جوشکاری چیست؟

جوش فرآیندی است که طی آن دو قطعه فلزی به صورت دائمی به یکدیگر متصل می شوند . این عمل به شکل های گوناگونی انجام می شود، اما زمانی که این فرآیند به شیوه ذوب همان متریال و یا متریال همگون صورت پذیرد، به آن جوشکاری می گویند. در میان انواع روش های جوشکاری، جوشکاری نقطه ای و جوشکاری خطی دو روش بسیار محبوب برای اتصال قطعات فلزی ورقه ای به یکدیگر هستند که امروزه با استفاده از ابزاری به نام اینورتر جوشکاری انجام می شوند.

برای اینکه نوع متریالی که برای اتصال دو  قطعه فلزی به یکدیگر مورد استفاده قرار می گیرد، مشخص شود محاسبات گسترده و پیچیده ای انجام می شود ولی در حال حاضر اکثر این محاسبات در قالب های متعددی صورت گرفته و به این ترتیب انواع الکترود جوشکاری و دستگاه های جوشکاری طراحی و تولید شده اند.

فلسفه اصلی تنوع دستگاه ها، روش ها و الکترودهای مرتبط با جوشکاری، متریال و کاربرد نهایی قطعه ساخته شده است. چرا که به عنوان مثال اگر قطعه ای که شما قصد جوشکاری آن را دارید برای استفاده در ساختمان هواپیما یا فضاپیما باشد، به دلیل وجود فشار بالا، اگر برای کشتی باشد، به دلیل رطوبت زیاد، اگر برای ساختمان باشد به دلیل استحکام در برابر زلزله، اگر برای خودرو باشد به دلیل کشش و… مشاهده خواهید کرد که کاربردهای مختلف، نیاز روش جوشکاری برای قطعات مختلف را ایجاد می کند.

الکترود یا سیم جوش چیست و از چه متریالی ساخته می شود؟

به طور عموم و جامع الکترود یا سیم جوش در جوشکاری عبارت است از ماده ای رسانا که از یک طرف به قسمت فلزی و از قسمت دیگر به قسمت غیر فلزی متصل می شود. کار اصلی این قطعه برقراری ارتباط بین دو شی رسانا و نارسانا است.

الکترودهای ساخته شده از فولاد کم کربن برای جوش نقطه ای مناسب هستند. فولاد دارای محتوای کربن بیشتر یا فولادهای آلیاژی، جوش های سختی را تشکیل می دهند که شکننده هستند و می توانند شکسته شوند. این روند را می توان با کمک گرم کردن و سرد کردن ماده به منظور بهبود خاصیت سختی و قابلیت ارتجاعی کاهش داد.

فولاد زنگ نزن آستنیتی در سری های ۳۰۰ می تواند همانند فولاد زنگ نزن فریتی برای جوشکاری نقطه ای مورد استفاده قرار بگیرد. فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی برای این نوع جوشکاری به دلیل برخورداری از سختی بالا، مناسب نیستند. آلومینیوم ها را می توان با استفاده از برق با ولتاژ بالا و سطوح آزاد اکسید بسیار پاک جوش نمود. به منظور تمیز کردن سطح بدون اکسید، هزینه های اضافی (که می تواند با فولاد کم کربن پیشگیری شود) را افزایش دهید.

با توجه به خواص مختلف ذوب و هدایت های حرارتی، مواد متفاوتی را نمی توان جوش نقطه ای داد. فولادهای صفحه بندی شده نیکل و کروم نسبتا آسان جوش نقطه ای داده می شوند، در حالی که آلومینیوم، قلع و روی نیاز به آماده سازی ذاتی فلزات پوششی دارند.

انواع دستگاه های جوشکاری

دستگاه های جوشکاری به طور کلی به دو دسته بندی بر اساس جریان و ولتاژ تقسیم می شوند. دسته اول جریان ثابت یا CC و دسته دوم ولتاژ ثابت یا CV نام دارد. هر کدام از این دسته بندی ها می تواند متناوب AC یا مستقیم DC باشد.

ترانسفورماتور

اولین دستگاه جوشی که به معرفی آن می پردازیم، ترانسفورماتور جوشکاری است. این نوع دستگاه های جوش از ساده ترین و ابتدائی ترین انواع دستگاه های جوشکاری هستند. ترانسفورماتور جوشکاری به وسیله جریان متناوب AC با شدت کم اما ولتاژ بالا، به جریان الکتریکی با شدت بالا اما ولتاژ کم تبدیل می شود. دستگاه ترانسفورماتور جوشکاری مستقیما به برق شهری متصل و توسط ۲ ترمینال خروجی (کابل اتصال و کابل انبر جوش) امکان جوشکاری را مهیا می سازد .

هر چند که بدلیل برخورداری از وزن بالا، تکنولوژی قدیمی و مصرف برق زیاد استفاده از این گونه ترانس های جوشکاری در حال کاهش است اما بعضی از ترانسفورماتورها مانند اینورتر جوشکاری از تکنولوژی IGBT استفاده می کنند و بعضا با کنترلرهای CNC تلفیق شده اند که همین موضوع  امکان استفاده از آن ها را برای کاربران این نوع ابزار به وجود آورده است.

