جوشکاری قوس تنگستنی به همراه گاز محافظ

جوشکاری قوس تنگستنی به همراه گاز محافظ یا (Gas Tungsten Arc Welding (GTAW  که همچنین به عنوان جوشکاری تنگستن به همراه گاز خنثی – تیگ یا (Tungsten Inert Gas (TIG شناخته می شود، یک روش اتصال دهی فلزات بوسیله قوس الکتریکی بوده که در آن از یک الکترود غیر مصرفی از جنس تنگستن یا آلیاژهای آن جهت انتقال جریان الکتریسیته مابین قطعه کار و الکترود و ایجاد قوس الکتریکی، استفاده می شود.

حوضچه مذاب و محل اتصال دهی فلزات به یکدیگر و الکترود، در حین اجرای این فرآیند بوسیله چتر محافظی از گازهای خنثی نسبت به فلز مذاب مانند آرگون، هلیوم و یا ترکیبی از این گازها در برابر عناصر اکسید کننده و مخرب اتمسفر محافظت می شود. در این روش جوشکاری ممکن است جهت پر کردن درز اتصال از فلز پر کنند یا همان Filler Metal نیز استفاده شود، هر چند در برخی موارد مثل اتصال دهی دو ورق فلزی با ضخامت اندک، نیازی به فلز پر کننده نباشد و بخشهایی از هر دو فلز ذوب شده و با یکدیگر ممزوج می شوند که اصطلاحا به این رویه جوشکاری اتوجنوس ( Autogenous ) می گویند.

جوشکاری (wolfram Inert Gas Welding (WIG welding

در اروپا به این فرآیند (wolfram Inert Gas Welding (WIG welding نیز گفته می شود، که اشاره به استفاده از تنگستن با نام دیگر آن یعنی ولفرام در این روش اتصال دهی نیز دارد، همچنین زمانی که جهت محافظت از محل اتصال، از گاز هلیوم استفاده شود به این رویه جوشکاری هلی آرک یا Heliarc Welding نیز اطلاق می شود.

 

جوشکاری قوس تنگستنی به همراه گاز محافظ جوش کاری تیگ Tig جوشکاری آرگون

توضیحات کلی در مورد جوشکاری WIG

در این روش از منبع تغذیه جوشکاری جریان ثابت استفاده شده که با تغییر در طول قوس مقدار جریان دستخوش تغییرات بسیار اندکی خواهد شد و جریان الکتریکی برقرار شده مابین الکترود و قطعه کار تولید قوس الکتریکی و ایجاد حالت پلاسما کرده و موجبات ذوب شدن قطعه کار و فلز پر کننده استفاده شده احتمالی را، فراهم می کند.

از این فرآیند معمولا جهت اتصال فلزات با ضخامت اندک از جنسهای فولادهای زنگ نزن، فلزات غیر آهنی مانند آلومینیوم، مس، منیزیم و آلیاژهای آنها، بهره برده می شود.

مزایای استفاده از جوشکاری WIG

خصوصیات فرآیند باعث می شود جوشکار بتواند کنترل بیشتری بر روی حوضچه مذاب نسبت به روشهای دیگر جوشکاری مانند جوشکاری الکترود دستی SMAW و یا جوشکاری قوس فلزی به همراه گاز محافظ GMAW، داشته باشد که می تواند موجبات اتصالی با کیفیت و استحکام بیشتری را فراهم کند. هرچند این روش نیازمند تمرین و ممارست بیشتری جهت کسب مهارت در اجرای آن بوده و دارای سرعت پیشروی فرآیند نسبتا پایینی در مقایسه با روشهای دیگر جوشکاری می باشد که آن را محدود به جوشکاری قطعات با ضخامت اندک می کند.

