جوش و انواع آن به همراه کتابچه محاسبات انواع جوش با مثال

تعریف: اتصال و یکدست کردن مصالح به یکدیگر با استفاده از حرارت و یا بدون کمک فشار و یا مواد پرکننده اضافی را جوشکاری می‌گویند. همچنین مصالحی که باید اتصال یابند را فلز مبنا و ماده‌ای که این اتصال را ایجاد می‌کند، فلز پرکننده یا فلز جوش می‌نامند.

به منظور ذوب فلز مبنا و فلز جوش، از حرارت استفاده می‌گردد تا مواد به شکل سیال تبدیل شده  و تداخل آن‌ها میسر باشد.

در جوشکاری فولادهای ساختمانی متداول‌ترین روش، بهره‌گیری از انرژی برق به عنوان منبع حرارت است.  به همین دلیل  غالباً از  قوس الکتریکی استفاده می‌گردد. قوس الکتریکی را می‌توان تخلیه‌ی جریان بزرگ، بین فلز جوش (الکترود یا سیم جوش) و فلز مبنا که میان ستونی از مواد یونیزه معروف به پلاسما صورت می‌گیرد، تعریف کرد. در این روش جوشکاری فرایند ذوب و اتصال با جریان مواد، در حین قوس و بدون وارد کردن فشار انجام می‌پذیرد.

جوشکاری با استفاده از قوس الکتریکی

یکی از پرکاربردترین و آسان‌ترین روش‌ها برای اتصال فولادهای ساختمانی، استفاده از روش جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود می‌باشد. در این روش حرارت موردنیاز با ایجاد کردن قوس الکتریکی میان الکترود روکشدار و اجزایی که می‌بایست اتصال یابند، به وجود می‌آید. مدار جوشکاری این روش و همچنین چگونگی انجام آن تحت حفاظت در دو  شکل بعد به تصویر کشیده شده است.

مدار جوش قوسی

جوش قوس الکتریکی تحت حفاظت

الکترود روکشدار در حین جوشکاری  با ذوب شدن و انتقال به فلز مبنا، استفاده می‌شود. فلز الکترود به ماده پرکننده بدل شده و بخشی از روکش به گاز محافظ و بخش دیگر آن به گِل جوشکاری تبدیل می‌گردد. روکش الکترود از مخلوطی گِل مانند که شامل سیلیکات‌های سخت‌کننده و مواد دیگری مثل اکسیدها، کربنات‌ها،  فلورایدها و آلیاژهای فلزی و سلولزی می‌باشد، تشکیل شده است. این مخلوط با پخته و فشرده شدن باعث سختی، خشکی و ایجاد تراکم بالا در روکش می‌گردد.

وظایف روکش الکترود عبارتند از:

• با تشکیل سپر گازی، هوا را جدا کرده و قوس را ثابت نگه می‌دارد.
• با وارد کردن مواد دیگری مانند احیاکننده‌ها به فلز جوش، باعث بهبود بافت ساختمانی آن می‌گردد.
• با تشکیل روکشی از گل جوشکاری روی حوضچه مذاب و جوش سخت شده، علاوه بر حفاظت آن‌ها در برابر اکسیژن و نیتروژن هوا، از سرد شدن سریع جوش نیز جلوگیری می‌کند.

علاوه بر روش جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود دستی، روش‌های جوشکاری قوس الکتریکی دیگری هم وجود دارند که البته غالباً به شکل اتوماتیک انجام می‌شوند. این روش‌ها عبارتند از: جوشکاری با گاز محافظ، جوشکاری با سیم‌جوش توپودری و جوشکاری زیرپودری. در این روش‌ها الکترود به شکل یک مفتول پیوسته بدون روکش بوده  و عمل پوشش را با استفاده از گاز   CO2و یا پودر انجام می‌دهد. در صورت علاقه به داشتن اطلاعات در مورد چگونگی انجام این روش‌های جوشکاری و جزییات بیشتر آن، می‌توانید به منابع تخصصی معتبر مراجعه کنید.

حتما بخوانید: قیمت کف سابی موزاییک

جوش‌پذیری فولادهای ساختمانی

فولادهای ساختمانی استاندارد را می‌توان عمدتاً بدون اتخاذ تدابیر ویژه و صرفاً با بهره‌گیری از روش‌های معین، جوشکاری کرد. در این فولادها، جوش‌پذیری به معنای میزان آسانی تشکیل یک اتصال ساختمانی سالم و عاری از ترک است. برخی از فولادهای ساختمانی برای جوشکاری نسبت به انواع دیگر ارجحیت دارند. در جدول بعد، ترکیب شیمیایی مناسب فولادهای کربن‌دار برای جوش‌پذیری نمایش داده شده است.

