صفر تا صد الکترود جوشکاری
مقدمه
الکترود جوشکاری یا همان سیم جوش، یکی از اجزای حیاتی در فرآیندهای مختلف جوشکاری به شمار می‌رود. انتخاب نادرست یا نگهداری نامناسب آن می‌تواند کیفیت اتصال، دوام و ایمنی جوش را به شدت تحت‌تأثیر قرار دهد. در این مقاله تلاش می شود تمام ابعاد اصلی الکترود جوشکاری (انواع، کاربردها، نام‌گذاری، نگهداری، معایب و …) به زبانی روشن و گام‌به‌گام شرح داده شود تا هم برای تکنسین‌ها و هم برای علاقه‌مندان به این حوزه مفید باشد.
۱. انواع الکترود چیست و کاربرد هر یک در کدام روش جوشکاری است؟
الف) روشهای جوشکاری متداول
قبل از ورود به نوع الکترود، ضروری است انواع روش های جوشکاری با الکترود را بشناسیم:
- جوشکاری با الکترود پوشش‌دار (SMAW)
- (GMAW) یا MIG/MAG که سیم جوشی به صورت مداوم (مدام) تغذیه می‌شود.
- همچنین روشهای دیگر مثل (FCAW) وجود دارند که سیم جوش لخت یا با هسته فیلتردار دارند.
ب) انواع الکترود بر اساس پوشش و کاربرد
در زمینه جوشکاری قوسی با الکترود (SMAW) الکترودها را می‌توان بر اساس پوشش و کاربرد به دو گروه کلی تقسیم کرد:
- الکترودهای روکش دار که هسته سیم فلزی دارند و اطراف آن با مواد روکش شده است.
- سیم یا الکترود مدام و لخت که بیشتر در فرآیندهایی مثل GMAW یا FCAW کاربرد دارند.
ج) کاربردها بر اساس نوع
- در جوشکاری با الکترود پوشش‌دار (SMAW) معمولاً از الکترودهایی استفاده می‌شود که در همه یا بعضی وضعیت‌های جوش (مسطح، افقی، قائم، سقفی) قابل استفاده‌اند. پوشش الکترود نقش مهمی دارد.
- در جوش با سیم جوش لخت یا مدام (مثلاً MIG یا FCAW) بیشتر برای تولید پیوسته، سرعت بالا و سازه‌های صنعتی استفاده می‌شود.
مثال
مثلاً الکترودی مانند E6010 یک الکترود پوشش‌دار است که برای جوشکاری در وضعیت «همه وضعیت‌ها» کار می‌کند و نفوذ نسبتا خوبی دارد.
۲. نقش روکش الکترود و مواد تشکیل‌دهنده آن
الف) چرا الکترود پوشش دارد؟
روکش الکترود یا پوشش آن، نقش‌های متعددی در کیفیت جوش ایفا می‌کند:
- حفظ حوضچه مذاب و جلوگیری از ورود گازهای مضر مانند اکسیژن و نیتروژن به جوش.
- تثبیت قوس جوشکاری، کاهش پاشش و بهبود ظاهری سطح جوش.
- ایجاد یک سرباره که پس از سرد شدن، ناخالصی‌ها را به سطح می‌آورد و می‌توان آن را جدا کرد.
ب) مواد تشکیل‌دهنده روکش
روکش می‌تواند از ترکیبات مختلفی تشکیل شود، بسته به نوع و کاربرد الکترود:
- مواد سلولوزی شامل الیاف سلولوز، پتاسیم، سدیم، تیتانیوم و گاهی اکسیدها.
- مواد معدنی مثل شیشه‌سیلیکات، اکسیدات فلزی، خاک‌رس و …
- ترکیبی از سلولوز و مواد معدنی.
- بعضی روکش‌ها شامل «آهن-پودر» هستند که نرخ رسوب فلز جوش را افزایش می‌دهند.
ج) اثر نوع روکش بر عملکرد و کاربرد
- روکش‌های سلولوزی غالباً قوس نفوذ عمیق ایجاد می‌کنند، مناسب برای جوش ریشه یا شرایط دشوار، اما حساسیت به رطوبت دارند.