مختصری در خصوص تاریخچه این فرآیند

بعد از اختراع قوس الکتریکی پالس کوتاه در 1800 بوسیله Humohery Davy و ایجاد قوس الکتریکی مداوم در 1802 توسط Vasily Petrov، جوشکاری بوسیله قوس الکتریکی بصورت آهسته شروع به توسعه و گسترش نمود. C. L. Coffin ایده جوشکاری درون اتمسفری از گاز خنثی را در 1890 مطرح کرد، اما حتی تا قرن بیستم، جوشکاری فلزات غیر آهنی مانند آلومینیوم و منیزیم هنوز با مشکلاتی همراه بود، چرا که این دسته از فلزات به سرعت با هوا واکنش نشان داده و ظاهر و خواص مکانیکی و متالوژیکی فلز جوش و مقطع اتصال، دچار انواع عیوبی مانند تخلخل و اکسید شدن سطح فلز، می شد. این کاهش خواص مکانیکی و متالوژیکی آنچنان بود که حتی نمی شد با جوشکاری بوسیله الکترودهای روکش دارد بر آن غلبه کرد.

جهت رفع این مشکل، گازهای محافظ در اولین دهه 1930 میلادی وارد عرصه شدند. چند سال بعد فرآیند جوشکاری بوسیله جریان مستقیم در پوششی از گاز محافظ در صنعت هواپیما سازی جهت جوشکاری فلز منیزیم، معرفی گردید.

Russell Meredith از Northrop Aircraft در 1940 این رویه جوشکاری را بهینه نمود. ایشان نام این روش را جوشکاری هلی آرک Heliarc نامیدند، چرا که جهت محافظت در برابر عوامل مخرب اتمسفر از گاز هلیوم بهره می بردند، البته اغلب از اصطلاح جوشکاری تنگستن به همراه گاز خنثی یا Tungsten Inert Gas Welding (TIG) جهت نامیدن این رویه استفاده می کردند. شرکت Linda Air Products طیف گسترده ای از انواع تورچهای هوا خنک و آب خنک را جهت این فرآیند توسعه داد، همچنین ابزاری بنام عدسی گاز یا Gas Lens را جهت بهبود جریان چتر محافظتی گاز محافظ بر روی محل اتصال، به صنعت معرفی کرد. در اولین توسعه این روش، علی رغم دمای ذوب بالای فلز تنگستن، قطعاتی از الکترود تنگستنی بکار رفته در این رویه جوشکاری، در حین اجرا فرآیند، ذوب شده و به حوضچه مذاب منتقل می شد، که این خود باعث بوجود آمدن عیبی بنام آخال تنگستنی در موضع اتصال می گردید. جهت رفع این مشکل اقدام به تعویض قطبیت جریان متصل شده به الکترود از مثبت به منفی نمودند تا بخش اعظم تمرکز و توضیع حرارت بر روی فلز پایه قرار بگیرد، اما این روش نیز جهت جوشکاری برخی فلزات غیر آهنی نامناسب شناخته شد. در نهایت اقدام به توسعه منابع تغذیه جریان الکتریکی متناوب نمودند تا به قوس الکتریکی پایداری جهت جوشکاری بسیار باکیفیت روی فلزاتی همچون آلومینیوم و منیزیم دست یافتند.

توسعه این فرآیند در سالهای نه چندان دور ادامه یافت. شرکت Linda اقدام به توسعه روز افزون تورچهای آب خنک نمود تا از ایجاد حرارت بیش از حد در تجهیزات در حین استفاده از جریانهای الکتریکی بالا، جلوگیری به عمل بیاید. در طی سالهای 1950 با توسعه و فراگیر شدن این رویه جوشکاری، برخی مصرف کننده گان به استفاده از گاز دی اکسید کربن به منظور استفاده به عنوان گاز محافظ روی آوردند، چرا که این گاز هزینه بسیار اندکی جهت تولید نسبت به دیگر گازهای محافظی همچون آرگون و هلیم دارا می باشد، هرچند دریافتند که استفاده از این گاز جایگزین و ارزانتر باعث می شود که در جوشکاری فلزاتی همچون آلومینیوم و منیزیم به کیفیت مطلوب دست پیدا نکنند به نحوی که امروز به ندرت از دی اکسید کربن به عنوان گاز محافظ در این فرآیند جوشکاری استفاده می شود.

