یکی از پرکاربردترین و کارآمدترین فرآیندهای جوشکاری خودکار در صنایع سنگین مدرن و ساخت لوله های فولادیجوشکاری زیر آب(ص). به عنوان یک فناوری بالغ، SAW دارای ویژگی هایی مانند قوس غوطه ور، محافظت در برابر شار، نفوذ عمیق، کیفیت جوش پایدار و پاشش کمتر است. برخلاف روش های جوشکاری MIG و TIG (قوس باز)، کل قوس و حوضچه مذاب جوشکاری زیرپودری به طور کامل پوشیده شده و توسط شار محافظت می شود، بنابراین ناحیه جوش از هوا جدا می شود و از نقص اکسیداسیون جلوگیری می شود. از زمان شروع تولید صنعتی، جوشکاری زیرپودری به فرآیند جوشکاری هسته برای لولههای جوش مارپیچی، سازههای فولادی با دیواره ضخیم{{3}، مخازن تحت فشار، تولید دیگ بخار، کشتیسازی و تولید تجهیزات بزرگ تبدیل شده است. به دلیل مناسب بودن برای جوشکاری صفحات ضخیم، ظرفیت جریان قوی و سهولت اتوماسیون، جوشکاری زیرپودری جایگاهی بی بدیل در تولید صنایع سنگین به خود اختصاص داده است.
تعریف اولیه و اصل کار
جوشکاری زیرپوستی یک فرآیند جوشکاری قوس الکتریکی خودکار یا نیمه خودکار است که از سیم جامد به عنوان ماده پرکننده استفاده میکند.شاربه عنوان رسانه محافظ ویژگی کلیدی این فرآیند این است که در طی فرآیند جوشکاری، قوس توسط لایه شار پوشانده شده و هیچ شعله باز دیده نمی شود. کل واکنش متالورژیکی جوشکاری در محیط حفاظت از سرباره مهر و موم شده تکمیل می شود.
اصل کار آن را می توان به چهار مرحله تقسیم کرد: احتراق قوس، ذوب حرارتی، واکنش متالورژیکی و حفاظت از تشکیل سرباره. هنگامی که دستگاه جوش شروع به کار می کند، اتصال کوتاه بین سیم جوش و قطعه کار یک جریان گذرا ایجاد می کند و در نتیجه قوس را مشتعل می کند. در همان زمان، گرمای قوس در دمای بالا، شار اطراف، سیم جوش و مواد پایه را ذوب میکند. شار ذوب شده یک لایه سرباره مایع چسبناک و متراکم را تشکیل می دهد که می تواند حوضچه مذاب با دمای بالا را کاملاً بپوشاند. این لایه سرباره می تواند اکسیژن، نیتروژن و بخار آب موجود در هوا را جدا کرده و از ورود گازهای مضر به درز جوش جلوگیری کند. در همان زمان، یک سری واکنشهای متالورژیکی پیچیده بین سرباره مذاب و فولاد مذاب مانند اکسیدزدایی، گوگردزدایی و فسفرزدایی رخ میدهد که در نتیجه ریزساختار درز جوش را خالص میکند و خواص مکانیکی اتصال جوش را بهبود میبخشد. پس از سرد شدن، سرباره مایع به صورت یک پوسته سخت روی سطح جوش جامد می شود که به راحتی جدا می شود و جوشی صاف و یکنواخت ایجاد می کند.
تجهیزات و مواد اصلی سیستم SAW
یک سیستم کامل جوشکاری زیرپودری متشکل از تجهیزات جوشکاری حرفه ای، سیم جوش و شار ویژه است.
