کلیات

جوشکاری (به انگلیسی: Welding) یکی از روش‌های ساخت می‌باشد که هدف آن اتصال دائمی مواد مهندسی از قبیل فلز، سرامیک، پلیمر و کامپوزیت به‌یکدیگر است؛ و این کار معمولاً از طریق ایجاد حرارت بالا و ذوب ماده و سپس سرد کردن برای ایجاد جوش انجام می‌شود.

جوشکاری با روش‌های اتصال دما پایین‌تری مانند لحیم‌کاری نرم (Soldering) و لحیم‌کاری سخت (Brazing) که در آنها فلز پایه ذوب نمی‌شود، تفاوت دارد. در جوشکاری علاوه بر ذوب فلز پایه، معمولاً از یک ماده به عنوان پرکننده نقطه اتصال (Filler) استفاده می‌شود تا حوضچه ای از مواد مذاب ایجاد گردد که پس از خنک شدن و ایجاد اتصال می‌تواند از فلز یا ماده پایه نیز قوی تر باشد. همچنین ممکن است از فشار در کنار گرما یا به تنهایی برای تولید جوش استفاده گردد. ضمناً در جوشکاری به نوعی محافظ برای حفاظت از فلزات پرکننده یا فلزات ذوب شده در برابر اکسید شدن یا آلودگی نیاز است.

برای ایجاد حرارت مورد نیاز جوشکاری از منابع انرژی متعددی می‌توان استفاده کرد، از قبیل: شعله گاز، قوس الکتریکی، لیزر، پرتوی الکترون، اصطکاک، و امواج مافوق صوت. همچنین جوشکاری در محیط‌های صنعتی مختلفی قابل اجراست از قبیل: هوای آزاد، جوشکاری زیر آب، و خارج از اتمسفر زمین. جوشکاری یک کار خطرناک است و برای جلوگیری از سوختگی، شوک الکتریکی، آسیب چشمی و دید، استنشاق گازهای سمی و دود و قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش شدید، نیاز به احتیاط می‌باشد.

فرایندهای جوشکاری با قوس الکتریکی

جریان الکتریکی از جاری‌شدن الکترون‌ها در یک مسیر هادی به‌وجود می‌آید. هرگاه در مسیر مذکور یک شکاف هوا (گاز) ایجاد شود، جریان الکترونی و در نتیجه جریان الکتریکی قطع خواهد شد. چنانچه شکاف هوا به‌اندازهٔ کافی باریک بوده و اختلاف پتانسیل و شدت جریان بالا، گاز میان شکاف یونیزه‌شده و قوس الکتریکی برقرار می‌شود. از قوس الکتریکی به‌عنوان منبع حرارتی در جوشکاری استفاده می‌شود. حرارت ایجاد شده در جوشکاری به دلیل حرکت الکترون‌ها در ستون قوس و بمباران الکترونی قطعه کار می‌باشد. روش‌های جوشکاری با قوس الکتریکی عبارت‌اند از:

• جوشکاری با الکترود دستی پوشش‌دار (Shielded Metal Arc Welding-SMAW)
• جوشکاری زیرپودری (submerged arc welding-SAW)
• جوشکاری با گاز محافظ (GMAW یا MIG/MAG)
• جوشکاری با گاز محافظ و الکترود تنگستنی (GTAW یا جوشکاری TIG)
• جوشکاری پلاسما

فرایندهای جوشکاری مقاومتی

در جوشکاری مقاومتی با عبور یک جریان الکتریکی بالا از درون قطعه کار، و ایجاد گرما به دلیل وجود مقاومت الکتریکی و فشار وارد شده از سمت بازوهای مسی اتصال ایجاد می‌گردد. با عبور جریان زیاد (۱۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰ آمپر) از درون فلز، حوضچه کوچکی از فلز مذاب در منطقه جوش ایجاد می‌شود. به‌طور کلی، روش‌های جوشکاری مقاومتی کارآمد هستند و آلودگی کمی ایجاد می‌کنند، اما کاربرد آنها تا حدودی محدود است و هزینه تجهیزات می‌تواند زیاد باشد. روش‌های جوشکاری مقاومتی عبارتند از:

• جوش نقطه‌ای
• درز جوش
• جوش تکمه‌ای
• با استفاده از قالب

فرایندهای جوشکاری حالت جامد

دسته‌ای از فرایندهای جوشکاری هستند که در آن‌ها عمل جوشکاری بدون ذوب‌شدن لبه‌ها انجام می‌شود. در واقع لبه‌های تحت فشار با حرارت یا بدون حرارت در همدیگر له می‌شوند. فرایندهای این گروه عبارت‌اند از:

• جوشکاری اصطکاکی

در این روش به‌جای استفاده از انرژی الکتریکی برای تولید گرمای مورد نیاز ذوب فلزات از انرژی مکانیکی استفاده می‌گردد. به‌این ترتیب که یکی از دو قطعه که با سرعت درحال دوران است به‌قطعهٔ دوم که ثابت نگه داشته‌شده تماس داده می‌شود. در اثر اصطکاک بین دو قطعه و تولید حرارت، محل تماس دو قطعه ذوب‌شده و لبه‌های تحت فشار با حرارت در همدیگر له می‌شوند.

• جوشکاری نفوذی
• جوشکاری با امواج مافوق صوت

فرایند جوشکاری با گاز

جوشکاری با گاز یکی از گروه فرایندهای جوشکاری است که در آن، اتصال با ذوب‌شدن توسط یک یا چند شعله مانند استیلن یا پروپان، با اعمال فشار یا بدون آن، با کاربرد فلز پرکننده یا بدون آن انجام می‌شود.

از لیزرهای مختلفی مانند «زر گاز کربنیکی» یا لیزر یاقوت برای جوشکاری می‌توان استفاده کرد. دقت می‌شود که انرژی پرتو، آن‌قدر زیاد نباشد که باعث تبخیر فلز شود.

جوشکاری با اشعه الکترونی

کاربرد جریانی از الکترون‌ها است که با ولتاژ زیاد شتاب داده شده‌اند و به‌صورت باریکه‌ای متمرکز به‌عنوان منبع حرارتی جوشکاری به‌کار می‌روند. به‌دلیل چگالی بالای انرژی در این پرتو، منطقه تفدیده بسیار باریک می‌باشد و جوشی با کیفیت مناسب به‌دست