جوشکاری قوسی با الکترود دستی پوشش‌دار (SMAW): راهنمای جامع جوشکاری برق

 

جوشکاری قوسی با الکترود دستی پوشش‌دار، که معمولاً با نام‌های جوشکاری برق، SMAW (Shielded Metal Arc Welding) یا به زبان عامیانه “جوش الکترود” شناخته می‌شود، یکی از قدیمی‌ترین، پرکاربردترین و همه‌فن‌حریف‌ترین فرآیندهای جوشکاری در جهان است. این روش، ستون فقرات بسیاری از صنایع از ساخت و سازهای سنگین و کشتی‌سازی گرفته تا کارهای خانگی و تعمیرات عمومی را تشکیل می‌دهد. سادگی نسبی، قابلیت حمل بالا و توانایی جوشکاری در محیط‌های مختلف، آن را به گزینه‌ای محبوب برای جوشکاران مبتدی و حرفه‌ای تبدیل کرده است.

در این مقاله جامع، به طور کامل به چیستی جوشکاری SMAW، مزایا آن، تجهیزات مورد نیاز، نحوه عملکرد و نکات کلیدی برای انجام یک جوش با کیفیت خواهیم پرداخت. هدف ما ارائه یک راهنمای کامل برای تمام کسانی است که به دنبال درک عمیق‌تر و تسلط بر این روش حیاتی جوشکاری هستند.

 

۱. جوشکاری SMAW (جوشکاری برق) چیست؟

جوشکاری قوسی با الکترود دستی پوشش‌دار (SMAW) فرآیندی است که در آن حرارت مورد نیاز برای ذوب لبه‌های قطعات کار و الکترود، توسط یک قوس الکتریکی شدید بین نوک الکترود و قطعه کار تأمین می‌شود. الکترود مصرفی است و هم فلز پرکننده (Filler Metal) را تأمین می‌کند و هم با استفاده از پوشش فلاکس خود، گاز محافظ ایجاد می‌کند.

مکانیسم عمل:

وقتی جریان الکتریکی از طریق الکترود به قطعه کار برقرار می‌شود، قوس الکتریکی تشکیل می‌گردد. این قوس دمای بسیار بالایی (حدود 6500 درجه سانتی‌گراد) تولید می‌کند که هم نوک الکترود و هم سطح فلز پایه را ذوب می‌کند. با ذوب شدن الکترود، قطرات فلز مذاب از الکترود جدا شده و به حوضچه مذاب (Weld Pool) منتقل می‌شوند.

پوشش فلاکس (Flux) اطراف الکترود نیز در اثر حرارت قوس ذوب می‌شود و چندین وظیفه حیاتی را بر عهده دارد:

1. تولید گاز محافظ: این گاز حوضچه مذاب و قوس را از اتمسفر اطراف (اکسیژن و نیتروژن) که می‌توانند باعث آلودگی و شکنندگی جوش شوند، محافظت می‌کند.
2. تولید سرباره (Slag): سرباره یک لایه محافظ مذاب روی حوضچه جوش ایجاد می‌کند که از اکسیداسیون بیشتر جلوگیری کرده و نرخ سرد شدن جوش را کنترل می‌کند. پس از سرد شدن جوش، این لایه جامد شده و به راحتی قابل برداشتن است.
3. افزودن عناصر آلیاژی: برخی فلاکس‌ها حاوی عناصر آلیاژی هستند که خواص مکانیکی جوش را بهبود می‌بخشند.
4. پایدار کردن قوس: فلاکس به پایداری قوس الکتریکی کمک می‌کند.

با حرکت الکترود در امتداد خط جوش، حوضچه مذاب سرد شده و فلز جوش جامد تشکیل می‌شود که دو قطعه را به هم متصل می‌کند.

