الکترود جوشکاری روکش دار از یک مغزی فلزی، پوشش فلاکس، انتهای بدون روکش برای اتصال به انبر و سر مخصوص ایجاد قوس تشکیل می شود. جنس مغزی و ترکیبات روکش، مستقیماً بر پایداری قوس، میزان نفوذ، کیفیت جوش، استحکام فلز جوش و سهولت سرباره برداری اثر می گذارند. به همین دلیل، هنگام بررسی قیمت الکترود جوشکاری نباید فقط قطر و برند محصول را در نظر گرفت؛ نوع روکش، ترکیب آلیاژی، استاندارد، شرایط نگهداری و کاربرد الکترود نیز در ارزش فنی و قیمت آن مؤثر هستند.

در فرایند جوشکاری قوسی با الکترود روکش دار یا SMAW، بواسطه وجود دستگاه جوش یا اینورتر جوشکاری میان نوک الکترود و قطعه کار قوس الکتریکی ایجاد می شود. مغزی الکترود و بخشی از فلز پایه ذوب شده و حوضچه جوش را تشکیل می دهند. روکش نیز هم زمان تجزیه یا ذوب می شود و با ایجاد گاز محافظ و سرباره، از فلز مذاب در برابر اکسیژن و نیتروژن موجود در هوا محافظت می کند.

اجزای اصلی الکترود جوشکاری

الکترود جوشکاری روکش دار از چهار بخش فیزیکی اصلی تشکیل می شود:

از میان این اجزا، مغزی و روکش بیشترین تأثیر را بر عملکرد الکترود دارند. انتهای گیرش و سر الکترود نیز برای برقراری صحیح جریان و شروع پایدار قوس ضروری هستند.

مغزی الکترود جوشکاری چیست؟

مغزی الکترود، میله فلزی قرارگرفته در مرکز الکترود است. این بخش جریان الکتریکی را از انبر الکترود به محل قوس منتقل می کند و با ذوب شدن، بخشی از فلز موردنیاز برای پرکردن اتصال را فراهم می سازد.

جنس مغزی بر اساس نوع الکترود و فلز پایه انتخاب می شود. در الکترودهای فولاد کربنی، مغزی معمولاً از فولاد کم کربن ساخته می شود. در الکترودهای مخصوص جوشکاری فولاد زنگ نزن، چدن، فولادهای کم آلیاژ یا آلیاژهای مقاوم به حرارت، ترکیب مغزی می تواند شامل عناصر آلیاژی متفاوتی باشد.

در بعضی الکترودها، ترکیب نهایی فلز جوش فقط از مغزی تأمین نمی شود. بخشی از عناصر آلیاژی ممکن است از طریق روکش وارد حوضچه جوش شوند. بنابراین ترکیب مغزی به تنهایی برای پیش بینی آنالیز فلز جوش کافی نیست. الکترود روکش دار معمولاً شامل یک مغزی فلزی با پوشش فلاکس است و عملکرد نهایی آن به ترکیب هر دو بخش وابسته است.

وظایف مغزی الکترود

مغزی الکترود چند وظیفه اصلی دارد:

• انتقال جریان الکتریکی
• ایجاد و حفظ قوس
• تأمین فلز پرکننده
• مشارکت در تعیین ترکیب شیمیایی فلز جوش
• تأثیرگذاری بر استحکام، چقرمگی و مقاومت خوردگی اتصال
• کنترل میزان رسوب فلز جوش

قطر مغزی نیز بر مقدار جریان موردنیاز و نرخ رسوب اثر دارد. الکترودهای قطورتر معمولاً به جریان بیشتری نیاز دارند و برای ضخامت های بالاتر یا افزایش نرخ رسوب استفاده می شوند. مقدار دقیق جریان باید بر اساس دستورالعمل سازنده، وضعیت جوشکاری و نوع اتصال تعیین شود.

روکش الکترود جوشکاری چیست؟

روکش یا پوشش فلاکس، لایه ای از مواد معدنی، شیمیایی و گاهی فلزی است که اطراف مغزی قرار می گیرد. این پوشش فقط یک لایه محافظ ساده نیست؛ بلکه بخش مهمی از سامانه متالورژیکی و عملیاتی الکترود محسوب می شود.

هنگام ایجاد قوس، قسمتی از روکش تجزیه شده و گاز محافظ تولید می کند. بخش دیگری ذوب شده و به شکل سرباره روی حوضچه جوش قرار می گیرد. برخی ترکیبات نیز اکسیژن را از حوضچه حذف کرده، قوس را پایدار می کنند یا عناصر آلیاژی و پودر آهن را به فلز جوش اضافه می کنند.

