فهرست مطالب:
بروز‌رسانی‌شده در فروردین 6, 1401
جوشکاری (تیگ – آرگون)
فرآیند جوشکاری تیگ که آن را هلی آرک و یا آرگون آرک نیز می‌نامند، در دهه 1930 زمانی که نیاز به جوشکاری منیزیم احساس شد ابداع گردید. راسل مردیت یک روش جوشکاری با استفاده از الکترود تنگستنی برای ذوب منیزیم اختراع نمود. این فرآیند جای پرچ‌کاری را در ساخت هواپیماهایی با اجزایی از جنس منیزیم و آلومینیوم گرفت. این روش گرچه از آن زمان تا به امروز تغییراتی داشته است، اما اصول آن تغییر چندانی نداشته است.
در این فرآیند، قوس الکتریکی بین الکترود غیر مصرفی از جنس تنگستن و قطعه کار ایجاد گردیده و از حرارت حاصل از قوس به‌منظور ذوب و ایجاد پیوند در محل اتصال استفاده میگردد. اگر نیاز به پرکنندگی در محل اتصال وجود داشته باشد، از یک میله‌ی پرکننده که از خارج محیط قوس وارد میگردد استفاده میشود. به‌منظور حفاظت از حوضچه جوش، گاز خنثی آرگون، هلیوم یا ترکیبی از این دو بکار میرود. گاز خنثی علاوه بر اینکه از ورود ناخالصی به جوش حاصله جلوگیری میکند، از واکنش ناخواسته الکترود غیر مصرفی تنگستن (که بسیار داغ شده است) و میله پرکننده با هوا نیز جلوگیری مینماید. شکل (1) این فرآیند را به شکل ساده نشان میدهد. همان‌طور که در شکل نمایان است، مجموعه مشعل جوشکاری تیگ به شکلی ساخته شده است که گاز محافظت کننده از اطراف الکترود تنگستنی و از داخل مشعل خارج گردیده و به‌طور کامل الکترود و جوش را تحت حفاظت قرار میدهد.
شکل (1): فرآیند جوشکاری تیگ
با پیشرفت و تکامل این فرآیند تحقیقات نشان دادند که گاز آرگون نسبت به هلیوم برتری دارد زیرا که هنگام استفاده از گاز آرگون تغییرات ولتاژ قوس در اثر تغییرات طول قوس کمتر است. این نکته سبب یکنواختتر شدن جوشکاری با گاز آرگون میگردد که ازنظر جوشکار نکته‌ی قابل توجهی است. از پیشرفتهای دیگر حاصل شده در این فرآیند تغییرات ایجاد شده در مشعل جوشکاری تیگ است. این تغییرات در جهت افزایش عمر قسمتهای مختلف مشعل، راهکارهای خنک کاری الکترود و نازل و همچنین سبکی و افزایش انعطاف‌پذیری مشعل در حین کار بوده است.
نمونه جوش تیگ
تجهیزاتِ جوشکاری تیگ
در قسمت قبل مرور مختصری بر تغییرات و پیشرفتهای حاصله در تجهیزات و فرآیند تیگ انجام شد. در این بخش به‌صورت جزئیتر قسمتهای مختلف دستگاه جوشکاری تیگ مورد بررسی قرار میگیرند. (شکل 2).
شکل (2): تجهیزات فرآیند تیگ
منبع قدرت
دستگاههای جوش امروزی علاوه بر اینکه توان ایجاد جریان هم به‌صورت مستقیم و هم به‌صورت متناوب را دارند، قابلیت ایجاد جریان به‌صورت موج مربعی، سینوسی، پالسی و همچنین حالت متوازن شده را نیز دارا میباشند.
آنچه که وجه تمایز اصلی یک دستگاه جوش فرآیند تیگ با یک دستگاه جوش قوس دستی است، اضافه شدن بخشهایی به‌منظور تنظیم خروج گاز محافظ و همچنین کنترل جریان آبگرد مشعل هست. بر این اساس در دستگاههای جوش تیگ بخشی قرار داده شده است که به کمک آن میتوان تعیین نمود که گاز محافظ چه مقدار پیش و پس از شروع قوس و با چه دبی جریان داشته باشد. حضور پیش گاز و پس گاز سبب میشود که پیش از شروع قوس محیط اطراف کاملا خالی از هوا شده و پس از پایان قوس نیز تا لحظاتی جوش کمی خنک شده و از واکنش با هوا حفظ گردد. همچنین جریان آبگرد نیز طوری کنترل گردیده تا خنککاری لازم برای مشعل را در زمان برقراری قوس فراهم آورد و پس از خنک شدن مشعل جریان آب متوقف گردد.
