گرده جوش یکی از مفاهیم کلیدی در حوزه جوشکاری است که تاثیر بسیار زیادی بر کیفیت و استحکام اتصال‌های فلزی دارد. این پدیده نشان‌دهنده میزان ماده جوش‌خورده و شکل آن در محل درز جوش است و کنترل دقیق آن موجب افزایش کارایی قطعه و کاهش عیوب احتمالی می‌شود. ازآنجاکه جوشکاری در صنایع مختلف نظیر نفت و گاز، خودروسازی، ساخت و ساز و هوافضا کاربرد گسترده‌ای دارد، شناخت جامع از اصول و روش‌های بهینه‌سازی گرده جوش می‌تواند منجر به ارتقای کیفیت محصولات و کاهش هزینه‌های تعمیراتی شود. با توجه به این توضیحات، در این نوشته از بازرسی فنی پویا پرتو بین‌الملل قصد داریم مختصری درباره گرده جوش بحث کرده و نحوه تشخیص گرده جوش سالم و بی‌نقص را بیان کنیم.
در جوشکاری، حرارت تولیدشده توسط دستگاه جوش باعث ذوب قطعه کار و الکترود یا فیلر جوش می‌شود. در محل برخورد این دو ناحیه ذوب‌شده، ماده‌ای به وجود می‌آید که پس از سرد شدن، دو قطعه را به صورت یکپارچه به هم متصل می‌کند. این ماده که بر اثر ترکیب فلز پایه و فلز جوش تشکیل شده، گرده جوش نام دارد. بنابراین گرده جوش را می‌توان به زبان ساده، حجم فلز منجمدشده‌ای دانست که فصل مشترک بین دو قطعه است.
آنچه گرده جوش را برای مهندسان و کارشناسان جوشکاری حائز اهمیت می‌کند، نقش اساسی آن در توزیع تنش‌ها و نیروهای وارده بر اتصال است. اگر گرده جوش دارای شکل نامناسب یا ترک و تخلخل باشد، استحکام کلی اتصال به‌طرز چشمگیری کاهش می‌یابد. در مقابل، وقتی گرده جوش به صورت منظم و بدون نقص تشکیل شود، مقاومت سازه در برابر بارهای استاتیکی و دینامیکی بالا خواهد بود. به همین دلیل، کنترل شکل و ابعاد گرده جوش یکی از اهداف اصلی در فرایند جوشکاری است.
شکل، اندازه و کیفیت گرده جوش تحت تاثیر عوامل متعدد عملیاتی و متالورژیکی قرار دارد. یکی از مهم‌ترین متغیرهای اثرگذار، میزان آمپر جوش است. اگر آمپر بیش از حد بالا باشد، باعث ذوب بیش از اندازه فلز پایه و ایجاد گرده‌ای عریض و گاه با عمق ذوب نامتعادل می‌شود. اگر آمپر خیلی پایین باشد، گرده جوش ممکن است به درستی پخش نشود و عمق نفوذ آن ناکافی باشد. سرعت حرکت الکترود یا تورچ نیز نقش مهمی دارد. حرکت سریع‌تر باعث نازکی گرده و احتمال به وجود آمدن حفره‌های سطحی خواهد شد، درحالی‌که حرکت بسیار کند خطر سرباره‌های اضافی و رسوب بیش از حد را افزایش می‌دهد.
نوع الکترود یا سیم جوش انتخاب‌شده نیز بر گرده جوش تاثیرگذار است. برخی الکترودها برای ایجاد گرده‌های عمیق و باریک طراحی شده‌اند، درحالی‌که برخی دیگر گرده‌های پهن‌تری با عمق متوسط ایجاد می‌کنند. همچنین پیش‌گرمایش یا عملیات حرارتی پس از جوش می‌تواند نرخ سرد شدن گرده و ساختار میکروسکوپی آن را تحت تأثیر قرار دهد، امری که در کیفیت نهایی اتصال بسیار مهم است. جنس قطعه کار و پوشش‌های محافظ یا گازهای استفاده‌شده نیز از دیگر عوامل تعیین‌کننده‌اند.