استفاده از هر گاز محافظی که دارای ترکیبی از اکسیژن باشد مانند دی اکسید اکربن، به سرعت الکترود تنگستن داغ شده در حین رویه جوشکاری را اکسید و غیر قابل استفاده می نماید.

در 1953 رویه جوشکاری قوسی دیگری بر اساس فرآیند جوشکاری تیگ بنیان گذارده شد که امروزه به عنوان جوشکاری پلاسما و یا حتی برشکاری پلاسما شناخته می شود که در آینده به آن نیز خواهیم پرداخت. با پیشرفت در تکنولوژی و توسعه  جوشکاری تیگ، روشهای پیشرفته تری از این فرآیند مانند جوشکاری تیگ با استفاده از جریان پالسی و یا استفاده از رویه سیم داغ یا Hot-Wire به صنعت معرفی گردید.

 

شماتیک فرایند GTAW یا جوش آرگون

در تصویر نمایی از این فرآیند جوشکاری را مشاهده می فرمایید

مزایای استفاده از جوشکاری تیگ

کیفیت بالای جوش
قابلیت اجرا روی تمام فلزات
امکان اجرای جوشکاری در تمام وضعیتها
عدم تولید سرباره و در نتیجه عدم نیاز به سرباره زدایی مانند فرآیندهایی جوشکاری الکترود دستی و یا جوشکاری با الکترود توپودری
دید نسبتا خوب جوشکار بر روی حوضچه مذاب
کنترل بالایی نفوذ جوش در پاس ریشه
امکان اتصال دهی فلزات غیر هم جنس
امکان اجرای فرآیند جوشکاری بدون نیاز به فلز پر کننده در برخی موارد مانند اتصال دو ورقه فلزی با قطر اندک
قابلیت جوشکاری روی فلزات با ضخامت بسیار اندک
دارای منطقه متاثر از حرارت جوش (HAZ) بسیار اندک که در جوشکاری برخی فلزات و جهت بسیار از کاربرد ها یک ویژگی بسیار مفید می باشد و باعث بهبود خواص متالوژیکی و مکانیکی موضع اتصال خواهد شد.

نقاط ضعف این رویه جوشکاری

بازده پایین نسبت به خیلی از روشهای جوشکاری دیگر چرا که این روش اتصال دهی دارای نرخ رسوب فلز جوش با سرعت بسیار پایینی می باشد.
نیازمند مهارت بالا در اجرا می باشد
جوشکاری با این روش در محیطهایی که باد می وزد بسیار دشوار می باشد و می تواند موجبات آلودگی فلز جوش را فراهم کند
گران و پیچیده بودن تجهیزات این رویه جوشکاری نسبت به بسیاری دیگر از فرآیندهای جوشکاری قوسی

کاربردهای این فرآیند

در حالی که صنایع هوافضا استفاده کننده شماره یک این رویه جوشکاری بوده، از این روش اتصال دهی فلزات در کاربردها و بخشهای دیگر صنعت نیز بهره برده می شود. خیلی از صنایع جهت جوشکاری فلزات با ضخامت بسیار کم بخصوص فلزات غیر آهنی از این رویه استفاده می کنند. از این فرآیند در جوشکاری تیوپهایی با ضخامت دیواره بسیار پایین بصورت وسیع در صنایع نفت، پتروشیمی، صنایع غذایی و صنایع اتمی، بهره برده می شود. همچنین از جوشکاری تیگ جهت اجرای پاس ریشه بر روی انواع لوله ها با ضخامت مختلف دیواره، استفاده می شود. در صنایع قالب سازی به منظور تعمیر اجزایی از جنس آلومینیوم و منیزیم، کاربرد وسیع دارد. در خیلی از فرآیندهای جوشکاری قوسی، بخاطر حرارت بالایی که به فلز پر کننده بکار گرفته شده، انتقال می یابد، می تواند موجبات تبخیر بسیاری از عناصر آلیاژی درون آنها را فراهم کند و در نتیجه کیفیت اتصال بوجود آمده را کاهش دهد، ولی در جوشکار تیگ این مورد کمتر رخ داده و باعث بهبود کیفیت و تناسب بالایی جنس فلز جوش و قطعه کار گشته و موجبات بالا رفتن خواص مکانیکی و متالوژیکی موضع اتصال را فراهم می کند.

