>> >> >> >>
جوشکاری با سیم توپودری مصرفی (FCAW)
فرآیند جوشکاری قوسی توپودری ( FCAW )
اتصالات, اجرا, سازه‌های اسکلت فلزی
در جوشکاری قوسی توپودری (flux cored arc welding-FCAW)؛ یک قوس بین الکترود لوله‌ای هسته گدازآور پیوسته و استخر جوش برقرار میشود. در داخل غلاف فلزی الکترود یک ترکیب از مصالح است که جریان گدازآور و پودر فلزات است. مواد سیال در داخل الکترود شاید همان عملی را انجام می‌دهد که الکترود SMAW در بیرون انجام می‌دهد و نهایتا یک سرباره زیادی را روی جوش ایجاد می‌نماید. الکترودهای FCAW پیوسته نام دارند. در حقیقت، آنها دارای طول‌های محدود می‌باشند؛ اما چون این سیم الکترود در یک پکیچ قرقره شده که ممکن است شامل ۱ تا ۱۰۰۰ پوند مصالح باشد، تقریبا آنها در مقایسه با SMAW پیوسته هستند.
فرآیند جوشکاری FCAW ممکن است اتوماتیک یا نیمه اتوماتیک اجرا شود، اگرچه بیشتر FCAW به صورت نیمه اتوماتیک انجام میشود. در جوشکاری نیمه‌اتوماتیک جوشکار تفنگ جوش در دست داشته و سرعت جوشکاری را کنترل می‌نماید، در حالی که در جوشکاری اتوماتیک، این عملیات توسط ماشین کنترل میشود. با SMAW، فرآیند جوشکاری دستی، جوشکار باید طول قوس (فاصله بین الکترود و قطعه کار) را حفظ نماید، در حالیکه الکترود را در داخل حوضچه ذوب فرو کرده و در امتداد اتصال پیش می‌راند. در جوشکاری اتوماتیک و نیمه‌اتوماتیک، نیازی نیست که اپراتور الکترود را در حوضچه ذوب خورانده و یا فاصله طول قوسرا رعایت کند. پودر طول قوس را حفظ می‌نماید، و سیم الکترود را به قوس می‌رساند. در جوشکاری اتوماتیک، مکانیزم الکترود را در طول اتصال به پیش می‌راند.
در میان طبقه‌بندی جوشکاری با قوس زیرپودری، دو زیربخش وجود دارد: زیرپودری با حفاظ گاز (FCAW-G) (شکل ۱) و زیرپودری خودحفاظ (FCAW-S) (شکل ۲). الکترودهای زیرپودری خودحفاظ به گاز حفاظ خارجی نیاز ندارند. تمام سیستم حفاظ در نتیجه مواد جریان موجود در هسته الکترود لوله‌ای است. نسخه حفاظ با گاز الکترود زیر پودری یک منبع گاز خارجی را استفاده می‌نماید. الکترودهای زیرپودری خودحفاظ برای موقعیت‌های جوشکاری در هنگام باد ممکن است جایگزین FCAW-G میشود. در FCAW-G فرآیند به اندازه مناسبی اپراتور پسند است و در مواقعی استفاده میشود که گاز حفاظ در حالت بدون مشکلات جوی قرار گرفته و بی مشکل باشد.
شکل ۱ – جوشکاری FCAW-G
شکل 2 – جوشکاری FCAW-S
FCAW، در هر دو نوع با گاز محافظ یا به صورت خودمحافظ در سال ۱۹۵۰ توسعه داده شد و در سال ۱۹۶۰ وارد بازار گردید. این روش یکی از فرآیندهای لیست شده مورد تائید در AWS D1.1 است. هچنین WPS مورد استفاده در این فرآیند از پیش تائید شده هستند.
