جوشکاری قوس الکتریکی: روش انجام، انواع، کاربردها و راهنمای تخصصی

جوشکاری قوس الکتریکی یکی از پرکاربردترین و اساسی‌ترین روش اتصال فلزات در صنایع مختلف است. در این نوع جوشکاری از گرمای زیادی که یک قوس الکتریکی برای ذوب کردن فلز پایه و الکترود یا سیم جوش (مواد مصرفی) ایجاد می‌کند، برای فرآیند اتصال استفاده می‌شود تا اتصالی بی‌نقص و محکم را تجربه کنیم. در این مقاله از پویا صنعت به بررسی جامع اصول، انواع، مزایا، معایب، انتخاب روش و نکات ایمنی این روش می‌پردازد.

جوشکاری قوس الکتریکی چیست؟

جوشکاری قوس الکتریکی به فرآیند تخلیه الکتریکی متناوب با حرارت بالا ما بین دو الکترود، یا الکترود و قطعه کار در حضور گاز یونیزه گفته می‌شود. در این متُد جوشکاری، قوس با ایجاد دمایی در حدود 3500 تا 20000 درجه سانتی‌گراد، فلزات را در دمای نقطه جوش خود به حالت مذاب در آورده و اتصال را برقرار می‌کند.

البته باید بگوییم که این قوس علاوه بر منبع حرارت بودن، در بسیاری از روش های دیگر نقش فلز پرکننده را بازی می‌کند.

جوشکاری قوس الکتریکی چگونه انجام می‌شود؟

جوش قوس الکتریکی فرآیندی است که در آن اتصال فلزات با ایجاد قوس الکتریکی بین یک الکترود و قطعه کار انجام می‌شود. رای شروع یک قوس، ابتدا باید یک مدار بسته بین دستگاه جوش، کابل‌ها، الکترود و قطعه کار ایجاد کنیم. با تماس خیلی کوتاه الکترود با فلز پایه (یا با استفاده از جرقه زن فرکانس بالا)، مدار اتصال کوتاه شده و با فاصله گرفتن کنترل شده الکترود، قوس الکتریکی برقرار می‌شود

حال در این مرحله حرارت ناشی از ایجاد این قوس، هم نوک الکترود و هم بخش خیلی کوچکی از قطعه کار را ذوب کرده و یک حوضچه مذاب تشکیل می‌دهد. پس از سرد شدن این حوضچه فرآیند اتصال ورق های فلزی به یکدیگر (قطعات کار) با موفقیت انجام گردیده است.

انواع جوشکاری قوس الکتریکی کدامند؟

• جوش قوس الکتریکی با الکترود روکش دار (SMAW)
• جوش قوس الکتریکی زیر پودری (SAW)
• جوش قوس الکتریکی با گاز محافظ (MIG/MAG)
• جوشکاری قوس الکتریکی تنگستن (TIG/GTAW)
• جوشکاری قوس الکتریکی با سیم شارژه (FCAW)
• جوشکاری قوس پلاسما (PAW)
• جوشکاری قوس الکتریکی کربنی (Carbon Arc Welding)

 

در ادامه این مطلب از مقالات پویا صنعت، تمامی روش های جوشکاری قوس الکتریکی را برای شما توضیح داده‌ایم.

جوش قوس الکتریکی با الکترود روکش دار (SMAW)

این روش از جوشکاری قوس الکتریکی که به جوشکاری دستی یا جوش برق معروف است، ساده‌ترین و پرکاربرد‌ترین روش در جوشکاری است. در این فرآیند الکترود مصرفی که دارای یک مغز فلزی و یک پوشش شیمیایی (روکش) است، در حین جوشکاری تجزیه می‌شود و علاوه بر آن گاز محافظ نیز تولید می‌کند و هم سرباره ای تشکیل می‌دهد که از حوضچه مذاب در برابر اتمسفر محافظت می‌نماید.