ترکیب شیمیایی مناسب فولادهای کربن برای جوش‌پذیری

اکثر فولادهای نرمه در رده فولادهای مناسب برای جوشکاری قرار می‌گیرند. درحالی که مقادیر مناسب برای فولادهای پرمقاومت می‌تواند از حدود تحلیلی ایده‌آل جدول بالا هم بیشتر شود.

انواع اتصالات جوشی

هرچند در عمل گونه‌ها و ترکیبات گوناگونی از انواع اتصال یافت می‌گردد اما پنج مدل اتصال اصلی برای جوشکاری موجود است که عبارتند از: لب‌به‌لب، سپری، پیشانی، گونیا و روی هم.

شکل بعد این اتصالات را نشان می‌دهد.

انواع اتصالات جوشی

اتصال لب‌به‌لب (Butt Joint)

از این نوع اتصال، عموماً به منظور متصل کردن انتهای ورق‌های مسطح با ضخامت‌های تقریباً یکسان استفاده می‌شود. مزیت اتصال لب‌به‌لب، جلوگیری از خروج از مرکزیتی است که در اتصالات روی هم یکطرفه مطابق با شکل قبل ایجاد می‌گردد اگر در اتصالات لب‌به‌لب از جوش شیاری با نفوذ کامل بهره گرفته شود، اندازه اتصال به کمترین مقدار خود رسیده و شکل ظاهری آن هم بسیار مطلوب‌تر از دیگر اتصالات می‌گردد.

اتصال سپری (Tee Joint)

کاربرد اتصال سپری غالباً در ساخت نیمرخ‌های مرکب به شکل  T و I، سخت‌کننده‌های تحت بار، تیرورق‌ها، آویزها، قطعاتی که با زاویه باهم جفت می‌شوند و همچنین نشیمن‌های طاقچه‌ای می‌باشد.

اتصال پیشانی (Edge Joint)

این مدل اتصال، اصولاً نقش سازه‌ای بر عهده ندارد و کاربرد آن‌ها صرفاً در نگهداری دو یا چند صفحه در یک سطح و یا نگهداری امتداد اولیه عضو می‌باشد.

اتصال گونیا (Corner Joint)

کاربرد اتصا گونیا عمدتاً در ساخت مقاطع جعبه‌ای به شکل مستطیل است که تیرها و ستون‌های مقاوم در برابر پیچش را تشکیل می‌دهند. در شکل زیر نمونه‌ای از اتصال گونیا نشان دهده شده است.

نمونه اتصال گونیا

اتصال روی هم یا پوششی (Lap Joint)

روش اتصال روی هم، متداول‌ترین روش اتصال است و دارای دو مزیت عمده می‌باشد:

الف) سهولت در جفت و جو کردن: برخلاف روش‌های دیگر، ساختن قطعات در این نوع اتصال به زمان زیادی نیاز ندارد. همچنین در اتصال پوششی قطعات می‌توانند اندکی روی هم جابه‌جا شوند تا ایرادهای کوچک ساخت را پوشانده یا تنظیم طول را ممکن سازند.

ب) سهولت در اتصال دادن: در این نوع اتصال، نیازی به آمادگی خاص لبه‌های قطعات متصل شونده نیست و غالباً آن‌ها یا با شعله یا به صورت عادی برش می‌خورند. در اتصال روی هم عمدتاً از جوش گوشه استفاده می‌شود.

شکل زیر نمونه‌هایی از اتصالات روی هم را نشان می‌دهد.

نمونه‌هایی از اتصالات روی هم (پوششی)

انواع جوش

به طور کلی 4 مدل جوشکاری عموماً در ساختمان‌ها  استفاده می‌شود: جوش‌های شیاری، جوش گوشه، جوش کام و جوش انگشتانه.

هر یک از این جوش‌ها دامنه کاربرد مشخصی دارد که مزیت‌های نوع جوش، این دامنه را تعیین می‌کند. درصد تقریبی استفاده از چهار مدل جوش در ساخت اتصالات ساختمانی عبارت است از: جوش شیاری 15 درصد، جوش گوشه 80 درصد و 5 درصد هم برای جوش‌های کام و انگشاته و دیگر جوش‌های مخصوص.

در شکل زیر 4 نوع جوش مذکور نشان داده شده است.

