جزوه- آموزش جوشکاری زیر آب - در 78صفحه-doc

دسته بندي : فنی و مهندسی » مکانیک

تاریخچه جوشکاری
شاید بتوان زمان استفاده از اولین فرآیند جوشکاری را زمانی دانست که بشر برای ساخت یک سلاح ابتدایی از یک نوع اولیه این فرآیند (جوشکاری آهنگری) استفاده می کرد. جوشکاری آهنگری قدیمی ترین فرآیند جوشکاری می باشد، که انسان قطعات فلز را به صورت سرد یا گداخته بر روی یکدیگر قرار می داد و در اثر کوبیدن موجب اتصال آنها می شد.
در سال ۱۸۵۶ دانشمندی به نام ژول به فکر جوشکاری مقاومتی افتاد، و بعد از او الیهو تامسون آمریکائی در بین سا ل های ۱۸۷۶ تا ۱۸۷۷ به طرحهای او جامه عمل پوشاند و از جوشکاری مقاومتی استفاده کرد. امروزه یکی از روش های جوشکاری مقاومتی به نام REW به طور گسترده ای برای تولید لوله های درز دار استفاده می شود.
اما زمان پیدایش (قوس الکتریکی)به سال ۱۸۰۲ بر می گردد که دانشمندی روسی به نام واسیلی ولادیمیروویچ پتروف پی برد که اگر دو تکه زغال چوب را به قطب های باتری بزرگی وصل کنیم و آنها را به هم تماس دهیم و سپس کمی از هم جدا کنیم شعله روشنی بین دو تکه زغال دیده می شود. و انتهای آنها که از شدت گرما سفید شده است نور خیره کننده ای گسیل می دارد. هفت سال بعد دیوی (H.Davy) فیزیکدان انگلیسی این پدیده را مشاهده نمود و پیشنهاد کرد که این پدیده به احترام ولادیمیروویچ قوس ولتا نامیده شود.
سر انجام در سال ۱۸۸۱ یعنی حدود ۷۹ سال پس از کشف پتروف، موسیان قوس کربنی را برای ذوب فلزات مورد استفاده قرار داد. و در حدود ۵ سال بعد در سال ۱۸۸۶ یک دانشمندان روسی بنام برناندوز اختراع متدی را به ثبت رساند که به وسیله آن قادر بود تا یک قطعه فلزی را با الکترود ذغالی به صورت موضعی با ایجاد قوس الکتریکی بین قطعه و الکترود ذوب نماید برناندوز در این روش دو قطعه فلزی را در فاصله مشخص از یکدیگر قرار داده و با استفاده از پدیده قوس و حرکت الکترود ذغالی در طول شکاف بین دو قطعه و وارد نمودن همزمان میله ای فلزی از جنس قطعه در داخل قوس الکتریکی، حمام مذابی به وجود آورد که بعد از منجمد شدن شکاف موجود را پر نموده و باعث به هم پیوستن این قطعات گردید و در سال ۱۸۹۱ دانشمند دیگر روسی بنام اسلاویانوف، روش الکترود ذوب شونده را اختراع نمود. او در این روش الکترود فلزی را جایگزین الکترود ذغالی کرد که همزمان علاوه بر ایجاد قوس وظیفه فلز پرکننده را نیز به عهده داشت. در روش الکترود ذوب شونده مذاب حاصل از الکترود فلزی در فاصله بین نوک الکترود و شکاف دو قطعه در معرض هوا قرار می گرفت که این امر باعث اکسیده شدن مذاب و در نتیجه ایجاد اشکال در جوش می گردید. از طرف دیگر قوس الکتریکی به دلیل تماس با اتمسفر هوا نیز ناپایدار بود که خود به خود غیر یکنواختی جوش را به دنبال داشت.