جوش قوس الکتریکی زیر پودری (SAW)

در این متد از یک الکترود سیمی لخت و مداوم استفاده می‌شود و ناحیه جوش توسط لایه‌ای از پودر معدنی (شار) که از قبل ریخته شده، پوشانده می‌شود. معمولا از این روش برای جوشکاری صفحات ضخیم تخت در صنایعی مانند ساخت مخازن یا کشتی سازی استفاده می‌شود و همچنین سرعت و کیفیت مناسبی دارد.

جوش قوس الکتریکی با گاز محافظ (MIG/MAG)

در این روش از الکترود سیمی و مصرفی مداوم استفاده می‌شود و همچنین یک گاز محافظ به طور پیوسته از نازل مشعل خارج شده و ناحیه جوش را از تماس با هوا حفظ می‌کند. به روش هایی که از گاز های فعال مانند CO2 استفاده شود MAG می‌گوییم و به روش هایی که از گاز های بی اثر مانند آرگون استفاده می‌شود، جوشکاری میگ (MIG) می‌گوییم که به دلیل سرعت بالا برای خطوط تولید بسیار مناسب است.

جوشکاری قوس الکتریکی تنگستن (TIG/GTAW)

در این روش از یک الکترود غیر مصرفی با جنس تنگستن برای ایجاد قوس استفاده می‌شود و اگر نیازمند فلز پر کننده باشد، به صورت دستی و کاملا جداگانه به حوضچه مذاب اضافه می‌گردد. در این حالت گاز محافظ بی اثر که معمولا از آرگون استفاده می‌شود (جوش آرگون)، از ناحیه جوشکاری شده محافظت می‌کند.

جوش TIG کیفیت بسیار بالایی دارد و برای جوشکاری فلزات نازک، استنلس استیل، آلومینیوم و مس ایده‌آل است.

جوش قوسی با هسته شار (FCAW)

فرآیند این روش هم دقیقا مانند MIG/MAG است با این تفاوت که الکترود آن یک سیم لوله ای شکل است که داخل آن با پودر شار پر شده است. این شار هم محافظ و هم سرباره محافظ است و از آن برای جوشکاری در فضای باز و همچنین در برابر باد استفاده می‌شود.

جوشکاری قوس الکتریکی کربنی (Carbon Arc Welding)

در این روش که یکی از قدیمی‌ترین روش های جوشکاری قوس الکتریکی محسوب می‌شود، از یک الکترود کربنی یا گرافیتی که مصرفی است، برای ایجاد قوس استفاده می‌گردد. این روش دو صورت دستی و نیمه خودکار قابل انجام است و اغلب برای فلزات مس و آلیاژ های آن و همچنین برای عملیات روکش کاری سخت کاربرد دارد. اما این روش دارای محدودیت هایی نیز است که از اصلی ترین آنها می‌توان به نیاز به یک اپراتور ماهر و همچنین کیفیت جوش نسبتا پایین اشاره کرد.

انتخاب روش صحیح جوشکاری قوس الکتریکی (راهنمای عملی)

 

کاربرد و شرایط پروژه	بهترین روش جوشکاری	دلیل انتخاب و توضیحات
پروژه‌های سبک، تعمیرات عمومی و کار در فضای باز	SMAW (الکترود دستی)	تجهیزات بسیار ارزان، قابل حمل و همه‌کاره؛ مستقل از باد و شرایط آب‌وهوایی.
جوشکاری سریع و تولید انبوه فولاد در کارگاه	MIG/MAG	سرعت بسیار بالا، کیفیت یکنواخت، پاشش کم و مناسب برای اتوماسیون.
جوشکاری فلزات رنگین (آلومینیوم، مس، استنلس استیل) با بالاترین کیفیت	TIG (GTAW)	کنترل حرارت عالی، کیفیت بصری و مکانیکی بی‌نظیر، مناسب برای جوشکاری ریشه.
جوشکاری صفحات بسیار ضخیم در وضعیت تخت	SAW (زیرپودری)	سرعت و کارایی فوق‌العاده، کیفیت و یکنواختی استثنایی، نرخ رسوب بسیار بالا.
جوشکاری در فضای باز و سایت‌های ساختمانی با وزش باد	FCAW (سیم شارژه)	شار موجود در سیم، محافظت موثری در برابر باد ایجاد می‌کند و نیازی به سیلندر گاز جداگانه ندارد.