تجهیزات فرآیند

منبع تغذیه از نوع جریان ثابت یا Constant Current (CC) جهت تامین جریان متناوب یا مستقیم و یا هر دوی اینها
الکترودهای تنگستن
تورچ جوشکار تیگ و کابلهای مربوطه
کپسول یا منبع تامین گاز محافظ بعلاوه رگلاتور مربوطه
فلز پر کننده در صورت نیاز
سیستم تنظیم و قطع و وصل جریان جوشکاری بصورت ریموت کنترل

 

تجهیزات جوشکاری تیگ

نگاهی مختصر به انواع الکترودهای تنگستن

الکترود تنگستن خالص EWP، دارای رنگ شناسایی سبز، مناسب جهت جوشکاری بوسیله جریان متناوب جهت اتصال دهی فلزات آلومینیوم و منیزیم، قیمت و تحمل دمای پایین نسبت به انواع دیگر، تمایل به ذوب شدن و آلوده کردن حوضچه مذاب در شدت جریانهای بالا، سخت تر بودن شروع و حفظ قوس الکتریکی نسبت به الکترودهای دیگر و دارا بودن عمر کاربردی پایین نسبت به انواع دیگر.

الکترود تنگستن توریم دار EWTh-1 و EWTh-2، که اولی دارای 1% توریم با شناسه زرد رنگ و دومی دارای 1.7%-2.2% توریم با شناسه رنگی قرمز می باشد. این ترکیب آلیاژی جهت ساخت الکترود موجب پایداری قوس بالا وسهولت شروع قوس الکتریکی را فراهم می کند. همچنین توانایی تحمل دماهای بالا در استفاده از شدت جریانهای بالا را دارا می باشد. توریم یک عنصر رادیو اکتیو بوده که می بایست در زمان تیز کردن این نوع الکترود موارد ایمنی را رعایت و مورد نظر قرار داد. این الکترود بهترین عملکرد خود را با جریان مستقیم و الکترود منفی از خود نشان می دهد.

الکترود تنگستن سریم دار EWCe-2، دارای 1.8%-2.2% اکسید سریم بوده که با شناسه های رنگی نارنجی و یا خاکستری شناخته می شود. از خصوصیات این الکترود می توان به نرخ فرسایش و ذوب شدن پایین، دامنه وسیعی از شدت جریانهای کاربردی، قابلیت کاربرد با هر دو جریان متناوب و مستقیم، شروع و پایداری قوس مطلوب اشاره کرد. این الکترود بهترین کارایی خود را در جریان مستقیم با آمپر نسبتا پایین به نمایش می گذارد، هرچند بصورت گسترده با جریان متناوب نیز استفاده می شود. ضمنا  گزینه مناسبی جهت جایگزینی برای الکترود تنگستن توریم دار بوده و بصورت گسترده در جوشکاری فلزاتی همچون فولادهای کربی، فولادهای زنگ نزن، آلیاژهای نیکل و فلز تیتانیوم، کاربرد دارد.

الکترود تنگستن زیرکونیم دار EWZr-1، که حاوی 0.4%-0.15% اکسید زیرکونیم بوده و دارای شناسه رنگی قهوه ای و یا سفید بوده و قابلیت کاربرد با هر دو جریان متناوب و مستقیم را دارا می باشد، اگرچه برخی منابع استفاده از جریان مستقیم را توصیه می کنند. دارای شروع و پایداری قوس بهتری نسبت به الکترود تنگستن خالص بوده ودارای خصوصیاتی مشابه الکترود توریم دارمی باشد، ضمن اینکه زیرکونیم عنصر رادیواکتیو نبوده و آن را جایگزین مناسبی برای الکترود نوع توریم دار می کند.