- روکش‌های تیتانیا و روتیلا کاربری آسان‌تر دارند، مناسب برای جوشکاری عمومی و جنس ورق نازک‌تر؛ اما ممکن است هیدروژن بیشتر وارد جوش شود.
- روکش‌های کم-هیدروژن برای جوش‌هایی با کیفیت بالا، برای سازه‌های حساس یا ضخیم، استفاده می‌شوند. این نوع به خشک‌نگه‌داشتن نیاز دارد.
۳. جنس روکش الکترود: پر بازده (پرجوش) – کم هیدروژن
الف) پر بازده یا «پُرجوش»
اصطلاح «پرجوش» معمولاً به الکترودهایی اطلاق می‌شود که نرخ رسوب فلز جوش بالاتری دارند (مثلاً به دلیل داشتن آهن‌پودر در پوشش) یا به عبارتی، برای جوشکاری سریع‌تر مفیدند.
مزیت آن‌ها این است که می‌توان با آمپر کمتر یا سرعت بیشتر، حجم جوش بیشتری تولید کرد. با این حال ممکن است برای تمام وضعیت‌ها (مثلاً قائم یا سقفی) مناسب نباشند.
ب) کم-هیدروژن
الکترودهایی که برچسب «کم-هیدروژن» دارند، پوشش آن‌ها طوری طراحی شده که میزان هیدروژن آزاد شده در جوش پایین باشد. این سطح پایین هیدروژن باعث کاهش ترک سرد و بهبود دوام جوش می‌شود.
معمولاً این الکترودها باید در دمای کنترل شده نگهداری شوند، یعنی از جذب رطوبت جلوگیری شود.
ج) مقایسه و توصیه
- اگر کار شما شامل سازه‌های حساس، ضخیم، تحت بار یا با استاندارد بالا است → استفاده از الکترود کم-هیدروژن توصیه می‌شود.
- اگر کار عمومی‌تر است و سرعت مهم‌تر است (مثلاً تعمیرات یا ورق نازک) → یک الکترود پرجوش و مناسب وضعیت می‌تواند کفایت کند.
- در انتخاب جنس روکش، هم وضعیت جوش (مسطح، افقی، قائم، سقفی) و هم نوع جریان و قطبیت باید مد نظر باشد.
۴. نام‌گذاری الکترود
الف) سیستم نام‌گذاری (مثال: E6010، E7018)
طبق استاندارد (AWS) برای الکترودهای پوشش‌دار فولادی، فرمول عمومی به شکل زیر است:
- حرف «E» نشان‌دهنده Electrode برای جوشکاری قوسی است.
- دو یا سه رقم بعدی نشان‌دهنده حداقل مقاومت کششی فلز جوش شده (به هزار psi) است: مثلا «60» یعنی 60000 psi (حدود 400 مگا پاسکال)
- رقم بعدی (سوم یا چهارم) نشان‌دهنده وضعیت جوش است:
- 1 = استفاده در همه وضعیت‌ها (تخت, افقی, عمودی, سربالا)
- 2 = فقط تخت و افقی
- 3 = فقط وضعیت تخت
- رقم آخر (یا عدد بعدی) نشان‌دهنده نوع پوشش، جریان قابل استفاده (AC, DC) و قطبیت است. به عنوان مثال: 0،1،2،3،4،5،6،7،8 هر کدام معنا دارند.
- ممکن است پسوندهایی نیز افزوده شوند (مثلاً «-H4» برای محدودیت هیدروژن).
ب) شرایط کاربرد در وضعیت‌های جوش
مثلاً برای وضعیت «تخت» (flat) معمولاً هر الکترود با وضعیت 1 یا 2 یا 3 می‌تواند استفاده شود؛ اما برای وضعیت «افقی» (horizontal)، «قائم» (vertical) یا «سقفی» (overhead) بایستی آن الکترود اجازه استفاده در آن وضعیت را داشته باشد—یعنی رقم مربوط به وضعیت (رقم سوم) عدد یک یا اجازه وضعیت را نشان دهد.
