آشنایی با الکترود های جوشکاری

جوشکاری قوس الکتریکی برای اولین بار وبا الکترود زغالی در سال 1881 میلادی انجام شد و 7 سال بعد ،یعنی در سال 1888 میلادی ،الکترود زغالی با یک میله فولادی لخت جایگزین گردید .کیفیت اتصال به مراتب از قبل بهتر شده بود، اما ورود گازهای موجود در اتمسفر، به ویژه اکسیژن و نیتروژن به صورت غیر قابل کنترل به داخل مذاب جوش و تاثیرات متالورژیکی و مکانیکی آن ها،کیفیت درونی جوش را به سبب ایجاد ترددی و سختی و شکنندگی بیش از حد ونیز وجود حفرات گازی داخلی ،به شدت کاهش می داد. علاوه برآن ،قطع ووصل شدن های قوس ،حالتی ناپایدار پدید آورد که برای این منظور ،به یک جوشکار با مهارت های بالا نیازبود.درضمن جرقه های جوشی که به اطراف پاشیده می شد، کیفیت سطح فلز و ایمنی جوشکار را به خطر می انداخت، از این رو در سال 1904 برای نخستین بار در سوئد ،روپوشی از آهک همراه با افزودنی های دیگر به روی مفتول فلزی لخت چسبانده شد که مشکلات گفته شده را تا حدی کاهش داد. این فرآیند تا سال 1950 سیر ترقی خود را پیمود تا در این دهه، شناخت نسبتا کاملی از روپوشها مزایا و محدودیت های هر کدام به دست آمد.آن چه مشخص است، هرچه پوشش الکترود ضخیم تر باشد ،جوش از کیفیت بالاتری برخودار خواهدبود ،اما قیمت تمام شده تولید آن نیز بیشتر خواهدشد.

جنس مفتول فلزی الکترود(مغزی الکترود)
با وجود آن که برای دستیابی به یک جوش مناسب، نزدیک بودن ترکیب شیمیایی الکترود به ترکیب شیمیایی فلز پایه از اهمیت ویژه ای برخوردار است، اما وجود پوشش های متنوع وفراوان، سبب شده تا سازندگان الکترود فقط از تعداد معدودی مغزی الکترود (با تنوع محدود ) برای تولید صدها نوع الکترود اقدام نمایند.عوامل چسباننده که باعث خمیری شدن و چسبیدن پوشش روی مغزی می گردند، مثل سیلیکات سدیم و سیلیکات پتاسیم و یا چسب نشاسته .

الکترود سلولزی
بیش از 40 درصد وزنی پوشش این نوع الکترودها را سلولز تشکیل می دهد که در اثر سوختن ،مقدار زیادی هیدروژن واکسید کربن آزاد می کند. گازهای حاصل حوضچه مذاب وقوس الکتریکی را از نفوذ گازهای مخرب موجود در اتمسفر محافظت می نمایند .از این رو ،استفاده از این خانواده الکترودها ،اغلب در جوشکاری پاس ریشه خطوط لوله انتقال نفت و گاز و سایر سیالات که در فضای باز انجام می شوند کاربرد وسیعی پیدا کرده است .وجود گازهای فعال آزاد شده حاصل ازسوختن سلولز مثل هیدروژن و اکسید کربن ،درداخل حوضچه جوش، علاوه بریونیزاسیون آن ها که قوسی با ولتاژ بالا پدید می آورند،به دلیل انرژی فزاینده خود ،حرارت حوضچه جوش را نیز تاحد قابل توجهی افزایش داده وسبب نفوذ بسیار خوب جوش مذاب درداخل ساختار فلز پایه می گردند(الکترودهای نفوذی) .نظربه این که اغلب حجم مواد تشکیل دهنده پوشش های سلولزی را مواد فرار و سوزنده تشکیل می دهند، در نتیجه ،سرباره حاصل از جوشکاری با این الکترودهاکه روی جوش تشکیل می شود ،بسیار نازک و غیر چسبنده بود وبه آسانی ازسطح جوش برداشته می شود.

