دستگاه جوشکاری جوش آرگون تک فاز

نقد و بررسی : دستگاه جوشکاری جوش آرگون تک فاز

جوشکاری آرگون (تیگ) چیست؟

در روش‌های جوشکاری، روش‌های وجود بر قوس الکتریکی مهم‌ترین و پرکاربردترین روش‌ها به حساب خواهند آمد. این فرایند میان جوشکاری TIG که در اصطلاح با نام جوشکاری آرگون هم شناخته می گردد به دلیل تنوع عملکرد و ظاهر خوبی که برای فلز جوش به وجود می‌آورد، می‌تواند به خوبی جای خود را باز کند. با مطالعه این مقاله بیشتر با اصول این روش و مزایا و معایبی که در رقابت با سایر روش‌های جوشکاری ذوبی ایجاد کرده، آشنا خواهید گردید.

منظور از جوشکاری آرگون (تیگ) و کاربرد آن چیست؟

از فرایند جوشکاری تیگ در صنعت با نام های «جوش آلومینیوم»، «هلی آرک» و «هلی ولد» نیز یاد می‌گردد گرچه از این روش با نام علمی Gas Tungsten Arc Welding» GTAW» نیز یاد می‌‌گردد. جوش آرگون یکی از روش‌های جوشکاری قوسی محسوب می گردد که در آن دو قطعه توسط حرارتی که از قوس الکتریکی بین الکترود تنگستنی و قطعه کار به وجود خواهد آمد، به هم متصل می‌‌گردند. به منظور محافظت از حوضچه مذاب از گاز محافظ آرگون یا مخلوطی از هلیوم و آرگون استفاده می‌‌گردد.

جوشکاری TIG به چه صورتی انجام می گردد؟

در فرایند جوشکاری آرگون یک قطب جریان الکتریکی، به فلز پایه (قطعۀ کار) و قطب دیگر به الکترود مصرف نشدنی متصل می‌گردد که تنگستن نامیده می‌گردد تنگستن یک فلز بسیار سخت با دمای ذوب ۳۸۰۰ درجۀ سلسیوس می‌باشد از این رو خیلی دیر ذوب می‌گردد پس از ایجاد قوس الکتریکی بین الکترود تنگستن و قطعۀ کار، فضای قوس و الکترود سرخ شده است و حوضچه‌ی مذابی از فلز پایه شکل می‌گردد. این حوضچه توسط گاز خنثی در برابر عوامل اتمسفریک (مخصوصا اکسیژن) محافظت می گردد.

دوره آموزش جوشکاری آرگون (تیگ TIG) (GTAW) چگونه است؟

با این دلیل که گاز خنثی از کنار الکترود تنگستنی و از داخل تورچ عبور خواهد کرد، اثر خنک کنندگی روی تنگستن و تورچ خواهد داشت . لازم به بیان می باشد که «تورچ» یا «مشعل» همان تفنگ جوشکاری است که شامل الکترود تنگستنی و مجرای اعمال گاز محافظ شده است .

با توجه به نوع فعالیت ، در جوشکاری تیگ از یک فلز پرکننده نیز می توان استفاده نمود فلز پرکننده با ترکیب مشخص، در ناحیۀ تشکیل مذاب قرار خواهد گرفت و ناحیۀ اتصال را پر می کند. جوشکاری TIG با روش‌های دستی، ماشینی و یا اتوماتیک قابل اجرا می باشد .

تجهیزات جوش تیگ

منبع جوشکاری TIG کدامند؟

در فرایند جوشکاری GTAW برای ایجاد جریان و قوس الکتریکی به دستگاه جوش (منبع نیرو) لازم است. جریان های الکتریکی مورد نیاز در جوش TIG، ممکن است توسط موتور ژنراتورهای AC یا DC و یا ترانسفورماتورهای AC و یکسو کننده های DC و یا توسط ژنراتورهای دیزلی و بنزینی انجام می‌گردد.

جوشکاری TIG وابستگی بسیار زیادی به نیروی الکتریکی و ماشین جوش خواهد داشت نیروی الکتریکی که برحسب وات ( آمپر × ولت ) توسط منبع نیرو تولید می گردد ، با یونیزه شدن گاز محافظ قوس الکتریکی، به حرارت تبدیل می شود.

در اجرای جوشکاری تیگ، پس از انتخاب گاز محافظ، شدت جریان قوس الکتریکی و طول قوس است که مقدار حرارت مورد نیاز را کنترل می کند. شدت جریان جوشکاری TIG را اپراتور روی منبع نیرو تنظیم خواهد کرد اما ولتاژ قوس الکتریکی با تغییرات طول قوس بین نوک الکترود تنگستن و قطعه کار تغییر می کند.

