یراکشوج یاهدنیآرف رب یاهمدقمdl.iran-mavad.com/pdf94/Introduction to Gas... · یراکشوج یاهدنیآرف رب یاهمدقم ظفاحم زاگ ششوپ

ای بر فرآیندهای جوشکاری مقدمهتحت پوشش گاز محافظ

(Introduction to Gas Shielded Arc Welding)

دکتر رنجبر: استادمصطفی مقیمی، محمد سپهوند: تهیه کنندگان

www.iran-mavad.com مرجع علمى مهندسى مواد

اهمیت پروسه های جوشکاری تحت گاز محافظی بر افزایش مصرف روش های مبتنی بر محافظت با گاز نسبت به روش های مبتن

1992سال منتهی به 20محافظت با سرباره در


انواع پروسه های رایج با محافظت گاز

جوشکاری قوس تنگستن تحت پوشش گاز(GTAW) جوشکاری قوس فلزی تحت پوشش گاز(GMAW) جوشکاری توپودری(FCAW) جوشکاری قوس پالسما(PAW) جوشکاری الکتروگاز(EGW)


جوشکاری قوس تنگستن تحت پوشش گاز(Gas Tungsten Arc Welding)

وسیقجوشکاریفرآیندیکگازپوششتحتتنگستنقوستنگستنیالکترودیکبینشدهایجادقوسازکهاست

اضافهبدونیاباوبردهبهرهجوشحوضچهوغیرمصرفی.شودمیانجامپرکنندهفلزنمودن


GTAWشماتیک فرآیند


جوشکاری قوس فلزی تحت پوشش گاز(Gas Metal Arc Welding)

استقوسیجوشکاریفرآیندیکگازپوششتحتفلزیقوسحاملهکپیوستهپرکنندهفلزیکبینشدهایجادقوسازکه

راپرکنندهفلزوبردهبهرهجوشحوضچهواستجریان.دهدمیرسوبمحلدرمستقیماً


GMAWشماتیک فرآیند


جوشکاری توپودری(Flux Cored Arc Welding)

یجاداقوسازکهاستقوسیجوشکاریفرآیندیکتوپودریجوشکاریچهحوضواستجریانحاملکهپیوستهپرکنندهفلزیکبینشده

جوشسیمدرموجودفالکسطریقازمحافظت.بردمیبهرهجوش.شودمیانجاممحافظگازکمکبدونیاباوایلوله


FCAWشماتیک فرآیند


جوشکاری قوس پالسما(Plasma Arc Welding)

ستاگازپوششتحتقوسیجوشکاریروشیکپالسماقوسوودالکترمیانشدهتولیدمتمرکزبسیارقوسطریقازکه

Transferredیاانتقالیقوس)کارقطعه arc)میانیاوNonیاغیرانتقالیقوس)نازلدیوارهوالکترود transferred

arc)همانندالکترود.نمایدمیذوبراکارقطعهGTAWزهیونیوداغخنثیگازطریقازمحافظتوبودهغیرمصرفی

.شودمیانجامکمکیمحافظگازنیزوشده


PAWشماتیک فرآیند


PAWتفاوت قوس انتقالی و غیر انتقالی در


جوشکاری الکتروگاز(Electro Gas Welding)

استازگپوششتحتقوسیجوشکاریفرآیندیکالکتروگازحاملهکپیوستهپرکنندهفلزیکبینشدهایجادقوسازکه

راپرکنندهفلزوبردهبهرهجوشحوضچهواستجریانعمودیحالتدرفرآینداین.دهدمیرسوبمحلدرمستقیماً

(Vertical Position)عنوانبهکفشکدوازوشدهانجام.نمایدمیاستفاده(Backing)بندپشت


EGWنمای سه بعدی فرآیند


EGWشماتیک فرآیند


EGWخصوصیات اصلی فرآیند

متریمیلی75تا25هایورقجهتمناسبیعنیرقیبفرآیندبهنسبتجوشکاریباالیسرعتESWبهنسبتترپائینورودیحرارتESWبهبودنتیجهدرو

مکانیکیخواصصورتبهتنها)جوشکاریوضعیتدرمحدودیتVertical

Uphill)یرچشمگکاهشنتیجهدروسازیپخبهنیازعدمباال،سرعت

پرکنندهفلزمصرف


گازهای محافظ

اصلیوظیفه:وجوشسیموالکترودگرمنوکجوش،حوضچهبااتمسفرتماسازجلوگیری

یدها،اکستشکیلباصورتاینغیردر.باالدمایدرشدهمنجمدجوشفلزنیزانیکیمکخواصکربن،مونواکسیدوکربناکسیددیچونگازهاییونیتریدها

