دانلود مقاله تاریخچه جوشکاری با قوس الکتریکی بوسیله اکترودهای پوشش دار

بخشی از مقاله

مقدمه:
انقلاب الكترونيك بر زندگي در كشورهاي صنعتي تاثير شگرفي گذاشته است. نتايج اين انقلاب به همه فعاليتهاي ما در خانه، در اداره و در كارگاه رسوخ كرده است. تاثير اين انقلاب در متالوژي در دو عرصه مهم ديده مي‌شود. اسبابهاي كنترل الكترنيكي قابليتهاي منابع تغذيه جوشكاري را تغيير داده‌اند و اينك مي‌توان در بسياري از كاربردها از الگوي جريان بهينه استفاده كرد، روشهاي خودكار و مبتني بر استفاده از روبات نيز توسعه يافته اند. علاوه بر اين، ساخت وسايل الكترونيكي خود سبب پيدايش نيازهاي كاملا جديدي در تكنولوژي اتصال شده است. از سويي مي‌خواهيم نامحتملترين تركيبهاي سراميكي و ساير غير فلزها را به خودشان و به قطعات فلزي ديگر متصل كنيم و از سوي ديگر براي ساخت اتصالات الكتريكي بيشمار، با سرعت زياد و قابليت اعتماد بسيار بالا، به ابداع روشهاي لحيمكاري انبوه نياز داريم..

در دهه هاي اخير، با پيشرفت فنون فولاد سازي، و به ويژه با استفاده از كنورتر اكسيژني قليايي و به كارگيري روشهاي نوين گوگرد زدايي و فسفر زدايي، توليد فولاد پاكيزه در مقياس تجارتي تحقق يافته است. در عين حال، با نورد كاري كنترل شده، توليد فولادهايي با فاق نرمي بيشتر امكانپذير شده است. در پرتو چنين پيشرفتهايي ساخت سازه هاي بزرگ جوشكاري شده، با قابليت اعتماد بسيار بالا، عملي شده است.

تاريخچه جوشكاري با قوس الكتريكي بوسيله اكترودهاي پوشش دار
:(Metal arc welding with covered electrode)
جوشكاري با شعله برق (قوس الكتريكي ) عبارت است از ذوب كردن و به سيلان در آوردن لبه هاي قطعه كار و سپس متصل كردن آنها به يكديگر. اين عمل بوسيله درجه حرارتي بسيار زياد كه توسط قوس الكتريكي بين الكترود دو قطعه كار بوجود مي‌آيد، انجام مي‌شود.
استفاده از قوس الكتريكي براي جوشكاري حاصل زحمات و تجربيات Henry Missan شيمي دان فرانسوي مي‌باشد كه ابتدا يك كوره الكتريكي اختراع كرد و بوسيله اين كوره فلز را بين دو الكترود كربني قرار داده و ذوب مي‌كرد. البته سطحي كه در مسيز جريان برق الكترود قرار داشت ذوب مي‌شد. فرض مخترع اين بود، حرارتي كه در اين كوره بوجود مي‌آيد در اثر مقاومتي است كه در موقع عبور جريان برق از الكترود ايجاد مي‌شود.

شكل 1- دستگاه جوشكاري قوس كربني مطابق طرح ارائه شده در سال 1881
به هر حال وي مشاهده نمود، موقعي كه ذرات مذاب پايين مي‌ريزند، قوس تندتر شده و به نظر مي‌رسد كه مقدار بيشتري حرارت ايجاد مي‌شود و اين امر باعث تسريع در عمل ذوب مي‌گردد. مدتي بعد شخصي به نام Slavianoff بجاي الكترودها كربني از الكترودهاي فلزي استفاده نمود. اختراع وي به سال 1889 در ايالات متحده آمريكا به ثبت رسيد كه به نام جوشكاري با قوس الكتريكي و الكترود فلزي موسوم گرديد.

در مرحله نخست كه قوس جوشكاري به عنوان عامل اتصال دهنده و ذوب كننده معرفي شد، چندان مورد توجه صنعتگران قرار نگرفت زيرا خواص مكانيكي اتصالات كه بدين وسيله بوجود مي‌آمد ضعيف بود تا اينكه پس از گذشت سالها جوشكاري با قوس و الكترود به اهميت امروزي رسيد.
اولين كاري كه باعث شد اين نوع جوشكاري اهميت زيادي پيدا كند مورد استفاده قرار گرفتن آن در صنعت كشتي سازي بود. احتمالا جوشكاري با قوس الكتريكي موقعي توسعه زيادي پيدا كرد كه الكترودهاي پوشش دار ساخته شدند و اولين عاملي كه امكان بالا بردن خواص ناحيه جوش را موجب شد، الكترودي بود كه توسط Elelberge سوئدي تهيه و مطرح گرديد.
ارزش واقعي اين نوع الكترودها موقعي آشكار مي‌شود كه ملاحظه كنيم چقدر در مراحل مختلف جوشكاري (جوشكاري عمودي از پايين به بالا، از بالا به پايين و نيز جوشكاري بالاي سر) عمل جوشكاري را آسانتر مي‌نمايد.

پوشش الكترود در ابتدا فقط به عنوان حفاظت فلز مذاب مورد استفاده قرار مي‌گرفت اما از سال 1914 به بعد اين پوشش ها داراي تركيباتي شدند كه به برقراري قوس كمك كرده و مواد ناخالصي را نيز از فلز مذاب دور مي‌سازند.
نتيجتا كشف دانشمندان سوئدي بزودي صنعت جوشكاري را به دو نمونه اساسي الكترودهاي پوشش دار و بدون پوشش تقسيم كرد.
1- الكترودهاي با روپوش مواد معدني
2- سيستم محافظتي توسط گازهاي محافظ

استفاده از الكترودهاي پوشش دار ظرف 50 سال اخير توسعه زيادي يافته و جاي الكترودهاي بدون پوشش را گرفته اند. عامل مهم ديگري كه در پيشرفت علم جوشكاري تاثير بسزايي داشت، وقوع جنگ جهاني دوم تو در نتيجه ساختن مقادير متنابهي كشتي ، خودرو، مخازن، موشكها، هواپيما و هزاران وسيله ديگر جنگي بود كه احتياج به جوشكاري با دقت زياد داشتند و تنها وسيله اي كه مي‌توانست با سرعت به اين اجتياجات پاسخ دهد، جوشكاري بوسيله قوس الكتريكي بود.

