آشنایی با جوشکاری آرگون

 جوشکاری TIG در میان صنعتکاران ایرانی به عنوان جوش آرگون شناخته شده است. در این نوع جوشکاری، گاز آرگون، گاز محافظ است که با گاز هلیم ترکیب می شود. هلیم موجب افزایش توان قوس می شود و به همین دلیل سرعت جوشکاری را افزایش می دهد. از سوی دیگر خروج گازها از محدوده جوش بهتر انجام می شود.

در جوشکاری TIG، برای ایجاد قوس جوشکاری از الکترود تنگستن استفاده می شود که این الکترود برخلاف دیگر فرایندهای جوشکاری حین عملیات جوشکاری مصرفی ندارند و گاز خنثی هوا را از ناحیه جوشکاری بیرون رانده و از اکسیده شدن الکترود و حوضچه جوش جلوگیری می نماید. در جوشکاری TIG، الکترود تنها برای ایجاد قوس قابل استفاده است و در خود جوش کاربردی ندارد.

از دیگر ویژگی های جوشکاری TIG، می توان با استفاده از سیم جوش (Filler metal) بعنوان فلز پرکننده اشاره نمود که شبیه جوشکاری با شعله اکسی استیلن(MIG/MAG)، در جوش تغذیه می شود و یک قطب جریان، به قطعه کار وصل شده و قطب دیگر جریان به یک الکترود مصرف نشدنی که همان تنگستن است، متصل گردیده است. تنگستن یا ولفرام عبارت است از یک فلز سخت با دمای ذوب حدود 3800 درجه سانتیگراد که برای ذوب شدن به زمان زیادی نیاز دارد.

از آنجا که گاز خنثی با هیچ یک از عناصر میل ترکیبی ندارد و به محض جاری شدن، اکسیژن و هوای موجود در منطقه جوش را به کنار می زند، لذا قوس الکتریکی بین الکترود تنگستن و قطعه کار ارتباط برقرار می کند و فضای قوس و الکترود سرخ شده و حوضچه مذاب فلز پایه، بواسطه Inert Gas و یا گاز خنثی در مقابل عوامل اتمسفریک، بویژه ترکیب با اکسیژن حفظ می شود. گاز خنثی که در خنک کردن تنگستن  و تورچ تاثیر زیادی دارد، از اطراف الکترود تنگستن و از داخل تورچ عبور می کند.

در بیشتر مواقع گاز خنثی از آرگون تشکیل شده اما گاهی نیز گازهای هلیوم و نیتروژن بسته به نوع کار مورد مصرف، استفاده می شود. در صورت نیاز به فلز پرکننده و یا Filer metal، بدون اینکه جریان برق از سیم عبور کند، می توان سیم یا Wire Soild فلزی را توسط دست و یا ماشین به حوضچه مذاب هدایت نمود. اگر Solid Wire در طول های کوتاه و مستقیم (برای مثال یک متری) بریده شوند، به آن Filer Rod گفته می شود که عموماً در جوشکاریهای Manual و یا دستی با سیستم TIG یا اکسی استیلن استفاده می شود و یا بعنوان مغزی کاربرد دارد. این روش جوشکاری می تواند بصورت دستی، ماشینی و یا اتوماتیک انجام شود.

• موارد استفاده از جوشکاری TIG

1. ورقهای نازک زیر 1 میلیمتر
2. جوشکاری پاس ریشه در لوله ها و مخازن
3. فلزات رنگین از قبیل آلومینیوم...نیکل...مس و برنج (مس و روی)

• روش انجام جوشکاری TIG

در جوشکاری TIG، گرماي مورد نياز برای توليد مذاب در منطقه جوش با برقراری قوس الکتریکی بین الكترود مصرف نشدنی از جنس تنگستن و قطعه کار تامین می گردد و يك گاز خنثي كه (آرگـون يا هليـوم)، جهت حفاظت منطقه مذاب در محل دميده مي‌شود. همچنين به منظور اتصال قطعات به یکدیگر، باید فلز پر كننده مورد نياز در منطقه جوش همزمان با ایجاد قوس الکتریکی به اين منطقه وارد شود.

