0 تا 100 جوشکاری CO₂ !

پیشنهاد می کنیم جهت آشنایی بهتر با این مبحث، ابتدا مقاله جوشکاری قوسی با گاز محافظ (GMAW) را مطالعه کنید.

جوشکاری CO₂ چیست؟

به نوعی از جوشکاری قوسی با گاز محافظ (GMAW) که در آن از گاز محافظِ کربن دی اکسید استفاده شود، جوش CO₂ می گویند. از آن جا که CO₂ یک گاز فعال است، این نوع جوشکاری در طبقه بندی Metal Active Gas یا MAG قرار می گیرد.

گاز CO₂ علاوه بر خواص محافظتی عالی، ده برابر قیمت پایین تری نسبت به گاز محافظ آرگون دارد! بنابراین یکی از متداول ترین روش های جوشکاری در صنایع متالورژی وابسته به فولاد است.

جوشکاری CO₂ بهترین روش برای جوشکاری صفحات نازک و نیمه ضخیم غیر سخت فولادی است. این روش اتصال دهی، در شرکت ایران خودرو بعد از جوش مقاومتی، بالاترین میزان کاربرد را در بدنه سازی خودروها دارد.

جوشکاری CO₂ به چه صورتی انجام می شود؟

در جوشکاری قوسی با گاز محافظ CO₂، الکترود (سیم جوش) در سیم ‌پیچ اولیه جمع آوری شده است. این الکترود به وسیله موتور تغذیه به طور خودکار و مداوم، وارد مشعل جوش (تورچ) می ‌شود.

با ایجاد جریان الکتریکی در سیم جوش، قوس الکتریکی میان نوک الکترود و فلز پایه ایجاد می شود. حرارت قوس، سیم و فلز پایه را ذوب می ‌کند تا اتصال مطلوب در شکاف مورد نظر ایجاد شود. به منظور این که فلز جوش توسط اکسیژن و نیتروژن اتمسفر تحت‌ تاثیر قرار نگیرد، گاز CO₂ از نازل مشعل جوشکاری برای محافظت از حوضچه جوش تامین می‌ شود.

آمپر و ولتاژ جوشکاری CO₂ زمانی با هم همخوانی دارند که ریزترین و مداوم ترین صدای ریزش قطرات سیم جوش در هنگام کار شنیده شود. پس از تنظیم ولتاژ و آمپراژ دستگاه، باید خروجی کابل اتصال منفی روی دستگاه جوش به درستی تنظیم شود. این تنظیم، نسبت به ضخامت قطعه و میزان گرمای لازم انتقالی به قطعه انجام می گیرد. اگر ولتاژ و آمپراژ دستگاه به خوبی تنظیم نشوند، پاشش و جرقه جوشکاری زیاد خواهد بود.

بررسی واکنش های شیمیایی در جوش CO₂ مقاطع فولادی

وقتی آهن با نیتروژن ترکیب می‌ شود، تا حدود زیادی ترد می‌ شود. همچنین گاز اکسیژن مولکولی (O₂) با ترکیب شدن با فلز مذاب، ترکیبات اکسیدی سرامیکی را تولید می کند که اکثرا خواص جوش را کاهش می دهند.

در جوش SMAW، فلاکسی که روی الکترود جوش وجود داشت، نقش ایجاد سرباره محافظ در برابر گازهای محیطی را ایفا می کرد. در جوشکاری CO₂، دمش گاز کربن دی اکسید این وظیفه را دارد.

در این فرایند، گاز CO₂ می ‌تواند با حرارت بسیار بالا به CO و O در نزدیکی قوس تجزیه شود. هر چند این گازها پس از خنک شدن مجددا به CO₂ تبدیل می شوند.

CO2 ↔ CO + O

اکسیژن تجزیه شده با آهن مذاب ترکیب می‌شود تا FeO را تولید کند.

Fe + O ↔ FeO

عنصر کربن که در فولاد وجود دارد، با اکسیژن آسان ‌تر واکنش می دهد. بنابراین با گرفتن O از FeO گاز CO را تولید می کند. وجود این گاز در فلز جوش، باعث تولید حفرات Blowhole می شود.

FeO + C ↔ Fe + CO

برای بهبود خواص جوش، لازم است از این واکنش جلوگیری شود. بنابراین از یک سیم جوش دارای عناصر سیلیسیم و منگنز استفاده می شود. این عناصر، توانایی واکنش بسیار بیشتری نسبت به کربن دارند. این عناصر پس از واکنش با اکسیژن و تشکیل  SiO₂ و  MnO روی سطح مذاب جوش شناور می‌ شوند. این سرباره باعث می شود تا تشکیل blowhole ها تا حدود زیادی کاهش یابد.