وظایف روکش الکترود

مهم ترین وظایف پوشش الکترود عبارت اند از:

1. محافظت از حوضچه جوش در برابر هوا
2. ایجاد گاز محافظ در اطراف قوس
3. تشکیل سرباره روی فلز مذاب
4. پایدارکردن قوس الکتریکی
5. تسهیل شروع مجدد قوس
6. اکسیژن‌زدایی و حذف برخی ناخالصی‌ها از فلز مذاب
7. کنترل شکل و انجماد گرده جوش
8. کنترل میزان نفوذ جوش و شکل حوضچه مذاب
9. افزودن عناصر آلیاژی به فلز جوش
10. افزایش نرخ رسوب با استفاده از پودر آهن
11. کاهش پاشش در برخی فرمولاسیون ها
12. بهبود خواص مکانیکی فلز جوش در برخی موارد خواص متالورژیکی

فلاکس باید از نوک الکترود، قطرات فلز در حال انتقال و حوضچه مذاب در برابر گازهای موجود در اتمسفر محافظت کند. همچنین باید با جذب اکسیدها و سایر ناخالصی‌ها و انتقال آن‌ها به سرباره، کیفیت فلز جوش را بهبود بخشد، قوس الکتریکی را پایدار سازد و سرباره‌ای تشکیل دهد که ضمن محافظت و نگه‌داشتن حوضچه مذاب در وضعیت‌های مختلف جوشکاری، پس از انجماد به‌راحتی از سطح جوش جدا شود.

مواد تشکیل دهنده روکش الکترود

فرمول دقیق روکش الکترودها معمولاً اختصاصی است و بین تولیدکنندگان تفاوت دارد. بااین حال، مواد موجود در پوشش را می توان بر اساس نقش آن ها در چند گروه اصلی دسته بندی کرد.

 

گروه مواد	نمونه ترکیبات	وظیفه
مواد گازساز	سلولز و کربنات ها	ایجاد گاز محافظ اطراف قوس و حوضچه
مواد سرباره ساز	روتیل، ترکیبات کلسیم، سیلیکات ها و فلورایدها	تشکیل سرباره و محافظت از جوش
پایدارکننده های قوس	ترکیبات سدیم و پتاسیم	تسهیل شروع قوس و افزایش پایداری آن
اکسیژن زداها	فرومنگنز و فروسیلیس	کاهش اکسیژن و جلوگیری از ایجاد اکسیدها
مواد آلیاژی	نیکل، کروم، مولیبدن و منگنز	تنظیم ترکیب و خواص فلز جوش
پودر آهن	پودر فلزی آهن	افزایش نرخ رسوب و بازده الکترود
مواد چسباننده	سیلیکات سدیم یا پتاسیم	اتصال مواد پوشش به مغزی
مواد کنترل کننده سرباره	مواد معدنی مختلف	تنظیم روانی، انجماد و جداشدن سرباره

مواد گازساز

مواد گازساز در اثر حرارت قوس تجزیه شده و اتمسفری محافظ در اطراف حوضچه ایجاد می کنند. سلولز یکی از مهم ترین مواد گازساز در الکترودهای سلولزی است.

احتراق سلولز گازهایی مانند هیدروژن، دی اکسیدکربن و مونوکسیدکربن ایجاد می کند. این گازها از حوضچه محافظت کرده و قوسی نافذ و پرقدرت ایجاد می کنند؛ اما هیدروژن بالاتر می تواند خطر ترک سرد را در فولادهای حساس افزایش دهد.

مواد سرباره ساز

مواد سرباره ساز پس از ذوب، لایه ای سبک تر از فلز جوش روی سطح حوضچه تشکیل می دهند. این لایه از تماس مستقیم فلز مذاب با هوا جلوگیری می کند و سرعت سردشدن و شکل گرده جوش را تحت تأثیر قرار می دهد.

سرباره همچنین می تواند حوضچه مذاب را هنگام جوشکاری در وضعیت های عمودی یا بالاسری نگه دارد. پس از اتمام هر پاس، سرباره باید پیش از اجرای پاس بعدی کاملاً برداشته شود؛ در غیر این صورت احتمال ایجاد حبس سرباره افزایش می یابد.

پایدارکننده های قوس

برخی ترکیبات سدیم و پتاسیم باعث آسان ترشدن یونیزاسیون فضای قوس و افزایش پایداری آن می شوند. نوع این ترکیبات می تواند بر امکان استفاده از الکترود با جریان مستقیم یا متناوب نیز اثر بگذارد.