تاثیر رطوبت بر روکش الکترودها
وجود رطوبت بیش ازحد در روپوش الکترود، معایب بسیاری را در جوش به دست آمده ایجاد می کند، به همین دلیل باید در خشک نگه داشتن الکترودها کوشش بسیاری به عمل آورد .به طور کلی ،الکترودها پس ازساخت و خروج از کارخانه سازنده، آماده جذب رطوبت از اتمسفر می باشند.اگر میزان رطوبت نسبی هوا ،بیش از 80 درصد باشد ،روپوش الکترود ،جذب رطوبت را با شدت آغاز می کند و اگر این میزان از 90 درصد بیشتر شود ،جذب رطوبت شدت بسیار زیادی پیدا خواهد کرد . الکترودهای قلیایی به طور معمول در شرایطی که فقط 24 ساعت درمعرض رطوبت قرارگیرند، کاملا مرطوب شده و غیرقابل استفاده می شوند و در صورتی که درصد رطوبت از 80 درصد کمتر باشد، مدت زمان لازم برای تخریب روکش الکترودهای قلیایی ، یک هفته در معرض هوا قرارداشتن است .فقط در صورتی که رطوبت نسبی هوا کمتر از 40 درصد باشد، الکترودها هیچگونه آسیبی نخواهند دید.

ساختار دندریتی
سرعت های رشد بالا که در بسیاری از فرایندهای انجماد دیده می شوند غالبا سبب می شوند رشد دانه در صفحات کریستالوگرافی ترجیحی رخ دهد .دانه ها می توانند ظاهر سلولی داشته باشند. یاشاخه هایی که می توانند برروی تنه سلولی پیشروی کنند تاظاهر درخت مانند را ایجادکنند.این ساختار که به ساختار دندریتی معروف است .باافزایش سرعت انجماد،تمایل به تشکیل دندریت افزایش می یابد.آلیاژهای دارای محدوده انجماد وسیع نیز تمایل به داشتن رشد دندریتی دارند، بنابراین ترکیب شیمیایی آلیاژ می تواند تعین کند که آیا جهبه انجمادصفحه ای سلولی یا دندریتی است.
شیب های دما جهات کلی رشد را برای دانه ها تعیین می کنند،اما اتم های مذاب برروی صفحات بلوری خاصی می توانند به راحتی جای گیرند و این صفحات سریعتر رشد می کنند.دانه هایی با چنین صفحاتی درامتداد شیب دما(موازی ) قرارگرفته و از دانه های ضعیف جهت یافته پیش می گیرند و جهات رشد دانه ای در نتیجه همین اثر منحرف می شود. صفحات رشد دندریتی به ساختاربلوری فلز وابسته اند.انشعاب دومین وسومین شاخه ها درساختارهای دندریتی نیزبرروی صفحات بلوری ویژه ای رخ می دهد.درساختارهای بلوری مکعبی،شاخه های ثانوی عمود بردندریت های اولیه وشاخه ها در نتیجه فوق تبرید،ودرآلیاژها به علت فوق تبرید ترکیبی است.با افزایش سرعت انجماد شاخه ای شدن افزایش یافته و فاصله های کاهش می یابد که با مهیا کردن سطح لازم، سردشدن سریع راممکن می سازند. دندریتها یا سلولها تا وقتی که به یکدیگر برخورد کنند یا این که مذاب بین شاخه ای به دمای انجماد خود برسد به رشد خوددرداخل مذاب و رشد عرضی خود ادامه می دهند.