• مزایای جوشکاری TIG

1. قابلیت جوشکاری فلزات رنگین و ورقهای نازک
2. امکان استفاده در قطعات با ضخامت های مختلف
3. كيفيت جوشكاري مناسب برای اکثر فلزات و آلياژها
4. حداقل نیاز به تميزكاري پس از انجام عملیات جوشكاري
5. امکان استفاده در تمام موقعيت‌هايي كه جوشكاري در آنها لازم است
6. عدم پاشش مذاب در منطقه جوش و جلوگيري از پهن‌شدگي منطقه جوش
7. بدلیل عدم وجود سرباره و دود و جرقه، منطقه قوس و حوضچه مذاب بوضوح قابل مشاهده است
8. به علت اینکه تزریق فلز پرکننده از خارج قوس انجام می شود، اغتشاش در جریان قوس پدید نمی آید. در نتیجه کیفیت فلز جوش بالاتر است.

• نوع قطبیت مناسب در جوشکاری جوش آرگون TIG

5. تجهیزات مورد نیاز در جوشکاری TIG
5. جریان AC برای جوشکاری آلومینیوم، منیزیوم و ترکیبات آن
5. جریان DCEN برای جوشکاری چدن، مس، برنج، تیتانیوم و انواع فولادها

• منبع قدرت (Power Source)

در فرایند جوشکاری TIG می‌توان از هر دو نوع مولد جریان برق به شکل مستقیم (DC) و یا متناوب (AC) استفاده کرد. منابع قدرت در این روش جوشکاری، عمدتا ترانسفورماتور ـ رکتیفایر و یا ژنراتور و سیلندر گاز محافظ، کپسول فلزی حاوی گاز محافظ می باشد. فشار گاز داخل کپسول در هنگام پر بودن حدود ۱۵۰ تا ۲۰۰ bar است.

• رگولاتور و فلومتر

به منظور کاهش فشار خروجی گاز کپسول و تنظیم شدت خروجی گاز محافظ به تورچ، از رگولاتور و فلومتر استفاده می شود که می تواند فشار خروجی گاز را بین ۳ تا ۷ bar انجام دهد.

• شیلنگ و بست‎های گاز

به منظور هدایت گاز محافظ از سیلندر به تورچ، شیلنگ و بست‎های گاز مورد استفاده قرار می گیرند.

• تورچ جوشکاری

تورچ جوشکاری وظیفه هدایت جریان برق که از رکتیفایر بوسیله کابل می‌آید به الکترود تنگستن و گاز محافظ به محدوده قوس و حوضچه مذاب را بر عهده دارد. این ابزار بواسطه آب، گاز محافظ و یا هوا، خنک می شود و در شدت جریانهای کم (زیر ۲۰۰ آمپر) و کوتاه مدت استفاده می شود. برخی تورچ ها نیز در بلند مدت استفاده می شوند که سیستم خنک کننده آنها در آب در حال گرد است زیرا به علت گرمای بسیار زیاد که در جوشکاری با آمپراژ بالا پدید می‌آید، گاز محافظ به تنهایی قادر به خنک کردن تورچ نیست و باید در کنار آن آب نیز استفاده شود.

• کابل های اتصال

الکترود تنگستن

الکترودهای تنگستن که در جوشکاری TIG استفاده می شود که در گروه الکترودهای ذوب نشدنی قرار می گیرند و براساس استاندارد AWS A۵٫۱۲، ترکیب شیمیایی آنها به شکل زیر می باشد:

EWP: الکترود تنگستن خالص

EWCE ـ۲: الکترود تنگستن ـ سریم (حاوی ۲ % اکسید سریم یا سریا)

EWTH : الکترود تنگستن ـ توریم (حاوی ۱ تا ۲ % اکسید توریم یا توریا )

EWLA ـ۱: الکترود تنگستن ـ لانتانیوم (حاوی ۱ % اکسید لانتیوم یا لانتیا)