الکترود تنگستن لانتانیوم دار EWLa-1.5، دارای شناسه های رنگی مشکی، آبی و یا طلائی بوده که حاوی 1.3%-2% اکسید لانتانیوم می باشد. از خصوصیات این الکترود می توان به شروع و پایداری قوس بسیار عالی بخصوص در زمان کاربرد با جریان مستقیم اشاره کرد، ضمن اینکه حداقل نرخ فرسایش را در بین الکترودهای پایه تنگستنی داشته و همچنین تقریبا دارای خواص رسانایی الکتریکی و قدرت حمل جریان شبیه به نوع توریم دار، می باشد که باعث می شود در برخی شرایط، بدون ایجاد تغییر در پارامترها و متغییرهای فرآیند، بتوان از این الکترود بجای نوع توریم دار،بهره برد.این الکترود به خوبی با جریان مستقیم الکترود منفی با نوک تیز شده و جریان متناوب با نوک به شکل گلوله درآمده، قابل کاربرد می باشد. از این الکترود در جوشکاری فولادهای کربنی و فولادهای زنگ نزن به صورت گسترده استفاده می کنند. همچنین این الکترود توانایی بهتری نسبت به نوع توریم دار در به کارگیری از جریان متناوب از خود نشان داده و همچون الکترود سریم دار، قابلیت شروع و حفظ قوس با ولتاژ پایین را دارا می باشد.

انواع گاز محافظ بکار رفته در این فرآیند

همانند روشهای دیگر جوشکاری در پناه گاز محافظ، این رویه اتصال دهی نیز می بایست در حین اجرا در زیر چتر حفاظتی گاز محافظ قرار بگیرد تا عوامل مخربی برای فلز جوش، الکترود تنگستن داغ و فلز پرکننده در دمای بالا، که در اتمسفر وجود دارند مانند اکسیژن و نیتروژن نتوانند موجبات ایجاد اکسیدهای فلزی درون و در سطح فلز جوش، اکسید روی سطح الکترود تنگستن و فلزپر کننده، را فراهم کنند، چرا که همگی اینها می توانند جزو عیوب محسوب شده و خواص متالوژیکی و مکانیکی موضع اتصال را به شدت کاهش دهند.

انتخاب گاز محافظ به عوامل بسیاری وابسته است، عواملی مثل جنس فلز پایه، طراحی اتصال، عمق نفوذ مورد نیاز، وضعیت جوشکاری، نوع و شدت جریان و ولتاژ بکار رفته و ظاهر سطح اتصال.

گاز آرگون عمومی ترین گاز مورد استفاده در این فرآیند می باشد، چرا که به راحتی یونیزه شده و از ایجاد عیوب در اثر تغییرات طول قوس جلوگیری به عمل می آورد زیرا به تغییرات ولتاژ حساسیت کمی دارد، همچنین بخاطر همین خاصیت شروع قوس با این گاز در زمان استفاده از جریان متناوب به سهولت انجام می شود، سبب ایجاد قوسی پایدار و بسیار یکنواخت می شود، به دلیل دارا بودن وزن اتمی بیشتر نسبت به هوا، جهت اتصال دهی فلزات در وضعیت تخت بسیار مناسب می باشد، در زمان اجرای جوشکاری روی فلزاتی مانند آلومینیوم و منیزیم عمل تمیز کاری سطحی بوسیله قوس یا Arc Cleaning را به خوبی انجام می دهد، در زمان استفاده به همراه جریان الکتریکی متناوب، کیفیت بالا و ظاهری مناسب را جهت موضع اتصال ایجاد می کند. از سوی دیگر بخاطر سنگین تر بودن نسبت به هوا جهت وضعیتهای جوشکاری بالای سر مناسب نمی باشد.