شكل 2- قوس الكتريكي در جوشكاري با جريان متناوب(سمت راست) و شكل قوس الكتريكي با جريان مستقيم (سمت چپ)

الكترودها (Electrode)
چنانچه بخواهيم دو قطعه فلز را به هم جوش داده و يا شكافي را بوسيله عمل جوشكاري پر كنيم از فلز ديگري استفاده مي‌شود كه آنرا الكترود يا سيم جوش مي‌نامند.
الكترود در جوشكاري با قوس الكتريكي عبارت است از يك فلزي كه اطراف آنرا پوششي از تركيبات شيميايي بخصوصي متناسب با نوع مصرف آن احاطه كرده است. انواع پوشش ها بسته به نوع فلز مورد جوشكاري و نيز مراحل مختلف جوشكاري متفاوت مي‌باشند و براي جوشكاري ضروري است كه آنها را شناخته و موارد استفاده صحيح آنها را نيز از همديگر تميز دهد.

طبقه بندي الكترودها
طبقه بندي الكترودها از لحاظ جنس فلز:
بطور كلي الكترودها از نظر جنس فلز به 5 گروه تقسيم بندي مي‌شوند
1- الكترودهاي آهني Hild steel
2- الكترودهاي چدني Cast Iron
3- الكترودهاي آلياژهاي فولادي Spacial Alloy Steel
4- الكترودهاي فولادهاي پر كربن High Carbon Steel
5- الكتردهاي غير آهني none ferrouse

از آنجاييكه اكثر جوشكاري روي آهن و آلياژ هاي آن انجام مي‌گيرد لذا الكترودهاييكه براي آهن مصرف مي‌شوند نسبت به انواع ديگر زيادترند. آلياژهاي فولاد در جوشكاري فولادهاي مختلف و الكترودهاي غير آهني براي جوشكاري فلزات مختلف از قبيل: آلومينيم- مس- برنز- برنج و ... مورد مصرف دارند. براي جوشكاري دو قطعه فلز به يكديگر معمولا از الكترودهايي استفاده مي‌شود كه جنس آنها با فلز مبنا يكي باشد.

الكترودها نه تنها نسبت به فلزات مختلف متفاوتند بلكه نسبت به نوع جريان (مستقيم يا متناوب) و در حالتهاي گوناگون جوشكاري و مقدار نفوذ جوش نيز انواع مختلف دارند. چنانچه الكترودها نسبت به نوع كار صحيح انتخاب نگردند ماكزيمم مقاومت و استقامت را در برابر فساد تدريجي نداشته و در بعضي موارد باعث شكنندگي فلز نيز خواهد شد. البته استثناهايي نيز وجود دارد كه براي آنها الكترودهاي ويژه اي تهيه شده است. مانند اتصال قطعات برنج و چدن يا برنج و آهن به يكديگر.

تقسيم بندي الكترودهاي فلزي از نظر نوع پوشش:
بطور كلي الكترودهاي فلزي به دو دسته تقسيم مي‌شوند:
الكترودهاي پوشش دار و الكترودهاي بدون پوشش
الكترودهاي پوشش دار: پوشش اين نوع الكترودها از تركيبات شيميايي متنوعي است كه مقداري از آنها معين و مقداري ديگر نامشخص مي‌باشند. علت مشخص نبودن بعضي از تركيبات الكترودها به دليل ارزش اقتصادي آنهاست كه كارخانه سازنده فرمول كامل الكترودهاي خود را محرمانه نگهداري مي‌كند. مهمترين تركيبات شيميايي پوشش اين نوع الكترودها عبارتند از: سولفور- فرومنگنز- دي اكسيد تيتانيم- كربنات كلسيم- سيليكات هاي مختلف و غيره

براي چسبندگي آنها به سيم جوش از سليكات سديم استفاه مي‌كنند و تمام تركيبات شيميايي پوشش الكترودها هر كدام به تنهايي نقش مهمي را در جوشكاري ايفا مي‌كنند كه مهمترين آنها محافظت ناحيه جوش از اكسيداسيون، يكنواخت و پايدار كردن قوس الكتريكي و ايجاد تركيبات معين در ناحيه جوش پوشش الكترودها از نظر كلي به دو گروه اصلي تقسيم مي‌شوند:

پوشش هاي پايدار كننده يا پوشش هاي نازك
پوشش هاي كيفي يا پوشش هاي ضخيم
پوشش هاي پايدار كننده: عناصري كه اين پوشش ها را تشكيل مي‌دهند فضاي قوس الكتريكي را يونيزه نموده و جوشكاري با جريان متناوب را آسانتر مي‌نمايد. بهترين و مطمئن ترين عنصر براي اين كار پتاسيم مي‌باشد كه در سنگهاي معدني طبيعي (گرافيت فلدسپات) و بصورت شيميايي (كرمات پتاسيم و دي كرومات پتاسيم، پتاس و شوره) يافت مي‌شود.به دليل نازك بودن اين پوشش ها امكان نفوذ اكسيژن و ازت هوا به ناحيه مذاب جوش هميشه وجود داشته و باعث ترد شدن نسبي جوش مي‌گردند لذا استفاده آنها در جوشكاري هاي غير حساس بلامانع خواهد بود.