EWZR : الکترود تنگستن ـ زیر کونیم (حاوی ۰٫۱۵ تا ۰٫۴ % اکسید زیرکونیوم یا زیرکونیا)

الکترودهای تنگستن معمولا با طول ۷۶ تا ۶۱۰ میلیمتری، در قطرهای ۰٫۲۵ تا ۶٫۳۵ میلیمتر ساخته می‌شوند که نوع خالص آنها، نسبت به سایر الکترودها ارزان قیمت تر است و ظرفیت حمل الکتریسیته کمتری را دارد. همچنین عمر آنها کوتاه‎تر بوده و فقط قابل استفاده با جریان  AC هستند. این الکترودها در مواردی که حساسیت کار کمتر است، قابل استفاده می باشد. در صورتی که اگر الکترود تنگستن خالص در شدت جریانها بکار برده شود، ممکن است بصورت تدریجی به تحلیل رود.

 الکترودهای تنگستن توریم دار، ظرفیت حمل الکتریسیته بالاتری دارند که شروع قوس با این الکترودها راحتتر بوده و ثبات قوس بیشتری را ایجاد می کنند چرا که خروج الکترونها بسهولت انجام می شود. الکترودها غالبا در جریان DC کاربرد دارند. الکترودهای زیر کونیوم دار به عنوان بهترین نوع الکترود برای جوشکاری آلومینیوم و منیزیم مورد استفاده قرار می گیرند که مزایای هر دو الکترود قبلی را دارا می باشند. زمانی که در جریان AC، از الکترودها استفاده می‌شود، پایداری قوس الکترودهای EWP در جریان AC، به همراه ظرفیت حمل جریان و شروع قوس خوب در الکترودهای EWTH، ایجاد می شود.

• طبقه بندی الکترودهای تنگستن با رنگهای یک سر

سبز: تنگستن خالص =  AWS Classification: EWP

خاکستری: غیر از عناصر بالا =  AWS Classification: EWG

نارنجی: تنگستن با ۲ درصد سریم = AWS Classification: EWCEـ۲

سیاه: تنگستن با ۱ درصد لانتانیوم  = AWS Classification: EWLAـ۱

زرد: تنگستن با ۱ درصد توریم  = AWS Classification: EWTHـ۱

قرمز: تنگستن با ۲ درصد توریم = AWS Classification: EWTHـ۲

قهوه‌ای: تنگستن با ۱ درصد زیر کونیوم = AWS Classification: EWZRـ۱

در جوشکاری TIG انتخاب صحیح قطر الکترود، به شدت جریان و نوع جریان (AC or DC) بستگی دارد.

•  مزایای الکتروهای تنگستن

1. افزایش طولعمر الکترود
2. شروع قوس راحت تر
3. افزایش ثبات و پایداری قوس
4. سهولت در خروج الکترونها در جریان DC

• سیم جوش (Filer Metal)

انتخاب سیم جوش در جوشکاری TIG یکی از عمده ترین مسائل می‌باشد. سیم جوشهای مختلف در فرایند TIG مطابق با استاندارد AWS طبقه بندی می شوند. طول سیم جوشها معمولا ۶۱ یا ۹۱ سانتیمتر است و برای دستگاههای نیمه اتوماتیک و اتوماتیک به صورت کلافی موجود می‌باشد. در زیر برای هر گروه در AWS به طور کافی درباره طریقه کاربرد، ترکیب شیمیایی، نوع جریان و مقدار آن، قطر سیم جوش و ... ارائه گردیده است.

• انواع الکترودها در جوشکاری TIG

1. الکترود تنگستن سریم دار: به رنگ طلایی است.
2. الکترود تنگستن لانتان دار: که مشکی رنگ است.
3. الکترود تنگستن زیرکونیم دار: که علامت اصلی آن رنگ سفید می باشد.
4. الکترود تنگستن توریم دار: دارای دو نوع 1% توریوم دار قرمز رنگ و 2% توریم دار زرد رنگ می باشد.
5. الکترود تنگستن خالص (سبز رنگ): که به منظور جوش آلومینیوم کاربرد دارد و حین جوشکاری پت پت می کند.