FeO + Mn ↔ Fe + MnO
2Fe + Si ↔ 2Fe + SiO₂

چرا کربن دی اکسید؟!

در ابتدا لازم است ذکر کنیم گاز CO₂ معمولا به عنوان گاز محافظ در جوشکاری فولادهای کربنی کاربرد دارد. استفاده از این گاز برای اتصال دیگر فلزات، احتمال اکسیداسیون فلز جوش را افزایش داده و سبب آسیب به خواص متالوژیکی مقاطع می شود. در این بخش، علل اصلی استفاده از CO₂ به عنوان گاز محافظ در فرایند جوشکاری MAG را بر خواهیم شمرد:

کاهش تنش سطحی

جوشکاری با گاز کربن دی اکسید می تواند تنش سطحی را تا حد زیادی کاهش دهد. تنش سطحی به ویژه در جوشکاری کربن استیل باعث نفوذ کمتر جوش می شود. این تنش سطحی بالا را نمی توان با گازهای بی اثر مانند هلیوم یا آرگون کاهش داد و گاز CO₂ تنها گازی است که در این موضوع موثر واقع می شود و نفوذ پذیری در کربن استیل را بهبود می بخشد.

افزایش نفوذ جوش

گاز محافظ CO₂ با متمرکز کردن حرارت قوس، باعث بهبود نفوذ جوش می شود. این موضوع، احتمال ایجاد یکی از مرسوم ترین عیوب فرایند جوشکاری مگ یعنی نفوذ ناقص (LOP) را به شکل قابل ملاحظه ای کمتر می کند.

کاهش هزینه

همان طور که ذکر کردیم، مزیت مهم این گاز در مقایسه با آرگون و هلیم، قیمت کمتر آن است. این امر می تواند با کاهش هزینه جوشکاری، صرفه اقتصادی استفاده از فرایند جوشکاری مگ را بیشتر کند.

کاهش اکسیداسیون

پیش تر گفتیم که به علت درجه حرارت بسیار بالای قوس جوشکاری CO₂ ، این گاز به مونوکسید کربن و اکسیژن تجزیه می شود و از اکسیداسیون فلز جوش جلوگیری می کند. همین موضوع، می تواند به صورت موازی سبب بهبود در برخی از خواص فلز جوش (مانند استحکام، سختی و چقرمگی) در فولادهای کربنی شود.

عدم ایجاد گِل جوش

جوشکاری CO₂ گل جوش ایجاد نمی کند. این مزیت به اپراتور اجازه می دهد نقطه جوش های دقیق و سالم تری را ایجاد کند. این موضوع، نیاز به فرزکاری را نیز برطرف می کند. همچنین در نوسانات دمایی گرما و سرما و در مکان های مرطوب، به علت نبود گل جوش، بخش های اتصالی زنگ نمی زنند. این موضوع تا حدود زیادی سبب زیبایی بصری مقاطع می شود.

امکان ترکیب با سایر گازها

طبق گزارشات صنعتی، در برخی موارد کاربرد گاز دی اکسید کربن به تنهایی، سبب پاشش (Spatter) فراوان جوش می شود. اما ترکیب این گاز با آرگون، می تواند به قوسی آرام و پایدارتر منجر شود. البته باید توجه شود که این ترفند، به همراه ولتاژ جوشکاری پایین قابل اجراست.

جلوگیری از بعضی عیوب

گاز دی اکسید کربن به دلیل چگالی مناسب، محافظت خوبی از حوضچه مذاب به عمل می آورد. این امر در کنار دمای قوس بالاتر، سبب جلوگیری از ایجاد عیوبی مانند سوختگی کنار جوش (Undercut) می شود. این ممانعت باعث شکل دهی مناسب خط جوش (good Profile Weld Bead) می شود.

افزایش چقرمگی

در یک فرایند جوشکاری با کیفیت، جهت ایجاد چقرمگی مناسب در فلز جوش نیاز به ترکیب مناسبی از گاز محافظ و مواد پرکننده (Filler Metal) است. دی اکسید کربن در ترکیب مناسب با دیگر گازهای محافظ، می تواند به بهبود چقرمگی مجموعه جوشکاری شده (Weldment) منجر شود. بهبود چقرمگی و افزایش نرمی جوش باعث می شود حتی بر اثر تکان های شدید، مقاطع از هم جدا نشوند.

