دانلود تحقیق جوشکاری

جوشکاری یکی از روشهای تولید می‌باشد.

هدف آن اتصال دایمی مواد مهندسی (فلز، سرامیک، پلیمر، کامپوزیت) به یکدیگر است به گونه‌ای که خواص اتصال برابر خواص ماده پایه باشد.
پیشینه
موسیان در ۱۸۸۱ قوس کربنی را برای ذوب فلزات مورد استفاده قرار داد.
اسلاویانوف الکترودهای قابل مصرف را در جوشکاری به کار گرفت.
ژول در ۱۸۵۶ به فکر جوشکاری مقاومتی افتاد
لوشاتلیه در ۱۸۹۵ لوله اکسی استیلن را کشف و معرفی کرد.
الیهوتامسون آمریکائی از جوشکاری مقاومتی در سال ۷-۱۸۷۶ استفاده کرد.
در جریان جنگهای جهانی اول و دوم جوشکاری پیشرفت زیادی کرد.

احتیاجات بشر به اتصالات مدرن – سبک – محکم و مقاوم در سالهای اخیر و مخصوصاً بیست سال اخیر سبب توسعه سریع این فن شده‌است.
________________________________________
فرایندهای جوشکاری
فرایندهای جوشکاری با قوس الکتریکی
جریان الکتریکی از جاری شدن الکترونها در یک مسیر هادی به وجود می‌آید.

هرگاه در مسیر مذکور یک شکاف هوا(گاز)ایجاد شود جریان الکترونی و در نتیجه جریان الکتریکی قطع خواهد شد.

چنانچه شکاف هوا باندازه کافی باریک بوده و اختلاف پتانسیل و شدت جریان بالا، گاز میان شکاف یونیزه شده و قوس الکتریکی برقرار می‌شود.

از قوس الکتریکی به عنوان منبع حرارتی در جوشکاری استفاده می‌شود.روشهای جوشکاری با قوس الکتریکی عبارت‌اند از:
• جوشکاری با الکترود دستی یا MAW
• جوشکاری زیر پودریSMAW
• جوشکاری با گاز محافظ یا GMAW یا MIG/MAG
• جوشکاری با گاز محافظ و الکترود تنگستنی یا GTAW یا TIG
• جوشکاری پلاسما
فرایندهای جوشکاری مقاومتی
در جوشکاری مقاومتی برای ایجاد آمیزش از فشار و گرما هردو استفاده می‌شود.گرما به دلیل مقاومت الکتریکی قطعات کار و تماس آنها در فصل مشترک به وجود می‌آید.

پس از رسیدن قطعه به دمای ذوب و خمیری فشار برای آمیخته دو قطعه بکار می‌رود.در این روش فلز کاملاً ذوب نمی‌شود.

گرمای لازم از طریق عبور جریان برق از قطعات بدست می‌آید.روشهای جوشکاری مقاومتی عبارت‌اند از:
• جوش نقطه‌ای
• درز جوشی
• جوش تکمه‌ای

فرایندهای جوشکاری حالت جامد
دسته‌ای از فرایندهای جوشکاری هستند که در آنها، عمل جوشکاری بدون ذوب شدن لبه‌ها انجام می‌شود.

در واقع لبه‌ها تحت فشار با حرارت یا بدون حرارت در همدیگر له می‌شوند.

فرایندهای این گروه عبارت‌اند از:
• جوشکاری اصطکاکی'متن سیاه'متن سیاهمتن ایتالیکمتن سیاه
• جوشکاری نفوذی
• جوشکاری با امواج مافوق صوت

جوشکاری حالت جامد : اخیراً ثابت شده‌است که فلزات در دمای اتاق هم قابل اتصالند .

این عمل توسط ایجاد پیوندهای فلزی در دو سطح مورد اتصال ، انجام می‌گیرد .

بطور ایده آل ، تشکیل اتصال فلزی بوسیلهٔ جوشکاری سرد ، و یا پیوند ( Bonding ) بطریق زیر متصور است : دو قطعهٔ بسیار صیقلی و تمیز در اختیار است .

هرکدام از ایندو، مجموعه‌ای از بارهای (+) و (-) می‌باشد به گونه‌ای که هر قطعه بدون عیب و با استحکام کافی دارای پایداری است .

اگر دو قطعه کاملاً نزدیک هم قرار گرفته و به هم بچسبند ، الکترونهای فرار از هر قطعه ، بین آندو مشترک می‌شود و در نتیجه نیروی عکس العمل بین سطوح زیاد می‌گردد .