۲. مزایای جوشکاری SMAW (جوشکاری برق)

جوشکاری برق، به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردش، از محبوبیت بالایی برخوردار است:

1. سادگی و سهولت یادگیری نسبی: در مقایسه با برخی روش‌های دیگر مانند TIG، یادگیری اصول اولیه SMAW نسبتاً آسان‌تر است، هرچند تسلط بر آن نیاز به تمرین دارد.
2. قابلیت حمل بالا: تجهیزات جوشکاری SMAW (به ویژه اینورترهای جدید) سبک و قابل حمل هستند، که امکان جوشکاری در مکان‌های دورافتاده، ارتفاعات، فضاهای بسته و پروژه‌های میدانی را فراهم می‌کند.
3. تطبیق‌پذیری بالا: این روش برای جوشکاری طیف گسترده‌ای از فلزات آهنی (فولاد کربنی، فولاد آلیاژی، فولاد ضد زنگ) و در ضخامت‌های مختلف (از ورق‌های نازک تا قطعات ضخیم) مناسب است.
4. عملکرد خوب در محیط‌های نامناسب: جوشکاری برق به دلیل محافظت قوی فلاکس، می‌تواند در شرایط آب و هوایی نامساعد مانند باد و باران خفیف نیز مورد استفاده قرار گیرد، برخلاف روش‌های گازی که باد می‌تواند گاز محافظ را پراکنده کند.
5. مقرون به صرفه بودن تجهیزات اولیه: هزینه خرید یک دستگاه جوش اینورتر و الکترودها معمولاً کمتر از دستگاه‌های MIG/MAG یا TIG است، که آن را به گزینه‌ای اقتصادی برای شروع کار تبدیل می‌کند.
6. عدم نیاز به گاز محافظ خارجی: پوشش فلاکس الکترود، گاز محافظ را تولید می‌کند، بنابراین نیازی به کپسول گاز محافظ جداگانه نیست که هزینه و پیچیدگی کار را کاهش می‌دهد.
7. مناسب برای جوشکاری ریشه‌ای (Root Pass): SMAW اغلب برای پاس‌های ریشه در جوشکاری لوله‌ها و ساختارهای ضخیم استفاده می‌شود، زیرا توانایی خوبی در نفوذ دارد.

 

۳. معایب جوشکاری SMAW (جوشکاری برق)

مانند هر فرآیند جوشکاری دیگری، SMAW نیز دارای محدودیت‌هایی است:

1. نیاز به تمیزکاری پس از جوشکاری:

   پس از هر پاس جوش، لایه سرباره باید با چکش سرباره‌زنی و برس سیمی تمیز شود. این کار زمان‌بر است و می‌تواند به افزایش هزینه‌های تولید منجر شود.

2. نرخ رسوب پایین‌تر (Low Deposition Rate):

   در مقایسه با روش‌هایی مانند MIG/MAG، سرعت جوشکاری و نرخ رسوب فلز در SMAW پایین‌تر است، که در پروژه‌های با حجم بالا می‌تواند کارایی را کاهش دهد.

3. تولید دود و گازهای سمی:

   سوختن فلاکس الکترود دود و گازهای زیادی تولید می‌کند که می‌تواند برای جوشکار مضر باشد. نیاز به تهویه مناسب بسیار حیاتی است.

4. تولید جرقه و پاشش (Spatter) زیاد:

   SMAW تمایل به تولید جرقه و پاشش فلز مذاب دارد که نیاز به تمیزکاری بیشتری پس از جوشکاری دارد.

5. مصرف انرژی بالا:

   این فرآیند به انرژی نسبتاً بالایی نیاز دارد.

6. محدودیت در جوشکاری ورق‌های نازک:

   برای جوشکاری ورق‌های بسیار نازک (کمتر از 1.5 میلی‌متر)، کنترل حوضچه مذاب دشوار است و احتمال سوختگی و سوراخ شدن فلز افزایش می‌یابد.

7. نیاز به تعویض مکرر الکترود:

   از آنجایی که الکترود مصرفی است و طول محدودی دارد، جوشکار مجبور است به طور مرتب الکترود را تعویض کند، که این امر پیوستگی عملیات را کاهش می‌دهد.

8. مهارت جوشکار:

   کیفیت نهایی جوش به شدت به مهارت و تجربه جوشکار وابسته است. شروع و نگهداری قوس، تنظیم طول قوس و سرعت حرکت الکترود همگی نیاز به تمرین دارند.