تجهیزات جوشکاری FCAW
تجهیزات مورد نیاز FCAW نیازمند یک منبع برق با یک خوراننده سیم جوش، یک تفنگ و سیستم کابل و یک درپوش کاری و گیره و یک سیم انتقال برق که از منبع برق به خوراننده سیم جوش وصل میشود. برای هسته جریان با گاز محافظ، برخی از مقررات گاز محافظ و اندازه گیری جریان همراه با لوله‌ها نیاز است. FCAW عموما در یک ولتاژ ثابت خوب عمل میکند. تغذیه کننده سیم جوش به صورت مکانیکی الکترود را از طریق تفنگ می‌کشد. همزمان، تغذیه کننده سیم الکترود را تحویل، گاز محافظ شروع به جریان میکند، و منبع تغذیه برق انرژی را برقرار می‌نماید. در این حالت الکترود در تمامی حالات گرم است.
شکل 3 – تجهیزات جوشکاری FCAW
الکترود مصرفی FCAW
فلز پر کننده FCAW همواره تخت است، با یک فلز در اطراف جریان داخلی است. قطر همچنین الکترودی از 0.045 تا 32/3 اینچ برای سازه‌های فلزی است. الکترودهای قطر کوچک برای موقعیت های غیر افقی استفاده میشود. گاز محافظ انتخاب شده باید مطابق با طبقه‌بندی فلز پر کننده و توصیه های سازنده باشد.
شکل 3 – سیم جوشکاری FCAW
شکل 4 – علائم جوشکاری FCAW
مزایای جوش FCAW و محدودیت
جوشکاری قوسی با جریان هسته دو مزیت مشخص بر جوش قوسی با گاز محافظ دارد. اول، الکترود پیوسته است، از توقف‌های مختلف جلوگیری میکند. نه تنها این مسئله دارای مزیت اقتصادی است چون جوشکار می‌تواند تا اتمام جوشکاری به جوش ادامه دهد بلکه شروع و توقف قوس، که ایجاد منبع پتانسیلی از توقف قوس میکند کاهش می‌یابد.
مزیت دوم افزایش آمپراژ است که می‌تواند با جوش قوسی جریان هسته استفاده شود همراه با افزایش نرخ مصرف و بهره روی است.
به دلیل نرخ بالای مصرف در جوش FCAW جوشکاری باید مهارت لازم برای کنترل حجم های بالای فلزی را در این فرآیند داشته باشد. هزینه تجهیزات FCAW بالا بوده و نسبت به SMAW قابل حمل نیست. برای تغییر از یک اندازه الکترود به دیگری جوشکاری باید ماسوره را تغییر دهد. در واقع نسبت به SMAW کار سخت‌تر است.
جوشکاری با سیم جوش های توپودری روشی اتوماتیک یا نیمه اتوماتیک بوده و قابل استفاده در روشهای جوشکاری بر پایة قوس الکتریکی است. در این روش سیمجوش مصرفی به شکل تیوب حاوی فلاکس است که به صورت پیوسته در ولتاژ ثابت و به ندرت در جریان ثابت تغذیه شده و مورد استفاده قرار میگیرد. طی انجام فرآیند جوشکاری در برخی موارد از گاز محافظ خارجی استفاده میشود، ولی عموماً فلاکس موجود در سیمجوش با تولید محصولات گازی و مایع حفاظت مورد نیاز برای انجام فرآیند جوشکاری را تأمین میکند. این روش به علت قابل حمل بودن و سرعت بالا به صورت عمده در عملیات ساخت و ساز مورد استفاده قرار میگیرد.
این روش برای اولین بار در سالهای آغازین دهة ۱۹۵۰ به عنوان جایگزینی برای روش جوشکاری با الکترود دستی معرفی شد و چون این روش نیازمند به استفاده از الکترودهای میلهای مرسوم در روش جوشکاری با الکترود دستی نیست، توانسته است بر بسیاری از محدودیت موجود در روش جوشکاری با الکترود دستی فائق آید. از دیگر مزایای این روش میتوان به وابستگی کمتر به مهارت اپراتور و نیازمندی کمتر به عملیات تمیزکاری قبل از جوشکاری اشاره کرد.
این عبارت مخفف Flux Cored Welding است .
