اسپاتر جوش چیست؟
برای اینکه ببینیم اسپاتر جوش یا همون مواد مذابی که به شکل جرقه در حین جوشکاری به اطراف پاشیده می شوند، چگونه بوجود می آیند، بهتر است کمی بیشتر درباره فرایند جوشکاری و قوس الکتریکی بدانیم. احتمالا همه بخوبی میدانند که وقتی دو قطعه فلز را جوش می دهیم، درواقع داریم آن ها را تا دمای بسیار شدیدی گرم می کنیم. این دمای بالا به حرارتی حدود ۵۵۰۰ درجه سانتی گراد می رسد.
- اما کمتر کسی می داند دقیقا چرا جرقه ها بوجود می آیند؟
- از طرفی مکانیسم اغلب روش های جوشکاری، قوس الکتریکی است. اینجا می خواهیم بدانیم چرا هر جا که قوس الکتریکی باشد اسپاتر هم هست؟
پاسخ این دو سوال از این باب مهم است که اسپاتر ها در کار باعث عیوب جوش یا مشکلات بعدی می شوند. پس اگر میخواهید بدانید چطور پاشش ها ایجاد می شوند و به چه روش هایی می شود پاشش جرقه ها را کنترل کرد، ادامه مطلب را بخوانید.
قوس الکتریکی
قوس الکتریکی، یک تخلیه جریان الکتریکی است. درست مانند یک صاعقه کوچک که بارها و بارها تکرار می شود. قابل حدس خواهد بود که جرقه و دود جزء جدا نشدنی این فرایند خواهد بود.
در فرایند جوش با قوس الکتریکی، قطعه ای که قرار است جوش داده شوند به سیم مثبت یا منفی متصل می شود. و یک الکترود هم به سیم مخالف. وقتی الکترود با قطعه فاصله میلیمتری پیدا می کند، جریان برق میخواهد بتواند از فاصله کم بین الکترود و قطعه کار عبور کند. اما هوا عایق حساب می شود پس برای این کار باید عناصر هوا یونیزه شود. در عمل جریان برق می تواند از طریق هوا انتقال پیدا کند ولی با مقاومت خیلی زیاد، نور و گرمای شدید. (شما می دانید که عایق، همان ماده ایست که مقاومت بالایی در برابر انتقال الکترون ها داشته باشد).
راز کارکرد قوس الکتریکی دقیقا همین است! این مقاومت بسیار زیاد هوا است که باعث بوجود آمدن دمای خیلی بالا می شود . این گرما آنقدر شدید و سریع ایجاد می شود که الکترود و فلز (قطعه کار) در لحظاتی کاملا مذاب می شوند. همانطور که قوس در امتداد محل اتصال دو قطعه فلز کشیده می شود، نوک الکترود و فلز به مایع تبدیل می شوند یعنی باهم ذوب می شوند.
مواد مذاب سیالیت دارند، یعنی ویسکوزیته پایینی دارند و مانند آب با انرژی اندکی به هر طرف جاری می شوند. حالا فرض کنید در این دما، مذاب به تناوب حباب تولید می کند و جباب ها می ترکند و قطرات به اطراف پرتاب می شوند و بارانی از جرقه ها بوجود می آید. پس جرقه در اصل مقداری از مذاب حوضچه جوش است که خارج شده و به اطراف پاشیده می شود.
اصلا دلیل اصلی استفاده از کلاه و تجهیزات ایمنی برای جوشکار، همان دمای بالای این پاشش هاست که به حدود ۱۳۰۰ درجه سانتی گراد هم می رسد. وقتی جرقه از حوضچه خارج شد، در هر جایی از بیس متال (فلز پایه یا همان قطعه کار) که بیافتد با چسبندگی خیلی زیاد به فلز می چسبد. هرچه جرقه بزرگتر باشد با چسبندگی بیشتری هم به فلز می چسبد.
پاشش چند قطره جرقه روی میزکار ممکن است چندان مهم نباشد، اما وقتی باعث شود میز کار شما دیگر صاف نباشد، تبدیل به مشکلی جدی می شود!