روکش های قطب مثبت (آند )
احتیاجات روکش قطب مثبت ( بصورت آند یا قطب مثبت در آوردن ) برای یک جوشکاری باید در انتخاب یک فلز پر کننده مورد توجه قرار گسیرد ز مانی که ظاهر و رنگ با هم مطابق دارند مهم است ( جدول 8.9 را مشاهده نمائید) ناحیه جوش ممکن است تیره تر یا روشن نتر از فلز پایه بعد از بصورت قطب مثبت در آوردن باشد مگر اینکه یک فلز پرکننده مناسب بکار رود تفاوت رنگ ممکن است به وسیله ی شرایط زیر یابیشتر رخ دهد :
1)ترکی ب فلز جوش به طور شخصی با فلز پایه متفاوت است .
2)طرح ریزی ساختار طرح فلز جوش به وسیله ی فرآیند به وصورت قطب مثبت در آوردن
3) حرارت دادن و سرد کردن فلز پایه در ناحیه تحت تاثیر حرارت قرار گرفته .
تفاوت های رنگ می تواند کاهش یابد اگر یک فلز پر کننده منا سب برای به وجود آوردن یک تطبیق رنگ بهتر با فرایند ویژه بصورت قطب مثبت در آوردن انتخاب شود .
به هر حال نیازهای خدمات نیز بایددر زمان انتخاب فلز پر کننده مناسب مورد توجه قرار گیرد بعنوان مثال یک فلز پر کننده که یک جوئش حساس به ترک را به وجود خو اهد آورد تحت هیچ شرایطی قابل قبول نیست بیش از یک فلز پرکننده ممکن است برای یک شیوه بصوت قطب مثبت درآوردن قابل قبول باشد . سپس سبک انتخاب می تواند برپایه سایر نیازهای سرویس انجام شود . اگر تطبیق قدرت ، رنگ خوب مورد درخواست است یکی از آلیاژهای فلزهای پرکننده منیزیم ماند ER5356یا 5654 ER ممکن ا ست مور قبول باشد فلزهای پر کننده ای که شامل هستند مانندER4043 به خاکستری تیره می گرایند با این روش ها بعلت به دام افتادن سیلیکون عنصری میان روکش مثبت (آند ) می باشد در نتیجه آنها در جایی که به صورت قطب مثبت در آوردن نیاز است پیشنهاد نمی شود مگر اینکه یک ظاهر تیره مورد ایراد نیست . وجود یک روکش قطب مثبت بر سطح آلومینیوم که باید جوش زده شود ممکن خواهد بود تا سبب نا پیوستگی شود که برای کاربرد غیر قابل قبول است اینها ممکن است شامل پور منفذ ، که عدم وجود ترکیب و اقنراج است) و گنجایش های اکسیدی درفلز جوش شود زمانی که جوش دادن باید بعد از بصورت قطب مثبت در آوردن انجام شود روکش ابتدا باید از ناحیه جوش پاک شود حرارت جوش دادن ممکن است بعضی از گونه های مهره ها و رنگ دانه ها را در هر یک از طرفین ا تصال جوش بیرنگ نماید . الکترود می سوزد و الکترود به عنوان یک ماده اضافی ذوب می شود. الکترودهای نرم شده دارای علائم اختصاری بوده ( دین 1913 ) که روی بسته بندی آنها نوشته شده است. علائم اختصاری تمام نکات مهمی که در به کار بردن آن الکترود باید مراعات شوند نشان می دهند.

مشخصات الکترودها
در جوشکاری مشخصات الکترودها با یک سری اعداد مشخص می گردند. اعداد مشخصه به ترتیب زیر می باشد.
E 60 10
E = جریان برق
60 = کشش گرده جوش بر حسب پاوند بر اینچ مربع
1 = حالات مختلف جوشکار ی
0 = نوع جریان می باشد.

علامت اول
در علائم الکترود بالا E مشخص می نماید که این الکترود برای جوشکاری برق بوده با استقاده می شود. ( بعضی از الکترودهای پوشش دار هستند که در جوشکاری با اکسی استیلن از آنها استفاده می شوند مانند (FC18 ).

