جوشکاری بوسیله الکترود توپودری که به اختصار آن را FCAW می شناسند، یک روش جوشکاری با قوس الکتریکی اتوماتیک و یا نیمه اتوماتیک می باشد.
جوشکاری بوسیله الکترود توپودری که به اختصار آن را FCAW می شناسند، یک روش جوشکاری با قوس الکتریکی اتوماتیک و یا نیمه اتوماتیک می باشد. این روش نیازمند تغذیه مداوم سیم الکترود حاوی فلاکس بوده که بوسیله یک منبع تامین جریان الکتریکی از نوع ولتاژ ثابت و به ندرت جریان ثابت اجرا می شود. همانگونه که مختصرا در مقالات گذشته خدمتتان شرح داده ام، دستگاه های جوشکاری نوع ولتاژ ثابت به نحوی می باشند که با تغییرات ایجاد شده در طول قوس، منبع تغذیه جریان و الکترود به شکلی عمل کرده تا اختلاف پتانسیل موجود میان قطعه کار و نوک الکترود و طول قوس مربوطه را با حداقل تغییرات و به نحوی ثابت نگاه دارند. این امر را اصطلاحا حالت خود تنظیم گویند، آنچنان که اگر جوشکار یا اپراتور جوشکاری سهوا طول قوس را تغییر دهد، دستگاه بلافاصله واکنش نشان داده و وضعیت را با افزایش یا کاهش سرعت تغذیه الکترود متناسب با تغییرات ایجاد شده، به حالت اول باز می گرداند.
در این فرآیند ممکن است گاز محافظ جداگانه نیز مورد استفاده قرار بگیرد، ولی در اغلب اوقات همان فلاکس درون الکترود، زمانی که در تماس با قوس الکتریکی قرار می گیرد، تولید گاز محافظ کرده و اتمسفر محیط را کنار زده و از در تماس قرار گرفتن حوضچه مذاب و موضع اتصال با عوامل مخرب اتمسفر، جلوگیری می کند، همچنین سرباره منجمد شده بر روی فلز مذاب در حال انجماد قرار گرفته و مانند عاملی دوم از تماس موضع اتصال با اتمسفر ممانعت می کند. همچنین این سرباره منجمد شده بوسیله کشش سطحی ایجاد کرده، شکل منظمی به حوضچه جوش داده و عناصر اکسیژن زدا، نیتروژن زدا و مواد دیگری را همچون منگنز جهت زدودن گوگرد احتمالی موجود در مذاب به حوضچه جوش افزوده تا باعث ایجاد خواص
مکانیکی و متالوژیکی قابل قبولی در محل اتصال قطعات کار گردد.
این روش جوشکاری در ابتدا در اوایل دهه 50 میلادی به عنوان جایگزینی جهت روش جوشکاری بوسیله الکترود روکش دار یا همان SMAW به صنعت معرفی گردید، از مزایای بارز این روش نسبت به روش SMAW می توان نرخ رسوب بالاتر در واحد زمان را بیان کرد تا آنجا که حتی می توان به مقدار 25 پوند در ساعت یا چیزی بیش از 11 کیلوگرم بر ساعت دست یافت، در حالی که بهترین نرخ رسوب فرآیند SMAW تا چهار کیلوگرم و نیم در ساعت می رسد. همچنین در این روش جوشکاری دور ریز الکترود وجود ندارد، موردی که در روش جوشکاری با الکترود دستی بین 10 الی 11 درصد الکترود دور ریخته شده و غیر قابل استفاده می باشد. FCAW دارای بازدهی بسیار بالایی می باشد، چیزی در حدود 75% الی 95% از وزن الکترود در ایجاد اتصال مورد استفاده قرار می گیرد، در حالی که در روش جوشکاری SMAW حداکثر بازدهی الکترود به 75% خواهد رسید.
مزایای کلی:
معایب:
مشابه با دیگر روشهای جوشکاری که در آنها فلاکس و تولید سرباره وجود دارد، این روش نیز نیازمند زدودن همین سرباره پس از اتمام یک پاس جوشکاری بوده و اگر از این سرباره بر روی جوش چیزی باقی بماند و ما نیازمند پاس دومی بر روی آن باشیم، ممکن است عیوبی مانند عدم نفوذ، عدم ذوب، سرباره محبوس شده و حتی در موارد ترک را در فلز جوش شاهد باشیم.
همانگونه که ذکر گردید، این روش جوشکاری دو نوع کلی می باشد، یکی رویه جوشکاری با الکترود توپودری خود محافظ و دیگری رویه جوشکاری به همراه گاز محافظ اضافی که اصطلاحا گاز محافظ گویند. انجمن جوش ایالات متحده به حالت اول اصطلاحا Flux Cored Arc Welding-Self-Shielding یا FCAW-S گوید و دیگری را Flux Cored Arc Welding-Gas-Shielding یا FCAW-G نام نهاده است. ضمنا به این حالت دوم نوع محافظ دوبل یا Dual Shield نیز می گویند. جهت هر کدام از این حالات از تورجی مخصوص به آن استفاده می کنند که نمونه هایی از آنها را در تصاویر ذیل مشاهده می فرمایید.
یک مزیت بارز این نوع تورچ سوم بغییر از تهویه محل جوش، متمرکز کردن حرارت تولیدی می باشد، چرا که تورچ دود را مکش کرده و گاز محافظ و حرارت تولید شده جایگزین آن می شود.