اسپاتر
Spatter نام انگلیسی جرقه های مذاب است. اسپاتر های سرد شده به شکل زائده هایی دیده می شوند که در سطح فلز پراکنده شده اند.
اسپاتر جوش از چند جهت به کار خسارت وارد می کند:
- با پاشش های جوشکاری، ما مقداری از متریال را از دست می دهیم چون مقداری از متریال از حوضچه مذاب خارج می شود. جوشکار های حرفه ای بخوبی متوجه می شوند که هرچه جرقه بیشتری وجود داشته باشد، سیم جوش و الکترود بیشتری مصرف می شود.
- وقتی اسپاتر به سطح کار می چسبد ظاهر ناخوشایندی بوجود می آورد. مخصوصا در قسمت هایی که در معرض دید هستند این پاشش ها باعث می شود ظاهر کار غیر حرفه ای نشان داده شود. البته قسمت های ماشین کاری شده، نه فقط از نظر زیبایی که از نظر استاندارد نیز تحمل این زائده ها را ندارند. اصلا قطعات ماشین کاری می شوند که صیقل و شکیل باشند. حالا کافیست این همه تلاش را چند جرقه خارج از کنترل، از بین ببرند!
- علاوه بر این اگر اسپاتر در سند بلاست پاک نشود و بعد از رنگ آمیزی به هر دلیلی کنده شود، از همان نقطه فلز دچار زنگ زدگی می شود چون پوشش رنگ با کنده شدن اسپاتر ها از بین می رود.
- گرچه خود اسپاتر زدائی هم شامل هزینه نفر/ساعت و ابزار می شود. جوش های طولانی، در مسیر خود میزان زیادی جرقه به جای می گذارند. از بین بردن اسپاتر ها از روی فلز، به روش سنتی با ابزار هایی مثل صفحه سنگ ساب ، برس سیمی ، قلم و کاردک هایی موسوم به اسپاتر زن، پروژه را متحمل هزینه زمانی و انسانی و استهلاک ابزار خواهد بود. ضمن اینکه اگر جرقه در جایی افتاده باشد که دسترسی نداشته باشد، عملا غیر قابل رفع خواهد بود.
- آسیب دیگری که اسپاتر جوش ایجاد می کند، خورندگی در آلیاژهای خاص است که به حرارت حساس اند، مثل استنلس استیل. با توجه به گرمایی که جرقه ها بوجود می آورند اگر به هر دلیل کربن، چربی، تینر یا مواد نفتی در محیط باشند کربن وارد ساختار استنلس استیل می شود. اگر کربن در این ساختار از حد خاصی بالاتر باشد، باعث فقر کروم می شود. کروم عنصری است که از خوردگی استنلس استیل جلوگیری می کند. اگر مقدارش در آلیاژ کم شود، فلز از همان نقطه مستعد خوردگی می شود. بنابراین هر جرقه که روی استیل می چسبد نشانه خطری برای خوردگی است! (قیمت ورق استنلس استیل، ۵ تا ۱۰ برابر ورق فولاد کربنی است. ورق استیل را به این منظور برای یک تجهیز انتخاب می کنند که زنگ نزند و واکنش شیمیایی با محیط و مواد نداشته باشد. اگر قرار باشد تعدادی جرقه خاصیت استنلس را از بین ببرند، کل سرمایه گذاری در خطر می افتد!)
اما پاشیدن جرقه در جوشکاری اجتناب ناپذیر است. سوال اینجااست که چه راهکار هایی برای خلاصی از دست آنها وجود دارد؟
برای این امر، دو راهکار کلی وجود دارد.
۱- کنترل فاکتور های جوشکاری: عواملی در پایین نگه داشتن مقدار جرقه جوشکاری موثر است مثل آمپر مناسب، الکترود مناسب ، و سایر شرایط جوشکاری. که در نوشته های آینده به آن خواهیم پرداخت.
۲- اما جرقه هیچوقت کاملا از بین نمی رود و همیشه در حین جوشکاری حتی با شدید ترین کنترل های فاکتور های فنی، باز هم اسپاتر ها تولید می شوند. ولی شما می توانید راه حلی که برای زدودن اسپاترها بدون آسیب به جوش توصیه می شود را در این لینک ببینید.