گاز پر کاربرد دیگر در این روش جوشکاری هلیوم می باشد، هلیم باعث افزایش عمق نفوذ شده، سرعت جوشکاری را بالا برده، که جهت جوشکاری فلزاتی با هدایت حرارتی بالا مانند مس و آلومینیوم بسیار مناسب می باشد. از سوی دیگر این گاز به سختی یونیزه می شود که باعث خواهد شد شروع و نگهداری قوس با آن مشکل باشد، همچنین مناسب استفاده به همراه جریان متناوب نبوده چرا که قوس در این حالت بسیار ناپایدار بوده و عمل تمیز کاری قوس با این گاز در حین استفاده از جریان متناوب اتفاق نمی افتد. قوس ایجاد شده در کنار این گاز به تغییرات طول قوس و در نتیجه تغییرات ولتاژ بسیار حساس بوده که می بایست اپراتور جوشکار دارای مهارت بالایی باشد. جدایی از این موارد، این گاز بسیار سبکتر از هوا بوده که آن را مناسب استفاده در وضعیت جوشکاری بالای سر، می نماید، اگرچه بسیار گران تر از آرگون بوده و جهت محافظت به نرخ دبی تقریبا دو برابر آرگون نیازمند است.

کاربرد میکس این دو گاز نیز وجود دارد که معمولا 25% گاز آرگون و 75% هلیم می باشد و از مزایای آن می توان به افزایش عمق نفوذ و ایجاد تمیزکاری کاتدی، اشاره کرد.

تورچهای مورد استفاده جهت فرآیند جوشکاری تیگ

بصورت کلی تورچهای این روش اتصال دهی فلزات یا جهت کارهای انجام شده با دست طراحی و ساخته می شوند و یا جهت انجام فرآیند جوشکاری ماشینی و اتوماتیک که بوسیله آب و یا گاز محافظ استفاده شده در فرآیند و یا تنها هوای محیط، خنک می شوند. انواع تورچهای دستی و اتوماتیک دارای ساختمان داخلی تقریبا مشابه ای هستند، منتها نوع دستی دارای دسته مناسب جهت گیرش توسط دستان جوشکار را دارا بوده ولی مدل اتوماتیک پایه نصب بر روی متعلقات را دارا می باشد.

زاویه مابین خط مرکزی دسته تورچ و خط مرکزی محل قرار گیری الکترود تنگستنی را اصطلاحا زاویه سر یا Head Angle گویند که در برخی تورچها مانند نمونه هایی از محصولات شرکت توان جم، این زاویه مطابق میل جوشکار به راحتی قابل تغییر می باشد تا ایشان بتوانند در وضعیت ارگونومیک متناسب با بدنشان و موقعیت جوشکاری، اقدام به تنظیم این زاویه بنمایند.

تورچهای خنک شوند با هوا و گاز معمولا جهت استفاده با شدت جریانهای پایین مانند 150 تا 250 آمپر مناسب می باشند، در حالی که انواع آب خنک حتی برای کاربرد با شدت جریان 600 آمپر در بازار موجود هستند. تورچ بوسیله کابل قدرت به منبع تامین جریان متصل شده، شیلنگ مربوط به گاز محافظ به رگلاتور و منبع تامین گاز و در صورت آب خنک بودن تورچ، شیلنگ هایی نیز جهت رفت و برگشت و در جریان قرار گرفتن آب تعبیه شده که به سیستم خنک سازی و گردش آب متصل می شوند.

شمائی از راه اندازی اولیه فرآیند

اجزای فلزی درون تورچ از آلیاژهای سخت فلز مس، فلز آلیاژی برنج و یا ترکیبی از اینها می باشند که به راحتی موجبات انتقال جریان الکتریسته را به الکترود تنگستن و انتقال و دفع حرارت را از آن، به اجرا می گذارند. الکترود تنگستن می بایست به درستی و کاملا پایدار در مرکز بخش خروجی و سر نازل در درون شعله پوش بوسیله اجزایی بنام کولت و بدنه کولت نگاه داشته شود و اجزاء دور الکترود جریانی بدون اختشاش از گاز محافظ را مانند چتری محافظ بر روی موضع اتصال و خود الکترود، تامین کند.