 

۴. تجهیزات مورد نیاز برای جوشکاری SMAW (جوشکاری برق)

برای انجام جوشکاری SMAW، به مجموعه‌ای از تجهیزات ضروری و ایمنی نیاز دارید:

1. منبع تغذیه (دستگاه جوشکاری / اینورتر):

   • دستگاه جوش اینورتر (Inverter Welder): محبوب‌ترین و مدرن‌ترین نوع دستگاه جوش برای SMAW است. این دستگاه‌ها سبک، قابل حمل، کم‌مصرف‌تر و دارای قابلیت‌های کنترلی پیشرفته‌ای مانند Hot Start (شروع قوس آسان)، Arc Force (پایداری قوس) و Anti-Stick (جلوگیری از چسبیدن الکترود) هستند.
   • ترانسفورماتور جوشکاری (Transformer Welder): قدیمی‌تر و سنگین‌تر از اینورترها هستند. معمولاً AC خروجی می‌دهند و برای کارهای سنگین و صنعتی مناسب‌اند، اما مصرف برق بالاتری دارند.
   • رکتیفایر جوشکاری (Rectifier Welder): ترکیبی از ترانسفورماتور و یک یکسوکننده (رکتیفایر) برای تبدیل AC به DC هستند، که امکان جوشکاری با هر دو نوع جریان AC و DC را فراهم می‌کنند.

2. کابل‌های جوشکاری:

   • کابل انبر جوش (Electrode Holder Cable): کابلی که از دستگاه به انبر جوش متصل می‌شود.
   • کابل اتصال به زمین (Work Clamp/Ground Cable): کابلی که از دستگاه به گیره اتصال به زمین متصل شده و به قطعه کار وصل می‌شود.
   • نکات: طول و ضخامت کابل‌ها باید متناسب با جریان جوشکاری و فاصله از دستگاه باشد تا از افت ولتاژ و گرم شدن بیش از حد جلوگیری شود.

3. انبر جوش (Electrode Holder):

   • وسیله‌ای برای نگه‌داشتن الکترود و انتقال جریان الکتریکی به آن. باید دارای عایق‌بندی مناسب و توانایی تحمل جریان بالا باشد.

4. گیره اتصال به زمین (Work Clamp/Ground Clamp):

   • وسیله‌ای برای اتصال کابل زمین به قطعه کار، تا مدار الکتریکی کامل شود. اتصال باید محکم و با سطح تماس مناسب باشد.

5. الکترودهای جوشکاری:

   • میلگردهای فلزی پوشش‌دار که هم فلز پرکننده را فراهم می‌کنند و هم گاز محافظ و سرباره تولید می‌کنند. انتخاب نوع الکترود (مثلاً E6013, E7018, E308L-16) بستگی به نوع فلز پایه، موقعیت جوشکاری و خواص مورد انتظار جوش دارد.
   • نکته مهم: الکترودها باید در شرایط مناسب (خشک و عاری از رطوبت) نگهداری شوند. برخی الکترودها نیاز به خشک‌کن (Oven) دارند.

6. تجهیزات ایمنی فردی (PPE – Personal Protective Equipment):

   • ماسک جوشکاری (Welding Helmet): دارای شیشه تیره (shade) مناسب برای محافظت از چشم و صورت در برابر اشعه‌های مضر قوس (UV و IR) و جرقه‌ها. ماسک‌های اتوماتیک (Auto-Darkening) بسیار محبوب هستند.
   • دستکش جوشکاری (Welding Gloves): دستکش‌های ضخیم چرمی برای محافظت از دست‌ها در برابر حرارت، جرقه‌ها و اشعه.
   • لباس کار مقاوم در برابر آتش (Fire-Resistant Clothing): پوشیدن لباس‌های آستین بلند و شلوارهای ضخیم (کتان یا جین سنگین) بدون الیاف مصنوعی (پلی‌استر) برای محافظت از پوست در برابر سوختگی و جرقه‌ها.
   • کفش ایمنی (Safety Boots): کفش‌های محکم و بسته‌شده برای محافظت از پاها.
   • پیشبند چرمی (Leather Apron): در صورت نیاز برای محافظت بیشتر.
   • عینک ایمنی (Safety Glasses): برای استفاده زیر ماسک جوشکاری یا در حین تمیزکاری جوش.

7. ابزار تمیزکاری:

   • چکش سرباره‌زنی (Chipping Hammer): برای جدا کردن سرباره پس از جوشکاری.
   • برس سیمی (Wire Brush): برای تمیز کردن سرباره و آماده‌سازی سطح.
   • سنگ فرز (Angle Grinder): برای تمیزکاری، آماده‌سازی لبه‌ها و پرداخت نهایی جوش.