رکتیفایر

به دستگاه های جوشکاری که جریان متناوب AC با قدرت ۲۲۰ یا ۳۸۰ ولتی را به جریان مستقیم DC خروجی تبدیل می کنند، رکتیفایر جوشکاری می گویند . به بیان دیگر رکتیفایر جوشکاری، نوعی ترانسفورماتور است، با این تفاوت که یک سیستم جهت دهی (یک سو کنندگی) جریان برق به آن اضافه می شود. با دستگاه رکتیفایر جوشکاری می توان انواع الکترودهای جوشکاری را ذوب کرد. همچنین کیفیت بالای جوشکاری با رکتیفایر جزو مزیت های اصلی این ابزار محسوب می شود.
دو نوع رکتیفایر در بازار موجود است: نیم موج و موج کامل.

یک رگلاتور نیم موج اجازه می ‌دهد تا برق تنها از یک قطب مثبت یا منفی عبور کند در حالی که در موج کامل برق از هر دو قطب منفی و مثبت عبور می کند. قلب مدار رکتیفایر را دیود تشکیل می ‌دهد چرا که آن ها فقط در یک جهت، جریان می ‌گیرند. در رکتیفایر نیم موج ممکن است یک یا دو دیود وجود داشته باشد ولی در رکتیفایر تمام موج به چهار دیود نیاز می ‌باشد.

دینام

دینام جوشکاری در واقع نوعی ژنراتور است که محور آن توسط یک موتور برقی چرخانده می شود و این چرخش باعث به وجود آمدن جریان DC می گردد. نمونه های جدید انواع دینام جوشکاری با اصلاحات زیادی که بر روی طراحی آن ها صورت گرفته است، کیفیت جوش خوبی را ارائه می دهند. اما به هر صورت مقدار استفاده از این نوع دستگاه برای جوشکاری محدود بوده و به دلیل هزینه بالای سرویس و تعمیرات، مورد استفاده قرار نمی گیرد.

ژنراتور

ژنراتور جوشکاری ، منبع تولید کننده جریان DC برای استفاده در عملیات جوشکاری می باشد. دو نوع ژنراتور جوشکاری وجود دارد. ژنراتورهای الکتریکی که جریان الکتریسیته را برای جوشکاری افزایش می دهند و نوع دوم ژنراتورهای احتراقی که به واسطه احتراق گازوئیل، بنزین و گاز، انرژی مد نظر تولید برق را تولید می نمایند.

اینورتر جوشکاری

اینورتر جوشکاری، نسل جدید ترانس های جوش است. انواع مختلف و کارآیی های مختلف این دستگاه نیازمند توضیحات تکمیلی می باشد که در ادامه این مطلب به شرح آن می پردازیم.

اینورتر جوشکاری نوعی دستگاه جوش است که منبع تغذیه آن قادر به فراهم آوردن جریان بالا جوشکاری می باشد. اینورتر جوشکاری به کمک سری رکتیفایر و سوئیچ حالت جامد، جریان متناوب ۶۰​ هرتز (AC) برق ورودی را به جریان (DC) خروجی تبدیل می کند. مقدار جریان خروجی و ولتاژ در اینورتر جوشکاری قابل تنظیم بوده و در طول فرآیند جوشکاری توسط نرم افزار های کامپیوتری کنترل می شود. دستگاه اینورتر جوشکاری به طور قابل توجهی سبک تر بوده و همچنین مصرف برق کمتری نسبت به دستگاه های جوش سنتی دارد.

در مدت زمان نسبتا کوتاهی که این تکنولوژی راه خود را به صنایع باز کرده است، حجم استفاده از این نوع ترانس جوش حالت تصاعدی داشته و دارد. تا قبل از پیدایش تکنولوژی اینورتر جوشکاری، دستگاه های جوش مستقیما به برق متناوب شهری متصل می شدند. اما پیدایش تکنولوژی اینورتر جوشکاری نحوه کارکرد دستگاه های جوش را تغییر داد. در دستگاه های اینورتر ، برق شهری متناوب ابتدا توسط یک سو کننده تعبیه شده درون اینورتر به جریان مستقیم DC  تبدیل شده و سپس وارد واحد اینورتر دستگاه می شود.

در این بخش جریان DC به جریان AC با شکل موج مربعی و با فرکانس بالا سوئیچ می شود. اما ولتاژ خروجی اینورتر پس از عملیات فوق هنوز مناسب برای جوشکاری نیست. بنابراین در مرحله بعد وارد ترانس جریانی رکتیفایر می شود تا به جریان مطلوب جوشکاری برسد. این ولتاژ هنوز بصورت پالسی و دارای فرکانس های بالا و نامطبوع است. بنابراین از یک طبقه یک سو ساز متشکل از دیودهایی با فرکانس بالا با نام دیودهای سریع(FAST)  عبور می کند و به ولتاژ DC تبدیل می شود، این همان جریان جوشکاری است.

تکنولوژی IGBT چیست؟

واژه IGBT مخفف عبارت Insulated Gate Bipolar Transistor است.

این تکنولوژی امکان افزایش فرکانس را مهیا نموده است و به همین سبب در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار گرفته و می گیرد. در صنعت دستگاه های جوشکاری و بالاخص در اینورترهای جوشکاری، این تکنولوژی راهکار بسیار دقیق و البته ساده ای را به وجود آورده که به این واسطه انواع اینورتر جوشکاری طراحی و تولید گردیده اند. با استفاده از این تکنولوژی در تولید اینورترهای جوشکاری، سایز و وزن دستگاه جوش به میزان قابل توجهی کاهش پیدا کرده است. همچنین این تکنولوژی اتلاف انرژی کمتر و در نتیجه کاهش مصرف انرژی را در اینورتر جوشکاری به همراه داشته است.