دانلود تحقیق جوشکاری

در صنعت عصر حاضر ، جوشکاری یک فرایند پیشرفته محسوب می شود .

امروزه علم و هنر جوشکاری حوزه وسیعی از تحولات و فرآیندهای مورد استفاده بشر را در بر می گیرد.

استفاده از این متد در قطعات بسیار ظریف الکترونیکی تا به سازه های عظیم فلزی رایج می باشد و همین امر سبب گشوده شدن راههای جدیدی به صنعت نوین و اتوماسیون سیستم ها رایج گردیده است .

استفاده از تجهیزات مکانیزه و نیمه مکانیزه جوشکاری سبب آزادی قشر وسیعی از نیروی انسانی و نیز صرفه جویی اقتصادی شده و موجبات ترقی ممالک صنعتی فراهم نموده است.

انواع جدید سازه ها و طرحهای مدرن مشتمل بر استفاده ی وسیعی از فلزات کمیاب و نسوز یا دیرگداز نظیر مولیبدن، تنگستن ، تانتال و زیرکونیم می باشد .

در عین حال با تمام صفات بارز این فلزات ، وقتی به شرایط بحرانی فشار و حرارت بالا بر می خوریم ، این فلزات دیگر جوابگوی نیاز ما نخواهندبود.

در این هنگام ، علم آلیاژ بهه کمک می آید.

در این میان متخصصان جوشکاری با مسایل فراوانی روبرو هستند که خلق انواع جدید فرآیندهای مورد استفاده در جوش آلیاژ و نیز طراحی تجهیزات مورد نیاز از آن جمله است.

جدا از این مساله که نقطه جوش فلزات آلیاژهای بالاست، میل شدید ترکیب آنها در دماهای بالا از مسائل جدی در امر جوشکاری به شمار می آید .

لذا بسیاری از متدهای جوشکاری نظیر جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود دستی ، و ایجاد حوضچه ی مذاب ، دیگر جوابگو نخواهندبود.

اصولاً در این موارد از متدهای مخصوص استفاده می شود و یا برای یک زمان کوتاه تا درجه ی حرارت بسیار بالا بطور نقطه ای تحریم و در یک حفاظ ( برای عدم دسترسی به هوای اتمسفر ) با سرعت فراوان عمل جوشکاری انجام می شود .

عمل حفاظت معمولاً توسط محفظه های هوای پرشده توسط گاز بی اثر صورت می گیرد .

اما دستیابی به این گازها بسیار گران و مشکل است و وجهه ی اقتصادی ندارد.

در سالهای اخیر ، متدهائی برای غلبه بر مشکلات جوش الکترودی ابداع شده که اهم آنها عبارتند از:
 استفاده از پرتو الکترونی ((electron Beam ))
 استفاده از پرتوهای همسان نورانی ((Conerent light Bean ))
 جوش نفوذی ((Diffusion Welding ))
 جوشکاری سرد فلزات ((Cold Welding of metals ))
 جوشکاری مافوق صوت، جوش اصطکاکی ، انفجاری ، حالت جامد و ...

 پرتوهای الکترونی با دربرداشتن مقادیر متنابهی انرژی ، نفوذ و امتزاج خوبی را برای قطعات سنگین و بزرگ فراهم می کند و بدین وسیله یک جوش مقاوم و در عین حال ظریف و متمرکز ایجاد می نماید .

البته میزان انرژی صرف شده در این متد ، تا 10 برابر قوس الکتریکی می باشد ، و به این وسیله ، به طور موفقیت آمیزی می تواند فولادهای آلیاژی تا ضخامتmm 100 را اتصال و دهد و نیز برای جوشکاری غیر فلزی هم بکار رود.

 پرتوهای همسان نوران یا طیفالیرز، با دربرداشتن مقادیر انبوهی از انرژی ، قابلیت اتصال مواد مختلف را افزایش داده اند.