۵. نحوه انجام جوشکاری SMAW (گام به گام)

انجام یک جوشکاری SMAW با کیفیت نیاز به رعایت مراحل و تکنیک‌های خاصی دارد:

الف) ۱. آماده‌سازی محیط و ایمنی

1. بررسی منطقه کار: مطمئن شوید که محل جوشکاری عاری از مواد قابل اشتعال است. در صورت لزوم، از پتوی ضد آتش یا سطل آب/شن استفاده کنید.
2. تهویه مناسب: سیستم تهویه مناسب (فن یا هواکش) را فعال کنید تا دود و گازهای سمی از محیط خارج شوند.
3. پوشیدن تجهیزات ایمنی: تمام تجهیزات حفاظت فردی (ماسک، دستکش، لباس مناسب، کفش ایمنی) را بپوشید.

ب) ۲. آماده‌سازی قطعه کار

1. تمیز کردن سطح: سطح فلز پایه را از هرگونه زنگ‌زدگی، رنگ، روغن، چربی یا آلودگی با استفاده از برس سیمی، سنگ فرز یا حلال تمیز کنید. سطوح تمیز برای کیفیت جوش ضروری هستند.
2. آماده‌سازی لبه‌ها (Edge Preparation): برای قطعات ضخیم‌تر، لبه‌ها را پخ‌زنی (beveling) کنید تا نفوذ کامل جوش حاصل شود.

ج) ۳. تنظیم دستگاه جوشکاری و الکترود

1. انتخاب الکترود مناسب: الکترود را بر اساس نوع فلز پایه، ضخامت، موقعیت جوشکاری و خواص مورد نیاز جوش انتخاب کنید (مثلاً E6013 برای فولادهای عمومی، E7018 برای استحکام بالا و فولادهای کم‌آلیاژ).
2. تنظیم آمپر: جریان جوشکاری (آمپر) را بر اساس قطر الکترود و توصیه‌های سازنده تنظیم کنید. معمولاً یک جدول آمپر پیشنهادی روی بسته الکترود وجود دارد.
3. انتخاب قطبیت:
   • DC+ (DCEP – Direct Current Electrode Positive / جریان مستقیم، الکترود مثبت): انبر جوش به ترمینال مثبت و گیره زمین به ترمینال منفی دستگاه وصل می‌شود. بیشتر حرارت روی قطعه کار متمرکز می‌شود که برای نفوذ عمیق‌تر و الکترودهای خاص (مانند E7018) مناسب است.
   • DC– (DCEN – Direct Current Electrode Negative / جریان مستقیم، الکترود منفی): انبر جوش به ترمینال منفی و گیره زمین به ترمینال مثبت دستگاه وصل می‌شود. بیشتر حرارت روی الکترود متمرکز می‌شود که برای نفوذ کمتر، جوشکاری ورق‌های نازک و الکترودهای خاص (مانند E6010) مناسب است.
   • AC (Alternating Current / جریان متناوب): برای کاربردهای عمومی و الکترودهای خاص (مانند E6013) استفاده می‌شود.
   • نکته: در اینورترهای جدید معمولا ترمینال‌ها با علامت مثبت و منفی مشخص شده‌اند.
4. نصب الکترود: الکترود را به طور محکم در انبر جوش قرار دهید.

