جوشکاری پروفیل سبک؛ بررسی روش‌ها، تجهیزات و چالش‌ها

جوشکاری پروفیل سبک یکی از روش‌های رایج برای ایجاد پیوندی بادوام میان این قطعات فولادی است. در سازه‌های مدرن که از ترکیب اجزای سبک و سنگین تشکیل شده‌اند، روش‌های متعددی برای اتصال مقاطع به یکدیگر به کار گرفته می‌شود؛ اما جوشکاری همچنان به عنوان یک روش پردوام برای اتصالات شناخته می‌شود که از طریق روش‌هایی مانند جوشکاری آرگون، جوش برنج و جوشکاری برقی انجام می‌گیرد. البته این روش‌ها در جوشکاری پروفیل‌های سنگین نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما فرآیند اجرای آن‌ها در مورد قوطی‌های نازک متفاوت است. در این پست از وبلاگ زرین فولاد شهریاری به آموزش جوشکاری پروفیل سبک و نکات مهم در مورد آن خواهیم پرداخت.

چرا جوشکاری پروفیل سبک اهمیت دارد؟

متد جوشکاری پروفیل سبک و سنگین ممکن است یکسان باشد اما پارامترهای فنی، تجهیزات مورد استفاده و حتی ترتیب اجرای جوش در آن‌ها تفاوت دارد که عدم اجرای اصولی آن و نادیده‌ گرفتن این تفاوت‌ها می‌تواند منجر به آسیب‌دیدگی قطعات و سازه‌ها در صنایع حساس و مهمی مانند ساختمان‌سازی شود. در یک مثال ساده می‌توان گفت که استفاده از الکترود ضخیم برای جوشکاری پروفیل‌های سبک، اغلب اوقات در سطح آن‌ها مقداری تاب‌خوردگی و اعوجاج ایجاد می‌کند. این مشکل نه ‌تنها کیفیت ظاهری بلکه عملکرد نهایی آن را هم تحت تأثیر قرار می‌دهد.

اهمیت جوشکاری پروفیل سبک در این است که با اتصالی دقیق و مقاوم، از بروز اختلال در فرآیندهای کاری در صنایع مختلف جلوگیری می‌کند. البته بخش قابل‌توجهی از تعیین کیفیت این اتصالات، به پیش از شروع عملیات جوشکاری و به مراحل تولید پروفیل در کارخانه مربوط است. عملیات‌های متعددی مانند نواربری، فرمینگ و خمکاری در کارخانه‌های فولادی روی ورق‌های فولادی انجام می‌شوند که هر یک در تولید پروفیل‌هایی بادوام و قابل اعتماد نقش دارند. به‌عنوان مثال با بهره‌گیری از خدمات نواربری و فرمینگ اصولی، می‌توان ورق‌ها را با دقت بالا و بدون پرتی برای تولید پروفیل‌های سبک آماده کرد.

انواع روش‌های جوشکاری پروفیل سبک

جوشکاری پروفیل سبک، به‌دلیل ظرافت فیزیکی و تنوع بالای کاربرد این نوع مقطع، با روش‌های مختلفی مانند جوشکاری آرگون (TIG) جوش CO₂، جوش برنج و سایر تکنیک‌ها انجام می‌شود. هر یک از این روش‌ها دارای ویژگی و مزایای خود بوده و بر اساس کارکرد پروفیل‌ها انتخاب می‌گردند؛ از جمله:

• جوش آرگون: جوشکاری با الکترود تنگستنی و گاز محافظ (Tungsten Inert Gas) که با نام اختصاری TIG نیز شناخته می‌شود، یکی از روش‌های دقیق و تمیز جوشکاری است که برای اتصال انواع آلیاژها با ضخامت‌های مختلف کاربرد دارد. هرچند امکان استفاده از گازهای مختلفی مانند هلیوم یا ترکیبات گازی در این روش وجود دارد، اما آرگون (Argon) رایج‌ترین گاز محافظ در جوشکاری TIG است. این گاز با آلیاژهای متنوعی از جمله آلومینیوم، نیکل، مس و غیره سازگاری بالایی دارد.
• جوش CO₂: در جوشکاری ورق گالوانیزه با الکترود مصرفی و گاز خنثی (Metal Inert Gas) که به نام MIG هم شهرت دارد، دی‌اکسید کربن (CO₂) را به عنوان گاز خنثی و برای جلوگیری از اکسیداسیون حوضچه مذاب مورد استفاده قرار می‌دهند. این گاز به دلیل مقرون به صرفه بودن و نفوذ بهتر، یک گزینه بسیار کاربردی است. محصول نهایی حاصل از جوشکاری MIG استحکام مناسبی دارد، اما ظاهر جوش به تمیزی سایر روش‌ها نیست.
• جوش برق (SMAW): جوش برق یا جوشکاری الکترود دستی (Shielded Metal Arc Welding) یکی از روش‌های کم‌هزینه، ساده و متداول برای اتصال پروفیل‌های کم‌وزن فولادی است. الکترود روکش‌دار مصرفی در این روش هنگام ذوب شدن، گازهایی آزاد می‌کند که از حوضچه مذاب در برابر اکسیژن و نیتروژن محافظت می‌کنند. در این روش، یک قوس الکتریکی بین نوک الکترود روکش‌دار و قطعه‌ی کار ایجاد می‌شود.
• جوش برنج: در جوشکاری برنجی (Braze Welding) به جای استفاده از الکترود پوشش‌دار یا سیم جوش، از یک میله‌ پرکننده از جنس برنج یا آلیاژهای مشابه استفاده می‌شود. فرآیند این نوع جوشکاری تا حدودی به لحیم‌کاری سخت شباهت دارد. در این روش معمولا از مشعل اکسی‌استیلن به‌عنوان منبع حرارت استفاده می‌شود. این حرارت تولیدشده می‌تواند فلز پایه را بدون آنکه تا نقطه ذوب برساند، تنها مقدار معینی گرم کرده و به کاهش اعوجاج و تاب‌خوردگی آن کمک ‌کند. کیفیت نهایی جوش برنج دارای کیفیت و جلوه ظاهری خوبی بوده و چنین ویژگی‌هایی آن را به یک گزینه ایده‌آل برای اتصال قطعات نازک، تزئینی یا حساس تبدیل کرده‌اند.

تجهیزات و ابزارهای لازم برای جوش پروفیل سبک

در جوشکاری آهن سبک که ضخامت کمی داشته و در ساخت‌وساز سازه‌های سبک کاربرد دارد، انتخاب صحیح تجهیزات و تنظیم دقیق پارامترهای جوشکاری یک بخش بسیار مهم از فرآیند کار است. در واقع باید گفت که دقت، حرف اول را در این کار می‌زند و هر استادکار برای دستیابی به این هدف باید آموزش جوشکاری پروفیل سبک را گذرانده باشد. در ادامه به ذکر چند نکته در این خصوص خواهیم پرداخت:

• استفاده از تجهیزات ایمنی مانند دستکش، عینک و ماسک مخصوص الزامی است. این ابزارها قیمت بالایی ندارند، اما نقش بسیار مهمی در حفظ سلامت جوشکار و انجام اصولی فرآیند جوش ایفا می‌کنند.
• ابزارهای اندازه‌گیری مانند گونیا، ضخامت‌سنج و خط‌کش به اجرای دقیق جزئیات، مطابق با نقشه‌های فنی کمک می‌کنند.
• از گیره برای ثابت نگه داشتن قطعه‌کار و از انبر جوش برای نگه داشتن الکترود در زاویه‌ی مناسب استفاده می‌شود.
• ابزارهایی مانند سوهان جوش، دستگاه ساب، برس سیمی، چکش و چاقوی جوشکاری برای تمیزکاری سطح قطعه پیش از شروع، حین انجام و پس از اتمام عملیات جوشکاری مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• الکترود یکی از اصلی‌ترین اجزای جوشکاری است که باید بر اساس روش مورد استفاده و نوع آلیاژ انتخاب گردد. به‌عنوان مثال الکترود ER70S-6 یکی از گزینه‌های رایج در جوشکاری MIG محسوب می‌شود.
• دستگاه جوش در تعیین کیفیت نهایی کار حیاتی است و باید متناسب با نوع جوشکاری انتخاب شود. همچنین نوع دستگاه نیز در انتخاب قطعاتی مانند کابل جوش و فیش اتصال دستگاه جوش موثر است.

مراحل جوشکاری پروفیل سبک به صورت گام به گام

فرآیند جوشکاری پروفیل سبک از پوشیدن لباس ایمنی آغاز می‌شود، با اجرای دقیق عملیات جوشکاری ادامه می‌یابد و در نهایت با تمیزکاری و بررسی کیفیت جوش به پایان می‌رسد. در ادامه مراحل جوشکاری این نوع پروفیل را به‌ صورت گام‌به‌گام، خلاصه و کاربردی شرح خواهیم داد:

• ابتدا باید پروفیل‌های بدون زنگ‌زدگی، ترک و تاب‌خوردگی برای کار انتخاب شوند. در نتیجه هنگام خرید پروفیل از کارخانه یا فروشنده باید سطح آن‌ها به ‌دقت مورد بررسی قرار گیرد.
• تمام ابزارهای مورد نیاز از جمله دستگاه جوش و الکترودهای مناسب باید آماده شوند تا جوشکار پس از پوشیدن لباس ایمنی بتواند فرآیند جوشکاری را آغاز کند.
• سطح پروفیل در این مرحله با استفاده از ابزارهایی مانند سوهان، برس سیمی یا سمباده باید تمیز و یکنواخت شود تا از هرگونه زنگ‌زدگی یا برآمدگی پاک گردد.
• محل برش پروفیل‌ها با استفاده از ابزارهای اندازه‌گیری مانند گونیا و ضخامت‌سنج مشخص می‌شود و سپس قسمت‌های اضافی با دستگاه فرز جدا می‌گردند.
• قطعه کار باید به صورت محکم در گیره قرار گیرد تا از حرکت آن حین جوشکاری جلوگیری شود.
• آمپر دستگاه جوش پروفیل سبک باید بر اساس مشخصات فیزیکی ورق، الکترودها و روش جوش تنظیم شود.
• جوشکار در این مرحله باید تمام مهارت و تمرکز خود را به کار گیرد تا اصول اجرای کار مانند تعداد پاس‌ها (Pass) به صورت استاندارد انجام شوند.
• در نهایت پروفیل دوباره تمیز شده و در صورت نیاز عملیات رنگ‌آمیزی نهایی روی آن انجام می‌شود. این مرحله به بهبود جلوه ظاهری پروفیل و افزایش مقاومتش در برابر زنگ‌زدگی کمک می‌کند.

مقایسه روش جوشکاری پروفیل سبک با پروفیل سنگین

تفاوت اصول جوشکاری پروفیل سبک و سنگین هم از نظر فنی و هم از نظر عملی، بر اساس انتخاب روش مناسب، میزان تاب ‌برداشتن، نوع الکترود و دقت در اجرای کار قابل بررسی است. میزان تاب برداشتن پروفیل‌های سبک به طور قابل توجهی بیشتر از پروفیل‌های سنگین است. به همین دلیل هنگام اتصال آن‌ها معمولا آمپر (شدت جریان) دستگاه تا حد ممکن پایین نگه داشته می‌شود. از سوی دیگر در جوشکاری پروفیل‌های سنگین میزان حرارت منتقل‌شده به قطعه باید به‌ مراتب بیشتر باشد تا جوش به‌ خوبی در قطعه نفوذ کند. این در حالی است که در قطعات سبک و نازک، حرارت بیش‌ازحد می‌تواند موجب سوختگی یا تاب ‌برداشتن شود. ضخامت کم پروفیل‌های سبک موجب افزایش سرعت اجرای کار می‌شود که این موضوع به صرفه‌جویی در زمان و کاهش هزینه‌ها هم کمک می‌کند.

توصیه پایانی

جوشکاری یک فرآیند کاملا علمی است که هر عامل مربوط به آن باید بر اساس تأثیری که بر کیفیت و نتیجه نهایی دارد، مورد بررسی قرار گیرد. قیمت و کیفیت پروفیل‌های مصرفی هم از چنین عواملی هستند. در واقع انتخاب متریال اولیه قبل از آغاز کار نقش مهمی در تعیین مراحل جوشکاری دارد. مثلا از آن‌جا که بسیاری از پروفیل‌های سبک از ورق روغنی شیت تهیه می‌شوند، آگاهی از قیمت ورق روغنی شیت می‌تواند بر تصمیم‌گیری برای انتخاب الکترود مناسب جوشکاری پروفیل سبک، نوع جوش و آمپر دستگاه موثر باشد.

از تئوری تا عمل: پیوند دانش و اجرا در جوشکاری پروفیل سبک

جوشکاری پروفیل سبک به صورت اصولی، تنها به ایجاد یک اتصال ساده ختم نمی‌شود بلکه این قطعات فولادی کم‌وزن و کاربردی در صنایع حساسی به‌کار گرفته می‌شوند و نقش مهمی در شکل‌گیری زیرساخت‌های پایدار برای بنیان‌های اقتصادی کشور ایفا می‌کنند. این فرآیند به روش‌های مختلفی قابل اجرا است و هر روش، متناسب با نوع خاصی از پروفیل و ویژگی‌های فنی آن انتخاب می‌شود. هر فرد با انتخاب درست روش اتصال پروفیل‌ها، قطعه‌ای از پازل صنعت و اقتصاد کشور را در جای صحیح خود قرار خواهد داد.