یک نوع دیگر از تورچ جوشکاری توپودری وجود دارد که قابلیت نصب قرقره های کوچکی از الکترود توپودری را بر روی خود دارد و دارای یک الکتروموتور جهت ارسال الکترود، به موضع می باشد، البته این نمونه ممکن است بدون قابلیت نصب قرقره باشد و تنها دارای تجهیزات کشش سیم الکترود از قرقره اصلی نصب شده در دستگاه جوشکاری بوده که به تورچهای کشنده یا Puller معروف هستند.
در خصوص تورچهای این روش جوشکاری این نکته را بایستی خاطر نشان کرد که برخی از مدلهای اتومات آن حتی قادر به کاربرد تا مقدار شدت جریان 1500 آمپر نیز می باشند.
همچنین تورچهای مورد استفاده دارای انواع آب خنک و هواخنک می باشند که مسلما نوع آب خنک توانایی استفاده با سیکل کاری بالاتری را دارا بوده و می تواند در شدت جریان های الکتریکی بالاتری بکار گرفته شود، یعنی تا چیزی بیش از 600 آمپر در تورچهای که بصورت دستی کاربرد دارند.
تجهیزات تامین جریان الکتریکی و تغذیه الکترود در روش FCAW تقریبا مشابه ادوات مورد استفاده در GMAW می باشد. از تفاوتهای موجود در تجهیزات این دو روش می توان به وجود دو جفت غلتک در بخش تغذیه الکترود جهت روش جوشکاری بوسیله الکترود توپودری می باشد، اشاره کرد، بوسیله این امر اعمال فشار و بار وارده بر روی سطح خارجی بیشتری ازالکترود تیوبی گسترانده تا فلاکس موجود درون الکترود بهتر شکل یکپارچه خود را حفظ کرده، الکترود کمتر در معرض اعوجاج قرار گرفته و احتمال خارج شدن و بیرون ریختن فلاکس از درون تیوب کاهش پیدا کند.
همچنین غلتکهای مورد استفاده جهت تغذیه الکترود در این روش دارای انواع مقاطع U شکل شیاری، U شکل دندانه دار و V شکل دندانه دارهستند تا با اعمال حداقل نیروی فشاری، بتوانند الکترود را در جریانی یکنواخت به موضع جوشکاری تعذیه کنند. معمولا جهت الکترودهای با ضخامت کم از نوع U شیاری استفاده می کنند. از مقطع V شکل دندانه دار نیز جهت بکارگیری الکترودهای با ضخامت 6/1 میلیمتر به بالا استفاده می شود. این نمونه به نرمی الکترود را به جلو رانده تا از سر خوردن آن مابین غلتکها جلوگیری کند. نوع U دارای دندانه جهت بکارگیری الکترودهایی با ضخامت بالا بکار گرفته می شود.
انتخاب سیستم تغذیه الکترود جهت اجرای جوشکاری به مقدار فاصله قرقره الکترود و موضع اتصال وابسته می باشد که بصورت کلی دارای انواع هدل دهند یا Pusher، کشنده یا Puller و هل دهنده کشنده یا Push-Pull می باشد و همانگونه که ذکر گردید نوع کشنده دارای مکانیزم کشش الکترود بر روی تورچ می باشد. در اغلب جوشکاریهای اتوماتیک و ماشینی از تورچ مدل آخری استفاده می کنند، چرا که سرعت عملکرد تولید را بالا خواهد برد و الکترود به نرمی به موضع اتصال ارسال می شود، ولی در جوشکاری های نیمه اتوماتیک دستی به ندرت از این نوع تورچ استفاده می کنند چرا که وزن آن کمی سنگین بوده و به سرعت دست جوشکار را خسته خواهد کرد. تورچهای جوشکاری نوع Puller جهت کاربرد دستی بیشتر بدرد استفاده در روش جوشکاری GMAW می خورند، چرا که جهت کاربرد الکترودهای نازک از فلزات غیر آهنی مانند آلومینیوم که احتمال پیچ و تاب خوردن آنها در لاینر ارسال الکترود فراوان بوده و ممکن است درون لاینر گیر کنند، بسیار مفید می باشند.
مکانیزم نوع Pusher یا همان هل دهنده، نسبت به حالات دیگر، عمومیت استفاده بیشتری دارد، چرا که تجهیزات و مکانیزم تغذیه سیم به موضع اتصال در نزدیکی قرقره الکترود و درون واحد تغذیه اصلی نصب شده است نه روی تورچ جوشکاری که این خود به شدت وزن تورچ را کاهش خواهد داد. این روش تغذیه الکترود توانایی کاربرد روی لاینرهای راهنمای الکترود تا طول سه متر و هفتاد سانتیمتر را دارا می باشند.
همچنین در زمان استفاده از الکترودی که نیازمند استفاده از گاز محافظ جداگانه نباشد و اصطلاحا فرآیند از نوع FCAW-S باشد، دیگر نیازی به اداوات ارسال گاز محافظ و تورچ مخصوص این امر نمی باشد.
منبع تامین جریان، همانگونه که ذکر گردید اغلب از نوع ولتاژ ثابت یا Constant Current-CC بوده معمولا قادر به کارکرد با ولتاژ های 230 تک فاز تا 480 سه فاز دارای فرکانس 50 الی 60 هرتز می باشند، اگر برخی نمونه های مورد استفاده در روشهای اتوماتیک و جوشکاری های ماشینی، ممکن است نیازمند ولتاژ ورودی بالایی حتی تا 575 ولت نیز باشند.