تا عصر حاضر ، عمل جوش از طریق گرم کردن فلز تا حد جوش ( جوش ذوبی ) و ذوب شدن آن و و امتزاج در فلز درهم صورت می گرفته است .

امروزه دانش پیوندهای بین اتمی فلزات امکان استفاده از فرآیندهای مولکولی و اتمی را بجای متدهای پیشین فراهم آورده است.

اتصال سرد ، جوش مافوق صورت ، جوش اصطکاکی ، انفجاری و جوش نفوذی از این جمله اند .

وجه مشترک تمام این متدها در شکل فیزیکی ، تشکیل نوعی پیوند فلزی سیاه دو سطحی است که بایستی به هم متصل شوند ؛ در نتیجه ی تغییر شکل پلاستیک ، در عین جامد بودن فلز ، اتصال انجام می گیرد .

 مهمترین خصوصیت این متدهای جوش در مقایسه با جوش ذوبی ، امکان فرآیند اتصال در فلزات غیر همجنس بفرم جامد می باشد که در جوش ذوبی ، کاملاً محال می نماید.

این فرایندها بخصوص در قطعات دقیق با تلرانس خیلی کم ، ارزشمند محسوب شده و همان پرداخت نهائی در حین جوشکاری ، حفظ می شود .

قطعه جوش داده شده در روشهای مذکور ، عاری از هرگونه تنش های داخلی بوده و نیاز به عملیات حرارتی و کار مکانیکی ( پرداخت ، فرم دهی و ...

) نخواهد داشت .

همچنین در شرایطی که استفاده از پلیمرها بجای فلزات ، بسیار مورد توجه است ، می توان بوسیله ی این روشها ( گازهای داغ ، اشعه ماوراء بنفش ، امواج مافوق صوت و ...) پلیمرها را جوش داد.

 1-1 تعریف وطبقه بندی جوشکاری:
جوشکاری فرایندی است که در آن ، اتصالی از نوع دائم ، بواسطه ی پیوندهای پایدار بین اتمی ، میان دو یا چند سطح مختلف انجام می شود و زمینه ی این عمل ، گرم شدن موضعی یا کلی و در نتیجه ی آن تغییر شکل دائم یا جزئی می باشد .

پیوند اتمی میان دو سطح وقتی برقرار می شود که یک انرژی خارجی اتمها را برای غلبه بر اتصال بین اتمی ، تحریک کند .

این انرژی پیوندی ((Energy barriet of banding )) می گویند .

با فعال شدن اتمها ، آنها در شبکه ی کریسالی جدید جای می گیرند و در پی این فعل و انفعالات ، یک حالت تعادل بین نیروی جاذبه و دافعه بوجود می آید .

میزان انرژی که بایستی اتمها بگیرند تا به مرز فعالیت برسند [ از طریق حرارت یا تغییر شکل دائم] ، انرژی فعالیت ((Activation Energy )) نام دارد .

با توجه به نحوه ایجاد انرژی فوق ، عمل جوش به دو گروه عمده ی جوش ذوبـی ( نفـوذی ) یا ((Fusion Welding )) و جــوش فــشاری ((Pressur Welding )) تقسیم می شود.

متد فشاری ، صفحات بوسیله ی تغییر شکل پلاستیک بهم می چسبند .

این عمل می تواند بوسیله ی یک فلز میانی یا خود دو فلز انجام شود .

تغییر فرم دائم توسط اعمال یک نیروی استاتیکی یا دینامیکی انجام می شود .

در این حالت ، به ناحیه ای از فلز جوش که پیوندهای بین اتمی ایجاد شده ، ناحیه ی پیوند (band zone ) می گویند .

این ناحیه فقط چند دهم میکرون ضخامت دارد .

با این وجود ، نقش بسیار مهمی در نحوه ی اتصال دارد .

در روش فشاری ، تغییر شکل در ناحیه ی جوش ، غیر یکنواخت می باشد و به این علت ، لایه به لایه در ناحیه ی اتصال ، فلزات روی هم می لغزند و جابجا می شوند .