1. تجهیزات جوشکاری
تجهیزات اصلی عمدتاً شامل منبع تغذیه جوش اتوماتیک، فیدر سیم، چرخ دستی جوشکاری یا سیستم دروازه ای متحرک، تامین شار و دستگاه بازیابی است. منبع تغذیه جوش جریان و ولتاژ پایدار را برای اطمینان از احتراق مداوم و پایدار قوس فراهم می کند. فیدر سیم اتوماتیک می تواند سرعت تغذیه سیم را دقیقاً کنترل کند و آن را با سرعت حرکت جوش مطابقت دهد تا از قطع شدن قوس و حوضچه مذاب ناپایدار جلوگیری کند. چرخ دستی پیاده روی تفنگ جوشکاری را به حرکت در می آورد تا با سرعت یکنواخت حرکت کند و از ثبات عرض جوش و عمق نفوذ اطمینان حاصل کند. علاوه بر این، سیستم گردش اتوماتیک شار می تواند به پخش و بازیابی خودکار شار دست یابد، نه تنها حفاظت مداوم در طول فرآیند جوشکاری را تضمین می کند، بلکه استفاده از مواد را بهبود می بخشد و در نتیجه هزینه های تولید را کاهش می دهد.
2. سیم جوش و شار
جوشکاری زیردریایی بر اثر ترکیبی سیم جوش و شار برای دستیابی به بهینه سازی متالورژیکی متکی است. سیم جوش فلز پرکننده و عناصر آلیاژی را فراهم می کند، در حالی که شار به عنوان یک عامل محافظ، اکسید زدایی و حذف ناخالصی عمل می کند. انواع مختلف فولاد، مانند فولاد کربن، فولاد کم آلیاژ-با استحکام پایین، و فولاد خط لوله، به شار خنثی، اسیدی یا قلیایی مربوطه نیاز دارند. در میان آنها، شارهای قلیایی توانایی حذف ناخالصی نسبتاً قوی دارند، که میتواند به طور قابلتوجهی چقرمگی در دمای پایین و مقاومت در برابر ترک را بهبود بخشد و برای جوشکاری خطوط لوله و مخازن تحت فشار با استاندارد بالا مناسب است. شارهای اسیدی عملکرد فرآیند خوب، قوس پایدار و شکل گیری جوش زیبا دارند و عمدتاً برای جوشکاری فولادهای ساختاری معمولی استفاده می شوند.
فرآیند کامل فناوری جوشکاری زیر آب
1. آماده سازی قبل از جوش
عملیات قبل از جوشکاری گامی مهم در تضمین کیفیت جوش است. ابتدا سطح محصول و ناحیه جوش باید کاملاً تمیز شود، زنگ زدگی، پوسته های اکسید، لکه های روغن، رطوبت و سایر ناخالصی ها از بین برود تا از عیوب مانند منافذ، سرباره ها و ترک های ناشی از ناخالصی ها جلوگیری شود. ثانیاً، شار باید در دمای بالا خشک شود تا بخار آب داخلی حذف شود، در نتیجه محتوای هیدروژن در درز جوش کاهش یابد و از ترکخوردگی سرد ناشی از هیدروژن جلوگیری شود. علاوه بر این، اپراتور باید شکاف مونتاژ جوش و زاویه جوش را با توجه به ضخامت ورق و استانداردهای جوش تنظیم کند تا لایه نفوذ یکنواخت و همجوشی خوب تضمین شود.
2. تنظیمات پارامتر و جوشکاری آزمایشی
قبل از فرآیند رسمی جوشکاری، کارکنان باید پارامترهای فرآیند اصلی، از جمله جریان جوشکاری، ولتاژ، سرعت حرکت قوس، و طول سیم و غیره را تنظیم کنند. جریان، حرارت ورودی و عمق نفوذ جوش را تعیین میکند. ولتاژ عرض درز جوش و ظاهر مهره جوش را کنترل می کند. سرعت حرکت قوس بر راندمان جوشکاری و کیفیت همجوشی تاثیر می گذارد. اگر پارامترها به درستی مطابقت نداشته باشند، ممکن است منجر به عمق نفوذ ناکافی، سوختن-از طریق، همجوشی ناقص، یا تشکیل جوش ناهموار شود. برای اطمینان از پایداری پارامترها و عملکرد مناسب جوش در تولید در مقیاس بزرگ، جوشکاری آزمایشی باید انجام شود.