.داشتخواهدوجودتخلخلوآخالایجاداحتمالوکردهافتجانبیتاثیرات:

تاثیر روی مشخصات قوس تاثیر روی مود انتقال فلز درGMAWتاثیر روی نفوذ و شکل گرده جوش تاثیر روی فرآیند تمیزکاری قوس(Arc Cleaning)تاثیر روی تمایل به ایجاد بریدگی کناره جوشتاثیر روی سرعت جوشکاری قابل حصول

وظایف و اثرات گازهای محافظ


خواص اصلی گازها

پتانسیل یونیزاسیون(Ionization Potential) هدایت حرارتی(Thermal Conductivity) واکنش پذیری(Reactivity) تجزیه و ترکیب مجدد(Dissociation and Recombination) کشش سطحی(Surface Tension) چگالی گاز(Gas Density) نقطه شبنم(Dew Point ) خلوص گاز(Gas Purity)


پتانسیل یونیزاسیون(Ionization Potential)

کینمودنجدابرایالزمانرژیمقداریونیزاسیونپتانسیلمثبتیونیکبهآنتبدیلوگازیاتمیکازالکترون

ازگیک(دانسیته)مولکولیجرمباخاصیتاین.باشدمیدرسقوولتاژیونیزاسیونانرژیافزایشبا.داردعکسنسبت

رارتحنتیجهدرویافتهافزایشثابتقوسطولوجریانیک.رودمیباالورودی


تاثیر نوع گاز روی ولتاژ قوس در یک جریان و طول قوس ثابت


GTAWتاثیر نوع گاز محافظ بر شکل جوش در


GMAWتاثیر نوع گاز محافظ بر شکل جوش در


هدایت حرارتی(Thermal Conductivity)

حرارتانتقالجهتگازآنقدرتگاز،یکحرارتیهدایت،پایینحرارتیهدایتباگاز.دهدمینشانراقوسازناشینکخبیرونیسطحومرکزدرداغباریکمنطقهیکباقوسیبایقوسباالحرارتیهدایتباگازکهحالیدر.نمایدمیایجاد.نمودخواهدتولیدراسطحبهمرکزازتدریجیدمایتغییر


تاثیر توزیع حرارت قوس روی عرض و عمق جوش


واکنش پذیری(Reactivity)

وشجوحوضچهباواکنشایجاددرمحافظگازتواناییوتمایلذیریپواکنشعنوانذیلاحتمالی،واکنشنوعوچگونگینیز

خنثی،دستهچهاربهگازهاخصوصایندر.شودمیبررسی.وندشمیتقسیمواکنشبدونوکنندهاحیاکننده،اکسید


تجزیه و ترکیب مجدد(Dissociation and Recombination)

وژنهیدرواکسیژنکربن،اکسیددیماننداتمیچندگازهایسطحبهبرخوردازپسوشدهتجزیهقوسداغستوندر

وکنندمیآزادحرارتوشدهترکیبمجدداًکارقطعهسردتر.برندمیباالراقطعهبهورودیحرارت


کشش سطحی(Surface Tension)

رویجوشحوضچهومحافظگازبینموجودسطحیکششبهراگردهشکلبیشتر،کشش.گذاردمیتاثیرگردهشکلکششباآرگونگازمثالبرای.بردمیپیشتحدبسمت

بهمنجررودمیکاربهخالصصورتبهوقتیباالسطحیوشجکناربریدگیاحتمالرفتنباالوویسکوزیتهافزایش

راحسطترکنندگیعملگازاینبهاکسیژنافزودن.شودمی.کندمیاصالحرامربوطهعیبوبردهباال


چگالی گاز(Gas Density)

ارددآنمولکولیوزنبامستقیمنسبتکهگازیکچگالیالزمریانجنرخرویبریونیزاسیونپتانسیلرویتاثیربرعالوهگازکیچگالیباالرفتنبا.گذاردمیتاثیرنیزمحافظتبرایوتختهایوضعیتدرمحافظتبراینیازموردجریاننرخ