در حالت ایده آل ، ارتباط میان درجه ی حرارت گرمایش [ در جوشکاری ذوبی – فشاری ] و تغییر شکل دائم ، بصورت منحنی هایی در دسترس قرار می گیرد .

گروه جوشــکاری مکــانیکی ، شامل تمام فرآیندهای جوشـکاری شامل فشار ( انرژی مکانیکی ) می شود که عبارتند از : جوشکاری سرد ، جوشکاری اصطکاکی ، جوشکاری مافوق صوت ، جوشکاری انفجاری و جوشکاری تخلیه ی مغناطیسی .

جوشکاری آهنگری – جوشکاری غلطکی ( که با گرم شدن قطعه کار همراه هستند .) ، جوشکاری مقاومتی ، جوشکاری فشاری ، جوشکاری واکنشی ، جوشکاری فشاری – القائی ، جوشکاری فشاری – گازی ، جوشکاری نفوذی ، جوشکاری قوسی – فشاری ( گرما بفرم موضعی اعمال می شود ) نهایتاً در فرآیندهای جوشکاری ترمومکانیکی ، سطوح اتصال هم می توانند ذوب شوند و هم می توانند ذوب نشوند.

بطور کلی می توان جوشکاری را به چهارگروه اصلی شامل جوشکاری ذوبی ، جوشکاری فشاری ، جوشکاری زرد ( برنج ) و لحیم کاری تقسیم نمود .

جوشکاری اصولاً یک فرآیند متالوژیکی است و از همین دید نیز مورد بررسی قرار خواهد گرفت .

سه قسمت عمده در ایجاد یک پیوند مناسب بین فلزات سهیمند : 1- سازگاری متالوژیکی با فرآیند خاص جوشکاری مورد نظر 2- قابلیت ایجاد قطعه ای که از نظر مکانیکی سالم است .

3- قابلیت سرویس تحت نیاز و شرایط ویژه ( در حین کار )، سازگاری متالوژیکی بدین معناست که فلز با فلز دیگر پیوند بخورد بدون آنکه سازنده فاز های آلیاژی ناخواسته یا زیان آور بگردد.

سلامتی مکانیکی نشان می دهد که پیوند جوشکاری با استانداردهای مهندسی و صنعتی مطابقت دارد یا خیر و اگر قطعه بوسیله ی روشهای تشخیص عیب مانند رادیوگرافی ، اولتراسوند ، یا سایر روشهای بازبینی ظاهر شوند ، عاری از هرگونه ناپیوستگی ، تخلخل گازی ، انقباض ، نفوذ ناقص ، سرباره و تماس باشد .

قابلیت سرویس تحت شرایط ویژه نشان می دهد که علاوه بر دارا بودن دو نیاز اول ، ممکن است لازم باشد که جوشکاری تحت شرایطی نظیر ضربه در دماهای پایین یا اعمال نیرو در دمای بالا و محیط های خورنده انجام گیرد .

قابلیت جوشکاری فلز با نوع فرآیند جوشکاری تغییر چشمگیری می کند .

2-1 عوامل مؤثر در قابلیت جوشکاری : 1-2-1 تماس فلزات Metal Contact جوشکاری فشاری بطور کلی یک عمل پیوند زنی متالوژیکی است که در آن ، فلزات جوشکاری تحت فشار زیاد به هم جوش می خورند .

در برخی فرآیندهای جوش فشاری مانند جوشکاری مقاومتی فلزاتی را که باید به هم پیوند بخورند ، تا یک درجه حرارت بالا گرم می کنند ، در صورتی که در سایر فرایندها مانند جوشکاری فشاری سرد ، عمل جوشکاری در درجه حرارت اتاق انجام می گیرد .

در پروسه های جوشکاری در دمای پایین یا دمای بالا وجود یک اتصال فلزی خوب برای ایجاد جوش سالم ، ضروریست .