برای برطرف نمودن عیوبی مانند کیفیت پایین فلز جوش از لحاظ مکانیکی و اکسید شدن آن همچنین ناپایداری قوس در سال ۱۹۰۵ یک صنعتگر سوئدی بنامOscar Kjellberg الکترود فلزی پوشش دار را اختراع نمود. پوشش این الکترود را مخلوطی از مواد معدنی مختلف از جمله آهک تشکیل می داد که قادر بود با تولید گاز و ایجاد سرباره، مذاب حاصل از ذوب الکترود را در مقابل آثار نامطلوب تماس با هوا محافظت نماید. علاوه بر این، پوشش الکترود باعث پایداری قوس الکتریکی و یکنواخت شدن جوش می گردید. پس از سال ۱۹۰۵ با اختراع الکترود پوشش دار، صنعت این امکان را یافت تا جوش هایی با استحکام معادل فلز پایه بوجود آورد.
در جریان جنگ‌های جهانی اول و دوم، جوشکاری پیشرفت زیادی کرد. احتیاجات بشر به‌اتصالات مدرن، سبک، محکم و مقاوم در سال‌های اخیر و مخصوصاً بیست سال اخیر، سبب توسعه سریع این فن شده‌است.
در سال ۱۹۳۰ به طور همزمان در آمریکا و اتحاد جماهیر شوروی سابق تحقیقاتی برای مخفی ساختن قوس الکتریکی و دست یابی به قوسی پایدار صورت گرفت که نتیجه آن اختراع جوشکاری زیر پودری بود اما نه به شکل امروزی بلکه با استفاده از الکترود کربن؛ در حدود سال ۱۹۳۵ این روش تقریبا به شکل امروزی خود در آمد و تبدیل به روشی مناسب از لحاظ اقتصادی برای جوشکاری شد.
در جنگ جهانی اول پس از جوش خوردن ترکش های ناشی از متلاشی شدن گلوله توپ به بدنه جنگ افزار ها فرآیند جوشکاری انفجاری کشف شد. در سال ۱۹۵۸ L.R.Calr این فرایند را بر روی آلیاژ برنج به کمک مواد منفجره قوی آزمایش کرد. در سال ۱۹۶۰ Dupont اطلاعات بدست آمده تجربی این فرآیند را به صورت بین المللی ثبت کرد و در سال ۱۹۶۲صنعت روکش دهی انفجاری را به صورت تجاری در تولید سکه های سه لایه برای دولت آمریکا در آورد. در سال ۱۹۵۰ بطور همزمان در کشورهای آمریکا و آلمان غربی جوشکاری پرتو الکترونیEBWتوسعه یافت.
در سال ۱۹۶۵ سیستمهای متنوع لیزری به منظور جوشهای مدارهای الکتریکی وداخل محفظه های خلاء، و همچنین در سایر کاربردهای تخصصی که در آنها تکنولوژی های مرسوم قادر به ایجاد اتصالات مطمئن نمی باشند، توسعه داده شده است .
شاید بتوان گفت جدید ترین روش جوشکاری فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی باشد.جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی برای اولین بار برای آلیاژهای AL ابداع گشت و یک روش جوش کاری حالت جامد است . این روش در سال ۱۹۹۱ توسط انستیتو جهانی جوش و اتصالا TWIدر کمبریج تحت عنوان روش FSW Friction Stir Welding به صنعت دنیا معرفی شد.
انواع جوشکاری زیر آب
جوشکاری مرطوب: جوشکاری مرطوب نوعی جوشکاری است که هم
جوشکار و هم محل کار در آب قرار داشته و با آب تماس دارند.
تا نیمه دهه 1960 تمامی جوشکاری ها زیر آب بصورت جوشکاری
مرطوب انجام می شد.
جوشکاری خشک در محفظه جوشکاري زیر آب (Splash zone):
در این روش آب درتماس مستقیم با محل جوشکاری نیست و به دو روش
انجام می شود اول اینکه جوشکار و محل جوش در جای خشک قرار
دارند و دوم اینکه فقط دستان جوشکار و محل جوش در تماس با آب
نیست.
مزایای جوشکاری مرطوب
- لوازم مورد نیاز برای جوشکاری همان لوازم جوشکاری قوس الکتریکی
است که عایق (Waterproof) می باشد.
- از آنجایی که از تجهیزات استاندارد (معمول) جوشکاری استفاده
میشود بنابراین جوشکاری زیر آب می تواند به سادگی در هر مکانی
استفاده گردد.