پوشش هاي كيفي: اين پوشش ها گاز و سرباره براي محافظت فلز از نفوذ اكسيژن و ازت هوا تشكيل داده و نيز آلياژهاي مناسب را در ناحيه مذاب وارد مي‌كنند در نتيجه استفاده از اين نوع الكترودها خواص مكانيكي پيوند جوش معمولا بالاتر از خواص فلز مبنا مي‌گردد.
اين پوشش ها داراي خواص زير هستند:
الف- هنگام ذوب، سرباره و گازهاي محافظ توليد مي‌كنند
ب- قوس الكتريكي پايدار و پيوسته مي‌گردد.
ج- سرباره و تفاله جوش داراي خاصيت احيا كنندگي مي‌باشند.

د- تفاله جوش داري خاصيت انقباضي بيشتري نسبت به فلز مبنا بوده و در نتيجه به راحتي از روي گرده جوش جدا مي‌شوند.
ه- در جوشكاري هاي عمودي و بالاي سر، تفاله به سرعت منجمد مي‌شود و در نتيجه از سقوط مواد مذاب بر اثر جاذبه زمين جلوگيري مي‌كنند.
تقسيم بندي الكترودهاي پوششدار بر اساس تركيبات شيميايي پوشش ها:

1- الكترودهاي اسيدي يا گرم:
الكترودهاي اسيدي الكترودهايي هستند كه موارد استعمالشان در درزهاي بسته، مانند اتصالات سپري مي‌باشند. با اينكه از زمره الكترودهاي مرغوب به شمار مي‌آيند لكن اكثر جوشكار ها از كاركردن با اين نوع الكترودها امتناع مي‌ورزند. زيرا شكل ظاهري جوش يكنواخت نبوده و در موقع كار جرقه هايي به اطراف پراكنده مي‌كند. علت اينكه نمي توان از آنها در درزهاي باز استفاده نمود. اولا نسبت به الكترودهاي هم قطر خود احتياج به شدت جريان زيادي داشته، ثانيا قطرات مذاب آنها ريزند و ريز بودن قطرات مذاب باعث سوزاندن لبه هاي قطعه كار مي‌گردد. سرباره حاصل از جوشكاري اين الكترودها خاصيت اسيدي دارند. مقاوت كششي جوش حاصل از اين الكترودها كمتر از الكترودهاي روتايلي بوده اما افزايش طول و استحكام ضربه اي آنها بيشتر است.

2- الكترودهاي بازي يا قليايي (آهكي يا سرد)
اين نوع الكترودها با اينكه محاسن زيادي از نظر جوشكاري دارند، چنانچه بطور صحيح بكار برده نشوند گرده جوش معايب زيادي پيدا كرده و از جمله آنها، تمامي آن متخلخل و در انتهاي آن حفره بزرگي ايجاد مي‌گردد. با توجه به نفوذ خيلي خوب آنها، بيشتر در پاسهاي اول جوشكاري مورد استفاده قرار مي‌گيرند. در جوشكاري به حالت عمودي سرعت جوش آنها بيشتر از ساير الكترودها است. فلز جوش حاصل از اين نوع الكترودها هيدورژن كمتري داشته و معمولا در درجات حرارت پائين از استحكام خوبي برخوردار است. در مقايسه با ساير الكترودها احتمال ترك خوردن گرم يا سرد با الكترودهاي آهكي كمتر اسيت از اين نظر در جوشكاري فولادهاي ساختماني پر منگنز، مخازن تحت فشار و امثال آنها نسبت به ساير الكترودها ارجعيت دارند.

3- الكترودهاي دي اكسيد تيتانيم يا روتيلي:
اين نوع الكترودها كه مقدار قابل توجهي دي اكسيد تيتانيم (Tio2) در تركيبات پوششي خوردارند. الكترودهايي هستند كه شروع جوش و مصرف آساني داشته و براي حالت هاي مختلف جوشكاري بسيار مناسب اند. گرده جوش اين الكترودها داراي خاتمه ظريف بوده و افت فلز از نظر پاشيدگي بسيار كم مي‌باشد. نفوذ اين الكترودها متوسط و قوس الكتريكي آنها بسيار آرام است. برخي از اين الكترودها براي جوشكاري عمودي از بالا به پايين بكار برده مي‌شوند.

4- الكترودهاي سلولزي:
اين نوع الكترودها داراي نفوذ بسيار زياد بوده و براي جوشكاري حالات مختلف مناسب مي‌باشند. سرباره آنها نازك بوده و به راحتي از روي گرده جوش كنده مي‌شوند. جوش حاصل از اين نوع الكترودها داراي خواص مكانيكي خوبي بوده و از نظر آزمايش راديو گرافي نتيجه بسيار خوبي دارند. ماده اصلي تشكيل دهنده پوشش آنها سلولز است كه موقع جوشكاري توليد گاز محافظ مي‌كند. اين الكترودها داراي دود زياد بوده و سطح جوش معمولا ناهموار و خشن مي‌باشد.

5- الكترودهاي اكسيدي:
پوشش اين نوع الكترودها بيشتر از اكسيد آهن و اكسيد منگنز تشكيل مي‌شود، تفاله جوش براحتي از روي گرده جوش كنده مي‌شود. از آنجاييكه فلز جوش اين الكترودها خيلي سيال است لذا بيشتر براي اتصالات گوشه اي و درزهاي بسته مورد مصرف دارند.اين الكترود ها در جاهاييكه ظاهر جوش بر كيفيت آن ارجعيت دارند مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
6- الكترودهاي مركب:

علاوه بر پوشش هاي مذكور، از مخلوط كردن مواد مختلف نيز پوشش هاي مركبي با خواص گوناگون حاصل مي‌گردد. مانند پوشش هاي اسيدي- روتايلي يا روتايلي – قليايي كه براي فولادهاي با مقاومت زياد مناسبترين الكترود مي‌باشند.
الكترود هاي روتايلي الكترودهاي آهكي الكترودهاي اسيدي
مقدار درصد مواد پوشش مقدار درصد مواد پوشش مقدار درصد مواد پوشش
50 اكسيد تيتانيم 20 مواد آهكي 20 اكسيد آهن
7 سلولز 20 مواد گوگردي 20 مواد گوگردي
10 مواد آهكي 35 پودر آهن 17 اكسيد سيليسيم
14 چسب 5 فرومنگنز 12 مواد آهكي
13 فرومنگنز 5 فروسيليكات 25 فرومنگنز
5/1 آب 0 آب 1 آب
5/4 مجهول 5 مجهول 5 مجهول
مقدار درصد تركيبات شيميايي بعضي از الكترود

تقسيم بندي الكترود ها از نظر ضخامت پوشش:
چنانچه قطر پوشش الكترود را با D و قطر ميله الكترود را با d نمايش دهيم، تقسيم بندي هاي زير از نظر پوشش معمول است:
1- پوشش نازك
2- پوشش متوسط
3- پوشش ضخيم
4- پوشش خيلي ضخيم
نقش پوشش الكترودها

پوشش الكترودها، نقش هايي اساسي براي ميله الكترود، قبل و بعد از جوشكاري ايفا مي‌كنند كه عبارتند از:
1. جلوگيري از زنگ زدن و آلودگي ميله الكترود، در زمان انبارداري وجوشكاري،
2. محافظت و پايداري سازي قوس الكتريكي برقرار شده،
3. محافظت از جوش به وسيله گازهاي منشعب شده، حاصل از سوختن پوشش الكترود در جريان جوشكاري،
4. محافظت از جوش به وسيله سرباره تشكيل شده ناشي از سوختن پوشش الكترود در جريان جوشكاري،
5. جلوگيري از اتلاف گرما و پراكندگي حرارت در محيط،

6. ايجاد يك پروفيل مناسب در سطح جوش (گرده جوش مقعر، تخت يا محدب)
7. جلوگيري از سريع سرد شدن جوش،
8. جلوگيري از رشد بي رويه دانه بندي سطحي جوش،
9. كنترل واكنش هاي سرباره- مذاب، گاز- مذاب و گاهي اوقات انجام عمل تصفيه فلز جوش يا اضافه نمودن بعضي عناصر آلياژي به داخل ساختار جوش و بهبود آلياژ سازي،
10. ايجاد امكان بيشتر براي متنوع سازي انواع الكترودهاي ساخته شده از يك نوع ميله الكترود،
11. سيال سازي جريان مذاب و ايجاد سهولت بيشتر در جريان جوشكاري،
12. كاهش عرض محدوده تحت تاثير حرارت قرار گرفته (HAZ)،

13. افزايش بازدهي يا راندمان بازدهي (توليد مذاب و پركنندگي) الكترود و در نتيجه كاهش مصرف الكترود،
14. ايجاد ايمني بيشتر براي جوشكاران به دليل كاهش تشعشعات، انعكاس فلز ناشي از قوس الكتريكي و پاشش جرقه ها،
15. افزايش قدرت و سرعت انتقال مذاب از الكترود به حوضچه جوش و برقراري بهتر جريان مثبت و منفي،
16. كنترل عمق نفوذ جوش،
17. كاهش حرارت ورودي مورد نياز و در عين حال افزايش شدت قوس در صورتي كه پودر آهن در پوشش الكترودهاي فولادي به كار گرفته شده باشد،
18. امكان انجام جوشكاري در وضعيت هاي مختلف و حتي وضعيت هاي جوشكاري دشوار مثل بالا سري يا سر بالا،
19. كنترل طول قوس و ولتاژ، و
20. مشخصه شناسايي الكترودها در صورت استفاده از پوشش ها با رنگ هاي مختلف و معرفي شده.

جنس مفتول فلزي الكترود (مغزي الكتردود)
با وجود آن كه براي دستيابي به يك جوش مناسب، نزديك بودن تركيب شيميايي الكترود به تركيب شيميايي فلز پايه از اهميت ويژه اي برخوردار است، اما وجود پوشش هاي متنوع و فراوان سبب شده تا سازندگان الكترود فقط از تعداد معدودي مغزي الكترود (با تنوع محدود) براي توليد صدها نوع الكترود اقدام نمايند. از اين رو، مفتول هاي مورد استفاده براي توليد الكترودهاي پوشش دار به قرار زير شناخته شده اند:
1. فولاد ساده كربني كم كربن،
2. فولاد ساده كربني پركربن،
3. فولاد آلياژي كم آلياژ نيكل دار،
4. فولاد آلياژي كم آلياژ كرم- نيكل دار،
5. فولاد آلياژي كم آلياژي كرم- موليبدن،
6. فولاد آلياژي كم آلياژ نيكل- موليبدن واناديم دار،
7. فولاد آلياژي كم آلياژ و پر آلياژ منگنزدار،
8. چدن خاكستري،
9. چدن نشكن،

10. نيكل خالص،
11. آلياژ نيكل- كرم- آهن،
12. آلياژ نيكل- كرم- موليبدن،
13. آلومينيوم خالص،
14. آلياژ آلومينيوم- سيليسيم،
15. آلياژ آلومينيوم- منيزيم،
16. مس خالص،
17. آلياژ مس- قلع،
18. آلياژ مس- روي،
19. آلياژ مس- آلومينيوم و غيره

مواد عمومي تشكيل دهنده پوشش الكترودها
به طور كلي مواد اصلي تشكيل دهنده پوشش الكترودها به 6 دسته اصلي تقسيم مي‌شوند.
مواد سرباره ساز به صورت سنگ هاي معدني مي‌باشند، مانند سنگ تيتان (Tio2)كه به صورت طبيعي و به نام روتيل (Rotile) در معادن يافت مي‌شود، سنگ منگنز، فلوراسپار (Fluorspar)، فلورايدها، آهك (CaCo3)، خاك چيني (Kaolin)، كوارتز(Quartz)، سنگ مرمر، اكسيد آهن، (FeO)، و بعضي سيليكات ها.
مواد تشكيل دهنده گاز مثل نشاسته، خاك اره، سلولز، كتان، زغال چوب، آرد، و يا خمير چوب (پشم آن ها (Alpha-Flock.
عوامل احيا كننده و اكسيژن زدا كه براي احياي برخي اكسيدها كاربرد دارند مثل فرومنگنز (Fe-Mn)، فروسيليسيم (Fe-Si)، فرو كرم (Fe-Cr)، فروتيتانيوم (Fe-Ti)، فرو موليبدن (Fe-MO) و آلومينيوم پولكي.

