود دارد.
- الكترود آلیاژی با پودر خنثی
- الكترود از جنس فولاد ساده كربنی با پودر آلیاژی
خصوصیات جوشکاری زیر پودری
از آنجایی كه این روش می‌تواند به صورت كاملاً مكانیزه یا نیمه مكانیزه مورد استفاده قرار گیرد، تجهیزاتی كه بكار برده می‌شوند كمی با هم متفاوت هستند. اما در هر دو روش استفاده از منبع نیرو ضروری است. اگرچه اغلب جوشكاری‌های زیر پودری با منابع نیروی دارای ولتاژ ثابت اجرا می‌شود، روش‌های مخصوصی هم كه در آنها از شدت جریان ثابت استفاده می‌شود وجود دارد كه بسته به شرایط می‌تواند ارجحیت داشته باشد. مشابه فرایندهای GMAW و FCAW ، یك سیستم تغذیه كننده سیم جوش كه سیم‌ها را از طریق كابلی مستقیم به سر مشعل جوشكاری می‌رساند، وجود دارد. پودر محافظ بایستی به منطقه جوشكاری هدایت شود. برای سیستم‌های مكانیزه معمولاً محفظه حاوی پودر محافظ، بالای مشعل جوشكاری قرار می‌گیرد و به كمك نیروی گرانش به آرامی حین جوشكاری و مادامی كه قوس برقرار است بر روی منطقه مذاب توزیع می‌شود.
در روش‌های نیمه مكانیزه، پاشش پودر محافظ از طریق هوای فشرده و افزایش سهولت جریان یا اصولاً به طریق دستی و مستقیم حین جوشكاری انجام می‌شود. سایر متغیرهای دستگاه جوشكاری شامل انتخاب استفاده از جریان متناوب یا مستقیم و حتی نوع قطبیت می‌تواند باشد. نوع جریان جوشكاری بر روی میزان نفوذ و پهنای جوش بصورت همزمان تاثیر می‌گذارد. در برخی كاربردها از چند نوع الكترود می‌تواند استفاده شود. الكترودها ممكن است همگی از یك منبع انرژی واحد و یا در صورت لزوم از چند منبع، انرژی دریافت كنند.
موارد استفاده جوشکاری زیر پودری
روش جوشکاری زیر پودری در بسیاری از صنایع و برای اتصال بسیاری از فلزات قابل كاربرد است. به دلیل نرخ رسوب نشانی بالای این روش، برای لایه گذاری و انجام ترمیم‌های سطحی بسیار مناسب است. در شرایطی كه افزایش مقاومت به خوردگی سطحی و مقاومت به سایش مورد نیاز است، این روش كاملاً مقرون به صرفه و مورد اطمینان است. شاید مهمترین مزیت روش زیر پودری را بتوان در نرخ رسوب بالای آن خلاصه كرد. این روش راندمان بسیار بالاتری نسبت به سایر فرایندهای متداول‌تر دارد. روش زیر پودری محافظت بالایی را برای اپراتور تامین می‌نماید. چرا كه در حین جوشكاری هیچ قوس قابل رویتی وجود ندارد و بنابراین اپراتور می‌تواند كنترل جوش را بدون اینكه نیاز به استفاده از لنزهای فیلتر یا لباس‌های محافظ سنگین داشته باشد، به عهده بگیرد.
یكی دیگر از دلایلی كه منجر به استفاده گسترده از این روش می‌شود قابلیت نفوذ بالای آن است. عمده‌ترین محدودیت روش زیر پودری در این است كه فقط در موقعیت‌هایی قابل اجرا است كه پودر محافظ مطابق طرح اتصال بتواند وظیفه خود را بدرستی انجام دهد (وضعیت تخت و افقی). در سایر وضعیت‌های جوشكاری، برای اجرای مناسب این روش، نیازمند بكارگیری تجهیزات جانبی هستند.
محدودیت استفاده از جوشکاری زیر پودری
از محدودیت‌های این روش، مانند سایر فرایندهای مكانیزه، برای قرار دادن تجهیزات و قطعات جوشكاری به قید و بندهای زیادی نیاز است. مشابه سایر فرایندهایی كه در آنها از پوشش جامد استفاده می‌شود، سطح نهایی جوش، لایه‌ای از سرباره منجمد شده دارد كه بایستی برداشته شود. چنانچه متغیرهای جوشكاری بطور مناسبی تنظیم نشده باشد، روند جوشكاری به گونه‌ای پیش خواهد رفت كه جدا كردن سرباره دشوار خواهد شد.
آخرین محدودیت مربوط به پودر محافظ است كه قوس را حین انجام جوشكاری می‌پوشاند. اگرچه این محدودیت موجب حفاظت از جوشكار یا اپراتور جوشكاری می‌شود ولی امكان دیدن قوس و محدوده كاری را كاملاً از بین می‌برد.
در روش‌های مكانیزه معمولاً توصیه می‌شود كه قبل از انجام جوشكاری پس از تنظیم دستگاه و موقعیت قید و بندها یك بار در طول مسیر خط جوش مشعل جوشكاری تا انتهای قطعه به حركت درآید تا مسیر قبل از اجرای عملیات جوشكاری كنترل شده باشد. چنانچه قوس برقرار شده در جوشكاری مستقیم هدایت نشود، می‌تواند منجر به بروز عیب ذوب ناقص در قطعه شود.
از دیگر محدودیت‌های موجود ذاتی این فرایند هنگام استفاده از پودرهای دانه بندی شده، مشابه الكترودهای SMAW كم هیدروژن، مراقبت در برابر هیدروژن است. در این حالت بایستی پودر جوشكاری كاملاً در برابر ورود رطوبت و هیدروژن حفاظت شود. ممكن است نیاز باشد كه بسته‌های پودر جوشكاری قبل از استفاده در محل نگهداری (انبار) درون محفظه‌های گرمایی نگهداری شوند. چنانچه پو‌درها نمدار باشند، می‌تواند منجر به ایجاد حفرات در جوش و ترك‌های زیر لایه‌ای شود.
یكی از مشكلات ساختاری این فرایند بروز ترك‌های انجمادی است. این عیب زمانی رخ می‌دهد كه شرایط قطعه جوشكاری به گونه‌ای باشد كه نسبت پهنا به عمق نفوذ زیاد باشد. در این شرایط اگر نسبت پهنای هر لایه از جوش نسبت به عمق نفوذ خیلی زیاد باشد یا بصورت عكس اتفاق بیفتد، ترك‌های ناشی از انقباض در مركز خط جوش حین انجماد منطقه مذاب ممكن است بوجود آید.