عیوب رایج جوشکاری قوس الکتریکی و راه حل آنها

در این نوع جوشکاری برای اینکه به نتیجه مطلوب و جوشی بی نقص برسیم باید عیوب رایج آن را بشناسیم و همچنین بدانیم که چگونه باید با آنها کنار بیاییم
در ادامه این مطلب تمام این عیب ها به همراه راه حلشان را برایتان شرح داده‌ایم:

• تخلخل (حفره‌های گاز): معمولاً به دلیل آلودگی سطح (رطوبت، رنگ، روغن) یا ناکافی بودن گاز محافظ ایجاد می‌شود.
  • راه حل: تمیزکاری کامل سطح و بررسی سیستم گاز (نشت‌یابی، تنظیم دبی گاز).

 

• ترک جوش: خطرناک‌ترین عیب که اغلب به دلیل تنش‌های حرارتی یا ترکیب شیمیایی نامناسب فلز پایه و filler رخ می‌دهد.
  • راه حل: پیش‌گرم کردن قطعه کار، استفاده از الکترودهای کم‌هیدروژن و کنترل سرعت سرد شدن.

 

• ذوب ناقص (Lack of Fusion): وقتی که فلز جوش به خوبی با فلز پایه ذوب و مخلوط نمی‌شود.
  • راه حل: افزایش جریان، کاهش سرعت حرکت، تمیز کردن پاس های قبلی و انتخاب زاویه و تکنیک صحیح.

 

• پاشش زیاد (Spatter): در جوشکاری MIG با CO2 یا جریان نامناسب رخ می‌دهد.
  • راه حل: تنظیم دقیق ولتاژ و آمپر، استفاده از گاز مخلوط (آرگون/CO2) و اسپری ضد پاشش.

 

انواع جریان در جوشکاری قوس الکتریکی

جوشکاری قوس الکتریکی دارای 3 نوع جریان است که به اختصار به آنها AC، DCEN، DCEP می‌گویند که انتخاب اینکه کدام جریان برای کار شما مناسب است، بسیار حیاتی است.

جریان متناوب (AC: Alternating Current)

در جوشکاری با جریان متناوب (AC)، جهت جریان به‌طور مداوم تغییر می‌کند — تقریباً 50 تا 60 بار در ثانیه (50–60 Hz). یعنی لحظه‌ای الکترود مثبت است و لحظه‌ای بعد منفی.

ویژگی‌ها و مزایا:

• حرارت بین الکترود و قطعه کار به‌صورت مساوی تقسیم می‌شود (چون جهت جریان مرتب عوض می‌شود).
• برای جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن در روش TIG بسیار کاربرد دارد، چون باعث تمیز شدن لایه اکسیدی سطح آلومینیوم می‌شود.
• پایداری قوس متوسط است و گاهی نیاز به تجهیزات خاص برای تثبیت قوس دارد.
• برای مواد حساس به حرارت زیاد مناسب است چون تمرکز حرارتی کمتر از DC است.

کاربرد معمول:

جوشکاری آلومینیوم، منیزیم، یا در شرایطی که نیاز به توزیع حرارت یکنواخت باشد.

جریان مستقیم با قطب منفی الکترود (DCEN: Direct Current Electrode Negative)

در این حالت، الکترود منفی (-) و قطعه کار مثبت (+) است . البته به این حالت Straight Polarity (قطب مستقیم) نیز گفته می‌شود.