به عنوان مثال:
- E6010 → ‘E’ + ‘60’ (60 000 psi) + ‘1’ (همه وضعیت‌ها) + ‘0’ (پوشش سلولوز + DCEP) → مناسب همه وضعیت‌ها، جریان مستقیم با قطبیت مثبت.
- E7024 → ‘70’ (70 000 psi) + ‘2’ (مسطح و افقی) + ‘4’ (پوشش آهن-پودر تیتانیا) → مناسب وضعیت تخت و افقی.
ج) کاربرد با توجه به وضعیت و جریان
- وقتی جوش در وضعیت قائم یا سقفی انجام می‌شود، الکترود باید «همه وضعیت‌ها» را پشتیبانی کند (رقم سوم = 1) و پوشش مناسبی داشته باشد تا مذاب از حوضچه نریزد.
- در وضعیت افقی یا تخت، الکترود با وضعیت 2 نیز قابل استفاده است.
- بسته به نوع جریان (AC یا DC) و قطبیت (DCEN یا DCEP)، انتخاب جریان و الکترود باید منطبق باشد.
۵. 📊 جدول مشخصات فنی و عملیاتی الکترودهای پرکاربرد جوشکاری
در این بخش، به برخی از الکترودهای رایج پرداخته می‌شود و کاربرد مختصر هر یک ذکر خواهد شد.
| نوع الکترود | نوع پوشش و هسته | دامنه جریان پیشنهادی (آمپر) | ضخامت فلز مناسب | وضعیت‌های جوشکاری مجاز | توضیحات کاربردی |
|---|---|---|---|---|---|
| E6010 | سلولزی سدیمی (Cellulosic Na) | 70–130 A (قطر 3.2 mm) / 40–80 A (قطر 2.5 mm) | 2 تا 8 میلی‌متر | همه وضعیت‌ها (تخت، افقی، قائم بالا/پایین، سقفی) | نفوذ زیاد، مناسب لوله‌کشی، سازه‌های فولادی؛ فقط جریان DC + |
| E6011 | سلولزی پتاسیومی (Cellulosic K) | 80–150 A (3.2 mm) | 2 تا 8 میلی‌متر | همه وضعیت‌ها | مشابه E6010 اما قابل استفاده با AC و DC؛ مناسب جوش‌های تعمیراتی |
| E6012 | روتیلی سدیمی (Rutile Na) | 90–140 A (3.2 mm) | 1.5 تا 6 میلی‌متر | تخت، افقی | قوس نرم، پاشش کم، مناسب ورق‌های نازک و اتصالات لب‌به‌لب |
| E6013 | روتیلی پتاسیومی (Rutile K) | 80–130 A (3.2 mm) / 60–90 A (2.5 mm) | 1.5 تا 6 میلی‌متر | همه وضعیت‌ها | پرکاربردترین نوع برای کارهای عمومی، جوش‌های تمیز، ظاهر زیبا |
| E7015 | کم هیدروژن سدیمی (Low Hydrogen Na) | 100–160 A (3.2 mm) | 3 تا 15 میلی‌متر | تخت، افقی، قائم بالا | مناسب فولادهای مقاوم و سازه‌های تحت بار؛ فقط DC + |
| E7016 | کم هیدروژن پتاسیومی (Low Hydrogen K) | 90–150 A (3.2 mm) | 3 تا 15 میلی‌متر | همه وضعیت‌ها | مشابه E7015 اما قابل استفاده با AC/DC؛ قوس نرم‌تر |
| E7018 | کم هیدروژن آهنی (Iron Powder Low Hydrogen) | 90–150 A (3.2 mm) / 120–220 A (4.0 mm) | 4 تا 20 میلی‌متر | همه وضعیت‌ها | پرکاربرد صنعتی؛ جوش مقاوم و چقرمه؛ مناسب سازه و مخازن |
| E7024 | پودری آهنی – روتیلی (Iron Powder Rutile) | 140–200 A (3.2 mm) / 200–300 A (4.0 mm) | 5 تا 25 میلی‌متر | تخت و افقی | نرخ رسوب بالا؛ مناسب جوش‌های طویل در وضعیت تخت |
| E7028 | پودری آهنی کم هیدروژن (Iron Powder Low Hydrogen) | 150–250 A (4.0 mm) / 180–300 A (5.0 mm) | 6 تا 30 میلی‌متر | فقط تخت | مخصوص تولیدات سنگین و صنعتی با راندمان بالا |
در ادامه جدول مقایسه‌ای قیمت و برندهای موجود در بازار ایران برای چند نوع رایج الکترود (E6010, E6013, E7018) ارائه می‌گردد. توجه داشته باشید که قیمت‌ها تقریبی هستند، بسته به برند، سایز، بسته‌بندی، زمان، منطقه و شرایط بازار ممکن است متفاوت باشند.