مشعل (تورچ) جوشکاری TIG چیست؟

مشعل های جوشکاری آرگون، وظیفۀ نگهداری الکترود تنگستنی و رساندن گاز محافظ به منطقه قوس و حوضچه مذاب را خواهند داشت . کیفیت این مشعل ها با توجه به معیارهایی مانند ظرفیت حمل ماکزیمم جریان جوشکاری بدون گرمایش زیاد ارزیابی می گردد . مشعل های جوش GTAW با توجه به تطابق آن ها با درجه و سایز الکترود در مدل ها سایز های مختلفی طراحی می گردند.

اکثر مشعل هایی که به طور دستی کار می کنند، دارای زاویه بین الکترود و دستۀ مشعل ۱۲۰ درجه هستند. با توجه مشعل هایی با زاویه سر قابل تنظیم و مشعل های مستقیم (مدادی) و با زاویه سر ۹۰ نیز در صنعت به کار می روند. اغلب این مشعل ها دارای کلید یا شیر خروجی گاز بر روی دسته مشعل هستند.

الکترود جوشکاری TIG چیست؟

در فرایند جوشکاری آرگون، انتخاب قطر الکترود، به شدت و نوع قطبیت جریان بستگی خواهد داشت . الکترود های تنگستنی بیشتر با قطرهای ۰٫۲۵ تا ۶٫۳۵ میلی متر و طول ۷۶ تا ۶۱۰ میلی متر عرضه تولید می شوند . این الکترود ها ممکن است ترکیب ها و خواص متفاوتی داشته باشند. جدول زیر بر اساس استاندارد AWS به معرفی الکترودهای جوشکاری تیگ می پردازد.

گاز محافظ جوشکاری TIG چیست؟

در جوشکاری تیگ ، گاز محافظ توسط نازلی که روی مشعل بسته می گردد ، بر روی منطقۀ جوش متمرکز می گردد. گازهای محافظ معمولا در کپسول های مخصوص ذخیره می گردند . این گازها می توانند گاز خالص (تک گاز)، مخلوطی از دو گاز (مخلوط های دوتایی) یا مخلوطی از سه گاز می‌گردد.

در مقایسه با فرآیندهای جوشکاری قوسی که از الکترود مصرفی استفاده می کنند، نرخ رسوب در این فرآیند کم می باشد

در مقایسه با فرآیند GMAW (جوشکاری قوسی فلزی تحت پوشش گاز محافظ) یا فرآیند SMAW (جوشکاری قوسی با الکترود روکش دار)، در جوشکاری دستی TIG جوشکاران باید مهارت و هماهنگی بیشتری با فرآیند داشته باشند .

در مورد قطعات ضخیم، با ضخامت بیش از ۵ اینچ این فرآیند نسبت به سایر فرآیندهای دیگر قوسی با الکترود مصرفی، توجیه اقتصادی کمتری خواهد داشت. در محیط هایی که جریان هوا در آن جریان خواهد داشت ، حفاظت از منطقه کار دستگاه جوش آرگون بسیار مشکل می باشد. معمولا عیب آلودگی یا حفره در مذاب، تحت تاثیر نشتی آب از مشعل های سرد شونده با آب به وجود خواهد آمد. مهم ترین گاز های بی اثر که در جوشکاری تیگ ممکن است به صورت تک فاز یا مخلوط به کار آیند عبارتند از: آرگون، هلیوم، نیتروژن، دی اکسید کربن و… خواهند بود.

چه عواملی بر کیفیت و اثر جوشکاری تیگ تاثیرگذار خواهد بود؟

چهار عامل اصلی وجود خواهند داشت که بیش از بقیۀ موارد در نتیجۀ جوشکاری TIG اثرگذارند. در ادامه این چهار عامل را بررسی خواهیم کرد.

سرعت پیشروی در جوش آرگون چیست؟

سرعت پیشروی عملیات جوشکاری بر روی نفوذ و عرض گُردۀ جوش اثرگذار خواهد بود همچنین بر هزینۀ جوشکاری نیز تاثیر خواهد داشت . مطمئنا در هر روشی اگر افزایش سرعت جوش بر کیفیت جوش اثر گذار نباشد ، ترجیح اپراتور بر افزایش سرعت و به دنبال آن نرخ تولید خواهد بود. لازم به ذکر است هنگامی که دیگر متغیرها مانند جریان یا ولتاژ برای کنترل جوش تغییر می کنند، سرعت پیشروی در جوشکاری TIG مکانیزه، ثابت خواهد بود.

ولتاژ قوس در جوشکاری آرگون چگونه است؟

میزان اختلاف پتانسیلی که میان سطح قطعۀ کار و الکترود تنگستنی به وجود خواهد آمد، ولتاژ قوس نامیده می گردد. این ولتاژ خود تحت تاثیر سه عامل زیر می باشد.