ویژگی‌ها و مزایا:

• حدود 70٪ از حرارت در قطعه کار و 30٪ در الکترود ایجاد می‌شود.
• در نتیجه نفوذ جوش زیاد است چون بیشترین انرژی روی قطعه متمرکز می‌شود.
• پایداری قوس بالا و پاشش کم دارد.
• برای فلزات ضخیم بسیار مناسب است.

کاربرد معمول:

در جوشکاری TIG برای فولاد، مس، فولاد ضد زنگ و فلزات ضخیم؛ همچنین در جوشکاری SMAW (الکترود دستی) وقتی نیاز به نفوذ بالا باشد.

جریان مستقیم با قطب مثبت الکترود (DCEP: Direct Current Electrode Positive)

در این حالت، الکترود مثبت (+) و قطعه کار منفی (-) است. همچنین به آن Reverse Polarity (قطب معکوس) نیز می‌گویند.

ویژگی‌ها و مزایا:

• حدود 70٪ از حرارت در الکترود و فقط 30٪ در قطعه کار است.
• نفوذ جوش کمتر است اما سطح جوش پهن‌تر و تمیزتر می‌شود.
• پاک‌کنندگی سطح فلز از اکسیدها را به‌خوبی انجام می‌دهد (به‌ویژه در آلومینیوم).
• چون الکترود خیلی داغ می‌شود، معمولاً در TIG از الکترودهای مقاوم‌تر (مثل تنگستن با توریم یا لانتان) استفاده می‌شود

کاربرد معمول:

برای جوشکاری ورق‌های نازک، آلومینیوم و مواردی که ظاهر سطح اهمیت بیشتری از عمق نفوذ دارد.

6 عامل مهم در جوشکاری قوس الکتریکی

1. آمپر (جریان): کنترل کننده میزان حرارت ورودی و عمق نفوذ جوش است.
2. ولتاژ: طول قوس را کنترل می‌کند. ولتاژ بالاتر معمولاً به معنای قوس بلندتر و پهنای جوش بیشتر است.
3. قطر الکترود: باید با ضخامت قطعه کار و جریان جوشکاری تناسب داشته باشد.
4. سرعت جوشکاری: سرعت حرکت مشعل یا الکترود، بر روی شکل و کیفیت جوش تأثیر مستقیم دارد.
5. گاز محافظ یا نوع شار: از فلز مذاب در برابر اکسیداسیون و ناخالصی‌های جو محافظت می‌کند.
6. پولاریته (قطبیت): به جهت جریان الکتریکی (DCEN, DCEP یا AC) بستگی دارد و بر روی انتقال حرارت و عمق نفوذ اثر می‌گذارد.

منابع قدرت در جوش قوس الکتریکی

منبع قدرت یا برق باید بتواند جریان الکتریکی مورد نیاز برای ایجاد و حفظ قوس را تامین کند. در ادامه اصلی‌ترین آنها را بریتان نام برده‌ایم.

ترانسفورماتورها (جریان متناوب AC): قدیمی‌تر و اقتصادی.

رکتیفایرها (جریان مستقیم DC): کارایی و کنترل بهتری دارند.

اینورترها: جدیدترین، سبک‌ترین و پرکاربردترین نوع؛ که کنترل دقیقی بر روی پارامترهای جوشکاری ارائه می‌دهند و مصرف انرژی بهینه‌ای دارند.

