جوشکاری پالسی چیست؛ آشنایی با فنون، تکنیک‌ها و کاربرد

جوشکاری پالسی چیست | برای تبدیل شدن به یک جوشکار حرفه‌ای، نیاز است تا درباره انواع و اقسام جوش لیزر فایبر و ویژگی‌های آن‌ها اطلاعات و تسلط داشته باشید. یکی از مهم‌ترین جوشکاری‌ها در صنعت، جوشکاری پالسی است. این روش که کاربرد بسیار زیادی دارد، با استفاده از ابزارها، دستگاه‌ها و روش‌های مختلفی انجام می‌شود. جوشکاری پالسی یک روش پیشرفته، جدید و موثر در صنعت جوشکاری است که با استفاده از تکنولوژی‌های بروز و سورس دستگاه لیزر، امکان ایجاد اتصالات قوی و دقیق بین قطعات فلزی را فراهم می‌کند. این روش جوشکاری به وسیله ایجاد پالس‌های جریان الکتریکی با فرکانس بالا، بهبود کیفیت جوش، کاهش نقاط ضعف و افزایش سرعت و کارایی فرایند جوشکاری را فراهم می‌کند. در این مطلب به بررسی کامل روش جوشکاری پالسی می‌پردازیم و در ادامه قصد داریم تا به بررسی روش‌های مختلف جوشکاری پالسی، مزایا، کاربرد و ویژگی‌های این روش اشاره کنیم؛ بنابراین اگر به این موضوع علاقه دارید تا انتها همراه ما باشید.

«با توجه به تحقیقات شخصی من، اگرچه جوشکاری پالسی همواره در صنایعی مثل تولید بردهای الکترونیکی یا قطعات نازک، مزایای فوق‌العاده‌ای دارد، اما در کارگاه ما که ساخت تجهیزات نفت و گاز را بر عهده داریم، جوشکاری لیزری پیوسته انتخاب کارآمدتری است. دلیلش عمق نفوذ، استحکام نهایی بالا و سرعت بالاست که به ما اجازه می‌دهد لوله‌ها و اتصالات ضخیم را با کمترین زمان و بالاترین راندمان جوش دهیم.»

جوشکاری پالسی چیست؟

آشنایی با فنون، تکنیک‌ها و کاربرد یک روش جوشکاری جدید و پیشرفته است که با تغییرات در پالس (جریان اوج و جریان کم) به صورت مداوم و پیوسته انجام می‌شود. این روش جوشکاری با تغییر دادن جریان، منجر به اتصال دقیق و قوی بین فلزات می‌شود. در این روش جوشکاری از دو جریان اوج یا peak current و جریان پس زمینه یا background current استفاده می‌شود. جریان اوج در واقع همان جریان در حالت پالس است که به منظور ایجاد نفوذ عمیق‌تر جوش مورد استفاده قرار می‌گیرد اما جریان پس زمینه یا بک گراند به مقدار جریانی گفته می‌شود که حالت بین پالس‌ها را نشان می‌دهد و همواره عددی کمتر از جریان اوج است. به نسبت جریان اوج به جریان پس زمینه، pulse-to-background current ratio گفته می‌‌شود که براساس مقدار زمان روشن بودن قوس نسبت به خاموش بودن یعنی عددی بین ۲۰ نت ۵۰ درصد را نشان می‌دهد. دلیل اصلی استفاده از جوشکاری پالسی، دقت بالای آن در ایجاد جوش جذبی است. بعلاوه، این روش معایب دیگر روش‌های جوشکاری را به همراه ندارد و با کمترین خطا و بالاترین دقت کار می‌کند. این روش به دلیل جریان پس زمینه، کنترل بهتری بر روی جوشکاری دارد که این موضوع نقطه قوتی برای پیشگیری از پاشش و تمیز کاری‌های لازم پس از جوشکاری است؛ چرا که با استفاده از این روش، جوشکاری از کنترل بالاتری برخوردار خواهد بود و یکی از مراحل سخت پس از جوشکاری یعنی تمیز کاری سطوح حذف می‌شود.