 

اجزای تورچ تیگ یا آرگون کولت کولت بادی دنباله بلند سرامیک نازل گاز

سایز کولت مطابق قطر الکترودی که قرار است درون آن قرار بگیرد انتخاب می شود. بدنه تورچ از جنسی انتخاب می شود که نسبت به حرارت مقاوم بوده و در برابر جریان الکتریکی کاملا همچون عایقی عمل می کند تا در مجموع جوشکار را در برابر انتقال حرارت و جریان الکتریکی محافظت کند.

ابعاد و سایز نازل گاز متناسب با مقدار جریان گاز محافظ مورد نیاز، قطر الکترود، طرح اتصال و میزان دسترسی جوشکار به موضع اتصال، انتخاب می شود. بصورت کلی معمولا قطر داخلی نازل گاز حداقل می بایست سه برابر قطر الکترود تنگستن مورد استفاده باشد، هر چند جهت داشتن بهترین عملکرد می بایست به دستورالعمل سازنده و دستورالعمل رویه جوشکاری رجوع شود. این نازل می بایست از جنس مقاوم به حرارت تهیه شده باشد که معمولا از آلومینا ویا مواد سرامیکی بوده، هرچند از جنس کوارتز ذوب شده نیز استفاده می کنند که ظاهری شیشه ای و کاملا شفاف داشته و دید جوشکار را بر روی حوضچه جوش به حداکثر خود می رساند.

 

نازل سرامیکی، کولت، بدنه کولت، عدسی گاز و gas lens
نازل گاز کوارتزی جهت تورچ تیگ

در تصاویر بالا نمونه های از نازلهای گاز سرامیکی و کوارتزی را در کنار کولت و بدنه کلت مجهز شده به عدسی گاز یا Gas Lens را مشاهده می فرمایید. عدسی گاز موجب می شود که جریان خروجی گاز محافظ از درون نازل گاز، بصورت بدون اغتشاش درآمده که این عامل خود باعث بهتر شدن چتر حفاظتی بر روی موضع اتصال شده، مصرف گاز محافظ را تا 40% کاهش داده، به اپراتور اجازه می دهد که بیرون زدگی الکترود از درون نازل را که در اصطلاح فنی به آن Electrode Stick-out می گویند را بتواند تا 6 برابر قطر الکترود، افزایش دهد و دسترسی قوس الکتریکی را به مواضع تنگ تسهیل کند.

 

تصویر عدسی گاز در اجزای تورچ تیگ
تاثیرات مثبت عدسی گاز بر روی جریان خروجی گاز محافظ

تصویری دیگر از عدسی گاز و تاثیرات مثبت آن بر روی جریان خروجی گاز محافظ، همین کاهش اغتشاش گاز باعث خواهد شد که عوامل مخرب اتمسفر محیط، به سختی بتوانند به درون چتر حفاظتی نفوذ داشته باشند و موجبات آلودگی حوضچه مذاب را فراهم کنند.

 

نمایی کلی برش خورده از اجزای گردنه تورچ تیگ

نمایی کلی برش خورده از اجزای گردنه تورچ تیگ

منابع تغذیه جریان الکتریکی

فرآیند جوشکاری تیگ از منابع تغذیه جریان ثابت استفاده کرده که موجب خواهند شد حتی با تغییر در مقدار طول قوس و ولتاژ الکتریکی، شدت جریان قوس و در نتیجه حرارت اعمال شده به موضع اتصال بدون تغییر باقی بماند. این یک ویژگی مهم بوده چرا که اغلب از این فرآیند اتصال دهی فلزات بصورت دستی و غیر اتوماتیک بهره برده که موجب خواهد شد اپراتور مجبور به تنظیم دقیق طول قوس و حفظ این مقدار در طی زمان جوشکاری، نباشد. در یک فرآیند دستی مانند این حفظ مقدار مشخصی از طول قوس در طی رویه، بسیار مشکل بوده و اگر از یک منبع ولتاژ ثابت بجای جریان ثابت استفاده می شد، حرارت ورودی به موضع اتصال به شدت دستخوش تغییرات مکرر گردیده و کیفیت جوشکاری را تحت تاثیر مخرب می گذاشت.