الکترود تنگستنی
الکترود مورد استفاده در فرآیند تیگ همان‌طور که ذکر شد از نوع غیرمصرفی بوده و از تنگستن خالص یا آلیاژی از آن ساخته میشود. نوع تنگستن خالص که در ابتدا بسیار به‌کاربرده میشد، امروزه کمتر و صرفا برای حالت جریان متناوب و فلزات سبک توصیه میشود. گرچه تنگستن نسبت به الکترود فرآیندهای قوسی دیگر تا دمای بالاتری مقاومت میکند اما چنانچه حرارت زیادی بر آن وارد شود، آن نیز ذوب و مصرف میگردد و همچنین به‌زودی دچار آلودگی میشود. این محدودیت باعث میشود که شدت‌جریان قابل استفاده در الکترودهای تنگستنی از مقدار مشخصی بیشتر نباشد و قطبیت و نوع جریان محدود باشد. لذا به‌منظور بالا بردن تحمل حرارتی الکترود تنگستنی ترکیبات دیگری در کنار آن اضافه گردیده تا به کمک آلیاژ حاصله شدت‌جریانهای بیشتر با حرارت تولیدی بیشتر قابل استفاده باشد. باید ذکر نمود که از میان الکترودهای ساخته شده همچنان معمول‌ترین الکترود نوع 2% توریمدار هست.
مشعل جوشکاری
مشعل یا تورچ جوشکاری تیگ وظیفه تثبیت الکترود تنگستنی و رساندن جریان الکتریکی به آن و همچنین تأمین پوشش محافظ گازی در اطراف حوضچه مذاب را دارد. قسمتهای مختلف آن را در شکل (3) میبینید.
شکل (3): اجزای مختلف مشعل جوشکاری تیگ
از سمت چپ شکل، اجزای مشعل به شرح زیر است:
□ افشانک یا نازل: این بخش به هدف متمرکز کردن گاز محافظ در محل جوش و همچنین ایجاد فاصله بین محل جوشکاری و مشعل هست. در ابتدا تنها از جنس سرامیکی ساخته میشدند، اما به جهت افزایش دوام و عمر آن‌ها ساخت نوع فلزی آن به همراه مبردهای آبی و هوایی متداول گردید.
□ بدنه طوقه: این بخش که معمولا از جنس مسی است، به‌منظور برق‌رسانی به الکترود هست. همچنین بر روی آن سوراخهایی به‌منظور ورود گاز محافظ به فضای اطراف الکترود هست. این قطعه توخالی بوده و در قسمت انتهایی (سمت راست) آن نشیمنگاه طوقه قرار دارد که به محکم گرفتن الکترود کمک میکند.
□ دسته: محل قرار گرفتن دست جوشکار هست که معمولا کلید قطع و وصل جریان نیز بر روی آن تعبیه شده است.
□ طوقه: هدف از این بخش تنظیم مقدار بیرون ماندن الکترود تنگستنی بوده و معمولا از جنس مس هست.
□ الکترود: که در بخش قبل شرح داده شد.
□ کلاهک: این قسمت به‌منظور پوشاندن و جلوگیری از اتصال و آسیب به انتهای الکترود هست.
مشعل جوشکاری تیگ به یکی از دو حالت خنککنندگی با هوا و یا با آب مجهز بوده تا از داغ شدن بیش از حد الکترود و آسیب به آن جلوگیری شود.
فلز پرکننده
در جوشکاری تیگ در حالت معمولی نیاز به پرکننده ضروری نیست، زیرا که در بعضی اتصالات و جنسها خود قطعات پس از ذوب به همدیگر جوش خورده و محل را پر میکند. اما چنانچه جوشکاری تیگ برای ورقهای ضخیم استفاده شده و یا طراحی اتصال به‌گونه‌ای باشد که نیازمند به پرکنندگی باشد، از مفتول پرکننده استفاده میشود. همچنین اگر به‌منظور اتصال دو جنس مختلف از فرآیند تیگ استفاده گردد، به کاربردن یک فلز پرکننده برای ایجاد ترکیب مناسب در محل اتصال میتواند سودمند باشد.
فلز پرکننده باید حتیالامکان نزدیک به جنس قطعه کار باشد. به همین علت ترکیبات مختلفی از فلزات پرکننده ساخته شده که هرکدام از آن‌ها برای فلز یا فلزات خاصی قابل استفاده میباشند. به‌منظور استانداردسازی انجمن جوشکاری آمریکا در جداولی مواد پرکننده مورد استفاده برای جوشکاری فلزات مختلف را تعیین نموده است. به‌عنوان مثال برای جوشکاری تیگ فولادهای زنگنزن 301، 302، 304 و 305 فلز پرکننده ER308 پیشنهاد شده است.