در علامت دوم
عدد 6 و 0 یعنی مشخصه فشار کشش گرده جوش بر حسب پاوند بر اینچ مربع بوده بایستی آن را در 1000 ضرب نمود یعنی فشار کشش گرده جوش این نوع الکترود 60000 پاوند بر اینچ مربع است.
Kg/mm2

علامت سوم
حالات جوش را مشخص می کند که همیشه این علامت 1 یا 2 یا 3 می باشد. الکترودهائی که علامت سوم آنها 1 باشد در تمام حالات جوشکاری می توان از آنها استفاده کرد. و الکترودهائی که علامت سوم آنها عدد 2 می باشد در حالت سطحی و افقی مورد استفاده قرار می گیرند. الکترودهائی که علامت سوم آنها 3باشد تنها در حالت افقی مورد استفاده قرار می گیرند.

انواع الکترود برای جوشکاری در تمام حالات مخصوصاً سربالا
استاندارد آما 1/421 م ج
رنگ شناسائی : انتها – سورمه ای سیر
الکترود روتیلی روپوش متوسط برای فولادهای ساده در تمام حالات مخصوصاً جوش سربالا و بالاسر و حالات اجباری، دارای اکسید آهن.
دارای گواهی از لویدز ژرمن
جوش دادن با این الکترود بسیار آسان است و سرباره آن بخوبی پاک می شود – قوس آرام دارد – گرده جوش تمیز است و حالات مختلف را با شدت جریان ثابت بخوبی جوش می دهد.

انواع الکترود برای جوشکاری در تمام حالات مخصوصاً سربالا
استاندارد آما 1/421 م ج
استانداردآمریکائی: AWS.E 6013
رنگ شناسائی : انتها – زرد
الکترود با روپوش متوسط روتیلی برای جوشکاری فولادهای معمولی در ساختمان اسکلت های فلزی – خرپاها – پل سازی – در و پنجره سازی – ورق کاری و سایر کارهای آهنی – این الکترود را می توان برای جوشکاری درهمه حالات ( عمودی – افقی – و بالاسر ) استفاده نمود. محل جوش نرم است و بخوبی قابل براده برداری یا چکش کاری می باشد.
دارای گواهی از لویدز ژرمن و دانشکده پلی تکنیک تهران و هنرستان صنعتی تهران.

انواع الکترود مخصوص جوشکاری مخازن – ماشین سازی – پل سازی و کشتی سازی
استاندارد آما 4/1 + 50 ک ج
استانداردآمریکایی: AWS.E 7018/8018
رنگ شناسائی : انتها – نقره ای
الکترود قلیائی برای کارهائی که به جنس جوش فشار زیاد وارد می شود مانند مخازن دیگها – مصارف ماشین سازی – کشتی سازی – پل سازی و بناهای فولادی – قابل کار روی فولادهای ساختمانی ، 33 St ، 34 St ، 42 St ، 50 St ، 52 St ، 60 St ، 70 St و فولادهای دانه ریز با مقاومتهای 50 تا 62 کیلوگرم مثل فولادهای 50 Fb ، 50 Hsb ، 4 Mn 19 ، 5 Mn 17، 39 Bh ، 154 Dillinal ، 50 Aldur ، F 38 Sb ، 6 Fk ، 50 Hoag ، 36 Union ، 36 Bh ورقهای دیگ سازی HIII ، HII ، HI ، ورقهای لوله سازی ، 4/55 St ، 55 St ، 8/45 St ،5/45 St ، 45 St ، 8/35 St ، 35 St ، 4/35 St ، 35 St ، و فولادهای کشتی سازی A . B .C . D .E و فولادهای مقاوم در سرما N 35 TT St ، N 45 TT St ، N 45 TT St ، V 41 TT St ، N 41 TT St ، V 35 TT St و فولادهای مقاوم در کهنگی و سرما.
دارای گواهی از خط آهن دولتی آلمان فدرال و لویدزژرمن برای فولادهای ، 50 St ، 60 St ، 70 St آزمایش شده از طرف اتحادیه مراقبتهای فنی آلمان تا منهای 80 درجه سانتیگراد.
این الکترود با پاشیدن متوسط در همه حالات به آسانی جوش می خورد. فقط الکترودهای خشک مصرف شود. با قوس کوتاه جوشکاری شده و حتی المقدور کمتر نوسان دهند. سربار آن به آسانی پاک می شود. مخصوصاً ثبات فرم آن حتی در حرارتهای کم و تنشهای نامناسب جالب توجه است.