بنابراین وقتی دو سطح تماس کامل داشته باشند ، نیروهای عکس العملی بین اتمها ، خودبه خود زیاد شده و یک اتصال محکم و قدرتمند بوجود می‌آید .

ولی در عمل ، یک فلز هرگز صیقل کامل نمی‌خورد و همواره اعجاج ماکروسکوپی در سطح دارد.

[ ultra Mic or Macroscopic] و همین ناهمواریها ، مساحت واقعی تماس را چند برابر مقدار واقعی می‌کند .

بدلیل وجود نقاط ناهموار میکروسکوپی ، لایه‌های سطحی فلز دارای انرژی سطحی قابل ملاحظه‌ای در اثر پیوندهای فلزی اشباع نشده ، جاهای خالی و نیز نابجائی‌ها Vacancies & Dislocations می‌باشد .

بنابراین عکس العمل‌های شدیدی بین انتهای سطح فلز و محیط ایجاد می‌شوند .

دقیقاٌ بلافاصله پس از سطح فلز ، یک ابر پیوسته از الکترونهای متحرک موجود است که متناوباً از سطح جدا و به آن مجدداً می‌پیوندند (dipole ۷ Double electric ) دانسیته بار این لایه که شامل دو قطب + و – می‌باشد ، ثابت نمی‌ماند و به هندسهٔ میکروسکوپی و سطح وابسته‌است
جوشکاری حالت جامد : اخیراً ثابت شده‌است که فلزات در دمای اتاق هم قابل اتصالند .

بدلیل وجود نقاط ناهموار میکروسکوپی ، لایه‌های سطحی فلز دارای انرژی سطحی قابل ملاحظه‌ای در اثر پیوندهای فلزی اشباع نشده ، جاهای خالی و نیز نابجائی‌ها Vacancies & Dislocations می‌باشد .

دقیقاٌ بلافاصله پس از سطح فلز ، یک ابر پیوسته از الکترونهای متحرک موجود است که متناوباً از سطح جدا و به آن مجدداً می‌پیوندند (dipole ۷ Double electric ) دانسیته بار این لایه که شامل دو قطب + و – می‌باشد ، ثابت نمی‌ماند و به هندسهٔ میکروسکوپی و سطح وابسته‌است .

به همین دلیل لایه‌های سطحی فلز بسیار فعالند .

سطح فلز همیشه با اکسیدهای مایع و گاز پوشانیده شده و هرگاه این سطح بطور ایده آل و در فشار کمتر از mmhg ۹- ۱۰ کاملاً تمیز شود ، سطح فلز عاری از این اضافات می‌شود .

این سطح تمیز ، مدت زیادی نمی‌تواند دوام داشته باشد .

تشکیل اتصال قوی مابین فلزات ، در متد پیوند سرد ، با تغییر شکل دو جانبه و طی سه مرحله انجام می‌پذیرد .

در طی مرحلهٔ اول؛ سطوح مورد اتصال بایستی بطور کامل به هم نزدیک شوند .

در مرحلهٔ دوم ؛ metallic contact یا اتصال بین فلزی شکل می‌گیرد .

در مرحلهٔ سوم ؛ یک اتصال جوش قوی تولید می‌گردد .

اکنون این مراحل به تفصیل مورد بحث قرار می‌گیرد : زمانیکه دو سطح کنار هم قرار داده می‌شوند ، ناهمواری‌های میکروسکوپی و نقاط موجی شکل تشکیل می‌یابند .

ابتدا این دو قطعه یکدیگر را در نقاط منفرد بالاتر از سطح ، لمس می‌کنند .

برای تماس بیشتر به مساحت زیادتری نیاز است .

این عمل بوسیلهٔ وارد آوردن نیرو انجام می‌شود .

به دلیل وجود لایه‌های سخت و نازک اکسیدی ( Fragile ) میزان نیرو بسیار بالا خواهد بود .

البته اگر نیرو کافی نباشد اتصالی بدست می‌آید که پلاستیستهٔ آن کم و استحکام ضربه‌ای آن ناکافیست .

لایه‌های نازک روغنی یا ارگانیک آلی ، اثر به مراتب زیان آورتری دارند و اگر مقدارشان زیاد شود بطور کامل از ایجاد پیوند جلوگیری می‌کند و حتماً بوسیلهٔ حلال‌های قوی بایستی آنها را زدود .

