آثار باقيمانده از گذشته هاي بسيار دور نشانگر اين واقعيت است كه انسان هاي اوليه با استفاده از اصول فيزيكـي كه امـروزه اساس جوشكـاري مدرن را تشكيـل مي دهد قطعـات فلزي را بـه يكديگر متصل مي كردند. تجزيه و تحليل ابزارهاي كشف شده از قرون اوليه نشان مي دهد كه براي اتصال دو قطعه فلزي به يكديگر ، لبه هاي گداخته شده اين قطعات را روي يكديگر قرار داده و با ضربات چكش بهم متصل مي كردند.

مهمترين اصول فيزيكي كه سنگ زيربناي متدهاي معمولي جوشكاري در قرن حاضر را تشكيل مي دهد در اواخر قرن نوزدهم كشف و ابداع شده و به تدريج در صنعت مورد استفاده قرار گرفت. در سال 1887 يكي از دانشمندان روسي بنام Bernadas  اختراع متدي را به ثبت رساند كه به وسيله آن قادر بود تا يك قطعه فلزي را با الكترود ذغالي به صورت موضعي با ايجاد قوس الكتريكي بين قطعه و الكترود ذوب نمايد.

در ايـن زمان نامبــرده دو قطعه فلزي را در فاصله معيني از يكديگر قرار داده و با استفاده از پديده فـوق الذكر و حركت الكترود ذغالي در طول شكاف بين دو قطعه و وارد نمودن همزمان ميله اي فلزي از جنس قطعه در داخل قوس الكتريكي ، حمام مذابي به وجود آورد كه بعد از منجمد شدن شكاف موجود را پر نموده و باعث به هم پيوستن اين قطعات گرديد.
چند سال بعد يعني در سال 1891 دانشمند ديگر روسي بنام Slavjaniv  روش الكترود ذوب شونده را اختراع نمود. در اين روش به جاي الكترود ذغالي از يك الكترود فلزي استفاده شده كه همزمان وظيفه فلز پركننده را نيز به عهده داشت.

در روش الكترود ذوب شونده ذوب حاصل از الكترود فلزي در فاصله بين نوك الكترود و شكاف دو قطعه در معرض هوا قرار مي گرفت كه اين امر باعث اكسيده شدن مذاب و در نتيجه در جوش ايجاد اشكال مي كرد. از طرف ديگر قوس الكتريكي نيز ناپايدار بود كه خود به خود غير يكنواختي جوش را به دنبال داشت.

براي برطرف نمودن اين عيوب در سال 1905 يك صنعتگر سوئدي بنامOscar  Kjellberg   الكترود فلزي پوشش دار را اختراع نمود. پوشش اين الكترود را مخلوطي از مواد معدني مختلف تشكيل مي داد كه قادر بود با توليد گاز و ايجاد سرباره ، مذاب حاصل از ذوب الكترود را در مقابل آثار نامطلوب تماس با هوا محافظت نمايد. علاوه بر اين ، پوشش الكترود باعث پايداري قوس الكتريكي و يكنواخت شدن جوش مي گرديد.

با اختراع الكترود پوشش دار ، صنعت اين امكان را يافت تا جوش هايي با استحكام معادل فلز پايه بوجود آورد. اولين قايق ده متري تعميراتي كه تمام اتصالات آن توسط جوشكاري انجام شده بود در سال 1918 بـه آب انداختـه شد. از اواخر دهـه 1930 كه احداث پل ها و خطوط راه آهن و نيز ساخت كشتي هاي اقيانوس پيما و غيره با روش جوش دادن قطعات به يكديگر با سرعت آغاز گرديد تا بهامروز كه انسان به ساختن فضا پيما ، آسمان خراش ، نيروگاه هسته اي ، ميكروپروسسور و غيره مشغول است هنوز جوشكاري از روش هاي بسيار مهم اتصال محسوب مي شود. فرآيندهاي جوشكاري نه تنهابراي اتصال فلزات همجنس بلكه در موارد خاص با رعايت نكات تكنيكي و متالورژيكي ويژه براي اتصال فلزات غير همجنس (مس-آلومينيوم) ، فلز به غير فلز (سراميك به فلز) و حتي غير فلز به غير فلز (سراميك به سراميك) نيز استفاده مي شود. علاوه بر كاربرد جوشكاري در اتصالات دائم كاربردهاي ديگري نيز در صنعت معمول است (نظير بازسازي عيوب قطعات ريختگي يا ماشين كاري شده ، بازسازي قطعات فرسوده و مستهلك شده و ايجاد موضوع جوش با خواص ويژه در فرآيند ساخت بعضي از قطعات صنعتي) كه هر كدام جايگاه ويژه اي داشته و ضمن اينكه اهميت آنها كمتر از كاربرد اصلي اتصال آن نيست.