عوامل آلياژ كننده كه براي رسيدن به تركيب نهايي مورد انتظار از جوش به پوشش اضافه مي‌شوند.
عوامل چسباننده كه باعث خميري شدن و چسبيدن پوشش روي مغزي مي‌گردند.، مثل سيليكات سديم و سيليكات پتاسيم و يا چسب نشاسته.
در بعضي الكتردوها، براي افزايش نرخ رسوب و راندمان و بازدهي، مقداري پودر فلز پايه نيز اضافه مي‌شود به طور مثال در الكترودهاي فولادي، مقاديري پودر آهن به پوشش اضافه مي‌گردد.در هر صورت پس از انتخاب و اختلاط مواد تشكيل دهنده پوشش، كه در مخلوط كن هاي تر انجام مي‌شود، خمير حاصل را كه اصطلاحا (گل الكترود) ناميده مي‌شود، به وسيله پرس هاي مخصوصي روي ميله مغزي الكتردود پرس مي‌كنند (الكترودExtrud). پس از آن كه خمير در كوره خشك كن كاملا خشك شد، الكتردود آماده استفاده يا بسته بندي مي‌شود.

روشهاي جوشكاري با برق (Electric welding)
الف- جوشكاري با شعله برق بوسيله الكترود هاي پوشش دار
ب- جوشكاري با شعله برق در محيط گازهاي خنثي
ج-جوشكاري با شعله برق در محيط گازهاي احيا كننده
د- جوشكاري با شعله برق بوسيله الكترود هاي گرافيكي
ه-جوشكاري با شعله برق بوسيله فلاكس هادي جريان
و- جوشكاري با شعله برق توام با فشار
جوشكاري با شعله برق در محيط گازهاي احيا كننده (atomic hydrogen welding)
در اين روش كه به روش جوشكاري با هيدروژن اتمي معروف است، شعله قوس الكتريكي بين دو يا سه الكترود تنگستني و در محيطي مملو از گاز هيدروژن برقرار مي‌گردد. در اين عمل هيدروژن مطابق فرمول زير تجزيه مي‌گردد:
H22H +102400 cal
در نتيجه درجه حرارت زيادي را در انتهاي مخروط هيدروژن اتمي به وجود مي‌آورد.

شكل3- جوشكاري با شعله برق در محيط گازهاي احيا كننده

شكل4- جوشكاري قوس الكتريكي با اتم هيدروژن

جوشكاري با شعله برق بوسيله الكترود هاي گرافيكي (carbon arc welding):
در اين روش قوس الكتريكي بين الكترودي از گرافيت و قطعه كار حاصل مي‌گردد و اين عمل معمولا در اتمسفراحيا كننده خواه با حضور سيم جوش و خواه بدون آن انجام مي‌شود. اين روش در موارد مخصوصي بكار مي‌رود مانند پيوند ورقهاي نازك، بدون استفاده از سيم جوش و جوشكاري بعضي از آلياژهاييكه قابليت جوشكاري آنها كم است، مانند برنزها.
جوشكاري با شعله برق بوسيله فلاكس هادي (electroslag arc welding):

در اين روش يك الكترود با طول زياد از فولاد كه هم نقش هادي جريان را دارد و هم وظيفه فلز پر كننده را انجام مي‌دهد، بكار رفته و فلاكسي كه در روي ناحيه مذاب ريخته مي‌شود كاملا نقش پوشش الكترود هاي دستي را ايفا مي‌كند. يعني از طرفي به عنوان پايدار كننده قوس الكتريكي و حمايت كننده آن بكار رفته واز طرف ديگر عناصر مفيد و آلياژي را به ناحيه جوش اضافه مي‌نمايد. علاوه بر اين چون داراي حركت خوبي است در انتقال گرماي حاصل از مذاب فلز كمك مي‌كند.

شكل5 – جوشكاري بوسيله فلاكس هادي
استفاده از اين روش از جنگ جهاني دوم به بعد در آمريكا و كشورهاي اروپايي گسترش زيادي يافته است. اختلاف اين روش با جوشكاري معمولي بوسيله قوس الكتريكي الكترود هاي دستي است كه در اين روش مي‌توان شدت جريانهايي تا 3000 آمپر را بكار برد. بنابر اين سرعت جوشكاري و نفوذ جوش به مقدار قابل ملاحظه اي افزايش خواهد يافت. معذالك همين سرعت زياد جوشكاري و ذوب سريع الكترود سبب مي‌شود كه از شدت جريانهاي كمتري (1000 الي 1500 آمپر) براي اين منظور استفاده شود.
جوشكاري با شعله برق توام با فشار (pressure arc welding):
اين روش عبارت است از نصب ميله يا پيچ يا قطعات شبيه آنها در روي جداره هاي فلزي بوسيله جوشكاري. اين روش باعث مي‌شود كه عمل سوراخ كردن و قلاويز زدن قطعه كار از بين رفته و صرفه جويي زيادي در وقت و قيمت تمام شده كارها حاصل گردد.