مرحلهٔ دوم هنگامی رخ می‌دهد که مساحت اتصال فلزی بین دو قطعه زیاد می‌شود و بلورهای مشترکی بین دو سطح تولید می‌گردد.

زمانیکه تماس فلزی کاملاً شروع به شکل گیری می‌کند ، بلورها و شبکه‌های کریستالی ، توسط لایه‌های نازک از یک ترکیب پیچیده جدا می‌شوند .

در حین این تغییر ، سطح فشرده شده در تماس با اتمسفر نیستند و هیچ گونه لایهٔ نازک دیگری نمی‌تواند شکل بگیرد .

بنابراین فیلم‌های شکننده از میان رفته و لایه‌های مایع و گاز بخشی به بیرون رفته و بخشی جذب فلز شده به آن نفوذ می‌کنند .

در مرحلهٔ سوم ، پروسه شامل حرکتهای مختلف ذرات ناشی از نفوذ است و به زمان کافی جهت تکمیل این مرحله ،احتیاج است .

مراحل شکل گیری اتصال جوش که در بالا ذکر شد ، اساساً در فرآیندهای جوشکاری حالت جامد solid state welding استفاده می‌شود که می‌تواند به روشهای گوناگون اتصال یا کنار هم قرار دادن ، تشکیل تماس فیزیکی و ساختن اتصال قوی جوش خورده ، تقسیم شود .

آشکار است که برای پیوند یا جوش سرد ، از متد جوش نفوذی و اصطکاکی استفاده شود .

( مراحل فوق برای متد انفجاری ، الکترومغناطیس ، مافوق صوت هم صادقند .) مهمترین وجه تمایز جوشکاری در حالت جامد ، با سایر متدهای جوش ، آن است که عمل ذوب ( اگرهم صورت بپذیرد ) ، نقش اصلی را ایفا نمی‌کند و جوش در حالت جامد انجام می‌شود .

فرآیند جوشکاری در حالت جامد نیز هر یک به زیر دسته‌هایی تقسیم می‌شوند که متداولترین آنها عبارتند از : - جوشکاری اصطکاکی Friction Welding - جوشکاری پتکه‌ای یا آهنگری Forge Welding -جوشکاری فشاری Pressure Welding - جوشکاری فراصوت ( با امواج صوتی ) ultrasonic Welding متدهای دیگری نیز در دسته بندی جزو جوش حالت جامد محسوب می‌شود که بدلیل آنکه از نظر کاربرد ، وسعت و معروفیت چندانی ندارند ، از ذکر آنها صرف نظر می‌شود فرایندهای اکسی فیول گروه فرایندهای جوشکاری است که در آن، اتصال با ذوب شدن توسط یک یا چند شعله گاز، با اعمال فشار یا بدون آن، با کاربرد فلز پر کننده یا بدون آن انجام می‌شود.

فرایند جوشکاری با لیزر در این روش از پرتوی لیزر برای جوشکاری استفاده می‌شود.در جوشکاری لیزری دانسیته انرژی فراهم شده بسیار بیشتر از جوشکاری با قوس آرگون یا با مشعلهای اکسی اسیتیلن است.

از لیزرهای مختلفی می‌توان برای جوشکاری استفاده کرد مانند لیزر گاز کربنیکی یا لیزر یاقوت ولی باید دقت کرد که انرژی پرتو آنقدر زیاد نباشد که باعث تبخیر فلز شود.

جوشکاری با لیزر جوشکاری و برشکاری با استفاده از اشعه لیزر از روشهای نوین جوشکاری بوده که در دههای اخیر مورد توجه صنعت قرار گرفته و امروزه به خاطر کیفیت ، سرعت و قابلیت کنترل آن به طور وسیعی در صنعت از آن استفاده می‌شود .به وسیله متمرکز کردن اشعه لیزر روی فلز یک حوضچه مذاب تشکیل شده و عملیات جوشکاری انجام می‌شود .

اصول کار و انواع لیزرهای مورد استفاده در جوشکاری : به طور عمده از دو نوع لیزر در جوشکاری و برشکاری استفاده می‌شود : لیزرهای جامد مثل Ruby و ND:YAG و لیزرهای گاز مثل لیزر CO۲ .

در زیر اصول کار لیزر Ruby که از آن بیشتر در جوشکاری استفاده می‌شود توضیح داده می‌شود .