بررسی مراحل جوشکاری پالسی چیست؟

مراحل جوشکاری پالسی به طور کلی شامل مراحل زیر است

•  آماده‌ سازی قطعات: پاکسازی و آماده سازی قطعه مدنظر تنظیم
• دستگاه جوشکاری: تنظیم پارامترهای جوشکاری مانند جریان، طول پالس و فاصله الکترود تا قطعه کار
• شروع جوشکاری: اعمال الکترود جریان پالسی و ذوب قطعه‌ کار
• حرکت الکترود: حرکت الکترود با یک سرعت ثابت و مناسب با فاصله درست از قطعه کار برای ایجاد یک جوشکاری یکنواخت، تمیز و بدون عیب
• پایان جوشکاری: در پایان، پس از اتمام خط جوش، جریان قطع می‌شود و جوش باید تمیز و صاف شود. انجام جوشکاری پالسی با کیفیت بالا نیازمند مهارت، دقت و رعایت دقیق مراحل و شرایط فرایند است.

 

تفاوت جوش لیزری (پیوسته) با جوشکاری پالسی چیست؟

تفاوت اصلی میان دستگاه‌های جوشکاری پالسی و دستگاه جوش لیزری پیوسته در کنترل گرمای ورودی، کیفیت جوش و میزان تغییر شکل قطعه نهفته است؛ در جوشکاری پالسی، پرتو لیزر به صورت پالس‌های کوتاه و منقطع تابیده می‌شود که باعث کاهش منطقه‌ متأثر از حرارت (HAZ) شده و امکان ایجاد جوش با ظرافت و حداقل تغییر شکل به‌ویژه در قطعات نازک و حساس را فراهم می‌آورد، در حالی که در جوشکاری لیزری پیوسته، پرتو لیزر به‌ صورت مداوم تابیده می‌شود و گرمای ورودی یکنواخت‌تری تولید می‌کند که برای جوشکاری قطعات ضخیم‌تر یا نیازمند نفوذ عمیق‌تر مناسب‌تر است؛ اگرچه در روش پیوسته معمولاً دقت کنترل موضعی گرما و نیز امکان کاهش اعوجاج قطعه به اندازه روش پالسی نیست و برای جلوگیری از تخریب‌های حرارتی احتمالی، باید از سرعت پیشروی یا تکنیک‌های خنک‌کنندگی ویژه استفاده کرد.

برتری‌ جوش لیزری فایبر (پیوسته) نسبت به جوشکاری پالسی

عمق نفوذ بالاتر و استحکام بیشتر جوش

در جوشکاری پیوسته، توان لیزر به‌شکل مداوم تأمین می‌شود و امکان نفوذ عمیق‌تری در قطعه ایجاد می‌کند؛ این موضوع به‌ویژه در صنایع سنگین (خودروسازی، کشتی‌سازی، هوافضا) که نیاز به اتصالات عمیق و مستحکم دارند، یک مزیت کلیدی است.

سرعت و راندمان بالاتر

تابش مداوم لیزر باعث می‌شود فرایند جوشکاری با سرعت بیشتری انجام شود. بنابراین در خطوط تولید انبوه، زمان جوشکاری کاهش می‌یابد و ظرفیت تولید افزایش پیدا می‌کند.

کاهش هزینه‌های انرژی و نگهداری

لیزرهای فایبر معمولاً راندمان تبدیل الکتریسیته به پرتو لیزر بالاتری نسبت به لیزرهای پالسی (مثلاً Nd:YAG) دارند. این راندمان بالاتر منجر به صرفه‌جویی در مصرف انرژی شده و هزینه‌های جاری را کاهش می‌دهد. همچنین ساختار فایبر باعث سهولت در نگهداری و عمر کاری طولانی‌تر می‌شود.