الکترودهای مخصوص رنده های ماشین تراش و صفحه تراش یا فولادهای تنه بر

عملیات حرارتی
الف- تاباندن 5 ساعت در 820 درجه سانتیگراد
ب- آب دادن : حرارت سردکردن 1280 تا 1320 درجه سانتیگراد
وسیله سردکردن : روغن – حمام گرم – هوای خشک فشرده
حرارت حمام کردن : 500 تا 550 درجه سانتیگراد
حرارت رنگ گیری : 560 تا 580 درجه سانتیگراد

نمونه مصرف
رنده صفحه تراش طبق دین 4552 __
ساختمان یک رنده صفحه تراش نوبا :__
این فولاد بهتر از همه است زیرا دارای تمام خواص جوشکاری و آبدهی می باشد.
حتی المقدور از مصرف فولادهائی که بیش از 45/0 % و کمتر از 35/0% کربن دارند اجتناب شود.

طرز کار
الف- گرم کردن سریع 600 تا 700 درجه سانتیگراد
ب- جوش دادن
د- سائیدن مقدماتی ( در صورت تاباندن جهت نرم شدن عملیات براده برداری هم ممکن است)
هـ - آب دادن در حرارت 1280 درجه سانتیگراد ( در روغن )
و- رنگ گیری نیم ساعت در 560 درجه سانتیگراد
ز- به اندازه سائیدن
برای محدود کردن جوش روکشی قطعاتی از مس یا فلزات سبک و همچنین قطعات گرافیت پهلوی آن قرار می دهند. این قطعات کار جوش را آسان کرده و سرعت کار را زیاد می نماید.
قطعات فوق باید طوری باشند که جلوی جریان جوش را نگیرند.برای این منظور یا باید یخ خورده باشند ( 45 درجه ) و یا بین قطعات و قطعه کار 2 تا 3 میلیمتر فاصله باشد.
انتخاب قطر الکترود بسته به سطحی است که باید روکش شود.
آما 1105
رنگ شناسائی : انتها – زرد با خال نقره ای
استاندارد :آمریکائیE FE.5B
مخصوص تهیه و اصلاح لبه های افزارها مثل رنده های ماشین تراش و صفحه تراش.
آما 1105 می تواند در تهیه کارهای نو روی فولادهای ساده و در کارهای اصلاحی روی تمام افزارهای فولاد تندبر روکشی شود.
این الکترود دارای قوس آرام است و آسان هدایت می شود جنس جوش متراکم و بدون خلل و فرج بوده سخت و پر مقاومت می باشد و عملیات حرارتی لازم ندارد ولی به هر صورت با آن عملیات سخت تر خواهد شد.
جنس جوش در هر حال قابل براده برداری نیست و فقط ممکن است با سنگ سمباده سائیده شود. در جوش روکشی به روی فولاد کربن دار وقتی بهترین نتیجه حاصل می شود که به فلز مبنا حداقل حرارت لازم جهت چسبیدن جوش برسد. برای این منظور باید حتی المقدور با جریان کم جوشکاری کرد و الکترود را نوسان نداد. فلز مبنا باید قبلاً در حدود 600 الی 700 درجه سانتیگراد گرم شده باشد و هنگام جوش این حرارت حفظ شود از نظر ترکیبات خاصی که در روپوش وجود دارد با الکترود آسیب دیده نباید جوش داد.