این سیستم لیزر از یک کریستال استوانه‌ای شکل Ruby (Ruby یک نوع اکسید آلومینیوم است که ذرات کرم در آن پخش شده‌اند .

) تشکیل شده‌است .

دو سر آن کاملا صیقلی و آینه‌ای شده و در یک سر آن یک سوراخ ریز برای خروج اشعه لیزر وجود دارد .

در اطراف این کریستال لامپ گزنون قرار دارد که لامپ فوق برای کار در سرعت حدود ۱۰۰۰ فلاش در ثانیه طراحی شده‌است .

لامپ گزنون با استفاده از یک خازن که حدود ۱۰۰۰ بار در ثانیه شارژ و تخلیه شده فلاش می‌زند و هنگامی که کریستال Ruby تحت تاثیر این فلاش‌ها قرار بگیرد اتمهای کرم داخل شبکه کریستالی تحریک شده و در اثر این تحریک امواج نور از خود سطع می‌کنند و با باز تابش این اشعه‌ها در سطوح صیقلی و تقویت آنها اشعه لیزر شکل می‌گیرد .

اشعه لیزر شکل گرفته از سوراخ ریز خارج شده و سپس به وسیله یک عدسی بر روی قطعه کار متمرکز شده که بر اثر برخورد انرژی بسیار زیادی در سطح کوچکی آزاد می‌کند که باعث ذوب و بخار شدن قطعه و انجام عمل ذوب می‌شود .

محدودیت لیزر Ruby پیوسته نبودن اشعه آن است در حالیکه انرژی خروجی ان بیشتر از لیزر‌های گاز مانند لیزر CO۲ است که در آنها اشعه حاصله پیوسته‌است، از لیزر CO۲ بیشتر به منظور برش استفاده می‌شود و از لیزر ND:YAG بیشتر برای جوشکاری آلومینیوم استفاده میشود .

از انجا که در این روش مقدار اعظمی از انرژی مصرف شده به گرما تبدیل می‌شود این سیستم باید به یک سیستم خنک کننده مجهز باشد .

در جوشکاری لیزر دو روش عمده برای جوشکاری وجود دارد : یکی حرکت دادن سریع قطعه زیر اشعه‌است تا که یک جوش پیوسته شکل بگیرد و دیگری که مرسوم تر است جوش دادن باچند سری پرتاب اشعه‌است .

در جوشکاری لیزر تمامی عملیات ذوب و انجماد در چند میکروثانیه انجام می‌گیرد و به خاطر کوتاه بودن این زمان هیچ واکنشی بین فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از این رو گاز محافظ لازم ندارد .

طراحی اتصال در جوشکاری لیزر : بهترین طرح اتصال برای این نوع جوشکاری طرح اتصال لب به لب می‌باشد و با توجه به محدودیت ضخامت در آن می‌توان ازطرح اتصال‌های T یا اتصال گوشه نیز استفاده نمود .

مزایای جوشکاری لیزر : - حوضچه مذاب می‌تواند داخل یک محیط شفاف ایجاد شود ( باعکس روشهای معمولی که همیشه حوضچه مذاب در سطح خارجی آنها ایجاد می‌شود ) .

- محدوده بسیار وسیعی از مواد را مانند آلیاژها با نقاط ذوب فوق العاده بالا ، مواد غیر همجنس و … را میتوان به یکدیگر جوش داد .

- در این روش میتوان مکان‌های غیر قابل دسترسی را جوشکاری نمود .

- از آنجا که هیچ الکترودی برای این منظور استفاده نمی‌شود نیازی به جریانهای بالا برای جوشکاری نیست .

- اشعه لیزر نیاز به هیچگونه گاز محافظ یا محیط خلایی برای عملکرد ندارد .

- به خاطر تمرکز بالای اشعه منطقه HAZ بسیار باریکی در جوش تشکیل میشود .

- جوشکاری لیزر نسبت به سایر روشهای جوشکاری تمیز تر است .

محدودیت‌ها و معایب جوشکاری لیزر : سیستم‌های جوشکاری لیزرنسبت به سایر دستگاههای سنتی جوشکاری بسیار گران هستند و در ضمن لیزرهایی مانند Ruby به خاطر پالسی بودن اکثر آنها از سرعت پیشروی کمی برخوردارند ( ۲۵ تا ۲۵۰ میلیمتر در دقیقه ) .

همچنین این نوع جوشکاری دررای محدودیت عمق