توزیع حرارتی یکنواخت

در جوشکاری پیوسته، جریان حرارتی به‌صورت پیوسته و منظم وارد قطعه می‌شود و امکان کنترل دقیق دمای حوضچه جوش وجود دارد. این امر در اتصال قطعات نسبتاً ضخیم‌تر، اعوجاج کمتر و کیفیت بالاتر جوش را به دنبال دارد.

مناسب برای ضخامت‌های بالا

در صورتی که نیاز به جوشکاری قطعات با ضخامت بیشتر باشد، لیزرهای پیوسته توان و توان عملیاتی (Duty Cycle) بالاتری دارند و می‌توانند به صورت مؤثری ضخامت‌های زیاد را جوش دهند، در حالی‌که در روش پالسی، گرمای محدودتر و تناوب پالس ممکن است توان ذوب کافی برای عمق زیاد را نداشته باشد.

سرعت خنک‌کاری و خروج سرباره بهتر

در جوشکاری پیوسته، انتقال حرارت در حوضچه مذاب پیوسته اتفاق می‌افتد و در نتیجه سرباره و ضایعات می‌توانند با سرعت بالاتری خارج شوند یا پخش شوند. این موضوع در افزایش کیفیت سطحی جوش و کاهش عملیات پرداخت نهایی نقش دارد.

قابلیت اتوماسیون آسان‌تر

جوشکاری پیوسته (به‌خصوص فایبر) معمولاً با تجهیزات رباتیک و سیستم‌های حرکت اتوماتیک آسان‌تر همگام می‌شود. در خطوط تولید پیشرفته نظیر خودروسازی، امکان یکپارچه‌سازی جوش لیزری پیوسته با فرایندهای رباتیک بسیار ساده‌تر و مرسوم‌تر است.

سازگاری با انواع جنس فلز

لیزرهای فایبر در طول موج‌های خاصی کار می‌کنند که معمولاً برای طیف گسترده‌ای از فلزات، از فولادهای کم‌کربن گرفته تا فولاد زنگ‌نزن و آلیاژهای سبک‌تر (مثل آلومینیوم)، مناسب هستند. این ویژگی باعث می‌شود محدودیت جوش مواد کمتری در مقایسه با بعضی سامانه‌های پالسی قدیمی داشته باشند.

کاهش نشت حرارت در لبه‌های جوش

به دلیل توان بالای لیزر پیوسته و سرعت حرکت مناسب، حرارت عمدتاً متمرکز در مسیر جوش باقی می‌ماند و به بخش‌های دیگر قطعه کمتر سرایت می‌کند. نتیجه‌ی این پدیده، کاهش تاب برداشتن قطعه و نیاز کمتر به فرایندهای اصلاحی پس از جوشکاری است.

انواع روش‌های جوشکاری پالسی چیست؟

جوشکاری پالسی یکی از متنوع‌ترین روش‌های جوشکاری است که هر کدام از این روش‌ها تفاوت‌ها و ویژگیهای خاصی دارند ؛ شناخت هر کدام از انواع این روش‌ها برای انجام عملیات‌های تخصصی روی فلزات یا آلیاژ‌های مختلف، مهم است.

جوشکاری تیگ پالسی (قوس تنگستن با گاز محافظ یا جوشکاری TIG)