اگر به دنبال دستگاه جوش CO₂ هستید، این قسمت را حتما بخوانید:

اگر به دنبال دستگاه جوش CO₂ باشید، ممکن است برندهای مختلفی را در بازار بیابید. اما اکثر این دستگاه ها تکنولوژی یکسانی دارند. این دستگاه ها دارای طراحی سیستم وایرفیدر (تغذیۀ سیم) و پاور سورس (منبع قدرت) یکپارچه هستند. معمولا امکان کنترل ولتاژ و شدت جریان جوشکاری به طور پیوسته در ماشین های جوش CO₂ وجود دارد.

اکثر ماشین های جوشکاری مگ CO₂ مجهز به کابل و انبر جوش و اتصال هستند. این دستگاه جوشکاری با گاز کربن دی اکسید کار می‌کند و از تکنولوژی IGBT در برد دستگاه استفاده شده است. نام این تکنولوژی، مخفف عبارت Insulated-Gate Bipolar Transistor است. در این فناوری از سه ترمینال قدرت نیمه رسانا، برای افزایش سرعت سوئیچینگ استفاده می شود.

برای نحوه شروع و پايان فرایند جوشكاری با این ماشین ها، حق انتخاب وجود دارد. اکثر اپراتورها فرایند آغاز و پایان را با يک يا دو بار فشردن شستی تورچ تنظیم می کنند. دستگاه های مدرن جوش CO₂ در حفظ پایداری پارامترهای جوشکاری، حتی با دخالت نوسانات برق شهر عملکرد خوبی دارند.

با این دستگاه ها امکان جوشکاری فلزات غیر آهنی و آلیاژهای آن ها وجود دارد و کیفیت جوش مطلوبی حتی برای فلزات با ضخامت کم ایجاد خواهد شد.

بهتر است در ماشین جوشکاری CO₂ تزریق الکترود در لحظه شروع قوس با سرعت پایین انجام شده و رفته رفته سرعت به حد مطلوب برسد. سرعت تغذیه الکترود در این دستگاه ها حدودا 2.5 تا 13 متر در دقیقه است.

از دیگر ویژگی های مورد انتظار دستگاه های جوش CO₂ می توان موارد زیر را نام برد:

• کاهش سنگینی و اندازه دستگاه با استفاده از تکنولوژی اینورتر
• شاسی و موتور پر قدرت با 2 حلقه محرک
• كنترل سرعت سيم با فيدبک و ترمز
• دارای شستی تست سيم
• تولید و تست بر اساس استاندارد ملی ISIRI
• دارای دوره مطلوب ضمانت

از جوشکاری CO₂ برای چه کاربردهایی استفاده می شود؟

مطمئنا محافظ های شاخ گوزنی را روی دیوار خانه ها دیده اید! اگر چه این مقاطع، به نوعی نماد بی اعتمادی به دیگر شهروندان به حساب می آیند، اما جلوه بسیار زیبایی را در کنار حفاظت از ساختمان به وجود می آورند.

می توان گفت در صنایع تولید حفاظ و اتصال شاخه ها، جوشکاری CO₂ حرف اول را می زند. این روش در هر دو حالت اتوماتیک و غیر اتوماتیک، در هر متر حفاظ، حدودا 200 نقطه اتصال ایجاد می کند. جوش CO₂ درصد ضعف خواص در نقاط اتصال را بسیار کمتر می کند، زیرا این فرایند گل جوش ایجاد نمی کند.

جوش مگ با دی اکسید کربن، به علت ایجاد جرقه کمتر برای جوشکاری فلزات مغناطیسی و غیر مغناطیسی پیشنهاد می شود. به طور کلی کاربردهای اصلی جوشکاری CO₂ را می توان در موارد زیر خلاصه کرد:

• ساخت و تعمیرات حفاظ های نرده ای درب، پنجره و بالکن
• اتصال قطعات بدنه در صنایع خودرو و کشتی سازی
• ساخت انواع دروازه ساده
• ساخت انواع اسکلت های طرح دار با زوار
• جوشکاری مقاطع با سرعت بالا

مزایای جوشکاری CO₂

• میزان جرقه زنی در این روش کم است.
• قابلیت تغذیه سیم جوش به طور مستمر وجود دارد. بنابراین زمانی برای تعویض الکترود صرف نمی شود.
• این فرایند به آسانی می تواند در تمام وضعیت های جوشکاری استفاده شود.
• حوضچه مذاب و قوس الکتریکی در جوش CO₂ به وضوح قابل مشاهده است.
• در این روش سرباره ای وجود ندارد یا میزان آن بسیار کم است.
• در این روش از سیم جوشی با قطر نسبتاً کم استفاده می شود. این موضوع سبب افزایش چگالی جریان می شود.
• درصد بالایی از سیم جوش در منطقۀ اتصال رسوب می کند.