شيوه اجرايي:
شيوه اجرايي اين كار به قرار زير است:
ايجاد شعله گرم بين انتهاي ميله و جداره فلزي و حفظ شعله تا پايان دوره تناوب
حفظ فلز در جريان عمل انجماد با بكار بردن يك حلقه چيني
اعمال فشار براي اجراي يك عمل آهنگري در حالت گرم در موضع جوش.
بنابر اين اصول جوشكاري با پيستوله (مننظور همين روش) با روش جوشكاري با شعله برق است زيرا از يك طرف بين انتهاي ميله و قطعه كار قوس الكتريكي با ولتاژ 25 الي 30 ولت بوجود مي‌آيد و از طرف ديگر در حين عمل جوشكاري از فلاكسي كه قسمتي از وظيفه آن مانند پوشش الكترود است، استفاده مي‌شود و تنها اختلاف آن با روش جوشكاري برق فشاري است كه هنگام جوشكاري در زمان كوتاهي در روي قطعه كار وارد مي‌شود.

وسايل مورد نياز براي جوشكاري با پيستوله
وسايلي كه براي اجراي عمل جوشكاري با پيستوله بكار مي‌روند به قرار زيراند:
يك دستگاه پيستوله كه وظيفه آن ايجاد شعله هنگام تماس ميله با جدار فلزي و سپس دور كردن آن مي‌باشد.
جعبه فرمان كه وظيفه آن بستن مدار جوشكاري در طول مدتي است كه شعله برق موجود باشد.

مولد جريان برق
ميله جوش شونده كه انتهاي آن به درجه ذوب مي‌رسد فلاكس جوشكاري كه بصورت پودر مي‌باشد در كپسول مخصوصي قرار داده شده است.
حلقه چيني كه نقش آن عبارت است از حفظ حرارت شعله و نيز ايجاد پيچك گرده مانندي از فلز در قاعده ميله و بالاخره حمايت فلز مذاب از عوامل جوي و حفاظت چشم جوشكار از شعله.

جوشكاري بطريق مقاومت الكتريكي (Resistance welding):
برحسب نوع استعمال انرژي حرارتي و نيروي مكانيكي، جوشكاري مقاومتي به تقسيمات زير شامل مي‌گردد:

الف- نقطه جوش (spot welding):
قطعات جوش دادني را روي يكديگر و بين دو نوك الكترود قرار مي‌دهند. در اين نقطه جريان از يك الكترود به الكترود ديگر از مسير ضخامت ورقها عبور مي‌كند و نقطه جوش كه شكل عدسي دارد، در امتداد محور الكترودها بوجود مي‌آيد. گاهي اوقات دو الكترود را در يك روي صفحه قرار داده و در زير صفحه دوم يك زير سري مي‌گذارند. در روش دوم كف ورق رويي را بوسيله سنبه نشان بصورت نقاط برجسته در مي‌آورند و سطح نوك الكترود ها را وسيع تر انتخاب مي‌كنند، پس از وصل جريان نقاط برجسته در اثر عبور جريان ذوب شده و دو قطعه به يكديگر متصل مي‌گردند.

شكل - دكمه جوش در نقطه جوش

شكل6- ماشين اهرمي نقطه جوش

ب- جوش قرقره اي:
در حقيقت يكي از روشهاي فرعي جوش نقطه اي مي‌باشد با اين تفاوت كه در جوش قرقره اي لبه قطعات خيلي نزديك بهم بوده و مجموعا تشكيل يك گرده پيوسته جوش را مي‌دهد. در اين روش الكترود هاي استوانه اي را با الكترود هاي صفحه اي ياچرخي و يا قرقره اي كه در حول محور خود گردش مي‌نمايند و در مسير جريان قرار مي‌گيرند، عوض مي‌كنند. قرقره ها عمل وارد آوردن فشار را نيز انجام مي‌دهند.

شكل 7- جوش قرقره اي

ج- جوش سربه سر بوسيله عمل جرقه زدن (flash butt welding):
در اين روش قطعات را بين دو فك گيره اي در ماشين جوشكاري سوار كرده سپس با دور و نزديك كردنهاي متوالي انتهاي قطعات به يكديگر جرقه هايي بين دو قطعه ايجاد مي‌شود. اين جرقه ها سبب ايجاد حرارت در انتهاي قطعات گرديده و پس از آنكه به حالت خميري و حرارت كافي رسيدند، دو انتهاي قطعات را به يكديگر نزديك و با اعمال فشار بهم پيوند مي‌دهند.
در اين روش نيز مانند روش قبلي دور تا دور محيط قطعه كار را گرده هاي فلزي فرا مي‌گيرد كه بقاياي اكسيد و ناخالصي ها در آن جمع شده كه پس از اتمام عمل مذكور بوسيله سنگ زدن از بين مي‌روند.

شكل8 – جوش سر به سر بوسيله عمل جرقه زدن
د- جوش سربه سر بوسيله مقاومت الكتريكي (resistance butt welding):
در اين روش دو قطعه جوش دادني را طوري مقابل هم قرار مي‌دهند كه دقيقا در موازات يكديگر قرار گيرند، سپس فك دستگاه جوش را محكم و ثابت نموده و جريان برق را برقرار مي‌كنند. اين فكها نقش هادي جريان را ايفا مي‌كنند سپس با تغيير محل فكها و حركت دادن آنها بر روي همديگر فشار در ناحيه جوش زياد شده و اين عمل باعث مي‌شود كه فلز در دو انتهاي تماس به حالت خميري در مي‌آيد و بدين وسيله عمل پيوند قطعات انجام مي‌گيرد.
اين روش براي جوش قطعاتي كه داراي اشكال هندسي متفاوتي مي‌باشند و نيز براي جوش ورقهايي كه داراي ابعاد بزرگي هستند بكار مي‌رود.

