تاریخچه الکترود و جوشکاری؛ از 1800 تا 2020

تاریخچه الکترود (Electrode history) جوشکاری می تواند پیشرفت تاریخی خود را به دوران باستان ردیابی کند. اولین تاریخچه الکترود نمونه مربوط به عصر برنز است. جعبه‌های دایره‌ای طلایی کوچک با اتصالات لبه جوشکاری تحت فشار به یکدیگر ساخته می‌شوند. 

تخمین زده می شود که این جعبه ها بیش از 2000 سال پیش ساخته شده اند. در طول عصر آهن، مصریان و مردم نواحی مدیترانه شرقی یاد گرفتند که قطعات آهن را به هم جوش دهند. ابزارهای زیادی پیدا شد که تقریباً در 1000 سال قبل از میلاد ساخته شده بودند

توضیحات مختصر تاریخچه الکترود که با هم میخوانیم.

قرن هجدم – 1800

در قرون وسطی، هنر آهنگری توسعه یافت و اقلام آهنی زیادی تولید شد که با چکش کاری جوش داده می شد.  تا قرن 19 بود که جوشکاری به شکل امروزی اختراع نشده بود.

ادموند دیوی انگلیسی با کشف استیلن در سال 1836 اعتبار دارد. تولید یک قوس بین دو الکترود کربن با استفاده از یک باتری به سر همفری دیوی در سال 1800 نسبت داده شده است.

در اواسط قرن 19، ژنراتور الکتریکی اختراع شد و روشنایی قوس الکتریکی محبوب شد. در اواخر دهه 1800، جوشکاری و برش گازی توسعه یافت. جوشکاری قوس الکتریکی با قوس کربن و قوس فلزی توسعه یافت و جوشکاری مقاومتی به یک فرآیند اتصال عملی تبدیل شد.

اواخر قرن هجدهم – 1880

آگوست دی مریتنس، که در آزمایشگاه کابوت در فرانسه کار می کرد، در سال 1881 از گرمای قوس برای اتصال صفحات سربی برای باتری ها ذخیره سازی استفاده منمود. این شاگرد روسی، (نیکولای بناردوس) که در آزمایشگاه فرانسوی فعالیت میکرد. اختراع جوشکاری برای او ثبت گردید. 

او به همراه یک هموطن روسی خود استانیسلاوس اولشفسکی در سال 1885 یک حق اختراع بریتانیایی و در سال 1887 یک حق اختراع آمریکایی را به دست آورد. این شروع جوشکاری قوس کربنی بود. تلاش های بناردوس به جوشکاری قوس کربنی محدود شد، اگرچه او می توانست آهن و سرب را نیز جوش دهد. جوشکاری قوس کربنی در اواخر دهه 1890 و اوایل دهه 1900 رایج شد.

پایان قرن هجدهم – 1890

در ادامه مبحث تاریخچه الکترود، در سال 1890، CL Coffin of Detroit اولین پتنت ایالات متحده را برای فرآیند جوشکاری قوس الکتریکی با استفاده از الکترود فلزی دریافت کرد. این اولین رکورد از فلز ذوب شده از الکترود حمل شده در سراسر قوس برای رسوب فلز پرکننده در محل اتصال برای ایجاد جوش بود.

 تقریباً در همان زمان، NG Slavianoff، یک روسی، همان ایده انتقال فلز را در یک قوس ارائه کرد، اما برای ریختن فلز در یک قالب.

قرن نوزدهم – 1900

تقریباً در سال 1900، استرومنگر یک الکترود فلزی پوشش داده شده را در بریتانیای کبیر معرفی کرد. پوشش نازکی از خاک رس یا آهک وجود داشت، اما قوس پایدارتری ایجاد می کرد.

 اسکار کیلبرگ از سوئد در طول دوره 1907 تا 1914 یک الکترود پوشیده یا پوشش داده شده اختراع کرد. الکترودهای چوبی با فرو بردن طول های کوتاه سیم آهنی لخت در مخلوط ضخیم کربنات ها و سیلیکات ها و اجازه دادن به پوشش خشک تولید می شدند.