ابزار و وسایل مورد نیاز

• کابل‌های جوشکاری (کابل اتصال و کابل الکترود)
• انبر یا مشعل جوشکاری
• الکترود یا سیم جوش
• منبع گاز محافظ و رگولاتور (برای روش‌های MIG/MAG, TIG)
• ماسک جوشکاری با فیلتر مناسب
• دستکش و لباس چرم مقاوم
• برس سیمی و چکش سرباره‌گیری

مزایا و معایب جوشکاری قوس الکتریکی

مزایا:

• مقاومت و استحکام بالا
• قابلیت کار در محیط های متنوع جوی
• تجهیزات ارزان‌تر به نسبت روش های مدرن
• قابلیت جوشکاری طیف وسیعی از فلزات و آلیاژها
• امکان اتوماتیک سازی در بسیاری از روش‌ها

معایب:

• در برخی روش ها نیاز به اپراتور ماهر دارد
• به دلیل تمرکز حرارتی بالا در برخی قطعات تاب و خم ایجاد می‌کند
• دود و گاز‌های خطرناکی از خود تولید می‌کند
• دارای خطرات برق گرفتگی و اشعه UV است
• در برخی روش ها سرعت بسیار کمی دارد

 

کاربردهای جوشکاری قوس الکتریکی

• ساختمان‌سازی و پل‌سازی
• ساخت مخازن تحت فشار و دیگ‌های بخار
• صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
• کشتی‌سازی و صنایع دریایی
• صنعت خودروسازی (عمدتاً با روش‌های MIG و رباتیک)
• تعمیرات و بازسازی قطعات فرسوده

نکات ایمنی در جوشکاری قوس الکتریکی

در این روش جوشکاری رعایت نکات ایمنی نسبت به روش‌های دیگر مهم‌تر است چرا که در این روش حرارت بسیار بالا و دود و اشعه UV هم بسیار زیاد است. در ادامه 5 نکته که باید در جوشکاری توسط اپراتور رعایت شود را برای شما بازگو می‌کنیم:

1. حفاظت از چشم و پوست: استفاده از ماسک جوشکاری با لنز تیره و استاندارد، و پوشیدن لباس چرمی بلند برای محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش (UV) و جرقه‌ها.
2. محافظت در برابر برق گرفتگی: اطمینان از سالم بودن عایق کابل‌ها، استفاده از دستکش خشک و عایق، و جلوگیری از کار در محیط‌های مرطوب.
3. تهویه مناسب: استفاده از هود و سیستم تهویه برای خارج کردن دود و گازهای سمی ناشی از جوشکاری.
4. محافظت در برابر آتش‌سوزی: دور کردن مواد قابل اشتعال از محیط کار و داشتن کپسول آتش‌نشانی در دسترس.
5. محافظت از شنوایی: در برخی محیط‌های صنعتی پرسر و صدا استفاده از محافظ گوش ضروری است.

جمع‌بندی

جوشکاری قوس الکتریکی به عنوان ستون فقرات صنعت جوشکاری شناخته می‌شود چرا که با به‌کارگیری گرمای شدید یک قوس الکتریکی، امکان ایجاد اتصالاتی محکم و پایدار را فراهم می‌سازد. همانطور که در این مقاله بررسی کردیم این تکنولوژی در روش‌های متنوعی از جمله SMAW، MIG/MAG، TIG، SAW و FCAW ارائه شده است و هر کدام ویژگی های منحصر به فرد خودشان را دارا و به نحوه خود پاسخگوی نیاز های صنایع متفاوتی هستند.

برای اینکه در این نوع جوشکاری موفق شویم، باید بر اساس جنس، ضخامت، شرایط محیطی و بودجه، روش صحیح جوشکاری قوس الکتریکی را انتخاب کنیم.

سوالات متداول جوشکاری قوس الکتریکی

تفاوت اصلی جوشکاری MIG و TIG در چیست؟

در جوشکاری MIG از یک سیم مصرفی با سرعت ثابت و تحت پوشش گاز محافظ استفاده می‌شود که برای جوشکاری سریع فولادها ایده‌آل است. در مقابل، جوشکاری TIG از یک الکترود تنگستن غیرمصرفی استفاده کرده و فلز پرکننده به صورت دستی اضافه می‌شود که کنترل حرارت و کیفیت بسیار بالاتری دارد و برای جوشکاری آلومینیوم و استنلس استیل مناسب‌تر است.