تاكنون فرايندهاي مختلف جوشكاري در دنيا ابداع شده كه هر كدام كاربرد ويژه و نقاط ضعف و قوت خود را دارند. بعنوان مثال فرايند جوشكاري پتكي يا آهنگري (Forge Welding) هنگامي كه انسان اوليه با آتش و فلز آشنا شد متوجه شد كه مي توان دو قطعه فلزي بصورت سرد يا گداخته روي هم قرار داده و در اثر كوبيدن موجب اتصال آنها شود يا فرايند جوشكاري اصطكاكي تلاطمي ( Stir Friction Welding) كه عمر كوتاهي دارد و هنوز مراحل ابتدايي كاربردي آن مطرح است و يا فرايندهاي پيشرفته ديگري كه مراحل آزمايشگاهي را طي مي كند و نيز فرايند جوشكاري ابداع شده كه ورق به ضخامت 600 ميليمتر را با يك پاس بدون پخ سازي جوش مي دهد و در مقابل فرايندي كه عمليات جوشكاري را بايد در زير ميكروسكوپ انجام داد و محل جوش را نمي توان با چشم غير مسلح ديد. يكي از تلاشهاي متخصصين ابداع فرايندهاي جوشكاري با كمترين هزينه و بيشترين سرعت و خواص كاملا" مشابه قطعه اصلي است.

فرآيندهاي جوشكاري                         2

1-2 فرآيندهاي جوشکاري با قوس الکتريکي

يکي از متداول ترين روشهاي اتصال قطعات کار مي باشد، ايجاد قوس الکتريکي عبارت از جريان مداوم الکترون بين دو الکترود و يا الکترود و يا الکترود و کار بوده که در نتيجه آن حرارت توليد مي شود. بايد توجه داشت که براي برقراري قوس الکتريک بين دو الکترود و يا کار و الکترود وجود هوا و يا يک گاز هادي ضروري است. بطوريکه در شرايط معمولي نمي توان در خلاء جوشكاري نمود.

چنانچه شكاف هوا به اندازه ي كافي باريك بوده و اختلاف پتانسيل و شدت جريان بالا ٬ گاز ميان شكاف يونيزه شده و قوس الكتريكي برقرار مي شود.

اين نوع جوشکاري از انرژي الکتريکي استفاده مي نمايد. در جوش برق، از يک مفتول که همجنس با قطعات است براي اتصال و پر کردن فضاي ميان قطعات استفاده مي شود اين مفتول الکترود ناميده مي شود. ميان الکترود و قطعاتي که قرار است به يکديگر متصل شوند اختلاف پتانسيل و جريان الکتريکي مناسب ايجاد مي گردد. اين اختلاف پتانسيل معمولا از دو طريق فراهم مي گردد. يکي از اين روش ها بکار گيري ترانسفورماتور است که مي تواند با استفاده از برق شهر و يا برق صنعتي اختلاف پتانسيل و جريان الکتريکي مورد نياز جوشکاري را تامين نمايد. روش ديگر تامين اختلاف پتانسيل و جريان الکتريکي مورد نياز استفاده از ژنراتورها است. ژنراتور با استفاده از انرژي سوختي انرژي الکتريکي لازم را فراهم مي کند.

براي انجام عمل جوشکاري يکي از قطب هاي الکتريکي به قطعات و قطب ديگر به الکترود وصل مي شود. با نزديک کردن الکترود به قطعات، هواي ميان الکترود و قطعات يونيزه شده و پديده قوس الکتريکي (جهش الکترون ها ميان دو قطب) صورت مي گيرد. از آنجاييکه اين پديده به شدت گرما زا است، دماي قطعات و الکترود بسيار بالا مي رود. اين گرما دماي قطعات و الکترود را تا نقطه ذوب بالا مي برد و موجب ذوب شدن محل اتصال قطعات و الکترود مي شود. در حالت مذاب امکان امتزاج ميان مذاب هاي قطعات به وجود مي آيد و الکترود ذوب شده نيز به امتزاج و پر شدن فضاي ميان قطعات کمک مي کند. پس از سرد شدن مذاب، محل اتصال يکپارچه و محکم شده و جوش شکل مي گيرد.