الکترودهای روکش سخت و مقاوم در برابر فرسودگی
رنگ شناسائی : انتها – سبز با خال سفید
الکترود روپوش کلفت اوستنیتی همراه با کرم – نیکل – و مانگانز برای جوشکاری اتصالات عالی و ترک نخور- فولادهای بد جوش یا فولاد ریختگی .جوش روکشی ریل های تراموای سوزن خط آهن – زنجیرهای حرکت تراکتورهای زنجیری و امثال آن – قشر لائی پر مقاومت در روکشهای سخت مخصوصاً قسمتهای فرسوده شونده در فولاد سخت کرم دار مخصوص فولادهای ساده و آلیاژدار با استحکام زیاد- فولادهای احیا شده فولادهای زنگ نزن کرم دار فولادهای مقاوم در پوسته شدن – فولادهای سخت منگنز و فولادهای معمولی.
دارای گواهی از خط آهن آلمان فدرال برای روکشی و جوش دادن فولاد سخت منگنز آما 1090 با قوس آرام ذوب می شود در حال عادی پس از جوشکاری جنس جوش نرم و پر مقاومت است ومی تواند با عملیات سخت کننده سرد تا 400 برینل سخت گردد. جنس جوش به مقدار زیادی زنگ نزن و مقاوم در الکتروشیمی است. تا 800 درجه سانتیگراد سخت است و پوسته نمی کند.
الکترودهای مقاوم در برابر حرارت برای ساختمان تاسیسات نفتی و شیمیائی آماجی 1248 ن
رنگ شناسی : انتها – سفید با خال آبی
الکترودی است با روپوش قلیائی و با 5/0% کرم و 5/0% مولیبدن مناسب برای کار به روی فولادهای مقاوم در برابر حرارتهای زیاد و عملیات پر فشار مانند ساختمانهای مراکز جدید تاسیسات نفتی و شیمیائی.
دارای گواهی از کارخانه شل هندی. این الکترود جریان آرام و روان دارد سرباره آن آسان پاک می شود و در تمام وضعیت به آسانی کار می کند. درز آن تمیز و خوش منظره است. برای رسیدن به یک جوش بی نقص نباید الکترود را نوسان داد و همچنین باید حتی المقدور طول قوس را کوتاه نگهداشت. فقط باید الکترودهای خشک مصرف کرد. در صورت مرطوب شدن الکترودها باید آنها را دو ساعت در حرارت 150 درجه سانتیگراد خشک کرد و سپس به مصرف رساند.
پیش گرم کردن قطعه کار از 200 تا 300 درجه سانتیگراد و گرم کردن آن برای رفع تنش از 720 تا 750 درجه سانتیگراد توصیه می شود.
رنگ شناسائی : انتها – سفید با خال سفید
استاندارد : آلمانی KB^IS
الکترود قلیائی با روپوش کلفت برای جوشکاری فولادهائی که حداکثر تا 550 درجه سانتیگراد را به طور قائم تحمل می نمایند مانند دیگها- مخزن و لوله ها و فولادهای ریخته گری مخصوص جوشکاری روی فولادهای 17Mn4,19Mn5,15Mo3,HIV و فولاد ریخته گری Gs22Mo4 و فولادهای دانه ریز با مقاومت 50 تا 60 کیلوگرم بر میلی متر مربع آزمایش شده از طرف اتحادیه مراقبتهای فنی آلمان- دفتر آمریکائی و لویدژرمن.
این الکترود دارای قوس آرام و ثابت است. پاشیدن آن بسیار کم می باشد. سرباره در قطعات متوسط به آسانی پاک می شود. منظره گرده جوش تمیز است. اندازه های تا 25/3 میلیمتری آن مخصوص لایه ریز در حالات اجباری درست شده است. این الکترود به طریقه مخصوصی با دو روپوش تهیه گردیده و در تمام حالات به استثنای از بالا به پایین قابل جوشکاری است. (فقط الکترودهای خشک را مصرف نمائید) .