| برند | نوع الکترود | قطر/سایز رایج | قیمت تقریباً | توضیح |
|---|---|---|---|---|
| آما | E6013 | سایز ۳ (۳ mm) | ~ ۱۰۲,۲۰۰ تومان/کیلوگرم | برند ایرانی؛ برای جوشکاری عمومی با ورق نازک. |
| آما | E7018 | سایز ۳ | ~ ۱۳۱,۲۰۰ تومان/کیلوگرم | کم-هیدروژن، کیفیت بالا؛ مناسب سازه‌های حساس. |
| میکا | E6013 | سایز ۳ | ~ ۱۰۱,۲۰۰ تومان/کیلوگرم | برند ایرانی دیگر؛ گزینه اقتصادی‌تر. |
| میکا | E7018 | قطر ۲ (۲ mm) | ~ ۱۷۸,۵۰۰ تومان/کیلوگرم | برند اقتصادی‌تر، اما قیمت نسبتاً بالاتر برای سایز کوچک. |
| جِکا | E7018 | — | ~ ۱۸۵,۰۰۰ تا ۱۹۵,۰۰۰ تومان (بسته) | برند ایرانی؛ قیمت بسته یا شاخه‌ای دیده شده است. |
| شیراز (WIEM) | E7018 | قطر ۳٫۲ / بسته ۵ کیلوگرم | ~ ۷۵۰,۰۰۰ تومان برای بسته ۵ کیلوگرم | قیمت بسته‌بندی بزرگ‌تر؛ به صورت کیلوگرم قیمت شده حدود ۱۵۰,۰۰۰ تومان/کیلوگرم. |
نکات مهم برای تفسیر جدول
- قیمت‌ها به ازای هر کیلوگرم نوشته شده‌اند مگر آن‌که بسته مشخص باشد (مثلاً بسته ۵ کیلوگرم برای شیراز).
- «سایز» به قطر الکترود اشاره دارد؛ سایز بزرگ‌تر معمولاً قیمت به ازای کیلوگرم ممکن است متفاوت باشد.
- برندها ممکن است ویژگی‌هایی مانند پوشش مخصوص، کم-هیدروژن یا ویژه بودن جوش داشته باشند که قیمت را افزایش می‌دهد.
- قبل از خرید حتماً شرایط بسته‌بندی، تاریخ تولید، وضعیت نگهداری و اصل بودن برند را کنترل نمایید.
🔧 نکات مهم عملیاتی
- انتخاب جریان:
- هرچه قطر الکترود بزرگ‌تر → جریان بالاتر.
- در وضعیت‌های قائم و سقفی، معمولاً جریان ۱۰–۱۵٪ کمتر از حالت تخت تنظیم می‌شود.
- انتخاب قطر الکترود بر اساس ضخامت فلز:
- ضخامت < 3 mm → قطر 2.5 mm
- ضخامت 3–6 mm → قطر 3.2 mm
- ضخامت 6–10 mm → قطر 4.0 mm
- ضخامت > 10 mm → قطر 5.0 mm
- نوع جریان:
- الکترودهای سلولزی (E6010 و E6011): نفوذ بالا، مناسب DC + یا AC.
- الکترودهای کم هیدروژن (E7015 به E7018): نیازمند نگهداری خشک (تا ۳۵۰ °F یا ۱۸۰ °C در آون).
- E7024 و E7028 فقط برای وضعیت تخت به‌کار می‌روند چون نرخ رسوب بالایی دارند.