در همین حال، فرآیندهای جوشکاری مقاومتی، از جمله جوشکاری نقطه ای، جوشکاری درز، جوشکاری پروجکشن و جوش لب به لب توسعه یافتند. الیهو تامپسون منشا جوشکاری مقاومتی است. تاریخ ثبت اختراعات او 1885-1900 بود. 

در سال 1903، یک آلمانی به نام Goldschmidt جوشکاری ترمیت را اختراع کرد که برای اولین بار برای جوش دادن ریل راه آهن استفاده شد.

برش گازی در تاریخچه الکترود

جوشکاری و برش گازی نیز در این دوره تکمیل شد. تولید اکسیژن و بعداً مایع شدن هوا، همراه با معرفی یک لوله دمنده یا مشعل در سال 1887، به توسعه جوش و برش کمک کرد. قبل از سال 1900، گاز هیدروژن و زغال سنگ همراه با اکسیژن استفاده می شد. با این حال، در حدود سال 1900 یک مشعل مناسب برای استفاده با استیلن کم فشار ساخته شد.

جنگ جهانی اول تقاضای زیادی برای تولید تسلیحات به همراه داشت و جوشکاری به خدمت گرفته شد. شرکت‌های زیادی در آمریکا و اروپا برای تولید ماشین‌های جوشکاری و الکترودها به منظور برآورده کردن الزامات به وجود آمدند.

اوایل قرن نوزدهم – 1919

بلافاصله پس از جنگ در سال 1919، 20 نفر از اعضای کمیته جوشکاری زمان جنگ شرکت ناوگان اضطراری، تحت رهبری کامفورت اوری آدامز، انجمن جوشکاری آمریکا را به عنوان یک سازمان غیرانتفاعی که به پیشرفت جوشکاری و فرآیندهای وابسته اختصاص یافته است، تأسیس کردند.(AWS)

جریان متناوب در سال 1919 توسط CJ Holslag اختراع شد وبه تاریخچه الکترود پیوست با این حال، تا دهه 1930 که الکترود با پوشش سنگین استفاده گسترده ای پیدا کرد، محبوبیت پیدا نکرد.

سال 1920

تاریخچه الکترود به ما نشان میدهد در سال 1920 جوشکاری اتوماتیک معرفی شد. از سیم الکترود لخت که بر روی جریان مستقیم کار می کرد و از ولتاژ قوس به عنوان مبنای تنظیم نرخ تغذیه استفاده می کرد. جوشکاری اتوماتیک توسط PO Nobel از شرکت جنرال الکتریک اختراع شد.

از آن برای ساخت شفت های موتور فرسوده و چرخ های جرثقیل فرسوده استفاده می شد. همچنین توسط صنعت خودروسازی برای تولید محفظه های محور عقب استفاده می شد.

در طول دهه 1920 انواع مختلفی از الکترودهای جوشکاری توسعه یافتند. در طول دهه 1920 بحث و جدل های قابل توجهی در مورد مزیت میله های با پوشش سنگین در مقابل میله های با پوشش سبک وجود داشت. الکترودهای با پوشش سنگین، که توسط اکسترود ساخته می شدند، توسط لانگستروث و ووندر از شرکت AO Smith توسعه یافتند و توسط آن شرکت در سال 1927 مورد استفاده قرار گرفتند.

شرکت لینکلن الکتریک

در سال 1929، شرکت لینکلن الکتریک میله های الکترود اکسترود(دفع کردن) شده را تولید کرد که به عموم فروخته شد. تا سال 1930، الکترودهای سرپوشیده به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفتند. کدهای جوشکاری به نظر می رسد که به فلز جوش با کیفیت بالاتر نیاز دارند، که استفاده از الکترودهای سرپوشیده را افزایش می دهد.

تاریخچه الکترود طی دهه 1920 در طول تحقیقات قابل توجهی در مورد محافظت از قوس و ناحیه جوش توسط گازهای اعمال شده خارجی انجام شد. جو اکسیژن و نیتروژن در تماس با فلز مذاب جوش باعث ایجاد جوش های شکننده و گاهی متخلخل می شود. تحقیق با استفاده از تکنیک های محافظ گاز انجام شد.

