جوشکاری به روش زیر پودری
آخرین فرایند جوشکاری ذوبی متداول، فرایند جوشکاری 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، یک قوس پایدار برقرار میشود که همواره حین جوشکاری 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 یک لایه فلاکس (پودر) دانهای بر روی یا دور سیم جوش ریخته میشود و امکان محافظت از فلز مذاب را فراهم میآورد.
با پیشروی عملیات جوشکاری، علاوه بر هر لایه جوش، لایهای از سرباره دانه بندی شده ناشی از پودر محافظ نیز بر روی فلز جوش تشکیل شده و منجمد میشود. این سرباره بایستی کاملاً بر روی سطح جوش زدوده شود و در اغلب موارد به دور ریخته شود. اگر چه روشهایی برای استفاده مجدد و یا ترکیب بخشی از سرباره استفاده شده با سربارههای جدید وجود دارد. در بعضی موارد، آنجایی که سرباره بایستی کاملاً تمیز باشد، استفاده مجدد از پودرهای محافظ توصیه نمیشود. از آنجایی که در روش زیر پودری از الکترودها و پودرهای جداگانه استفاده میشود، ترکیبات گوناگونی از پودر و سیم جوش برای کاربردهای خاص ایجاد میشود. بطور کلی دو نوع ترکیب برای پودر و سیم جوش وجود دارد.
- الکترود آلیاژی با پودر خنثی
- الکترود از جنس فولاد ساده کربنی با پودر آلیاژی
خصوصیات جوشکاری زیر پودری
از آنجایی که این روش میتواند به صورت کاملاً مکانیزه یا نیمه مکانیزه مورد استفاده قرار گیرد، تجهیزاتی که بکار برده میشوند کمی با هم متفاوت هستند. اما در هر دو روش استفاده از منبع نیرو ضروری است. اگرچه اغلب جوشکاریهای زیر پودری با منابع نیروی دارای ولتاژ ثابت اجرا میشود، روشهای مخصوصی هم که در آنها از شدت جریان ثابت استفاده میشود وجود دارد که بسته به شرایط میتواند ارجحیت داشته باشد. مشابه فرایندهای GMAW و FCAW ، یک سیستم تغذیه کننده سیم جوش که سیمها را از طریق کابلی مستقیم به سر مشعل جوشکاری میرساند، وجود دارد. پودر محافظ بایستی به منطقه جوشکاری هدایت شود. برای سیستمهای مکانیزه معمولاً محفظه حاوی پودر محافظ، بالای مشعل جوشکاری قرار میگیرد و به کمک نیروی گرانش به آرامی حین جوشکاری و مادامی که قوس برقرار است بر روی منطقه مذاب توزیع میشود.
در روشهای نیمه مکانیزه، پاشش پودر محافظ از طریق هوای فشرده و افزایش سهولت جریان یا اصولاً به طریق دستی و مستقیم حین جوشکاری انجام میشود. سایر متغیرهای دستگاه جوشکاری شامل انتخاب استفاده از جریان متناوب یا مستقیم و حتی نوع قطبیت میتواند باشد. نوع جریان جوشکاری بر روی میزان نفوذ و پهنای جوش بصورت همزمان تاثیر میگذارد. در برخی کاربردها از چند نوع الکترود میتواند استفاده شود. الکترودها ممکن است همگی از یک منبع انرژی واحد و یا در صورت لزوم از چند منبع، انرژی دریافت کنند.
موارد استفاده جوشکاری زیر پودری
روش جوشکاری زیر پودری در بسیاری از صنایع و برای اتصال بسیاری از فلزات قابل کاربرد است. به دلیل نرخ رسوب نشانی بالای این روش، برای لایه گذاری و انجام ترمیمهای سطحی بسیار مناسب است. در شرایطی که افزایش مقاومت به خوردگی سطحی و مقاومت به سایش مورد نیاز است، این روش کاملاً مقرون به صرفه و مورد اطمینان است. شاید مهمترین مزیت روش زیر پودری را بتوان در نرخ رسوب بالای آن خلاصه کرد. این روش راندمان بسیار بالاتری نسبت به سایر فرایندهای متداولتر دارد. روش زیر پودری محافظت بالایی را برای اپراتور تامین مینماید. چرا که در حین جوشکاری هیچ قوس قابل رویتی وجود ندارد و بنابراین اپراتور میتواند کنترل جوش را بدون اینکه نیاز به استفاده از لنزهای فیلتر یا لباسهای محافظ سنگین داشته باشد، به عهده بگیرد.
یکی دیگر از دلایلی که منجر به استفاده گسترده از این روش میشود قابلیت نفوذ بالای آن است. عمدهترین محدودیت روش زیر پودری در این است که فقط در موقعیتهایی قابل اجرا است که پودر محافظ مطابق طرح اتصال بتواند وظیفه خود را بدرستی انجام دهد (وضعیت تخت و افقی). در سایر وضعیتهای جوشکاری، برای اجرای مناسب این روش، نیازمند بکارگیری تجهیزات جانبی هستند.
محدودیت استفاده از جوشکاری زیر پودری
از محدودیتهای این روش، مانند سایر فرایندهای مکانیزه، برای قرار دادن تجهیزات و قطعات جوشکاری به قید و بندهای زیادی نیاز است. مشابه سایر فرایندهایی که در آنها از پوشش جامد استفاده میشود، سطح نهایی جوش، لایهای از سرباره منجمد شده دارد که بایستی برداشته شود. چنانچه متغیرهای جوشکاری بطور مناسبی تنظیم نشده باشد، روند جوشکاری به گونهای پیش خواهد رفت که جدا کردن سرباره دشوار خواهد شد.
آخرین محدودیت مربوط به پودر محافظ است که قوس را حین انجام جوشکاری میپوشاند. اگرچه این محدودیت موجب حفاظت از جوشکار یا اپراتور جوشکاری میشود ولی امکان دیدن قوس و محدوده کاری را کاملاً از بین میبرد.
در روشهای مکانیزه معمولاً توصیه میشود که قبل از انجام جوشکاری پس از تنظیم دستگاه و موقعیت قید و بندها یک بار در طول مسیر خط جوش مشعل جوشکاری تا انتهای قطعه به حرکت درآید تا مسیر قبل از اجرای عملیات جوشکاری کنترل شده باشد. چنانچه قوس برقرار شده در جوشکاری 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 الکترودهای SMAW کم هیدروژن، مراقبت در برابر هیدروژن است. در این حالت بایستی پودر جوشکاری کاملاً در برابر ورود رطوبت و هیدروژن حفاظت شود. ممکن است نیاز باشد که بستههای پودر جوشکاری قبل از استفاده در محل نگهداری (انبار) درون محفظههای گرمایی نگهداری شوند. چنانچه پودرها نمدار باشند، میتواند منجر به ایجاد حفرات در جوش و ترکهای زیر لایهای شود.
یکی از مشکلات ساختاری این فرایند بروز ترکهای انجمادی است. این عیب زمانی رخ میدهد که شرایط قطعه جوشکاری به گونهای باشد که 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 عکس اتفاق بیفتد، ترکهای ناشی از انقباض در مرکز خط جوش حین انجماد منطقه مذاب ممکن است بوجود آید.