3. جوشکاری رسمی و حفاظت شار
در طول فرآیند جوشکاری رسمی، دستگاه تامین شار به طور مساوی شار را روی درز جوش پخش می کند و ضخامت کافی از لایه شار را تشکیل می دهد. سیم جوش به طور مداوم وارد می شود و قوس الکتریکی به طور پایدار در زیر لایه شار می سوزد. قوس الکتریکی با دمای بالا مواد پایه و سیم جوش را ذوب می کند و یک حوضچه مذاب را تشکیل می دهد. در همان زمان، پس از ذوب شار، یک لایه سرباره محافظ تشکیل می شود که هوا را جدا می کند و تصفیه متالورژیکی را تکمیل می کند. چرخ دستی جوش با سرعت ثابت به جلو حرکت می کند تا به جوشکاری مداوم و طولانی- دست یابد. برای لولههای مارپیچی و سازههای فولادی با دیوارههای ضخیم، معمولاً از جوشکاری زیردریایی دو طرفه استفاده میشود. ابتدا جوش داخلی و سپس جوش خارجی انجام می شود تا از نفوذ کامل و ساختار جوش متراکم اطمینان حاصل شود.
4. عملیات جوشکاری و بازرسی را انجام دهید
پس از اتمام جوشکاری، منتظر خنک شدن طبیعی باشید و پوسته سرباره سطح را بردارید. سطح جوش صاف و مسطح است و کیفیت شکل دهی خوبی دارد. برای محصولات با کیفیت بالا مانند فولاد خط لوله و مخازن تحت فشار، آزمایشهای غیرمخرب بعد از جوشکاری مانند آزمایش اولتراسونیک و تشخیص عیب اشعه ایکس-برای تشخیص ترکهای داخلی، آخالهای سرباره و عیوب همجوشی ناقص مورد نیاز است. در عین حال، آزمایشهای خواص مکانیکی مانند آزمایشهای کششی و آزمایشهای ضربه باید انجام شود تا بررسی شود که آیا استحکام و چقرمگی جوش مطابق با استانداردهای صنعتی است یا خیر.
مزایای تکنولوژیکی اصلی
در فرآیند تولید صنعتی، جوش زیرپودری دارای مزایای فنی غیر قابل جایگزینی در جوشکاری صفحه ضخیم و جوشکاری درز جوش طولانی است. در مرحله اول، سیستم حفاظت از شار می تواند هوا را به طور کامل ایزوله کند، در نتیجه مقدار گاز بسیار کم در داخل درز جوش و ساختار داخلی متراکم با خواص مکانیکی عالی ایجاد می شود. ثانیاً، جوشکاری زیرپودر میتواند جریانهای بالا را تحمل کند و به گرمای ورودی زیاد دست یابد، دارای قابلیت نفوذ خوب است، و مخصوصاً برای جوشکاری صفحه ضخیم که با فرآیندهای جوشکاری معمولی تکمیل نمیشود، مناسب است. علاوه بر این، این روش جوشکاری خودکار دارای راندمان تولید بالا، فرآیند جوشکاری پایدار، نرخ عیب کم و وابستگی بسیار کمی به نیروی انسانی است. چهارم، آلودگی ناشی از دود جوشکاری به میزان قابل توجهی کاهش مییابد و محیط کار و ایمنی در محل را- بهبود میبخشد. پنجم، درز جوش صاف و یکنواخت است، تقریباً بدون پاشش، به طور قابل توجهی حجم کاری سنگ زنی و پردازش خوب بعدی را کاهش می دهد و راندمان تولید را بهبود می بخشد.