به همین منظور ، سطح مورد جوش بایستی عاری از هرگونه کثافت ، روغن ، چربی، رنگ، پوشش ها ، و سایر مواد خارجی باشد .

این مواد ممکن است شامل گوگرد ، سرب ، فسفر و سایر عناصری که تولید شکنندگی می کنند باشد .

روشهایی که برای تمیزکاری سطح به کار می روند عبارتند از چربی گیری بخاری ، تمیزکاری فراصوت ، چربی گیری در حمام مواد سوز آور و ...

2-2-1 تمیزکاری و آماده سازی سطح Surface cleaning & Prepartion الف- گریس زدایی ( چربی گیری ) : Degreasing : این پروسه معمولاً بوسیله ی سود سوزآور ( گرم یا سرد ) فسفاتها و محلولهای پاک کننده انجام می شود .

روغن زدایی می تواند به روش حلالی صورت گیرد که این حلالها می تواند فرئون ، تری کلرورتیلن و هیدروکربنهای مختلف مانند پنتا و کروزن ، باشد .

در سیستمهای جدیدتر فراصوت ، جریان فرکانس بالا باعث انفجار داخلی حبابهای اطراف قطعه می شود .

فشردگی حبابهای منفجر شده که به خلأ زائی معروف است فشارهایی تا حدود 20000 پوند بر اینچ مربع ایجاد کرده و لکه ها و ناخالصیهای سطحی را از بین می برد .

ب ) پوسته گیری : Descaling: عبارتست از رفع لایه اکسیدی ضخیم و سایر محصولات خوردگی از سطح فلز توسط سایش مکانیکی یا شیمیایی ( اسید شویی ) .

وقتی فلزی را در اسید می گذارند ، برای حذف اثر H آزاد شده ، از Inhibitors یا منع شده ها استفاده می شود و یا آنرا تا F 0 2000 حرارت می دهند تا H نفوذی از فلز آزاد شود ( در صورت امکان ) برای جلوگیری از اکسیداسیون پس از عمل پوسته گیری ، آنرا سریعاً خشک و ضد اکسیداسیون می کنند ( مثلاً فولاد را در محلول رقیق اکسید کرومیک فسفریک (نسبت 4-6 اسیدکرومیک فسفریک در 100 گالن آب ) قرار می دهند .) روشهای مکانیکی سایش سطح عبارتند از : ساینده یا شن پاشی ، ساچمه زنی ، سنگ کاری، پرداخت کاری ، و تمیزکاری توسط شعله که البته از روش اسید شویی خشن تر است .

ساچمه زنی در جوشکاری یک عمل جرم زدای مهم محسوب شده و طی آن لایه های سطحی در معرض تنشهای سطحی با فشار مناسب قرار می گیرند و باعث افزایش مقاومت خستگی شده احتمال شکنندگی براثر تنشهای کششی موجود در سطح را کم می کنند .

به علاوه در حین پروسه ی پوسته گیری ، مساحت سطح قطعه بدلیل اثر متقابل برجستگی ها و فرورفتگیها (Peales x Valleys ) افزایش می یابد و به سطح حقیقی نزدیک می شود .

مثلاً سطوح خشن شده توسط دانه های کربورسیلیسم 400 مش تا دانه فولادی 60 مش ، حداقل 20 برابر افزایش سطح دارند و قطعات آلومینیمی نیز به سبب ساختمان متخلخل پوشش آندی ، 20 برابر افزایش سطح دارند .

ج) پلیسه گیری : Deburring: متدیست که برای رفع تبخیرآنی (Flash )، ناصافیها (Burrs ) لبه های تیز و خراشیدگیها روی قطعات فلزی استفاده می شود و شامل پرداختکاری شبکه ای ( Barrel tumbling ) جلاکاری ارتعاشی (Vibratory Finshing ) و پلیسه گیری برقی (Electrodeburring ) است .

نهایتاً وجود پوسته ی اسیدی