شكل9-جوش سربه سر بوسيله مقاومت الكتريكي

هـ . جوش مقاومتي بوسيله فلاكس هادي (electroslag resistance welding):
در اين روش جوشكاري كه خودكار مي‌باشد قطعات جوش دادني را در محفظه قيفي شكل كه از مس ساخته شده و پر از فلاكس مي‌باشد قرار مي‌دهند سپس جريان ثانويه ترانسفورماتور را از راه فلاكسي كه هادي جريان برق است برقرار مي‌نمايند. هنگاميكه فلاكس ذوب مي‌شود سطح آن به سطح قطعه فوقاني رسيده و به اين ترتيب جريان در دو قطعه برقرار مي‌گردد و در نتيجه سطوح انتهاي قطعات به سرعت به درجه حرارت لازم رسيده و عمل جوشكاري انجام مي‌گيرد.

شكل10 – جوش مقاومتي بوسيله فلاكس هادي

شكل11 – نقطه جوش متوالي

شكل12- نقطه جوش

3- ساير روشهاي جوشكاري ذوبي
الف- روش جوشكاري بطريق آلومينوترميك (thermit welding):
در اين روش از خاصيت حرارت زايي احياي اكسيدهاي آهني بوسيله آلومينيم در بوته و ريزش فلز مذاب در روي قطعات جوش دادني استفاده مي‌شود همچنين در اينجا بايد روشهاي لحيم كاري و لحيم جوش را يادآوري نمود. كه در آنها از شعله هاي هيدروژن يا از كوره هايي با اتمسفر احيا كننده و يا از حاصيت التراسونيك (ارتعاشات مافوق صوت) استفاده مي‌شود.
اخيرا روشهاي جديدتري در جوشكاري ذوبي معمول گرديده كه در صنايع امروز داراي موارد استعمال ويژه اي مي‌باشند و از آن براي جوشكاري لوله ها، بدون استفاده از سيم جوش استفاده مي‌شود.

شكل13- جوشكاري ترميت

ب- روش جوش القايي (Induction welding):
جوشكاري القايي: اساس جوشكاري القايي مدت مديدي است كه شناخته شده است. از اين روش به طور گسترده اي براي جوشكاري مواد پلاستيكي با بكار بردن قدرتهاي بسيار ضعيف استفاده مي‌شود. در جوشكاري فولاد از اين روش بويژه در جوشكاري لوله ها استفاده مي‌شود. در اين روش درز لوله ها را بدون استفاده از سيم جوشكاري مي‌كنند.
در اين روش جريان القا شده در حدود 400 آمپر بوده كه بوسيله القا كننده اي كه از روي كنداتستاتور منشعب شده است و يا بوسيله ترانسفورماتوري كه به دو آلترناتور با فركانس زيادي وصل گرديده، حاصل مي‌گردد. لوله را پس از فرم دادن از داخل القا كننده عبور مي‌دهند، جريان القا شده بطور كلي از روي لبه هاي جوش دادني عبور كرده و لبه هاي لوله را در طول معيني بطور يكنواخت گرم مي‌كنند. پس از اينكه تمام ضخامت لبه هاي لوله را در طول معيني بطور يكنواخت گرم مي‌كند. پس از اينكه تمام ضخامت لبه ها به درجه حرارت ذوب رسيد با فشاري كه در حقيقت عمل آهنگري مي‌باشد، لبه هاي ذوب شده را به هم جوش داده و بدينوسيله گرده جوش باريكي در قسمت خارج لوله تشكيل مي‌شود كه پس از عبور دادن از داخل كاليبر كننده از بين مي‌رود.

در اين روش سرعت جوشكاري زياد بوده و بستگي به قدرت دستگاه خواهد داشت. چنانچه قطعه جوش دادني از هر نظر درست باشد (پاك بودن لبه ها از زنگ زدگي، نداشتن پليسه در لبه ها، صاف و يكنواخت بودن سطوح و غيره) سرعت جوشكاري حدود 15 الي 30 متر در دقيقه خواهد بود. ضخامت قطعات جوش دادني نيز بستگي به قدرت دستگاه دارد. در حال حاضر با اين روش مي‌توان لوله هائيكه تا 7 ميليمتر ضخامت دارند را جوشكاري نمود. انرژي مصرف شده در هر تن جوشكاري با ابعاد و ضخامت لوله ها به سرعت كاهش مي‌يابد و براي لوله هاي 80 الي 90 ميليمتري انرژي لازم در حدود 50 كيلووات براي هر تن لوله است و براي لوله هاي 150 اي 165 ميليمتري مقدار انرژي لازم به 22 كيلووات در هر تن كاهش مي‌يابد.

ج- جوشكاري با فلاكس الكتروكنداكتور (Electroslag welding):
دومين روش كه مربوط به جوشكاري با فلاكس هادي مي‌باشد، روش جوشكاري با فلاكس اكتروكنداكتور هادي جريان برق است. اين روش موارد استعمال زيادي براي جوشكاري قطعاتي كه داراي ضخامت زيادي مي‌باشند پيدا كرده است.
روش جوشكاري با فلاكس الكتروكنداكتور كه براي جوشكاري قطعات بسيار ضخيم مورد استفاده قرار مي‌گيرد اولين مرتبه در سال 1951 بوسيله انيستيتو جوشكاري كيف مطرح گرديد. در اين روش سيم جوش الكترود وارد ناحيه جوش شده و فلاكس جوشكاري كه بصورت پودر بوده و هادي جريان الكتريكي نيز مي‌باشد نقش اساسيي را به عهده دارد. زيرا علاوه بر جوشكاري نقش يك تصفيه كننده را نيز به عهده دارد و بدين ترتيب مي‌توان فولادهايي با خاصيت ويژه را تهيه نمايد.