.یابدمیکاهشافقی


گازکیبرایمشخص،فشاریکدرکهاستدماییشبنمنقطهبهشروعبخاردماآندرمشخص،آببخارمقداربامشخص

دباشباالترگازدرموجودرطوبتمقدارهرچه.کندمیمیعانطوبترمقدارحداکثراستانداردها.یابدمیافزایششبنمنقطه

.کنندمیمشخصراشبنمدمایحداکثرنتیجهدرو

نقطه شبنم(Dew Point )


کربننسبت نقطه شبنم با مقدار رطوبت در گاز دی اکسید


بهظمحافگازتولیدبرایکهمختلفیهایپروسهبهتوجهباگازدر(Impurity)ناخالصیمقداریهمیشهرودمیکار

راخلوصازحداقلیپروسههربرایاستانداردهاکهداردوجوددرجهومادهنوعبهتوجهبامقداراینکهنمودهمشخص.رودباالتواندمیآنپذیریواکنش

خلوص گاز(Gas Purity)


خواص اصلی گازها


انواع گازهای محافظ

آرگونهلیمدی اکسید کربناکسیژنهیدروژننیتروژن


آرگونآیدمیدستبههواازکهاتمیتکخنثیگازقیافوتختهایموقعیتبرایمناسبجریاننرخنظراز:باالچگالیانگشتیجوششکل(Finger Type Penetration)(حرارتیهدایت

(پایینکندمیتقویتراقوسکنندگیتمیزخاصیتبیشتردسترسیوهلیمبهنسبتترپایینقیمتدستیجوشکاریبرایمناسب)هلیمازبهترقوسپایداریوشروع)نازکهایورقبرایمناسبجهتاینازوکمترولتاژ


هلیمآیدمیدستبهطبیعیگازازکهاتمیتکخنثیگازیباالوعمودیهایموقعیتبرایمناسبجریاننرخنظراز:کمچگالی

سرتختموقعیتدر(Flat)2محافظتبرایجریاننرخآرگونبرابر3تا

داردنیازباالحرارتیهدایت)عمیقوعریضوار،سهمی:جوششکل)حرارتنتیجهدروبیشترولتاژمشخصجریانوقوسطولیکدر

تانسیلپوکمترمولکولیجرم)کندمیتولیدقوسدربیشتریورودی(بیشتریونیزاسیون

هدایتباموادوضخیمهایورقماشینی،جوشکاریبرایمناسبباالحرارتی


مشخصه جریان ـ ولتاژ قوس در آرگون و هلیم


دی اکسید کربندرکهاتمیچندکنندهاکسیدفعالگازMAGشودمیاستفادهشوداستفادهمحافظگازعنوانبهتواندمیمخلوطیاتنهاییبهدرGMAWمودبرایتنهاییبهSprayدرتنها)شودنمیاستفاده

Short CircuitیاوGlobularمدفونقوسحالتدر)خنثیگازهایبهنسبتترپایینقیمتآرگونخواصاصالح)دهدمیافزایشراورودیحرارتمجددترکیبوتجزیهبا)دهدمیافزایشراپاشششودمیجوشکناربریدگیبهتمایلکاهشباعثآنازدرصد25تا2افزودنآوردمیپدیدشکلگالبیجوشآرگونبهنمودناضافهبا(Pear Shaped)انتقالجریانافزایشموجبدرصد25تا(Transition Current)کاهشو

شودمیGMAWدرنفوذافزایشوپایداری


اثر اضافه نمودن دی اکسید کربن در شکل جوش


اکسیژن

درکهاتمیچندکنندهاکسیدفعالگازMAGشودمیاستفادهظیرنآلیاژیعناصرمقداراکسیدایجادضمنوشدهترکیبعناصربا

دهدمیکاهشراسیلیسیمومنگنزونآرگگازدرراجوشکنارهبریدگیمشکلسطحیکششکاهشبا

(فوالدهابرایدرصد5تا1)دهدمیافزایشراسیالیتوکردهتصحیحدهدمیکاهشراانتقالیجریانمقدارکربناکسیددیبرعکس


هیدروژناتمیچندکنندهاحیافعالگازفراهمراجوشکاریدرباالترسرعتامکانوبردهباالراقوسولتاژ

جوشکاریدردرصد5تاوماشینیجوشدردرصد15تا)نمایدمی(دستی

خوردگیوتردیباعثتواندمیباالاستحکامفوالدهایدرHICگردددهدمیافزایشراتخلخلآنحدازبیشنمودناضافهًجوشکاریدرعمدتاTIG،MIG،PAWازجزئیعنوانبهنیزو