در قوس الکتريکي گرما و انرژي نوراني در مکانهاي مختلف يکسان نبوده بطوريکه تقريباً 43% از حرارت درآند و تقريباً 36% در کاتد و 21% بقيه بصورت قوس ظاهر مي شود. دماي حاصله از قوس الکتريکي بنوع الکترودهاي آن نيز وابسته است بطوريکه در قوس الکتريکي با الکترودهاي ذغالي تا 3200 درجه سانتيگراد در کاتد و تا 3900 در آند حرارت وجود دارد. دماي حاصله در آندو کاتد براي الکترودهاي فلزي حدوداً 2400 درجه سانتيگراد تا 2600 درجه تخمين زده شده است.

در اين شرايط درجه حرارت در مرکز شعله بين 6000 تا 7000 درجه سانتيگراد مي باشد از انرژي گرمائي حاصله در حالت فوق فقط 70% تا 60% در قوس الکتريک مشاهده گرديده که صرف ذوب کردن و عمل جوشکاري شده و بقيه آن يعني 30% تا 40% بصورت تلفات گرمائي به محيط اطراف منتشرمي گردد.

طول قوس شعله Arc length بين 8/0 تا 6/0 قطر الکترود مي باشد و تقريباً 90% از قطرات مذاب جدا شده از الکترود به حوضچه مذاب وارد مي گردد و 10% باطراف پراکنده مي گردد. براي ايجاد قوس الکتريکي با ولتاژ کم بين 40 تا 50 ولت در جريان مستقيم و 60 تا 50 ولت در جريان متناوب احتياج مي باشد ولي در هر دو حالت شدت جريان بايد بالا باشد نه ولتاژ.

از قوس الکتريکي به عنوان منبع حرارتي در جوشکاري استفاده مي‌شود. روشهاي جوشکاري با قوس الکتريکي عبارت‌اند از:

1-1-2. جوشكاري با الكترود دستي پوشش دار  SMAW

2-1-2. جوشكاري زير پودري SAW

در دهه 1930 تلاشهاي زيادي جهت مكانيزه كردن فرآيند جوشكاري قوسي انجام گرديد. با توجه به محدوديتهاي زير استفاده از الكترود هاي پوشش دار نا ممكن تشخيص داده شد:
- با توجه به نارسانا بودن پوشش محافظ، تماس الكتريكي بين منبع تغذيه الكتريكي و الكترود غير ممكن است.

- رول كردن الكترود موجب جدا شدن پوشش آن ميگردد.

- تماس پوشش الكترود با قرقره هاي تغذيه كننده الكترود باعث خرد شدن پوشش مي شود.

در سال 1932 در ايالات متحده آمريكا با مدفون ساختن قوس الكتريكي و الكترود كربني در زير پوششي ضخيم از پودر محافظ روش جوشكاري زير پودري اختراع گرديد. و در ميانه دهه 1930 به روشي اقتصادي جهت جوشكاري بدل گرديد.

در روش امروزين جوشكاري زير پودري، اتصال فلزات توسط گرماي حاصل از قوس الكتريكي بين الكترود فلزي بدون روكش و قطعه كار انجام مي گيرد.

اتصال دو فلز به يكديگر بدون اعمال فشار بوده وماده پركننده از ذوب الكترود، سيم جوش ويا پودر فلزي تامين مي شود.

  روش هاي جوشكاري زير پودري

جوشكاري زيرپودري مي تواند به 3 روش نيمه خودكار، خودكار و ماشيني انجام گيرد.

روش نيمه خودكار : در اين روش جوشكاري با استفاده از تفنگ جوشكاري دستي كه وظيفه انتقال الكترود و پودر محافظ را دارد، انجام ميشود. تغذيه سيم جوش به صورت خودكار بوده و پودر محافظ تحت اثر نيروي گرانش از مخزن با ته مخروطي و يا تحت فشار هوا توسط شيلنگ به محل اتصال، انتقال مي يابد.

كاربرد اين روش در سرعتهاي متوسط و براي الكترودهاي با قطر كم مي باشد.

روش خودكار: جوشكاري به روش خودكار توسط دستگاه و كنترل كننده هاي خودكار،

بدون دخالت كاربر انجام ميگيرد.

روش ماشيني : جوشكاري توسط ماشين انجام گرفته ولي شروع، پايان، نظارت بر جوشكاري، كنترل سرعت و تنظيم متغيرهاي جوشكاري توسط كاربر انجام مي گيرد.