جوش تیگ
گاز محافظ
همان‌طور که ذکر شد، محل جوش، فلز پرکننده و همچنین الکترود تنگستنی که در حین جوشکاری بسیار داغ هستند، ممکن است با هوا واکنش داده و ترکیباتی ناخواسته ایجاد کنند که سبب کاهش کیفیت جوش و همچنین آسیب به الکترود شوند. لذا توسط گازی که از نظر خواص ترکیبی خنثی است، محافظت میشوند. این گاز میتواند مخلوطی از گازهای بیاثر با گازهای دیگری نظیر هیدروژن و یا ازت باشد. از میان گازهای بیاثر که جزء اصلی ترکیب گاز محافظ را تشکیل میدهند، آرگون و هلیوم بیشتر به‌کاربرده میشوند. هیدروژن، ازت و یا گازهای دیگر صرفا درصد کمی اضافه میگردند تا در حالاتی خاص بعضی خواص را تقویت کنند. به‌عنوان مثال به علت هدایت حرارتی بالاتر هیدروژن نسبت به آرگون که این امر سبب افزایش عمق نفوذ جوش میشود، برای جوشکاری آلیاژهای نیکل و بعضی از فولادها تا 5% از آن را در ترکیب گاز محافظ استفاده میکنند.
در کاربردهای عمومی اکثرا از آرگون برای جوشکاری تیگ استفاده میشود زیرا که اولا ارزان‌ترین گاز بیاثر است، ثانیا آرگون 4/1 برابر سنگینتر از هواست که این خصوصیت به پوششدهی بهتر حوضچه جوش کمک مینماید. ولی در جوشکاری فلزات با هدایت حرارتی بالا استفاده از هلیوم نفوذ بهتری را نتیجه میدهد. در جدول (1) به مقایسه خواص گازهای آرگون و هلیوم در کیفیت جوش پرداخته شده است.
گاز محافظ جوش تیگ
علاوه بر بخشهایی که شرح آن ذکر شد، قسمتهایی مانند سیستم خنککاری، نوسان‌ساز حرکت مشعل و از این قبیل اجزا نیز ممکن است در دستگاههای جوشکاری تیگ موجود باشد که به علت اهمیت کمتر آن‌ها و رعایت اختصار از توضیح آن‌ها صرف‌نظر گردید.
مزایا و معایب جوشکاری تیگ
در جوشکاری تیگ گرمای تولیدی بهدقت توسط دستگاه کنترل میشود که این امر باعث ایجاد اعوجاج کمتر قطعات میشود. به علت اینکه تزریق فلز پرکننده از خارج قوس صورت می‌گیرد اغتشاش در جریان قوس پدید نمی‌آید. کیفیت جوش بالا ست زیرا حوزه دید جوشکار به‌وسیله دودهای حاصله محدود نمیشود. هیچ‌گونه پاشش مذاب که معمولا در سایر فرآیندهای قوسی مشاهده میشود و علت آن شدت‌جریان بالا و طول قوس نامناسب است در این روش وجود ندارد. توانایی جوشکاری بی‌واسطه (جوشکاری دو جسم با ذوب دو لبه آن‌ها بدون سیم جوش، به کمک تورچ) با کمترین هزینه را دارا است. به دلیل عدم وجود سرباره و دود و جرقه ،منطقه قوس و حوضچه مذاب به‌وضوح قابل رویت است. انواع مختلفی از فلزات حتی فلزات غیرمشابه را میتوان با این روش جوشکاری کرد. بی‌نیازی یا نیاز بسیار کم به تمیزکاری پس از اتمام عملیات جوشکاری به دلیل عدم وجود سرباره در قسمت جوشکاری شده. در ادامه به برخی از محدودیتهای این روش اشاره میشود.
در وضعیت‌های جوشکاری غیر تخت به علت اینکه حفاظت قوس کامل نیست جوشکاری مشکل است. اگر حفاظت قوس و مذاب توسط جریان مداوم گاز خنثی انجام نشود و یا مختل شود، فلز مذاب آلوده میشود. درصورتی‌که الکترود تنگستنی با حوضچه مذاب تماس داشته باشد، آخال‌های تنگستن میتواند وارد فلز جوش شود. آلودگی یا حفره در مذاب تحت تاثیر نشتی آب از تورچ سرد شونده با آب امکان پذیر است. نرخ رسوب آن در مقایسه با جوشکاری با الکترودهای مصرفی پایین‌تر است. ناکافی بودن دبی گاز محافظ یا وزش باد در محیط جوشکاری و درنتیجه اکسید شدن نوک الکترود را در پی دارد.
دانلود اطلاعات تکمیلی دانلود کتاب جوشکاری با گاز محافظ آرگون و الکترود تنگستن - متجرم: علی رمضانی جوشــکاری قوســی بــا الکتــرود تنگســتنی (GTAW) رمز: proeng.ir منبع: وب سایت مهندس حرفه ای