Backing GasداردکاربردهایشیتتیوبیانازکهایورقدرکاربردعمدهSSآلیاژهاییاو

مسـنیکلآلیاژهاییانیکلپایه


نیتروژن

اتمیچندفعالتقریباًگازودادهواکنش(فوالدعمدتاً)مذابحوضچهباتواندمیباالدمایدر

نمایدنیتریدتولیدهکمسمانندفلزیجوشکاریدرتواندمیودادهافزایشراقوسولتاژ

انچندامروزهحالتاینکههرچند.رودکاربهداردباالییحرارتانتقالنیستمرسوم

یاوبرشکاریبرایکاربردعمدهBacking Gasهیدروژنباترکیبدر


GMAWگازهای محافظ مناسب برای (Spray Transfer)


GMAWگازهای محافظ مناسب برای (Short Circuiting Transfer)


گاز جهت محافظت سمت پشتی قطعه(Backing Gas)

استفادهعلت:ازبعداسپاولینوریشهپاسجوشکاریهنگامدرتیتانیومنظیرفعالفلزاتدر

وجوداتمسفرباواکنشامکامکهاستقدریبهپشتیسمتدرحرارتآن،backing)پشتیگازازبایستمینتیجهدر.دارد gas)نموداستفاده.

استفادهموردگازهای:هیدروژنباترکیبدرنیتروژنگازوموادتمامبرایآرگونوهلیمگازهای

آلیاژهایومسآستنیتی،نزنزنگفوالدهایبرای(درصد4ازکمترترجیحاً).شونداستفادهتوانندمیآن

اعمالنحوه:گازپشتیمحیطحجمبرابر4حدوداًدقیقهبرلیتر25تا10بینسرعتیبا

شارفیکتنهاتایافتهکاهشتدریجبهجریانسپسو(Purging)شوددمیدهیناولوریشهپاسجوشکاریازبعد.باشدداشتهوجودمنطقهدراندکمثبت.شودمتوقفتواندمیفرآیندپرکنپاس

اینرغیدر.ننمایدایجاداضافیفشارتاباشدایگونهبهبایدگازخروج:نکتهRootنظیرعیبییاومذابجوششبهمنجرصورت Concavityشدخواهد.

درودمیدهپایینازگازهاایننیتروژنوآرگونباالیچگالیبهتوجهباهمچنین www.iran-mavad.com.شوندخارجباالازدیگرسمت

مرجع علمى مهندسى مواد

با توجه به حجم محیطPurgingزمان مناسب برای


Backingگازهای پیشنهادی برای


Backing Gasنمونه هایی از تجهیزات


جوشکاری در محفظه(Chamber)

استهتربزیرکونیموتیتانیومنظیرفعالبسیارفلزاتخصوصدرستاشدهپرخنثیگازباکهبستهمحفظهیکدرجوشکاریکه

.شودانجاموتجهیزاتدادنقرارازپسکهاستترتیباینبهپروسهاجرای

هبمناسبزماندروسرعتباخنثیگازمحفظه،داخلکارقطعههوا،کاملخروجازاطمینانازپسوشدهدمیدهآنداخل

.شودانجامجوشکاریازگومحافظگازبرعالوهمحفظه،ازاستفادهامکانعدمصورتدر

Trailingبایستمیپشتی Gasشوداستفادهنیز.


جوشکاریChamberنمونه هایی از


Trailing Gasنمونه هایی از تجهیزات مورد استفاده برای ایجاد


استانداردهای مرسوم برای گازهای محافظآمریکاییاستانداردANSI / AWS A5.32عنوانتحت

“Specification for welding shielding gases”

اروپاییاستانداردEN عنوانتحت439

“Welding consumables. Shielding gases for arc welding and cutting“


حداقل خلوص و نقطه شبنم برای گازهای محافظAWS A5.32مطابق استاندارد


سیستم نامگذاری گازهای مخلوط متداولAWS A5.32مطابق استاندارد


EN 439طبقه بندی گاز ها ی محافظ مطابق استاندارد


Documents

یراکشوج یاهدنیآرف رب یاهمدقمdl.iran-mavad.com/pdf94/Introduction to Gas... · یراکشوج یاهدنیآرف رب یاهمدقم ظفاحم زاگ ششوپ