- وضعیت جوشکاری:
- عدد دوم در کد AWS (مثلاً 1 در E6011 یا E7018) نشان‌دهنده همه وضعیت‌ها است.
- عدد 2 نشان می‌دهد فقط برای تخت و افقی مناسب است.
۶. نگهداری و بازرسی الکترودها
الف) اهمیت نگهداری مناسب
الکترودها، به‌خصوص آن‌هایی با پوشش کم-هیدروژن، حساس به رطوبت هستند. جذب رطوبت موجب وارد شدن هیدروژن به داخل جوش، ایجاد ترک و کاهش دوام می‌شود.
ب) نکات نگهداری
- الکترودها باید در محلی خشک، دور از رطوبت و تغییرات شدید دما نگهداری شوند.
- برای الکترودهای کم-هیدروژن (مثلاً E7018) معمولاً از اجاق خشک‌کن استفاده می‌شود تا مطمئن شویم رطوبتی جذب نشده است.
- بسته‌بندی اولیه را باز نکنید تا زمان مصرف؛ و پس از باز کردن، در صورت طولانی بودن ذخیره، دوباره در شرایط خشک نگهداری شود.
- در محیط کارگاهی، حتماً جعبه الکترود را دور از آب، بخار و جریان هوا قرار دهید که باعث شود پوشش رطوبت جذب کند.
ج) بازرسی الکترود قبل از مصرف
- سطح پوشش الکترود نباید ترک‌خورده، پوسته‌شده یا دارای خوردگی باشد.
- رنگ پوشش نباید تغییر کرده باشد (مثلاً به‌واسطه رطوبت یا حرارت زیاد).
- انتهای سیم هسته نباید زنگ‌زده یا دارای آکسید باشد.
- فقط الکترودهایی استفاده شوند که قطر و نوع آن با دستورالعمل جوشکاری مطابقت دارند.
۷. چگونه بفهمیم که روکش الکترود فاسد شده است؟
برخی علایم هشداردهنده برای فاسد شدن پوشش الکترود عبارتند از:
- پوشش ترک خورده یا خرد شده: ممکن است پوشش از سیم جدا شده یا لایه‌ی پوشش کنده شده باشد.
- جذب رطوبت: اگر پوشش رنگ آن کدر شده، یا الکترود پس از باز کردن بوی رطوبت(یا بعضاً بوی خشک‌شدگی) می‌دهد، احتمالاً مشکل دارد.
- تغییر رنگ یا زنگ‌زدگی روی هسته سیم: نشان‌دهنده تماس با رطوبت یا آکسیژن قبل از جوش است.
- هنگام جوشکاری، مشاهده مشکلاتی مانند قوس ناپایدار، پاشش زیاد، یا جوش با حفره‌های داخلی می‌تواند علامت استفاده از الکترود مخدوش باشد.
استفاده از الکترود فاسد شده می‌تواند منجر به ترک، تخلخل، نفوذ ناقص و کاهش کیفیت جوش شود.
۸. ضوابط بازدید ظاهری الکترود
برای تضمین کیفیت، پیش از استفاده هر بسته الکترود، بازدید ظاهری باید انجام شود:
- بررسی بسته‌بندی: آیا پلمپ باز شده؟ آیا تاریخ تولید یا دستورالعمل روی آن خوانا است؟
- بررسی سطح پوشش الکترود: یکنواخت، بدون ترک، پوسته‌شدگی، جداشدگی پوشش از هسته.
- بررسی هسته سیم: بدون زنگ‌زدگی، بدون خوردگی یا اکسید شدگی.
- بررسی قطر و طول الکترود مطابق مشخصات تولیدکننده.
- شرایط نگهداری: آیا بسته‌بندی باز شده، آیا داخل محیط مرطوب نگهداری شده است؟ اگر بله، احتمال جذب رطوبت وجود دارد.
- شماره دسته (batch) و انقضاء (در صورت وجود) بررسی شود.
اگر هر نوع نقص ظاهری مشاهده شد، الکترود را جدا کرده و در صورت لزوم باز‌خشک‌سازی یا کنار گذاشتن آن را در نظر بگیرید.