انواع جوش

جوش‌های شیاری

کاربرد اصلی جوش شیاری در اتصال دادن قطعات سازه‌ای است که در امتداد هم و در روی یک سطح واقع شده‌اند. چون جوش‌های شیاری عمدتاً بری انتقال کل نیروی قطعاتی که توسط این جوش اتصال می‌یابند مود استفاده قرار می‌گیرد، بنابراین لازم است تا جوش دارای مقاومتی هم اندازه با مقاومت قطعات اتصال یافته باشند. این مدل جوش شیاری را جوش شیاری با نفوذ کامل می‌نامند. زمانی که درز جوش به‌گونه‌ای طراحی گردد که جوش شیاری در تمام عمق قطعات اتصال یافته پخش نشود، جوش شیاری را جوش شیاری با نفوذ نسبی می‌گویند. در طراحی این مدل جوش‌ها باید نکات مهم و خاصی را مدنظر قرار داد. در اغلب جوش‌های شیاری، لبه درز جوش به شکل خاصی آماده‌سازی می‌گردد. نام‌گذاری انواع درز جوش نیز با دقت به این به موضوع، صورت گرفته است.

شکل زیر انواع رایج درز جوش شیاری و همچنین طریقه آماده‌سازی درز جوش برای هر یک را نشان می‌دهد.

انواع رایج درز جوشکاری

عواملی همچون روند جوشکاری مورد استفاده، هزینه‌ی آماده‌سازی لبه‌ی درزهای جوش و همچنین هزینه عملیات جوشکاری نقش مهمی در انتخاب جوش شیاری مناسب دارند.

علاوه بر این در ساخت اتصالات سپری نیز می‌توان از جوش شیاری استفاده کرد. شکل زیر این موضوع را نمایش می‌دهد.

استفاده از جوش شیاری در اتصالات سپری

جوش گوشه

کاربرد جوش گوشه نسبت به دیگر جوش‌ها بیشتر است زیرا علاوه بر اقتصادی بودن، استفاده از آن هم راحت است و همچنین می‌تواند در عمده موارد جوشکاری به‌کار روند.

در این نوع جوش به دلیل روی هم گرفتن قطعات، نیازی چندانی به دقت در جفت و جور کردن نیست، در حالی که در جوش شیاری لازم است که قطعات را با دقت زیاد در یک امتداد قرار داد و شکافی در ریشه‌ی جوش میان آن‌ها باقی گذاشت. جوش گوشه دارای مزیت‌های زیادی است مخصوصاً برای جوشکاری در محل نصب و یا برای جفت کردن مجدد اعضا یا اتصالاتی که از قبل با رواداری‌های مناسبی ساخته شده‌اند. در دو شکل بعد به ترتیب جزییات جوش گوشه و یک نمونه از آن را نشان داده است.

جزییات جوش گوشه

نمونه‌ای از جوش گوشه

جوش‌های کام و انگشتانه

این دو مدل جوش را می‌توان به تنهایی یا به صورت مخلوط با جوش گوشه، استفاده کرد. از جمله موارد استفاده از جوش کام و انگشتانه، انتقال برش در اتصالات پوششی می‌باشد در زمانی که طول جوش گوشه یا دیگر انواع جوش پاسخگو نیست. علاوه بر این، جوش‌های مذکور به منظور مقابله با کمانش قسمت‌های روی هم گذاشته نیز به کار می‌رود. کاربرد جوش کام و انگشتانه در شکل زیر نشان داده شده است.

کاربرد جوش کام و انگشتانه

شناسایی انواع الکترود

به منظور نمایش انواع الکترود در استانداردهای گوناگون، از علائم تجاری مختلفی استفاده می‌گردد. مثلاً استاندارد انجمن جوشکاری آمریکا، الکترودها را با حرف E آغازکرده و با یک عدد چهار یا پنج رقمی دنبال می‌نماید. دو عدد رقم اول سمت چپ نشان دهنده مقاومت کششی فلز الکترود برحسب psi یا هزار پوند بر اینچ مربع است. برای نمونه در الکترودهای نمایش داده شده به صورت E 60 XX مقاومت کششی برابر با  psi60000 یا4200 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع در فلز جوش می‌باشد. اعداد بعدی که با XX  مشخص شده‌اند، عوامل دیگری مانند منبع توصیه شده برای تأمین الکتریسیته، مشخصات قوس الکتریکی، جنس روکش و وضعیت جوشکاری را نشان می‌دهد.

