مفهوم و طبقهبندی جوشکاری قوس فلزی با گاز (GMAW)
جوشکاری قوس فلزی با گاز (GMAW) یک فرآیند جوشکاری قوسی است که از یک الکترود سیمی مصرفی استفاده میکند و گاز محافظ که از خارج تامین میشود به عنوان محیط قوس عمل میکند. این گاز از قطرات فلز مذاب، حوضچه جوش و فلز با دمای بالا در منطقه جوش محافظت میکند. بر اساس مواد سیم و گازهای محافظ مختلف، به فرآیندهای زیر طبقهبندی میشود:
۱. طبقهبندی بر اساس نوع سیم جوش
- به جوشکاری با سیم جامد و جوشکاری با سیم هسته فلزی تقسیم میشود.
- سیم جامد با محافظت گاز خنثی (آرگون یا هلیوم) به عنوان جوشکاری MIG (جوشکاری قوس فلز با گاز خنثی) تعریف میشود.
- سیم جامد با محافظت گاز مخلوط غنی از آرگون به عنوان جوشکاری MAG (جوشکاری قوس فلز با گاز فعال) شناخته میشود.
- سیم جامد با محافظت CO₂ خالص به سادگی جوشکاری CO₂ نامیده میشود.
- برای سیم هسته فلزی: جوشکاری قوس با استفاده از CO₂ یا مخلوط CO₂+Ar به عنوان گاز محافظ، جوشکاری هسته فلزی با گاز محافظ است؛ جوشکاری بدون گاز محافظ خارجی، جوشکاری قوس خود محافظ نامیده میشود.
۲. تفاوتهای بین جوشکاری استاندارد MIG/MAG و جوشکاری CO₂
- جوشکاری CO₂ دارای هزینه کم و بهرهوری بالا است، اما معایب آشکاری مانند پاشش زیاد و ظاهر نامناسب جوش دارد. به همین دلیل، بسیاری از کاربردهای صنعتی به جای آن از جوشکاری استاندارد MIG/MAG استفاده میکنند.
- جوشکاری استاندارد MIG/MAG به گاز محافظ خنثی یا گاز مخلوط غنی از آرگون متکی است، در حالی که جوشکاری با CO₂ خالص خواص اکسیدکنندگی قوی از خود نشان میدهد. این تفاوت اساسی، ویژگیها و محدودیتهای کاربردی آنها را تعیین میکند.
۳. مزایای اصلی جوشکاری MIG/MAG نسبت به جوشکاری CO₂
- کاهش پاشش بیش از ۵۰٪: تحت حفاظت گاز آرگون یا غنی از آرگون، قوس جوشکاری بسیار پایدار باقی میماند. عملکرد پایدار قوس در طول انتقال قطره و انتقال اسپری حفظ میشود. حتی در انتقال اتصال کوتاه با جوشکاری MAG با جریان کم، دافعه قوس روی قطرات مذاب به شدت کاهش مییابد و پاشش را بیش از نصف کاهش میدهد.
- رشته جوش یکنواخت و زیبا: جوشکاری MIG/MAG انتقال قطرهای یکنواخت، ریز و پایدار را تضمین میکند و در نتیجه تشکیل جوش صاف، یکنواخت و از نظر بصری جذاب ایجاد میشود.
- فلزات و آلیاژهای واکنشپذیر قابل جوشکاری: اتمسفر جوشکاری دارای اکسیداسیون ضعیف یا تقریباً بدون اکسیداسیون است. MIG/MAG نه تنها فولاد کربنی و فولادهای با آلیاژ بالا، بلکه فلزات واکنشپذیر از جمله آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم، فولاد ضد زنگ، منیزیم و آلیاژهای منیزیم را نیز میتوانند جوشکاری کنند. این امر به طور قابل توجهی عملکرد فرآیند جوشکاری، کیفیت جوش و بهرهوری تولید را بهبود میبخشد.
۴. تفاوتهای بین جوشکاری MIG/MAG پالسی و MIG/MAG استاندارد
- MIG/MAG استاندارد عمدتاً از انتقال اسپری در جریان بالا و انتقال اتصال کوتاه در جریان پایین استفاده میکند. عملیات جریان پایین همچنان با پاشش زیاد و شکلدهی ضعیف مواجه است. به خصوص فلزات واکنشپذیر مانند آلیاژهای آلومینیوم و فولاد ضد زنگ را نمیتوان در جریان پایین به نرمی جوشکاری کرد.
- جوشکاری MIG/MAG پالسی برای حل این مشکل توسعه یافته است. ویژگی اصلی آن انتقال یک قطره در هر پالس جریان است که اساساً متعلق به حالت انتقال قطره اسپری است.
- حالت کاری بهینه، یک پالس، یک قطره است. تنظیم فرکانس پالس، فرکانس انتقال قطره و سرعت ذوب سیم را کنترل میکند. قطر قطره نزدیک به قطر سیم است که در مقایسه با انتقال اسپری معمولی و انتقال قطره بزرگ، حرارت قوس کمتر و دمای قطره پایینتری را به همراه دارد.
مزایای کلیدی:
- راندمان ذوب بالاتر سیم؛
- دود جوشکاری کمتر، سوختگی کمتر عناصر آلیاژی و محیط کاری بهتر؛
- حداقل یا تقریباً صفر پاشش با جهتدهی عالی قوس؛
- مناسب برای جوشکاری در تمام موقعیتها با تشکیل جوش خوب، عرض جوش وسیعتر، نفوذ انگشتی کمعمق و تقویتکننده کوچک؛
- جوشکاری عالی با جریان کم برای فلزات واکنشپذیر مانند آلیاژهای آلومینیوم؛
- محدوده جریان قابل استفاده انتقال اسپری را گسترش میدهد؛ انتقال قطره پایدار را میتوان از جریان اسپری بحرانی نزدیک تا دهها آمپر به دست آورد.
۵. معایب جوشکاری MIG/MAG پالسی
- هیچ فرآیندی بدون محدودیت نیست. در مقایسه با جوشکاری استاندارد MIG/MAG:
- بهرهوری جوشکاری در عملیات روتین کمی پایینتر درک میشود؛
- الزامات بالاتر برای مهارت جوشکار و تجربه عملیاتی؛
- هزینه نسبتاً بالاتر تجهیزات جوشکاری.
۶. سناریوهای کاربردی که در آنها جوشکاری MIG/MAG پالسی الزامی است
- انتخاب MIG/MAG پالسی به الزامات فرآیند جوشکاری بستگی دارد. این امر برای مواد و صنایع زیر ضروری است:
- فولاد کربن: کاربردهایی که به کیفیت و ظاهر بالای جوش نیاز دارند، مانند مخازن تحت فشار، دیگهای بخار، مبدلهای حرارتی شیمیایی، مبدلهای حرارتی تهویه مطبوع مرکزی و محفظههای مارپیچ توربینهای هیدروالکتریک.
- فولاد ضد زنگ: جوشکاری با جریان کم (زیر ۲۰۰ آمپر) با استانداردهای کیفی و ظاهری سختگیرانه، از جمله قطعات لوکوموتیو و مخازن تحت فشار شیمیایی.
- آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم: جوشکاری با جریان کم (زیر ۲۰۰ آمپر) برای ظاهر و عملکرد با استاندارد بالا، که به طور گسترده در قطارهای پرسرعت، سوئیچهای ولتاژ بالا و تجهیزات جداسازی هوا استفاده میشود.
- مس و آلیاژهای مس: تقریباً تمام جوشکاری آلیاژهای مس در محدوده GMAW از فرآیند MIG/MAG پالسی استفاده میکند.