د) ۴. شروع جوشکاری

1. اتصال زمین: گیره اتصال به زمین را به قطعه کار یا میز کار متصل کنید.
2. شروع قوس (Arc Striking):
   • روش ضربه‌ای (Striking Method): نوک الکترود را مانند یک کبریت به آرامی روی قطعه کار بکشید.
   • روش ضربه زدن (Tapping Method): نوک الکترود را به سرعت به قطعه کار بزنید و بلافاصله کمی بلند کنید (حدود ۳ تا ۵ میلی‌متر) تا قوس تشکیل شود.
   • نکته: طول قوس باید تقریباً به اندازه قطر هسته الکترود باشد. طول قوس زیاد باعث قوس ناپایدار، پاشش زیاد و نفوذ کم می‌شود؛ طول قوس خیلی کم باعث چسبیدن الکترود می‌شود.
3. حفظ طول قوس و زاویه الکترود:
   • طول قوس: طول قوس را ثابت نگه دارید.
   • زاویه الکترود: الکترود را با زاویه ۱۰ تا ۱۵ درجه در جهت حرکت (زاویه کشش) و زاویه ۹۰ درجه نسبت به خط جوش نگه دارید.
   • 4. سرعت حرکت (Travel Speed):
   • سرعت حرکت الکترود باید ثابت و مناسب باشد. سرعت کم باعث تجمع زیاد فلز و جوش پهن و محدب می‌شود؛ سرعت زیاد باعث نفوذ کم، جوش باریک و احتمالاً آندرکات می‌شود.
   • به حوضچه مذاب نگاه کنید تا سرعت مناسب را تشخیص دهید. حوضچه باید به آرامی در پشت الکترود تشکیل شود.
   • 5. تکنیک‌های حرکت الکترود (Weaving Techniques):
   • برای عرض‌های بیشتر جوش، می‌توانید الکترود را با حرکات کوچک عرضی (زیک‌زاگ، نیم‌دایره، مثلثی) حرکت دهید. این تکنیک به کنترل حوضچه مذاب و پر کردن شیار کمک می‌کند.
   • برای پاس‌های ریشه، معمولاً حرکت مستقیم توصیه می‌شود.

 

6. پایان جوشکاری:

• در انتهای خط جوش، برای پر کردن دهانه (Crater) و جلوگیری از ترک خوردگی، الکترود را برای لحظه‌ای نگه دارید و سپس به آرامی قوس را قطع کنید.

ه) ۵. تمیزکاری پس از جوشکاری

1. سرد شدن: اجازه دهید جوش کمی سرد شود (هرگز آب روی جوش داغ نریزید).
2. سرباره‌زنی: با استفاده از چکش سرباره‌زنی، سرباره را به آرامی از روی جوش جدا کنید.
3. برس کشی: با برس سیمی، جوش را تمیز کنید تا از شر ذرات ریز سرباره و پاشش‌ها خلاص شوید.
4. بازرسی چشمی: جوش را برای یافتن هرگونه عیب (تخلخل، آندرکات، ذوب ناقص) بازرسی کنید.

 

۶. نکات کلیدی برای جوشکاری SMAW با کیفیت

• تمرین، تمرین، تمرین: جوشکاری یک مهارت عملی است. برای رسیدن به جوش‌های با کیفیت، نیاز به تمرین مداوم دارید.
• ثبات در حرکت: سعی کنید طول قوس، سرعت حرکت و زاویه الکترود را تا حد امکان ثابت نگه دارید.
• کنترل حوضچه مذاب: مهم‌ترین نکته، توانایی مشاهده و کنترل حوضچه مذاب است.
• خشک نگه‌داشتن الکترودها: رطوبت در الکترودها می‌تواند باعث ایجاد تخلخل در جوش شود.
• تهیه تجهیزات ایمنی مناسب: هرگز ایمنی را فدای سرعت یا هزینه نکنید.
• پیروی از دستورالعمل‌های سازنده: همیشه به توصیه‌های سازنده دستگاه جوش و الکترودها توجه کنید.

 

نتیجه‌گیری

جوشکاری قوسی با الکترود دستی پوشش‌دار (SMAW) یک فرآیند جوشکاری بسیار کارآمد، اقتصادی و همه‌کاره است که در طیف وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرد. با درک اصول اولیه، انتخاب صحیح تجهیزات، رعایت نکات ایمنی و تمرین مداوم، می‌توانید به یک جوشکار ماهر SMAW تبدیل شوید. این روش، با وجود ظهور تکنولوژی‌های جدیدتر، همچنان جایگاه خود را به عنوان یکی از روش‌های اصلی جوشکاری در صنعت و کارگاه‌ها حفظ کرده است.

امیدواریم این راهنمای جامع، اطلاعات ارزشمندی را در اختیار شما قرار داده باشد و به شما در تسلط بر هنر جوشکاری برق کمک کند. برای کسب اطلاعات بیشتر و مشاهده آموزش‌های عملی، می‌توانید به منابع آموزشی و ویدیوهای مرتبط با جوشکاری SMAW مراجعه کنید.