استفاده از یک سیستم رنگی، روش دیگری برای شناسایی الکترودها است که در آن به وسیله خطوط رنگی معینی، انواع الکترودها اهم متمایز می‌شوند. البته امروزه این روش منسوخ شده است.

تجهیزات کاربردی در جوشکاری دستی با الکترود روکشدار

تجهیزات لازم برای جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود روکشدار، ساده و قابل حمل در مقایسه با تجهیزات موردنیاز دیگر جوشکاری‌های ارزان‌قیمت می‌باشند. با اجرای تمهیدات موردنیاز جهت تهویه کافی، جلوگیری از حریق و دیگر خطرات احتمالی، این روش جوشکاری می‌تواند در هوای آزاد یا محیط بسته یا در هر موقعیت دیگری به‌کار رود.

اساساً سه مدل ماشین جوشکاری موجود است:

• الف) موتورها – مولدها، شامل موتور درونسوز یا موتور برقی (موتور – ژنراتور و دینام‌ها)
• ب) مبدل – یکسوکننده‌ها (رکتیفایر)
• ج) مبدل‌ها (ترانس‌ها)

دینام جوشکاری کارگاهی از یک دینام (ژنراتور) تولید جریان و یک الکتروموتور سه فاز تشکیل شده است که یا باهم کوپل شده یا کلاً دارای محوری مشترک می‌باشند. شکل زیر دینام جوش کارگاهی و اجزای آن را نشان می‌دهد. مطابق با شکل، مشاهده می‌کنیم که در یک سمت، محور الکتروموتور و در سمت دیگر محور دینام قرار گرفته است.

دینام جوش کارگاهی

الکترومتور حرکت دورانی مناسبی را ایجاد می‎کند که این حرکت، گردش محور دینام را به دنبال دارد و باعث تولید برق موردنیاز جوشکاری می‌گردد. اتصال الکتروموتور به برق شهر با استفاده از یک کلید ستاره و مثلث انجام می‌پذیرد و جهت به کار افتادن آن، لازم است که ابتدا کلید روی حالت ستاره (*)  قرار گرفته تا موتور به دور کامل برسد، پس از آن کلید را روی حالت مثلث (Δ) قرار می‌گیرد تا زمانی که دور ثابت و مهیای جوشکاری گردد. به هیچ عنوان نباید زمانی که کلید روی حالت ستاره است، جوشکاری را انجام داد زیرا باعث کم و زیاد شدن دور موتور و متعاقب آن از کار افتادن دستگاه می‌شود.

شکل زیر قرار دادن کلید دینام جوشکاری در حالت ستاره را نشان می‌دهد.

قرار دادن کلید دینام جوشکاری در حالت ستاره

یک ماشین جوشکاری از نوع دیزل، بنزینی، دینام و یا رکتیفایر باید از وضعیت مناسبی برخوردار باشد و بتواند جریان یکنواختی برای جوشکاری ایجاد کند.

مبدل – یکسوکننده‌ها (رکتیفایرها)

طرح‌های متعدد برای اهداف گوناگون در یکسوکننده‌ها وجود دارد. یکی از دلایل مهم پذیرش فراگیر شدن این ماشین در صنعت جوشکاری، انعطاف‌پذیری آن است. رکتیفایرها می‌توانند جریان مستقیم (DC) را با قطبیت مثبت یا منفی تحویل دهند. همچنین این امکان نیز وجود دارد که برای جوشکاری دستی با الکترود روکشدار، جوشکاری زیرپودری، جوشکاری با گاز محافظ و جوشکاری گل‌میخ‌ها به کار گرفته شوند و قابلیت خدمات‌رسانی همزمان به چندین اپراتور را نیز دارا هستند. تصویر زیر یک رکتیفایر جوشکاری با الکترود دستی روکشدار را نشان می‌دهد.

رکتیفایر جوشکاری با الکترود دستی

ابزار جوشکاری در ساخت و نصب اسکلت فلزی

جهت اجرای یک جوشکاری قوسی موفق خصوصاً در روش الکترود دستی، نیاز مبرمی به ابزار و تجهیزات مناسب وجود دارد. در ادامه به معرفی این ابزار می‌پردازیم

چکش جوش

کاربرد این وسیله، برداشتن سرباره روی جوش و همپنین جرقه‌های پیرامون جوش می‌باشد. چکش جوش دارای جنسی بسیار سخت است که دو سر آن مطابق با شکل بعد به دو حالت تبری و مخروطی می‌باشد.