محدودیت ها
اگرچه جوشکاری زیر آب دارای مزایای قابل توجهی است، اما محدودیت های فنی خاصی نیز دارد. با توجه به نیاز به پوشش شار در طول فرآیند جوشکاری، جوش زیرپودری فقط برای جوشکاری صاف و جوشکاری افقی مناسب است و نمیتواند به جوشکاری کامل- مانند جوشکاری عمودی و جوشکاری سربار دست یابد. بنابراین، محدودیت های موقعیتی وجود دارد. بعلاوه، جوشکاری زیرپودری برای جوشکاری صفحه نازک مناسب نیست زیرا ورودی گرمای جوشکاری زیردریایی بسیار زیاد است، که مستعد ایجاد تغییر شکل صفحه یا سوختگی است. در عین حال، به دلیل اندازه بزرگ تجهیزات جوشکاری، برای قطعات کوچک کاری پیچیده و نامنظم-و همچنین سناریوهای ساخت متحرک مناسب نیست. در تولید واقعی، کنترل فرآیند کلیدی دقیق باید انجام شود: دمای خشک کردن شار را به شدت کنترل کنید تا از ترکهای ناشی از هیدروژن- جلوگیری کنید. جریان و ولتاژ را دقیقاً مطابقت دهید تا از نفوذ نکردن یا گرم شدن بیش از حد الکترود جلوگیری شود. از پوشش یکنواخت شار برای جلوگیری از نفوذ هوا اطمینان حاصل کنید. سرعت جوش را به طور منطقی کنترل کنید تا تشکیل جوش را تثبیت کنید.
کاربردهای صنعتی اصلی
جوشکاری قوس الکتریکی به طور گسترده ای در زمینه های تولید صنایع سنگین استفاده می شود که در آن استانداردهای بالایی از کیفیت و کارایی مورد نیاز است.
1. در صنعت لولههای فولادی، این یک فرآیند جوشکاری تخصصی برای لولههای مارپیچی و لولههای درزدار طولی-بزرگ است و به طور گسترده در خطوط لوله نفت و گاز در فواصل طولانی، خطوط لوله تامین آب شهری و خطوط لوله مهندسی نیروی باد استفاده میشود.
2. در صنعت سازه های فولادی سنگین، فناوری جوشکاری قوس زیردریایی برای ورق های فولادی پل، سازه های باربر ساختمان-و ساخت ماشین آلات بندری استفاده می شود.
3. در تولید مخازن تحت فشار و دیگ بخار، از این فناوری برای جوشکاری سیلندرهای ضخیم-برای اطمینان از تحمل فشار بالا و سفتی هوا استفاده میشود.
4. در زمینه کشتی سازی و مهندسی دریایی، جوشکاری قوس زیر آب می تواند پایداری ساختاری و مقاومت در برابر خوردگی صفحات فولادی بدنه کشتی و اجزای پلت فرم دریایی را تضمین کند.
با توسعه مداوم اتوماسیون و تولید هوشمند، فناوری جوش قوس زیردریایی به تدریج به سمت تنظیم پارامترهای هوشمند، جوشکاری مشترک ربات و جوشکاری کارآمد تکامل مییابد و کارایی تولید صنعتی را بیشتر میکند.
جوشکاری زیرپودری یک فرآیند جوشکاری کارآمد، باکیفیت{{0} و بسیار خودکار است که از طریق محافظت از شار و خالص سازی متالورژیکی، جوشکاری را به دست می آورد. برخلاف جوشکاری قوس الکتریکی سنتی، در جوشکاری قوس زیردریایی از شار دانه ای برای محافظت استفاده می شود، جوشکاری بسته را امکان پذیر می کند، به طور موثری عیوب تخلخل را از بین می برد و فلز جوش را خالص می کند و در نتیجه خواص مکانیکی بهتری دارد. دارای مزایای قابل توجهی مانند نفوذ عمیق، فرآیند پایدار، ظاهر جوش زیبایی و نرخ عیب کم است. این به ویژه برای صفحات ضخیم، جوش های طولانی و تولید صنعتی در مقیاس بزرگ مناسب است.
اگرچه محدودیتهای خاصی در موقعیتهای جوشکاری و جوشکاری صفحه نازک دارد، اما همچنان در صنایع سنگین، ساخت خطوط لوله، تولید مخازن تحت فشار و مهندسی سازههای فولادی جایگاه غالبی دارد. در آینده، با نوآوری مداوم در فناوری جوشکاری و سیستمهای کنترل خودکار، جوشکاری زیرپودری به راندمان جوشکاری بالاتر، نرخ عیب کمتر و عملکرد جوش پایدارتر دست خواهد یافت و همچنان یک فرآیند جوشکاری هستهای است که از ساخت زیرساختهای صنعتی مدرن پشتیبانی میکند.