• عیوب جوشکاری TIG

1. ناخالصی تنگستن (Tungestan Inclusion)

اگر در زمان جوشگاری TIG از تکنیک های نامناسب استفاده شود، احتمال حبس ذرات تنگستن در فلز جوش وجود دارد که علت آن:

5. محافظت نامناسب گاز
5. نامرغوب بودن الکترود تنگستن
5. تماس سیم جوش با الکترود تنگستن داغ
5. تماس نوک الکترود تنگستن با حوضچه مذاب
6. استفاده از گاز محافظ نامناسب مانند آرگون + CO2
5. عبور شدت جریان بیش از اندازه از الکترود تنگستن
5. آلوده شدن نوک الکترود از طریق جرقه‌های ساتع شده از حوضچه مذاب
5. اکسید شدن نوک الکترود به دلیل ناکافی بودن دبی گاز محافظ یا وزش باد در محیط جوشکاری
5. داغ شدن بیش از حد الکترود  به دلیل زیاد بودن طول موثر الکترود (فاصله نوک الکترود تا کولت)
5. عیوبی ناشی از محافظت ناقص گاز از قبیل: ناخالصی تنگستن ـ خلل وفرج(Porosity) ـ فیلم های اکسیدی در نتیجه ذوب ناقص و حبس ناخالصی های اکسیدی. کلیه عیوب فوق موجب کاهش خواص مکانیکی از جمله کاهش استحکام کششی و مقاومت به ضربه می‌شوند.

1. بوجود آمدن Porosity در جوش

5. کم بودن دبی گاز محافظ
5. وزش باد در محیط جوشکاری و اختلال در محافظت گاز
5. زیاد بودن طول قوس یا زیاد بودن فاصله شعله پوش تا حوضچه مذاب
5. کوچک بودن دهانه شعله پوش (کمتر از 1.5 برابر پهنای سطح جوش)
6. زیاد بودن بیش از اندازه گاز محافظ در نتیجه جریان گاز از حالت آرام یا لمینار به متلاطم یا توربولانس

1. ناخالصی های اکسیدی (Oxide Inclusion)

ناخالصی های اکسیدی در بطن جوش، محل تمرکز تنش است که استحکام و مقاومت جوش را نسبت به ضربه کاهش می دهد. در فرایند جوشکاری TIG، قبل از شروع باید لایه‌های اکسیدی را از روی محل اتصال و سیم جوش برطرف نمود. این امر در آلومینیوم و آلیاژهای آن به علت نقطه ذوب بالای اکسید آلومینیوم (2050c ) اهمیت ویژه ای دارد. علل ناخالصی های اکسیدی را می توان در موارد زیر بررسی نمود:

5. تمیز نبودن درز جوش، وجود لایه‌های اکسید روی سیم جوش و عدم تمیز کاری بین پاسی
5. خارج کردن نوک داغ سیم جوش از محدوده حفاظتی گاز محافظ در زمان جوشکاری
5. اکسیداسیون از طرف ریشه جوش (محافظت از ریشه جوش هنگام جوشکاری فلزات حساس از قبیل فولادهای زنگ نزن ضرورت دارد) یعنی از طرف پشت قطعه کار هم باید بوسیله گاز محافظ، حفاظت شود.

1. عیب عدم ذوب (Lake Of Fusion) :

علل عیب عدم ذوب عبارتند از:

• عدم ذوب در ریشه اتصال به دلیل کوچک بودن زاویه قطعه کار
• نامناسب بودن توالی پاس های جوشکاری و ایجاد عدم ذوب بین پاسی
• زیاد بودن پاشنه جوش (Root Face) و ایجاد عدم ذوب در ریشه اتصال
• عدم ذوب در ریشه اتصال به دلیل کوچک بودن فاصله بین دو لبه در ریشه جوش