۹. معایبی که الکترود معیوب در جوش به وجود می‌آورد؟
استفاده از الکترود نامناسب، نگهداری نشده یا پوشش فاسد، می‌تواند مشکلات زیر را ایجاد کند:
- ترک سرد (Cold Crack): به‌ویژه اگر هیدروژن آزاد شده زیاد باشد یا خنک‌سازی سریع باشد.
- تخلخل (Porosity): ورود گازها یا بخار آب به مذاب باعث حفره‌سازی داخلی می‌شود.
- نفوذ ناقص (Lack of Penetration) یا عدم فیوژ کامل (Lack of Fusion) : الکترود نامناسب ممکن است موجب شود فلز پایه به خوبی ذوب نشود.
- پاشش زیاد (Excess Spatter): پوشش نامناسب یا رطوبت باعث افزایش پاشش می‌شود و ظاهر جوش را بد می‌کند.
- ظاهر بد جوش: مانند سرباره جدا نشده، دانه خیلی درشت، سطح ناهموار.
- کاهش استحکام جوش: مقاومت کششی و خستگی جوش کاهش می‌یابد، مخصوصاً در سازه‌های حساس.
بنابراین رعایت دقیق نوع، شرایط نگهداری و کنترل کیفی الکترودها از اهمیت بالایی برخوردار است.
۱۰. بسته بندی و علامت‌گذاری الکترود
برای هر بسته الکترود، تولیدکننده باید مشخصات زیر را درج کند تا کاربر بتواند به‌درستی انتخاب کند:
- نام تولیدکننده و برند معتبر.
- شماره استاندارد یا کد الکترود (مثلاً E6010).
- قطر الکترود (مثلاً 3.2 mm) و طول آن.
- جریان قابل استفاده (AC / DC / DCEP / DCEN).
- وضعیت جوش مجاز (مثلاً تمامی وضعیت‌ها، تخت و افقی و …).
- اطلاعات مربوط به نرخ رسوب، توصیه‌های نگهداری (مثلاً «قبل از مصرف در دمای … خشک شود») یا هشدار جذب رطوبت.
- تاریخ تولید، شماره بچ (Batch number) و در صورت وجود تاریخ انقضاء.
- علامت‌های ایمنی و هشدارهای لازم (مثلاً «در محیط خشک نگهداری شود»).
- بسته‌بندی باید مقاوم باشد و امکان نفوذ رطوبت یا آسیب به پوشش را کاهش دهد.
علامت‌گذاری صحیح باعث می‌شود که کاربر سریع نوع مناسب الکترود را تشخیص دهد و خطر اشتباه پایین‌آید.
نتیجه‌گیری
در این مقاله سعی شد از ابتدا تا انتها به موضوع «الکترود جوشکاری» پرداخته شود: از انواع و کاربردها، پوشش‌ها، نام‌گذاری، نگهداری، معایب الکترود معیوب، تا بسته‌بندی و علامت‌گذاری.
خلاصه نکات کلیدی:
- انتخاب الکترود مناسب بر اساس فرآیند جوش، وضعیت جوش، نوع فلز پایه و شرایط کاری بسیار حیاتی است.
- پوشش الکترود نقش محافظت از جوش، بهبود کیفیت، کاهش عیوب را دارد.
- الکترودهای کم-هیدروژن و پرجوش هر کدام کاربرد و شرایط خاص خود را دارند.
- نگهداری صحیح (به‌ویژه نگهداری از رطوبت) و بازدید ظاهری قبل از استفاده، از ضروریات است.
- استفاده از الکترود معیوب می‌تواند منجر به عیوب بزرگ در جوش شود که گاهی هزینه‌بر یا غیرقابل اصلاح هستند.
- بسته‌بندی و علامت‌گذاری استاندارد، ضامن این است که الکترود از تولید تا مصرف شرایط مناسبی را پشت سر گذاشته باشد.
با رعایت این موارد، می‌توانید کیفیت جوش را بهبود دهید، عیوب را کاهش دهید و کاری مطمئن‌تر ارائه دهید.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.