 الکساندر و لانگمویر در محفظه هایی با استفاده از هیدروژن به عنوان جو جوشکاری کار کردند. آنها از دو الکترود استفاده کردند که با الکترودهای کربن شروع شد اما بعداً به الکترودهای تنگستن تغییر یافت.

هیدروژن در قوس به هیدروژن اتمی تبدیل شد. سپس از قوس خارج شد و شعله شدیدا داغ هیدروژن اتمی را تشکیل داد که به شکل مولکولی تبدیل شده و گرما آزاد می کند. 

اتمسفرهای آرگون و هلیوم

در تاریخچه الکترود به این گونه که, این قوس دوباره نیمی از گرمای شعله اکسی استیلن تولید کرد. که این به فرآیند جوشکاری هیدروژن اتمی تبدیل شد.

HM Hobart و PK Devers کارهای مشابهی را انجام می‌دادند اما از اتمسفرهای آرگون و هلیوم استفاده می‌کردند. در پتنت‌هایی که در سال 1926 درخواست کردند، جوشکاری قوس الکتریکی با استفاده از گازی که در اطراف قوس عرضه می‌شد، پیشرو فرآیند جوشکاری قوسی تنگستن گاز بود. 

آنها همچنین جوشکاری را با یک نازل و با الکترود که به عنوان یک سیم از طریق نازل تغذیه می شود نشان دادند. این پیشرو در فرآیند جوشکاری قوس فلزی گاز بود. این فرآیندها خیلی دیرتر توسعه یافتند.

دوره طلایی – 1930

جوشکاری گل میخ در سال 1930 در یارد نیروی دریایی نیویورک توسعه یافت، به طور خاص برای چسباندن عرشه چوب بر روی یک سطح فلزی. جوشکاری گل میخ در صنایع کشتی سازی و ساخت و ساز رایج شد.

فرآیند خودکاری که رایج شد، فرآیند جوشکاری زیر آب بود. این فرآیند جوشکاری تحت پودر یا قوس خفه شده توسط شرکت ملی لوله برای یک آسیاب لوله در McKeesport، پنسیلوانیا توسعه داده شد. برای ایجاد درزهای طولی در لوله طراحی شده است.

این فرآیند در سال 1930 توسط Robinoff ثبت شد و بعداً به شرکت Linde Air Products فروخته شد و در آنجا به جوشکاری Unionmelt تغییر نام داد. جوشکاری قوس زیردریایی در طول ساخت دفاعی در سال 1938 در کارخانه‌های کشتی‌سازی و مهمات استفاده شد. این یکی از پربازده ترین فرآیندهای جوشکاری است و امروزه محبوبیت خود را حفظ کرده است.

اواسط قرن نوزدهم – 1940

 (GTAW)جوشکاری قوس تنگستن گازی (سیم جوش تیگ )از ایده CL Coffin برای جوشکاری در اتمسفر گاز غیر اکسید کننده آغاز شد که او در سال 1890 ثبت اختراع کرد. این مفهوم در اواخر دهه 1920 توسط HMHobart که از هلیوم برای محافظ استفاده می کرد و PK اصلاح شد. دیورز که از آرگون استفاده کردند. 

این فرآیند برای جوشکاری منیزیم و همچنین برای جوشکاری ضد زنگ و آلومینیوم ایده آل بود. در سال 1941 توسط مردیث به ثبت رسید و جوشکاری هلیارک نامگذاری شد. بعداً مجوز شرکت Linde Air Products دریافت کرد، جایی که مشعل خنک‌کننده با آب توسعه یافت. فرآیند جوشکاری قوسی تنگستن گاز به یکی از مهمترین موارد تبدیل شده است.

فرآیند  سیم جوش میگ (GMAW) با موفقیت در موسسه یادبود Battelle در سال 1948 تحت حمایت شرکت کاهش هوا توسعه یافت. این توسعه از قوس محافظ گازی مشابه قوس تنگستن گاز استفاده کرد، اما الکترود تنگستن را با یک سیم الکترود تغذیه پیوسته جایگزین کرد.