معایب جوشکاری CO₂

• تجهیزات و ادوات جوشکاری نسبت به روش های دیگر بیشتر است.
• جوشکاری به کیفیت و خلوص گاز CO₂ و تمیزی سیم جوش بسیار حساس است.
• در جوشکاری ورق های گالوانیزه، فلز روی از طریق پوشش وارد مذاب می شود و باعث افزایش تردی و کاهش مقاومت در برابر ترک می شود.
• ایجاد گاز CO₂ ممکن است آثار مخربی روی سلامتی داشته باشد.

اگر از جوش CO₂ استفاده می کنید، این نکات را جدی بگیرید!

• بهتر است از گازوئیل برای شستشوی دستگاه و ابزار استفاده نکنید.
• هر 200 ساعت 1 بار موتور تغذیه دستگاه را چک کنید.
• در هنگام جوشکاری فاصله ایمنی را رعایت کنید و از ماسک جوشکاری استفاده کنید.
• دقت داشته باشید که کابل های دستگاه باید روکش پلاستیکی داشته باشند.
• از رعایت فاصله ایمنی کابل با منبع اطمینان داشته باشید.
• اندازه شیار قرقره کشنده وایر فیدر را با قطر سیم جوش مصرفی به درستی تنظیم کنید.
• میزان دمش گاز محافظ با قطر سیم جوش را به درستی تنظیم کنید. (میزان گاز محافظ عبوری 10 برابر قطر سیم جوش باشد).
• دقت داشته باشید که فنر تورچ دستگاه باید به لحاظ عملکرد سالم باشد.
• فاصله نوک نازل الکترود تا نوک شعله هنگام دمش CO₂ را به میزان 2 میلی متر تنظیم کنید.
• در هنگام جوش کاری، نباید زاویه جوش را نسبت به خط عمود بر کار بیشتر از 25 درجه تنظیم کنید، چرا که این کار باعث می شود گاز محافظ کاملا روی حوضچه جوش نریزد.
• بهتر است برای ممانعت از چسبیدن جرقه ها به داخل شعله جوش و اطراف نازل سیم جوش، در فواصل بین کار و بعد از تمیز کردن آثار جرقه ها از اسپری ضد جرقه استفاده کنید.

ایمنی را در جوشکاری CO₂ رعایت کنید!

پیش از این گفتیم که استفاده از گاز دی اکسید کربن در فرایند جوشکاری MAG کمترین خطر را به دنبال دارد. برای مثال، مزیت کاهش جرقه، خود عاملی در حفظ ایمنی محیط کار است. اما، نمی توان از تولید گاز مونو اکسید کربن در فرایند جوشکاری مگ با گاز CO₂ جلوگیری کرد!

افزایش این گاز در کارگاه های بسته می تواند سبب بروز مشکلاتی شود. تنفس گاز CO به مقدار زیاد ممکن است باعث خفگی و آسیب جدی به دستگاه تنفسی شود. برای حل این مشکل حتما باید از ماسک تنفسی در هنگام جوشکاری در فضای بسته استفاده کنید. همچنین محیط کاری شما باید دارای تهویه مطبوع باشد.

برای جلوگیری از آسیب های حرارتی احتمالی و افزایش ضریب امنیت در جوشکاری، لازم است تا از دستکش محافظ استفاده کنید. این روش برای اتصال قطعات فولادی به طور گسترده ای استفاده می شود. در این حالت افزایش شدید دما در منطقه جوش مقاطع فولادی طبیعی است و ممکن است باعث سوختگی شدید دستان شما شود!

جمع بندی

جوشکاری CO₂ یکی از روش های جوشکاری با گاز محافظ است که از گاز CO₂ برای محافظت از حوضچه جوش استفاده می کند. استفاده از این گاز، فرایند جوشکاری CO2 را بسیار مقرون به صرفه کرده و کاربردهای بسیار زیادی به خصوص در جوشکاری مقاطع فولادی برای آن به ارمغان آورده است. با این حال، تاثیرات مخرب بر سلامتی، یکی از بزرگترین چالش هایی است که این روش به همراه می آورد. بنابراین توصیه می شود در هنگام استفاده از این روش، نکات با دقت عمل کنید و نکات ایمنی ذکر شده در مقاله را به درستی اجرا نمایید.