1- شکل نوک الکترود تنگستن چگونه است

2- فاصلۀ نوک الکترود تا قطعه کار

3- جریان قوس

زمانی که از ولتاژ قوس در جوشکاری تیگ برای کنترل طول قوس استفاده گردد ، باید به متغیرهای دیگری که بر روی ولتاژ تأثیر می خواهند داشت نیز توجه داشته باشیم. در رأس همه عیوب آلودگی توسط الکترود و گاز محافظ، تغذیه نامناسب سیم جوش و تغییر دمای الکترود و فرسایش و ساییدگی الکترود می باشد.

انواع قطبیت در جوشکاری تیگ کدامند؟

جریان مستقیم ـ الکترود قطب منفی (DCEN)

جریان مستقیم ـ الکترود قطب مثبت (DCEP)

جریان متناوب

در کشور ما معمولا از جریان مستقیم با الکترود قطب منفی استفاده می گردد . در این حالت یعنی DCEN حرارت بیشتری به قطعه کار اعمال می گردد و در نتیجه نرخ ذوب بیشتر می شود. به طور کلی در هر دو حالت جریان DCEP یا DCEN ، یک حوضچۀ مذاب باریک با نفوذ عمیق ایجاد می گردد علت این امر، انتقال الکترون های منفی از الکترود تنگستن داغ و نفوذ در فلز پایه می باشد و در نتیجه ناحیه حرارت دیده در قطعه کار، متمرکز شده و پیچیدگی کمتر و جوشکاری سریع تری را به ارمغان خواهد آورد.

در شکل حالت جریان متناوب پلاریته بین قطعه کار و الکترود تغییر خواهد کرد این تغییر سریع در پولاریته باعث می گردد که یک نوع فرآیند کاتدی ایجاد گردد که در حذف لایه های اکسیدی در سطح فلزات به خصوص برای فلزات آلومینیوم و منیزیم و سایر فلزاتی که اکسید آن ها دیرگداز هستند، بسیار مفیدخواهد بود.

تغذیۀ سیم جوش در جوش تیگ چگونه است؟

در فرایند جوشکاری TIG دستی، نحوه اضافه کردن سیم جوش (فلز پرکننده) به حوضچۀ مذاب، بر تعداد پاس های جوش مورد نیاز و ظاهر نهایی جوش اثر گذار خواهد بود . در دستگاه های اتوماتیک جوشکاری، سرعت تغذیه سیم جوش، تعیین کنندۀ مقدار رسوب فلر جوش را به ازای طول جوش می باشد.

کاهش دز سرعت تغذیه سیم جوش، مقدار نفوذ را افزایش خواهد داد . لازم به بیان است تغذیه آرام سیم جوش، می تواند باعث ایجاد خوردگی کناره جوش (Under cut)، ترک در خط مرکزی جوش و عدم پر شدن اتصال گردد بالا بودن سرعت تغذیه سیم، نفوذ را کاهش خواهد داد و گرده جوش را محدب خواهد کرد.

در چه مواردی از جوش آرگون استفاده می گردد؟

جوشکاری به روش الکترود تنگستنی (GTAW) و گاز محافظ، برای جوشکاری فولادهای زنگ نزن، آلومینیوم، برنج، منیزیم، مس، فلزات فعال (مانند تیتانیوم) و همچنین فولادهای کربنی و آلیاژی به کار گرفته می‌گردد. در جوشکاری فولادهای کربنی، لوله‌ها و مخازن معمولا برای جوشکاری پاس‌های ریشه جوش تیگ کاربرد دارند. همچنین ورق های نازک فلزی (زیر ۱ میلی متر) به راحتی با این روش جوشکاری خواهند شد.

مزایا و معایب جوشکاری تیگ چیست؟

کیفیت جوشکاری گاز آرگون در حد عالی و معمولا بدون هرگونه نقصی خواهد بود. در این فرآیند، هیچگونه پاششی که معمولا در سایر فرآیندهای قوسی مشاهده می شوند، وجود نخواهد داشت. این فرآیند، بسته به مورد مصرف می تواند با سیم جوش مصرف شدنی یا بدون آن اجرا گردد. در روش تیگ، امکان کنترل پاس ریشه در حد عالی وجود خواهد داشت.

در فرایند جوشکاری آرگون قابلیت جوشکاری دو جسم با فشردن لبه‌های آن‌ها به هم و ذوب و اتصال آن‌ها وجود دارد. این بدین معنا است که این روش بدون استفاده از سیم‌جوش نیز قابل اجراست. برای جوشکاری GTAW از منابع تغذیه نسبتا ارزانی استفاده می‌ گردد. در روش GTAW قابلیت کنترل روی متغیرهای جوشکاری وجود دارد. تقریبا در هر نوع فلزی، در حتى اتصالاتی با فلزات ناهمگون را می توان توسط جوش TIG انجام گردد.

مهم ترین معایب این روش نیز عبارت است از:

اگر الکترود تنگستنی با حوضچه مذاب تماس داشته باشد، آخال‌های تنگستن وارد فلز جوش می‌گردد.