این نوع جوشکاری که با سیم توپودری انجام می شود بسیار شبیه به جوش MAG است با این تفاوت که بجای سیم Solid و تو پر از نوع خاصی سیم جوش که به شکل لوله توخالی بوده و داخل آن پودرهای خاصی قرار دارد ، استفاده می گردد . این نوع سیم بنامهای Tubular wire یا Flux Cored Wire و یا اسامی مشابه مورد استفاده قرار می گیرد . نوع خاصی از این سیمها بدون استفاده از گاز محافظ کمکی ، قادر به جوشکاری می باشد که بنام Inner Shielded Wire و یا گاهی و Self Sheilded wire و یا اسامی مشابه شناخته شده اند . در این نوع از سیم ها در واقع پودر های داخل لوله پس از برقراری قوس جوش ، گازهای مخصوص کنترل اتمسفر را متصاعد می کنند و عمل محافظت حوضچه جوش و قوس الکتریکی رابخوبی انجام می دهند . غیر از این نوع سیمها بقیه انواع آن حتما نیاز به گاز محافظ خنثی و یا اکتیو و یا پودر جوش خواهند داشت .
کاربردهای فرآیند جوش توپودری
الف- این فرآیند بیشتر برای آلیاژهای آهنی نظیر فولادهای کم کربن ،کربن متوسط و برخی از فولادهای کم آلیاژی و فولادهای ضدزنگ و همچنین آلیاژهای پایه نیکل کاربرد دارد.
ب- این فرآیند بیشتر برای وضعیت های تخت و افقی کاربرد دارد و به علت این که معمولا الکترود ضخیم بوده وحوضچه ی جوش بزرگ می باشد و کنترل آن در وضعیت های عمودی و بالا مشکل است.
ج- استفاده در محل هایی که امکان گازدهی از پشت حو ضچه وجود ندارد.
روش شناخت الکترودهای توپودری
الکترودهای توپودری معمولا به دو صورت درزدار وبدون درز سا خته می شوند. برای ساخت الکترودهای درز دار ابتدا یک تسمه را با جنس وابعاد مشخص توسط نورد به تدریج به صورت U در آورده ومواد پودری راداخل آن می ریزند و سپس عملیات کشش بروی آن انجام می دهند تا مقطع آن به صورت O درآید.
برای ساخت الکترودهای توپودری بدون درز ابتدا تسمه را به صورت U وO در آورده و درز آنرا جوش می دهند و داخل آنرا مواد پودری می ریزند و توسط لرزش آنرا فشرده می کنند.
روش نامگذاری سیم جوش های توپودری
E X X T X M J HZ
E به معنی الکترود حرف بعدی X حداقل استحکام کششی.X بعدی به معنی وضعیت جوشکاری.T به معنا توپودری است.X به معنای قابلیت جوشکاری است از 1 الی 14 و اگر در حالت کلی G باشد یعنی وضعیت عمومی یا کاربرد عمومی.M به معنای استفاده از گاز محافظ مجاز است.حرف J معرف انرژی ضربه است و در نهایت HZ به معنای نیاز به تست نفوذ پذیری هیدروژن دارد .
این نوع سیم جوش ها را در قطر های 1/1 ، 2 ، 2/2 ، 2/3 ، 4 ، 4/1 و 6/1 میلی متری تهیه و ارائه می نمایند.
مزایا و محدودیت ها
1- مزایا
الف- به علت نفوذ خیلی عالی معمولا به پخ نیازی نیست .
ب- فلزات دارای ضخامت های مختلف را می توان تنها با یک الکترود و با تنظیم های یکسان جوشکاری نمود .
ج- استفاده از آن نسبتا راحت است .
د- در مکان هایی مثل صحرا که امکان وزش باد وجود دارد می توان از این فرآیند استفاده کرد .
2- محدودیت ها
الف- نیاز به برداشتن سرباره می باشد و در غیر این صورت سر باره حبس می شود.
ب- دود و بخار زیادی تولید می شود و نیازمند تهویه مناسب است و در غیر این صورت دید جوشکار کاهش می یابد.
ج- به علت آمپر بالاتر نسبت به فرآیند SMAW قوس شدیدتر است بنابراین نیاز به حفاظت شدیدتر و شیشه های ماسک مخصوص تارتر است .