برای نمونه، در پوشش الکترود E6013 معمولاً ترکیبات پتاسیم وجود دارد که امکان عملکرد مناسب با جریان متناوب را فراهم می کند. تفاوت ترکیبات سدیم و پتاسیم یکی از عوامل تفاوت میان بعضی رده های الکترود است.

اکسیژن زداها

اکسیژن زداها با اکسیژن و اکسیدهای موجود در حوضچه واکنش می دهند و احتمال تخلخل، آخال اکسیدی و افت خواص مکانیکی را کاهش می دهند.

فرومنگنز و فروسیلیس از مواد متداول این گروه هستند. محصولات حاصل از واکنش این مواد معمولاً وارد سرباره شده و پس از پایان جوشکاری از سطح اتصال جدا می شوند.

عناصر آلیاژی

در بعضی الکترودها، عناصری مانند کروم، نیکل، مولیبدن، منگنز یا سایر فروآلیاژها به روکش اضافه می شوند. این عناصر می توانند برای دستیابی به خواص زیر استفاده شوند:

• افزایش استحکام
• بهبود چقرمگی
• افزایش مقاومت در برابر خوردگی
• بهبود عملکرد در دمای بالا
• افزایش مقاومت سایشی
• تطبیق ترکیب فلز جوش با فلز پایه

در انتخاب الکترودهای آلیاژی، باید طبقه بندی استاندارد، گواهی فنی و دستورالعمل جوشکاری بررسی شود. ظاهر یا نام تجاری محصول نمی تواند جایگزین مشخصات فنی آن شود.

پودر آهن

پودر آهن به برخی پوشش های روتیلی یا بازی اضافه می شود تا میزان فلز رسوب کرده افزایش یابد. با افزودن مقدار قابل توجه پودر آهن، ممکن است وزن فلز جوش رسوب داده شده از وزن مغزی مصرف شده بیشتر شود.

این الکترودها نرخ رسوب و بهره وری بالاتری دارند، اما بسته به نوع پوشش و طبقه بندی، ممکن است برای همه وضعیت های جوشکاری مناسب نباشند.

مواد چسباننده

مواد چسباننده، ترکیبات مختلف روکش را کنار هم نگه داشته و آن ها را به سطح مغزی متصل می کنند. سیلیکات سدیم و سیلیکات پتاسیم از چسباننده های متداول در تولید الکترود هستند.

یکنواختی پوشش اهمیت زیادی دارد. ضخامت نامتقارن یا جداشدن بخشی از روکش می تواند باعث انحراف قوس، ذوب نامتعادل و کاهش کیفیت جوش شود.

انتهای گیرش الکترود

انتهای گیرش بخشی از الکترود است که روکش ندارد و داخل انبر الکترود قرار می گیرد. نبود پوشش در این قسمت باعث ایجاد تماس مستقیم فلز با فک های انبر و انتقال جریان الکتریکی می شود.

این قسمت باید تمیز و بدون آلودگی شدید، زنگ زدگی یا تغییر شکل باشد. اتصال ضعیف میان انبر و انتهای الکترود می تواند موجب گرم شدن انبر، افت جریان، ناپایداری قوس و قطع و وصل شدن فرایند شود.

سر الکترود یا محل شروع قوس

سر الکترود بخش مقابل انتهای گیرش است و برای ایجاد قوس با سطح قطعه تماس پیدا می کند. در برخی محصولات، نوک مغزی کمی نمایان است تا شروع قوس آسان تر شود.

آسیب دیدگی یا ریختن روکش در اطراف نوک می تواند باعث شروع نامنظم قوس، سوختن یک طرفه پوشش و انحراف قوس شود. الکترود دارای روکش ترک خورده یا جداشده نباید در اتصالات حساس استفاده شود.

نحوه عملکرد اجزای الکترود هنگام جوشکاری

فرایند عملکرد الکترود روکش دار به ترتیب زیر انجام می شود:

1. انتهای بدون روکش داخل انبر قرار می گیرد.
2. نوک الکترود با قطعه تماس پیدا کرده و قوس ایجاد می شود.
3. حرارت قوس، مغزی و سطح فلز پایه را ذوب می کند.
4. فلز مذاب مغزی به حوضچه منتقل می شود.
5. روکش تجزیه شده و گاز محافظ تولید می کند.
6. مواد سرباره ساز ذوب شده و روی حوضچه قرار می گیرند.
7. اکسیژن زداها و عناصر آلیاژی با حوضچه واکنش می دهند.
8. فلز جوش زیر لایه سرباره منجمد می شود.
9. پس از سردشدن، سرباره از سطح جوش برداشته می شود.

هماهنگی میان مغزی، روکش، جریان و تکنیک جوشکار تعیین می کند که گرده جوش دارای نفوذ، شکل و خواص مکانیکی مناسبی باشد.