فلزي كه با اين حالت تصفيه مي‌شود تشكيل ناحيه مذاب را مي‌دهد و ناحيه تصفيه شده كه مخلوطي با تفاله يا شيره جوشكاري است و با فلز مذاب آميخته شده است هنگام انجماد در بالاي فلز باقي مي‌ماند و مجموع اين دو ناحيه بوسيله ضخامتي از فلز بطور منظم پوشيده شده است. ورقهاي جوش دادني كه داراي ضخامت زيادي است ( 50 الي 100 ميليمتر) بطور لب به لب و بصورت قائم و با فاصله اي در حدود 30 سانتي متر از همديگر قرار مي‌گيرند، شدت جريان لازم براي جوشكاري بين 500 الي 550 آمپر براي الكترودي به قطر 2/3 ميليمتر است. ولتاژ مورد نياز بين 45 الي 50 ولت خواهدبود.

حركت سيم جوش بوسيله دستگاه مخصوصي انجام مي‌گيرد، اين حركت بصورت حركت نوساني E2-E¬1، E1-E2 با توقف اجباري 5 الي 7 ثانيه در انتهاي هر حركت مي‌باشد. دو طرف شكاف قطعات را ريجه هاي مسي مي‌پوشانده است كه در آن جريان 1 برقرار است (ريجه ظرفي است مانند بوته كه در داخل آن فلز مذاب مي‌ريزند) كل دستگاه عبارت است از الكترودها، ريجه ها، مخزن فلاكس كه داراي يك حركت قائم به سمت بالا است و سرعت مخزن فلاكس طوري است كه ضخامت آنرا روي قطعه كار بين 30 الي 50 ميليمتر نگهداري مي‌كند براي ورقي كه 100 ميليمتر ضخامت دارد با الكترودي به قطر 5/3 ميليمتر و جريان 550 آمپر سرعت جوشكاري به 50 سانتيمتر در ساعت مي‌رسد.

شكل14- جوشكاري با فلاكس الكتروكنداكتور

د- جوشكاري بوسيله بمباران الكترونيكي (Electron beam welding)
روش ديگري كه در صنايع اتمي از ان استفاده مي‌شود روش جوشكاري فلزات بوسيله بمباران الكترونيكي است كه ذيلا آنها را بطور خلاصه مورد بررسي قرار مي‌دهيم.
در اين روش قطعات جوش دادني را در محفظه اي قرار داده و هواي آنرا تخليه مي‌كنند، در اين عمل جوشكاري بوسيله بمباران الكترونهايي كه از روي سطح كاتدي در همان محفظه قرار گرفته است انجام مي‌شود با اين روش مي‌توان هم جوشهاي دايره اي و هم جوشهاي طولي را در حالت تخت انجام داد.
محفظه A را بوسيله پمپ مخصوصي كه در قسمت B قرار دارد از هوا تخليه مي‌كنند، سپس 2 صفحه جوش دادني را مطابق با خط x-y روبروي كاتد c كه مجهز به فيلمان F و عدسي الكترواستاتيكي a مي‌باشد قرار مي‌دهند با اين ترتيب انبوه الكترونها در نقطه اي روي خط x-y مجتمع شده و با برخورد آنها به نقطه مزبور حرارتي ايجاد مي‌گردد كه باعث ذوب فلز در منطقه مذكور مي‌گردد. پس از آنكه عمل جوش در يك نقطه آغاز شد با تغيير مكان كاتد در طول محل MN درز صفحه جوشكاري مي‌شود.
كليه عواملي كه در روي عمل جوشكاري موثر مي‌باشند از قبيل شدت جريان الكترونيكي، شتاب الكترونها، سرعت تغيير مكان فشار گاز و جنس گاز استعمال شدني را مي‌توان مطابق با جوشكاري تغيير داد.

شكل15- جوشكاري بوسيله بمباران الكترونيكي

هـ جوشكاري بوسيله اشعه ليزر (Laser Welding)
استفاده از يك شعاع نوراني براي بالا بردن درجه حرارت يك جسم چيز تازه اينست.شايد همه ما در دوران كودكي براي آتش زدن يك تكه پارچه يا يك قطعه كاغذ از يك عدسي كه آنرا در برابر نور آفتاب قرار داده ايم، به عنوان يك سرگرمي استفاده كرده باشيم. مي‌دانيم كه كوره هاي آفتابي تيربر بر اساس اين تجربه ساخته شده‌اند كه مي‌توان اجسام بسيار دير گداز را بوسيله آنها ذوب نمود. امروزه در صنعت بجاي استفاده از خورشيد از نورهاي مصنوعي مانند لامپ هاي احتراقي، قوسهاي برق و يا لامپ هاي تخليه كه در آنها دسته هاي اشعه بوسيله دو آئينه شلجمي كه روبروي هم قرار گرفته اتد متمركز مي‌شوند. منبع حرارت را در يكي از دو كانون و جسم ذوب كردني يا تبخير شدني را در كانون ديگر قرار مي‌دهند. در اين كوره كه به كوره تصويري موسوم است مي‌توان به درجات حرارتي بيش از 10000 درجه سانتگراد نيز رسيد.

شكل16 -جوشكاري ليزري

كوره هاي آفتابي و كوره هاي تصويري علاوه بر آنكه براي جوشكاري مناسب نيستند. بلكه راههاي غير كاملي نيز مي‌باشند زيرا در هر يك از آنها منابع نوراني بسيار متفاوتي مورد استفاده قرار گرفته است كه پرتورهاي آنها داراي تشعشعات نوراني يا امواج متفاوت است. بدين ترتيب نمي توان امواج مذكور را در نقطه اي متمركز نمود زيرا تباعد دسته هاي نوراني براي تمامي طول موجها يكسان نيستند و به اين دليل از اشعه ليزر (Laserكه مخفف كلمات زير است)، استفاده مي‌شود(Light amplifier stimultated emission of radiation) عنوان فرق را مي‌توان بدين شرح ترجمه نمود: يكسان كردن طول موج بوسيله آرام كردن طول موج.