سیم های الکترود با قطر کوچک

 یکی از تغییرات اساسی که این فرآیند را قابل استفاده تر کرد، سیم های الکترود با قطر کوچک و منبع تغذیه با ولتاژ ثابت بود. این اصل قبلاً توسط HE کندی ثبت شده بود. در تاریخچه الکترود ؛معرفی اولیه GMAW برای جوشکاری فلزات غیر آهنی بود. نرخ رسوب بالا باعث شد تا کاربران این فرآیند را روی فولاد امتحان کنند. هزینه گاز بی اثر نسبتاً بالا بود و صرفه جویی در هزینه بلافاصله در دسترس نبود.

دهه 1950

در سال 1953، لیوباوسکی و نووشیلوف استفاده از جوشکاری با الکترودهای مصرفی را در فضایی از گاز دی اکسید کربن اعلام کردند. فرآیند جوشکاری  co2 (سیم جوش میگ )بلافاصله مورد توجه قرار گرفت زیرا از تجهیزات توسعه یافته برای جوشکاری قوس فلزی با گاز بی اثر استفاده می کرد اما اکنون می تواند برای جوشکاری اقتصادی فولادها استفاده شود.

 co2 (میگ) قوس یک قوس داغ است و سیم های الکترود بزرگتر به جریان نسبتاً بالایی نیاز دارند. این فرآیند با معرفی سیم های الکترود با قطر کمتر و منابع تغذیه تصفیه شده به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت. 

این پیشرفت در تاریخچه الکترود؛ تغییر قوس اتصال کوتاه بود که به عنوان جوشکاری میکرو سیم، قوس کوتاه و انتقال شیب شناخته می‌شد، که همگی در اواخر سال 1958 و اوایل سال 1959 ظاهر شدند. محبوب ترین تغییرات فرآیند جوشکاری قوس فلزی گازGMAW (سیم کلاف co2) است.

آغاز دهه 1960

تغییر دیگر استفاده از گاز بی اثر با مقادیر کم اکسیژن بود که انتقال قوس از نوع اسپری را فراهم می کرد. در اوایل دهه 1960 رایج شد. یکی از تغییرات اخیر استفاده از جریان پالسی است. جریان از مقدار زیاد به مقدار کم با نرخ یک یا دو برابر فرکانس خط تغییر می کند.

به زودی پس از معرفی جوش co2 یک تغییر با استفاده از سیم الکترود ویژه ایجاد شد. این سیم که به عنوان یک الکترود درون به بیرون توصیف می‌شود، در مقطع لوله‌ای شکل بود و در داخل آن عوامل فلکسی وجود داشت. 

این فرآیند Dualshield نام داشت که نشان می داد از گاز محافظ خارجی و همچنین گاز تولید شده توسط شار در هسته سیم برای محافظت قوس استفاده می شود. تاریخچه الکترود این فرآیند که توسط برنارد ابداع شد، در سال 1954 اعلام شد، اما در سال 1957، زمانی که شرکت ملی گاز سیلندر آن را مجدداً معرفی کرد، به ثبت رسید.

فرآیند Innershield

در سال 1959، یک الکترود درون به بیرون تولید شد که نیازی به محافظ گاز خارجی نداشت. عدم وجود گاز محافظ باعث محبوبیت این فرآیند برای کارهای غیر بحرانی شد. این فرآیند Innershield نام گرفت.

فرآیند جوشکاری الکتروسرباره

فرآیند جوشکاری الکتروسرباره توسط شوروی در نمایشگاه جهانی بروکسل در بلژیک در سال 1958 اعلام شد. از سال 1951 در اتحاد جماهیر شوروی استفاده شده بود اما بر اساس کارهای انجام شده در ایالات متحده توسط RK Hopkins بود که در سال 1940 حق اختراع را دریافت کرد. فرآیند هاپکینز هرگز به میزان زیادی برای پیوستن استفاده نشد.