جوشکاری پالسی یک روش جوشکاری جدید و کاربردی است که در این روش آمپراژ بین نقطه بالا و پایین متناوب می‌شود. این روش جوشکاری با حفظ گرمای ورودی کلی یک جوش، نفوذ مناسبی را ایجاد می‌کند. جوشکاری تیگ پالسی که از مهم‌ترین روش‌های جوشکاری پالسی است، از دقت و کاربردهای فراوانی برخوردار است. این روش جوشکاری با استفاده از گاز آرگون برای حفاظت از منطقه جوش انجام می‌شود و حتی در برخی مواقع ممکن است از گاز‌های دیگر نیز برای حفاظت از منطقه جوش استفاده شود. این روش جوشکاری با استفاده از الکترود گاز بی اثر تنگستن صورت می‌گیرد و به دلیل ظرافت و دقت بالایی که در روند انجام جوشکاری دارد، مورد توجه قرار دارد. در این روش، الکترود تنگستن جریان را انتقال می‌دهد تا عملیات جوشکاری به بهترین شکل ممکن انجام گیرد. آیتم‌های مختلفی بر جوشکاری تیگ پالسی تاثیر دارند اما مهم‌ترین آن‌ها، جریان اوج و جریان پس زمینه است که هر کدام بر کیفیت جوش تاثیر داشته و جوشکار باید این دو پارامتر را با توجه به نوع فلز، ضخامت و سایر عوامل، به درستی تنظیم کند. علاوه بر این، در جوشکاری تیگ پالسی موارد و آیتم‌هایی مثل جوش پایه، ماکزیمم آمپرها، مدت زمان تنظیم هر آمپر و … بسیار اهمیت دارد و براساس جوش و متناسب با آن قابل تنظیم است. از دیگر ویژگی‌های برجسته جوشکاری پالسی، قابلیت تنظیم پالس و فرکانس آن است که بهبود کیفیت جوش و کنترل بهتر بر روی فرایند جوشکاری است که با همگام‌ سازی مناسب جوشکاری، امکان ایجاد جوش‌های با کیفیت و استحکام بالا در متریال مختلف ایجاد می‌کند. این روش جوشکاری می‌تواند منجر به امکان اتصال متریال دلخواه با کیفیت بالا و دقت بالا را نیز فراهم کند.

کاربردها و ویژگی‌های روش جوشکاری تیگ پالسی

از مهم‌ترین مزایا و کاربردهای روش جوشکاری تیگ پالسی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

•  جوش دادن فلزات نازک
• جوشکاری روی قطعات حساس به حرارت
• جوش دادن قطعات الکترونیکی
• استفاده برای جوشکاری در فلزات غیر آهنی
• کاربرد در جوشکاری فلزات با رسانایی حرارتی بالا و …

در روش تیگ پالسی از چه الکترودهایی استفاده می‌شود؟

براساس شدت و نوع جریان، انتخاب الکترودها (انواع الکترودهای جوشکاری) متفاوت است و باید دقت بالایی برای انتخاب درست الکترودها به خرج داد: رنگ‌های الکترود:

•  الکترود تنگستن خالص: رنگ سبز
• الکترود تنگستن با دو درصد سریم: رنگ نارنجی
• الکترود بدون عناصر متداول: رنگ خاکستری
• الکترود تنگستن با یک درصد لانتانیوم: رنگ سیاه
• الکترود تنگستن با دو درصد توریم: رنگ قرمز

نکته: هنگام کار با الکترود توریم‌دار، رعایت مسائل ایمنی در برابر تشعشعات رادیواکتیو ضروری است.

مزایای جوشکاری تیگ پالسی

•  عدم پاشش جرقه و دود
• ایجاد جوش‌های با کیفیت بالا به دلیل ظرافت بالا
• کنترل بر متغیرهای جوشکاری پالسی
• صرفه‌ جویی در جوشکاری فلزات نازک و کم قطر
• اتصال بهترین نحوه تمام فلزات

معایب جوشکاری تیگ پالسی

•  ضعف در اتصال قطعات ضخیم با قطر بالا
• برخورد داغ الکترود تنگستن با سیم جوش
• نیازمند به مهارت و تجربه بالا