خطرناک‌ترین عیب در جوشکاری قوس الکتریکی کدام است؟

ترک جوش خطرناک‌ترین عیب محسوب می‌شود، چرا که می‌تواند به صورت داخلی یا سطحی باشد و به طور ناگهانی باعث شکست سازه تحت بار شود. این عیب اغلب به دلیل تنش‌های حرارتی، استفاده از مواد نامناسب یا تکنیک غلط ایجاد می‌شود.

برای شروع یادگیری جوشکاری، کدام روش ساده‌تر است؟

روش جوشکاری با الکترود دستی (SMAW) به دلیل سادگی تجهیزات، هزینه کم و همه‌کاره بودن، بهترین نقطه شروع برای افراد تازه‌کار محسوب می‌شود.

چرا در جوشکاری آلومینیوم معمولاً از جریان AC استفاده می‌شود؟

در جوشکاری آلومینیوم از جریان متناوب (AC) استفاده می‌شود زیرا نیم‌سیکل منفی آن (الکترود مثبت) باعث شکسته شدن لایه اکسید آلومینیوم سخت روی سطح شده و نیم‌سیکل مثبت (الکترود منفی) امکان نفوذ حرارت به فلز پایه را فراهم می‌کند.

تفاوت گاز محافظ در جوشکاری MIG و MAG چیست؟

در MIG از گازهای بی‌اثر (مانند آرگون) برای جوشکاری فلزات رنگین مانند آلومینیوم استفاده می‌شود. در MAG از گازهای فعال (مانند CO2 یا مخلوط آرگون و CO2) برای جوشکاری فولادهای معمولی استفاده می‌کنند.

پاشش زیاد جوش (Spatter) در جوشکاری MIG معمولاً به چه دلایلی رخ می‌دهد؟

ولتاژ یا آمپر نامناسب، استفاده از گاز محافظ نادرست، طول قوس بسیار بلند، سرعت زیاد سیم‌جوش و سطح کار آلوده به روغن یا زنگ‌زدگی از مهم‌ترین دلایل ایجاد پاشش زیاد هستند.

ایمن‌ترین روش جوشکاری برای محیط‌های بسته کدام است؟

هیچ روش جوشکاری برای محیط‌های بسته و بدون تهویه مناسب ایمن نیست. اما در بین روش‌ها، جوشکاری TIG معمولاً دود و بخارات کمتری تولید می‌کند. با این حال، استفاده از تهویه قوی اجباری و ماسک تنفسی در هر صورت ضروری است.

منظور از الکترود «کم‌هیدروژن» در جوشکاری چیست؟

الکترودهای کم‌هیدروژن (مانند سری E7018) دارای پوششی هستند که میزان رطوبت و در نتیجه هیدروژن موجود در فلز جوش را به حداقل می‌رسانند. این الکترودها برای جلوگیری از ایجاد ترک در فولادهای حساس و جوشکاری صفحات ضخیم ضروری هستند.

کاربرد اصلی جوشکاری زیرپودری (SAW) چیست؟

این روش عمدتاً برای جوشکاری صفحات بسیار ضخیم در وضعیت تخت یا افقی در صنایع سنگینی مانند ساخت مخازن، کشتی‌سازی و خطوط لوله بزرگ استفاده می‌شود، چرا که سرعت و نرخ رسوب بسیار بالایی دارد.

آیا می‌توان فولاد را بدون گاز محافظ جوشکاری کرد؟

بله، توسط روش جوشکاری با الکترود روکش‌دار (SMAW) یا جوشکاری با سیم شارژه (FCAW) می‌توان فولاد را بدون نیاز به سیلندر گاز خارجی جوش داد، زیرا محافظت لازم در این روش‌ها توسط تجزیه «روکش الکترود» یا «شار موجود در سیم» تأمین می‌شود.