 این فرآیند کامل شد و تجهیزات در آزمایشگاه موسسه پاتون در کیف، اوکراین و همچنین در آزمایشگاه تحقیقات جوشکاری در براتیسلاوا، چکسلواکی توسعه یافت. اولین استفاده از تولید در ایالات متحده در بخش الکتروموتیو شرکت جنرال موتورز در شیکاگو بود، جایی که به آن فرآیند قالب گیری الکتریکی می گفتند. 

در دسامبر 1959 برای ساخت بلوک های موتور دیزل جوش داده شده اعلام شد. فرآیند و تغییرات آن، با استفاده از یک لوله راهنمای مصرفی، برای جوشکاری مواد ضخیم تر استفاده می شود.

جوشکاری عمودی

شرکت آرکوس روش جوشکاری عمودی دیگری را به نام الکتروگاز در سال 1961 معرفی کرد. این روش از تجهیزاتی که برای جوشکاری الکتروسرباره توسعه داده شده بود استفاده می کرد اما از سیم الکترود با هسته شار و یک محافظ گاز عرضه شده خارجی استفاده می کرد. این یک فرآیند قوس باز است زیرا حمام سرباره درگیر نیست. 

توسعه جدیدتر از سیم‌های الکترود خود محافظ استفاده می‌کند و نوع دیگری از سیم جامد اما با محافظ گاز استفاده می‌کند. این روش ها امکان جوشکاری مواد نازک تری نسبت به جوشکاری با فرآیند الکتروسرباره را فراهم می کند.

گیج جوشکاری قوس پلاسما را در سال 1957 اختراع کرد. این فرآیند از یک قوس منقبض یا قوس از طریق یک روزنه استفاده می‌کند که پلاسمای قوسی ایجاد می‌کند که دمای بالاتری نسبت به قوس تنگستن دارد. همچنین برای سمپاشی، برش و برش فلز استفاده می شود.

فرآیند جوشکاری پرتو الکترونی، که از پرتو متمرکزی از الکترون ها به عنوان منبع گرما در یک محفظه خلاء استفاده می کند، در فرانسه توسعه یافته است. JA Stohr از کمیسیون انرژی اتمی فرانسه اولین افشای عمومی این فرآیند را در 23 نوامبر 1957 انجام داد. در ایالات متحده، صنایع خودروسازی و موتور هواپیما از کاربران عمده جوشکاری پرتو الکترونی هستند.

هم اکنون

جوشکاری اصطکاکی، که از سرعت چرخشی و فشار ناهموار برای تامین گرمای اصطکاک استفاده می کند، در اتحاد جماهیر شوروی توسعه یافت. این یک فرآیند تخصصی است و فقط در مواردی کاربرد دارد که حجم کافی از قطعات مشابه به دلیل هزینه اولیه برای تجهیزات و ابزار جوش داده شود. این فرآیند جوش اینرسی نامیده می شود.

جوشکاری لیزری یکی از جدیدترین فرآیندها می باشد. لیزر در ابتدا در آزمایشگاه تلفن بل به عنوان یک دستگاه ارتباطی ساخته شد. به دلیل تمرکز فوق العاده انرژی در یک فضای کوچک، ثابت شد که منبع گرمایی قدرتمندی است. برای برش فلزات و غیر فلزات استفاده شده است. تجهیزات پالس پیوسته در دسترس است. لیزر کاربردهای جوشکاری را در عملیات فلزکاری خودرو پیدا می کند.

پرسش و پاسخ (F&Q)

نتیجه گیری

ما در این مقاله(” تاریخچه الکترود” ) سعی بر آن داشتیم تا انواع و کاربرد آن را به شما توضیح دهیم. چنانچه اطلاعات بیشتری در این زمینه در اختیار دارید برای ما و سایر کاربران در بخش کامنت ها به اشتراک بگذارید.

🤔 سوال بی پاسخ دارید؟!

شاید ابهامات و سوالاتی برای شما باقی مانده باشد. جای نگرانی نیست! سوالاتتون رو کامنت کنید و از آرکامتال پاسخ بگیرید.

از آرکامتال بپسید!