جوشکاری قوس الکتریکی یا جوشکاری SMAW یا جوشکاری برق

یکی دیگر از روش‌های جوشکاری پالسی، جوشکاری قوس الکتریکی است که با استفاده از یک الکترود روکش دار، غالبا به صورت دستی و با استفاده از یک الکترود مصرفی برای ایجاد قوس الکتریکی صورت می‌گیرد. قوس الکتریکی فلز پایه و الکترود را ذوب کرده و در نهایت جوش را ایجاد می‌کند. در این روش، یک منبع تغذیه جوشکاری جریان الکتریکی را از طریق الکترود به قطعه کار منتقل می‌کند و قوس الکتریکی بین الکترود و قطعه کار ایجاد می‌شود. این جوشکاری بسیار کاربردی و محبوب بوده و در بخش‌های مختلف صنعتی و برای جوشکاری فلزات با قطر بالاتر از 3 میلی‌متر کاربرد دارد. در این روش جوشکاری در ابتدا ولتاژ مناسب ایجاد می‌شود، سپس با ایجاد ارتباط بین الکترود و فلز پایه، یونیزاسیون الکترون‌ها صورت می‌گیرد. در ادامه با تولید حرارت و ذوب شدن فلز، جوشکاری انجام می‌شود.

از چه الکترودی برای جوشکاری قوس الکتریکی استفاده می‌شود؟

الکترود مصرفی در جوشکاری قوس الکتریکی از جنس یک میله فلزی با پوششی است که در زمان ذوب شدن، گازها و مواد جامدی را آزاد می‌کند تا از اکسیداسیون و متخلخل شدن جوش جلوگیری کند. این روش جوشکاری برای فلزات نازک و ضخیم، فلزات آهنی، فلزات غیر آهنی و قطعات در ابعاد مختلف مناسب است.

مزایای استفاده از روش قوس الکترویکی

از مهم‌ترین مزایای استفاده از جوشکاری پالسی قوس الکتریکی می‌توان به ایجاد نفوذ بیشتر، کاهش پاشش و کنترل بهتر اشاره کرد.

جوشکاری قوس فلز با گاز محافظ یا جوشکاری MIG

جوشکاری پالسی میگ یا گاز بی‌اثر فلزی یا Metal Inert Gas یکی دیگر از روش‌های پرکاربرد است که ویژگی‌های منحصر به فرد زیادی دارد. در این روش جوشکاری نیز مثل روش جوشکاری GMAW از گاز محافظ استفاده می‌شود، اما با این تفاوت که اگر گاز محافظ فعال باشد، برای جوشکاری میگ استفاده می‌شود، این در حالی است که در روش جوشکاری GMAW از گاز فعال استفاده می‌شود. جوشکاری قوس فلز با گاز محافظ یا همان میگ در بخش‌هایی مثل صنعت خودروسازی، ساختمان سازی، کشتی سازی و هوا و فضا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

جوشکاری قوس فلز پوشش دار یا جوشکاری GMAW

جوشکاری قوس فلز پوشش دار یا جوشکاری Gas metal arc welding، نوعی دیگر از جوشکاری پالسی با گاز محافظ (معرفی 8 نوع گاز جوشکاری) است. در این روش جوشکاری سرباره نهایی کم است و در روند فرایند جوشکاری نیز با استفاده از قوس بین فلز و حوضچه جوش، اتصال بین دو قطعه صورت می‌گیرد. در این روش، یک منبع تغذیه جوشکاری جریان الکتریکی را از طریق سیم جوش به قطعه کار انتقال می‌دهند و قوس الکتریکی بین سیم جوش و قطعه ایجاد می‌شود. قوس الکتریکی سیم جوش را ذوب کرده و جوش ایجاد می‌کند و همچنین گاز محافظ نیز اطراف برای پیشگیری از اکسیداسیون عمل می‌کند. این روش که یک روش نسبتا ساده است، می‌تواند برای جوشکاری طیف گسترده‌ای از فلزات استفاده می‌شود. از مهم‌ترین مزایای جوشکاری پالسی می‌توان به:

•  افزایش عمق نفوذ مناسب در فلزات
• سرعت جوشکاری بیشتر
• کاربرد گسترده
• نفوذ عمیق‌تر
• کاهش پاشش
• کنترل دقیق‌تر
• عدم نیاز به پاکسازی سرباره‌ها
• کاهش آلودگی نسبت به روش‌های دیگر جوشکاری

مقایسه مزایا و معایب کلی جوشکاری پالسی