نحوه اتصال دهی و انتخاب قطبیت و نوع جریان الکتریکی، به فلز پایه ای که قرار است جوشکاری شود وابسته می باشد، برای مثال جهت جوشکاری فلزاتی همچون نیکل، فولادها و تیتانیم، از جریان مستقیم قطبیت مستقیم یا DCSP که به جوشکاری با جریان مستقیم الکترود منفی یا DCEN معروف است، استفاده می شود. این نحوه اتصال دهی باعث خواهد شد که 70% از حرارت مفید تولید شده به قطعه کار منتقل شود، ظرفیت حمل جریان الکتریکی الکترود بالا رفته ولی در این حالت خاصیت تمیزکاری بوسیله قوس یا همان Arc Cleaning وجود ندارد. همچنین از این رویه می توان در جوشکاری اتوماتیک جهت اتصال دهی فلزاتی همچون آلومینیوم و منیزیم منتها در کنار استفاده هلیم به عنوان گاز محافظ، بهره برد.

از اتصال دهی به شکل جریان مستقیم الکترود مثبت یا DCEP که به اتصال جریان مستقیم قطبیت معکوس یا DCRP نیز معروف است به ندرت استفاده می شود، چرا که تمرکز حرارت ایجاد شده بر روی الکترود خواهد بود و مجبات ذوب شدن آن را فراهم می کند، برای همین بایستی از یک الکترود با قطر بالا استفاده کرد. از این رویه جهت جوشکاری ورقهای فلزی بسیار نازک استفاده می کنند، چرا که 30% از حرارت مفید تولید شده در قطعه کار متمرکز خواهد شد. از دیگر مزایای این روش می توان به ایجاد حالت Arc Cleaning جهت رفع اکسیدهای سطحی فلزات، اشاره کرد.

از جریان متناوب بیشتر در جوشکاری فلزات آلومینیوم و منیزیم استفاده می شود، چرا که در نیمه از موج سینوسی جریان متناوب که الکترود مثبت خواهد بود و قطعه کار منفی، خاصیت Arc Cleaning ایجاد شده و در نیمه دیگر این موج که قطبیت برعکس می شود بخش بیشتر حرارت مفید تولید شده در قطعه کار متمرکز شده و به الکترود اجازه می دهی قدری خنک شده و از ذوب شدن آن تا حدود بالایی جلوگیری به عمل می آید. برخی منابع تغذیه پیشرفته به اپراتور این اجازه را می دهند که بتواند مدت زمان هر نیم سیکلی از جریان متناوب را مطابق دستورالعمل جوشکار تغییر داده و تنظیم کند که اصطلاحا به آن جریان متناوب غیر بالانس گویند، چرا که برای مثال می توان مقدار زمان مثبت بودن الکترود را کاهش داده و بر مقدار زمان مثبت بودن قطبیت قطعه کار افزود و با این عمل هم خاصیت تمیزکاری قوس را حفظ کرد، هم از الکترود در برابر گرم شدن بیش از حد محافظ کرد و هم عمق نفوذ جوش را در فلز پایه افزایش داد.

 

تاثیرات انتخاب جریان و نوع قطبیت در جوشکاری آرگون

در اینجا تصویری از تاثیرات انتخاب جریان و نوع قطبیت را مشاهده می فرمایید

انشاالله در مقالات بعدی بصورت گسترده تر به مباحث تکنیکی این فرآیند خواهیم پرداخت.