چکش جوش

سنگ فرز

یکی از پرکاربردترین وسیله‌ها به منظور آماده‌سازی لبه‌های جوشکاری، سنگ فرز است. از این ابزار همواره باید به صورت ایستاده، استفاده گردد. لذا شرایط بهره‌گیری از سنگ فرز اغلب مشکل و نامناسب بوده و می‌بایست با توجه زیادی از آن استفاده شود.

برق دستگاه سنگ فرز از برق عادی شهری تأمین می‌گردد. به همین جهت چنانچه سیم رابط خراب باشد یا دستگاه اتصالی داشته باشد، احتمال برق گرفتگی در آن زیاد است. همچنین باید قبل از کار با دستگاه، از شکسته نبودن تیغه‌ی سنگ و یا شل شدن پیچ اتصال آن به سنگ اطمینان حاصل گردد.

شکل زیر نمونه‌ای از دستگاه سنگ فرز را نشان می‌دهد.

نمونه‌ای از یک دستگاه سنگ فرز

برس سیمی

از برس سیمی جهت پاک کردن گردوغبار و زنگ از روی قطعات کار، استفاده می‌شود و ساخت آن به‌گونه‌ای است که در مقابل سایش مقاومت کند. یعنی سیم‌های آن زود نریزد و فرسوده هم نشود. غالبا جنس برس سیمی از فولاد ضد زنگ (Stainless Steel) است. شکل زیر نمونه‌هایی از برس‌های سیمی را نشان می‌دهد.

نمونه‌هایی از برس‌های سیمی

کابل‌های جوشکاری و اتصالات آن‌ها

کابل‌های جوشکاری از نوع افشان همراه با عایق، بسیار پرقدرت و سبک است و جنس سیم آن از آلومینیوم می‌باشد. یکی از این کابل‌ها کابل انبر و دیگری کابل اتصال آهن نام دارند. کابل‌ها را با استفاده از کفش کابل (کابل شو) به دستگاه جوش متصل می‌کنند که می‌بایست اتصال کابل به کابل شو حتما سفت و بدون لقی باشد تا گرم نشود. زمانی که بخواهند کابل‌ها راه به هم اتصال دهند تا طولشان بیشتر گردد، آن‌ها را با استفاده از اتصالات، سرهم می‌کنند. سه تصویر بعد به ترتیب مقطع کابل جوشکاری قوسی، کفش کابل به منظور اتصال کابل‌ها به اتصال قطعه کار و به ماشین جوش و در نهایت طریقه اتصال کابل‌ها به هم را نشان می‌دهد.

مقطع کابل جوشکاری قوسی

کفش کابل به منظور اتصال کابل‌ها به اتصال قطعه کار به ماشین جوش

طریقه اتصال کابل‌ها به هم

انبرهای جوشکاری

وسیله‌ای که برای گرفتن الکترود و اجرای جوشکاری به‌کار می‌رود، انبر جوشکاری می‌باشد. انبرها را براساس ظرفیت جریانی که قادرند از خود عبور دهند، تقسیم‌بندی می‌کنند. یک جنس عایق بسیار قوی روی انبرها پوشیده شده است. لاستیک، فیبر فشزده و کائوچو از جمله این عایق‌ها هستند.گیره‌های اتصال نیز به پایه میز جوشکاری یا به قطعه‌ی تحت جوشکاری وصل می‌گردد. این گیره‌ها علاوه بر تمیز بودن باید دارای  یک فنر قوی نیز باشند تا خوب به پایه میز یا به کار بچسبند. دو تصویر بعد به ترتیب انبر جوشکاری و گیره اتصال را نشان می‌دهد.

انبر جوشکاری

گیره اتصال به قطعه کار

جعبه‌ی الکترود

به منظور محافظت از الکترودها و تقسیم‌بندی آن‌ها، در صورت بهره‌گیری از چند مدل الکترود، بایستی برای هریک از جوشکارها یک جعبه‌ی الکترود مناسب تهیه گردد.

گرم‌کن دستی

برای پیش‌گرم کردن درزهای جوش قبل از جوشکاری، مخصوصاً در ایام سرد، براساس دستورالعمل‌های جوشکاری از گرم‎کن دستی استفاده می‌گردد.  دو شکل بعد یک نمونه گرم‌کن دستی و مشعل گرم‌کن درز اتصال را نمایش می‌دهد.

گرم‌کن دستی

مشعل گرم‌کن درز اتصال

در ادامه می توانید کتابچه محاسبات جوش را دانلود نمایید:

دانلود

icivil

https://sakhteman115.com