جدول مقایسه اجزای عملکردی روکش ها

نوع روکش	ماده اصلی	ویژگی قوس	میزان نفوذ	وضعیت کاربردی
روتیلی	دی اکسید تیتانیوم	نرم و پایدار	کم تا متوسط	جوشکاری عمومی و ورق
سلولزی	سلولز	قوی و پرنفوذ	زیاد	پاس ریشه و خطوط لوله
بازی	کربنات و فلوراید کلسیم	کنترل شده	متوسط	سازه های حساس و فولادهای ضخیم
روتیلی حاوی پودر آهن	روتیل و پودر آهن	نرم	کم تا متوسط	افزایش نرخ رسوب
بازی حاوی پودر آهن	ترکیبات بازی و پودر آهن	پایدار	متوسط	سازه سنگین و رسوب بیشتر

انواع روکش الکترود جوشکاری

شناخت نوع روکش یکی از پایه های اصلی انتخاب از میان انواع الکترود جوشکاری است. الکترودها بر اساس ماده اصلی پوشش به سه گروه روتیلی، سلولزی و بازی تقسیم می شوند. پودر آهن نیز می تواند به بعضی پوشش های روتیلی یا بازی اضافه شود.

روکش روتیلی

ماده اصلی این پوشش دی اکسید تیتانیوم یا روتیل است. الکترودهای روتیلی معمولاً قوس نرم، شروع آسان، پاشش کم، ظاهر مناسب گرده و سرباره ای با قابلیت جداسازی مطلوب دارند.

این الکترودها برای بسیاری از عملیات عمومی، ساخت سازه های سبک، تعمیرات و جوشکاری ورق ها استفاده می شوند. E6013 یکی از شناخته شده ترین الکترودهای روتیلی است.

روکش سلولزی

در این روکش مقدار زیادی سلولز وجود دارد. تجزیه سلولز قوسی قوی و نافذ ایجاد می کند و امکان جوشکاری با سرعت بالا و اجرای پاس ریشه در برخی خطوط لوله را فراهم می سازد.

الکترودهای E6010 و E6011 نمونه های شناخته شده این گروه هستند. این محصولات هیدروژن بیشتری ایجاد می کنند و استفاده از آن ها در فولادهای مستعد ترک باید بر اساس دستورالعمل جوشکاری و کنترل های فنی انجام شود.

روکش بازی یا کم هیدروژن

پوشش الکترودهای بازی معمولاً حاوی ترکیبات کلسیم و فلوراید است. این الکترودها در صورت نگهداری و خشک کردن صحیح، فلز جوشی با هیدروژن کمتر و خواص مکانیکی مطلوب ایجاد می کنند.

E7018 یکی از رایج ترین الکترودهای کم هیدروژن است. این گروه برای سازه های سنگین، اتصالات تحت تنش، قطعات ضخیم و فولادهای حساس به ترک هیدروژنی کاربرد دارد.

روکش حاوی پودر آهن

پودر آهن می تواند به پوشش های روتیلی یا بازی اضافه شود. این ماده نرخ رسوب را افزایش می دهد و در پروژه هایی که سرعت تولید اهمیت دارد، مفید است.

الکترودهایی مانند E7014، E7024 و E7018 ممکن است با درصدهای مختلف پودر آهن تولید شوند. وضعیت جوشکاری و جریان مناسب باید از روی طبقه بندی و دیتاشیت سازنده تعیین شود.

اجزای الکترود جوشکاری شامل مغزی فلزی، روکش فلاکس، انتهای گیرش و سر الکترود هستند. مغزی جریان را منتقل کرده و فلز پرکننده را تأمین می کند. روکش نیز با تولید گاز و سرباره، پایدارسازی قوس، اکسیژن زدایی و افزودن عناصر آلیاژی، شرایط لازم برای تشکیل یک اتصال سالم را فراهم می سازد.

نوع روکش تعیین کننده بسیاری از ویژگی های الکترود است. الکترودهای روتیلی برای جوشکاری عمومی و قوس نرم، الکترودهای سلولزی برای نفوذ بالا و برخی عملیات لوله کشی و الکترودهای بازی برای کاهش هیدروژن و دستیابی به خواص مکانیکی بهتر استفاده می شوند.

برای انتخاب و خرید الکترود جوشکاری باید جنس فلز پایه، ضخامت، وضعیت جوشکاری، نوع جریان، میزان نفوذ، شرایط نگهداری و استاندارد پروژه بررسی شود. اعلام این اطلاعات به کارشناسان حامی جوش، امکان انتخاب دقیق تر الکترود و کاهش احتمال بروز عیوب جوش را فراهم می کند.