برای تشخیص کیفیت گرده جوش، معمولا روش‌های بازرسی چشمی و آزمایش‌های غیرمخرب به کار می‌رود. در بازرسی چشمی، جوشکار یا بازرس به دنبال ترک‌های سطحی، تخلخل‌های قابل مشاهده و پاشش جوش (Spatter) اضافی بر سطح قطعه می‌گردد. اگر گرده جوش بیش از حد محدب باشد یا دارای فرورفتگی شدید باشد، نشانه‌ای از تنظیمات نامناسب پارامترهای جوش است. در روش‌های پیشرفته‌تر، از آزمون‌های رادیوگرافی، اولتراسونیک و مایع نافذ استفاده می‌شود تا ترک‌های زیرسطحی یا ناپیوستگی‌های مخفی نیز آشکار شود.
علاوه بر آن، در برخی کاربردهای حساس مانند خطوط فشار قوی و مخازن تحت فشار، نمونه‌ای از جوش را به‌صورت مقطعی (Cross Section) برش داده و ساختار ناحیه ذوب شده و منطقه تحت تاثیر حرارت (HAZ) بررسی می‌کنند. اگر در مقطع ضخامت گرده جوش نامتوازن باشد یا تخلخل‌های پراکنده مشاهده شود، نشان‌دهنده ضعف در کنترل فرایند جوشکاری است.
دو پارامتر کلیدی که در فرآیند جوشکاری به‌طور مستقیم بر گرده جوش اثر می‌گذارند، آمپر و ولتاژ هستند:
یکی از دغدغه‌های مهم مهندسان، کاهش عیوبی مانند ترک، تخلخل و ترک‌خوردگی گرم در گرده جوش است. برای این منظور راهکارهای زیر پیشنهاد می‌شود:
نحوه قرارگیری تورچ یا الکترود در زاویه مناسب، عامل دیگری برای کنترل شکل گرده جوش است. به عنوان مثال، در جوشکاری SMAW (جوش الکترود دستی) زاویه‌ای که الکترود با قطعه کار تشکیل می‌دهد، اگر بیش از حد کم باشد، نفوذ عمقی چندانی صورت نمی‌گیرد و گرده جوش متمایل به یک سمت می‌شود. برعکس اگر زاویه بیش از حد بزرگ باشد، باعث ایجاد پاشش‌های گسترده و چسبیدن گل جوش به سطوح مجاور می‌گردد.
برای اطمینان از صحت جوش و گرده جوش به‌دست‌آمده در هنگام بازرسی جوش، روش‌های متعددی وجود دارد. یکی از ساده‌ترین روش‌ها، انجام تست جوشکار (Welder Qualification) است که طی آن، جوشکار یک قطعه نمونه جوش می‌زند و سپس بازرسی چشمی و آزمون‌های مکانیکی روی آن صورت می‌گیرد. اگر گرده جوش از نظر شکل ظاهری، ابعاد و مقاومت در آزمون‌های خمش و کشش موفق عمل کند، نشان می‌دهد که جوشکار قادر به تولید جوش قابل قبول است.
در مراحل بعدی، در پروژه‌های صنعتی، بازرسی رادیوگرافی و اولتراسونیک یا حتی آزمون ذرات مغناطیسی برای کشف عیوب زیرسطحی استفاده می‌شود. بازرسان با مشاهده فیلم رادیوگرافی قادرند ناپیوستگی‌های داخلی مانند ترک، حفره گازی و سرباره محبوس را شناسایی کنند. اگر در گرده جوش چنین عیوبی تشخیص داده شود، لازم است محل جوش مجدداً تراشکاری و ترمیم شود.
آنچه در سراسر صنعت جوشکاری اهمیت دارد، اجرای اتصالاتی است که از لحاظ مکانیکی و متالورژیکی، استحکام و دوام قابل قبولی داشته باشند. در این میان، کیفیت گرده جوش نقشی اساسی در توزیع تنش‌ها و کاهش نقاط تمرکز تنش بر عهده دارد. با رعایت اصولی همچون انتخاب صحیح پارامترهای جوش (آمپر، ولتاژ، سرعت)، کنترل زاویه الکترود یا تورچ، استفاده از الکترود مناسب و انجام پیش‌گرمایش و پس‌گرمایش در صورت نیاز، می‌توان گرده جوش‌هایی بدون عیب و با مقاومت بالا ایجاد کرد.