- جوشکار زیر آب می تواند روی هر قسمت دلخواه و دارای ساختارهای
ترکیبی یا دارای دسترسی مشکل آزادانه کار کند، در حالیکه که سایر
تکنیکهای جوشکاری زیر آب ممکن است در این شرایط با مشکل برخورد
کنند.
- جوشکاری می تواند سریعتر و با هزینه کمتر انجام شود چون در نصب و
ایجاد فضای خشک زمانی مصرف نمی شود.
امکان طراحی و استفاده آزادانه از هر اندازه وصله را فراهم می نماید.
الكترود در فرآيندهاي مختلف مقاومتي مي تواند به اشكال گوناگوني باشد كه داراي چندين نقش است از جمله هدايت جريان الكتريكي به موضع اتصال، نگهداري ورق ها بر روي هم و ايجاد فشار لازم در موضع مورد نظر و تمركز سريع حرارت در موضع اتصال. الكترود بايد داراي قابليت هدايت الكتريكي و حرارتي بالا و مقاومت اتصالي يا تماسي (contact resistance) كم و استحكام و سختي خوب باشد، علاوه بر آن اين خواص را تحت فشار و درجه حرارت نسبتاً بالا ضمن كار نيز حفظ كند. از اين جهت الكترودها را از مواد و آلياژهاي مخصوص تهيه مي كنند كه تحت مشخصه يا كد RWMA به دو گروه A آلياژهاي مس و B فلزات ديرگداز تقسيم بندي مي شوند، در جداول صفحه بعد مشخصات اين دو گروه درج شده است. مهمترين آلياژهاي الكترود مس ـ كروم، مس ـ كادميم و يا برليم ـ كبالت ـ مس مي باشد. اين آلياژها داراي سختي بالا و نقطه آنيل شدن بالايي هستند تا در درجه حرارت بالا پس از مدتي نرم نشوند، چون تغير فرم آنها سبب تغيير سطح مشترك الكترود با كار مي شود كه ايجاد اشكالاتي مي كند. قسمت هايي كه قرار است به يكديگر متصل شوند
بايد كاملاً بر روي يكديگر قرار داشته و در تماس با الكترود باشند تا مقاومت الكتريكي تماسي R2, R1 كاهش يابد. مقاومت الكتريكي بالا بين نوك الكترود و سطح كار سبب بالا
رفتن درجه حرارت در محل تماس مي شود كه اولاً مرغوبيت جوش را كاهش مي دهد ثانياً مقداري از انرژي تلف مي شود.
روش هاي مختلفي براي اعمال فشار پيش بيني شده است كه دو سيستم آن معمول تر است:
الف) سيستم مكانيكي همراه با پدال، فنر و چند اهرم
ب) سيستم هواي فشرده با درجه هاي اتوماتيك مخصوص كه در زمان هاي معين هواي فشرده وارد سيستم مي شود. اين فشار و زمان قابل تنظيم و كنترل است.
درسيستم اول به علت استفاده از نيروي كارگر ممكن است فشار وارده غير يكنواخت و در بعضي موارد كه دقت زيادي لازم است مناسب نباشد ولي در سيستم هواي فشرده دقت و كنترل ميزان فشار بيشتر است.
جوش مقاومتي براي اتصال فلزات مختلف بكار گرفته مي شود. مسئله مهم اين است كه چگونگي خواص فيزيكي اين فلزات ممكن است بر روي خواص جوش يا موضع اتصال تأثير بگذارد. همان طور كه اشاره شد حرارت براي بالا بردن درجه حرارت موضع اتصال توسط عبور جريان الكتريكي و مقاومت الكتريكي به دست مي آيد و يا به بيان ديگر مقاومت الكتريكي بزرگتر در زمان و شدت جريان معين توليد حرارت بالاتري مي‌كند و برعكس. مقاومت الكتريكي يك هادي بستگي به طول و نسبت عكس با سطح مقطع دارد. البته جنس هادي هم كه ميزان ضريب مقاوت الكتريكي است مهم مي باشد.
بنابراين خصوصيت جوشكاري مقاومتي با تغيير ضخامت ورق، تغيير مقطع تماس الكترود با قطعه و جنس قطعه تغيير مي كند.
البته چگونگي حالت هاي تماس