دلیل استفاده از الکترود تنگستن در جوش آرگون:
جوشکاری آرگون یا تیگ (Tungsten Inert Gas welding). یکی از انواع روشهای جوشکاری ذوبی میباشد. بعبارتی فرآيند جوشكاري با. الكترود تنگستن و گاز محافظ به جوشكاري تيگ. TIG نیز معروف شده است، اگرچه. اصطلاحات فني انجمن جوشكاري. آمريكا AWS براي اين فرآيند جوشکاری. قوس تنگستن GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) میباشد. در این روش که با کمک گرمای ناشی. از قوس الکتریکی انجام میشود، الکترود. مصرف نشده و در واقع در آن از. الکترودهای تنگستن یا همان الکترودهای. غیر مصرفی استفاده میگردد.
برای نگه داشتن الکترود تنگستن هم از. تورچ جوشکاری استفاده میشود. در جوشکاری آرگون نوک الکترود به قطعه کار نزدیک شده و. گرما و حرارت را به قطعه کار منتقل مینماید. در این زمان شرایط ذوب فراهم شده و. گاز محافظی هم که در این فرآیند مورد. استفاده قرار. میگیرد، گاز آرگون است. در واقع دلیل نامگذاری. این روش به جوشکاری آرگون، استفاده از گاز. محافظ آرگون میباشد. آرگون بر گرفته از کلمه یونانی. Argos به معنای غیرفعال یا. بی اثر است و یکی از انواع گازهای بی اثر میباشد که. معمولاً بی بو، بی رنگ و تک اتمی هستند. تنها چیزی که باعث شده آرگون برای جوشکاری ایده‌‌آل باشد، این است که. دارای خاصیت واکنش پذیری شیمیایی. نسبتاً کمی بوده و میتواند به جلوگیری از. اکسید شدن کمک نماید. امروزه فرآيند جوشكاري GTAW به عنوان يك. روش مناسب براي بسياري از. صنايع ضروري میباشد زيرا جوشهای با كيفيت بالا ايجاد نموده و به. تجهيزات كمي نیز نياز دارد.
نکتـــه مهم :
جوشکاری آرگون که در ایران. بجای جوشکاری تیگ استفــاده میشود، یک. کلمه نادرست است. چرا که در این فرآیند. لزوماً گاز محافظ مورد استفــاده آرگون نیست .
مختصری از تاریخچه تکنیک جوشکاری تیگ:
برای اولین بار در ابتدای. دهه 1920 گاز هلیوم ، که تنها گاز خنثی در. دسترس آن زمان بود برای محافظت قوس جوش و. ایجاد حوضچه مذاب مورد بررسی و. تحقیق قرار گرفت، هرچند تا جنگ جهانی دوم این روش. زیاد مورد استفاده قرار نگرفت. تکنیک جوشکاری آرگون در جنگ جهانی دوم برای. توسعه ساخت هواپیما و جایگزین کردن. اتصالات پرچی موادی همچون آلومینیوم و منیزیم به موفقیت. چشمگیری دست یافت. از روزهاي نخستين ابداع اين فرآيند در تجهيزات آن. پيشرفتهای زيادی حاصل شده است. مخصوصا منابع نيروي جريان براي اين. فرآيند توسعه يافته‌‌اند. منبع‌هاي هوا خنك و آب خنك نيز پيشرفته تر شده اند.
براي بالا رفتن قابليت انتشار و. پخش الكترونها از سطح الكترود تنگستن نیز. درصد كمي از عناصر فعال بصورت آلياژ به الكترود تنگستن. اضافه شده است كه اين امر باعث بهبود بخشيدن به. شروع قوس، پايداري قوس و. طول عمر الكترود شده است. این الکترودها که به عنوان یک. ابزار غیر مصرفی در جوشکاری استفاده میشوند، معمولا در. طی فرآیند جوشکاری بدون. تغییر مانده و تمام نمی‌شوند. گازهاي محافظ مخلوط نیز براي. بهتر شدن خصوصيات قوس معرفي شده است. از آن زمان تا کنون پیشرفتها و نوآوریهای زیادی در. فناوری انجام شده و این روند در بسیاری از موارد. غیر قابل جایگزین شده است. محققان در حال حاضر در تلاش براي بهبود بخشيدن به. كنترل‌هاي اتوماتيك، سنسورهاي كنترل قوس و نفوذ و … ميباشند.
فلز تنگستن و کاربرد آن در الکترودهای تنگستن جوشکاری:
تنگستن (Tungsten) یا وُلفرام (wolfram) عنصری شیمیایی با. نماد W و. عدد اتمی ۷۴ است که بالاترین. نقطه ذوب را در بین سایر فلزات داشته و به همین. دلیل برای تقویت سایر فلزات با آنها آلیاژ میشود. تنگستن فلزی سخت با مقاومت. جریان حرارتی بالا بوده و میتوانند تا دمای 3410 درجه. سانتیگراد را تحمل نماید و به همین. علت به عنوان یک الکترود جوشکاری مناسب برای. ایجاد قوس الکتریکی مورد استفاده قرار میگیرد. تنگستن از دسته فلزات کمیاب و گرانبها محسوب شده و. تقریباً در طبیعت، به‌صورت. خالص یافت نمیشود، بلکه فقط میتوان. ترکیبات آن را با سایر عناصر پیدا کرد. تنگستن و آلیاژهای آن در بسیاری از کاربردهای. دمای بالا، مانند الکترودهای جوشکاری قوس الکتریکی و. عناصر گرمایشی در کوره‌های با دمای بالا استفاده میشوند.
از جمله بهترین خواص تنگستن میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
- نقطه ذوب بالای 3410 درجه سانتيگراد.
- هدايت حرارتي مناسب.
- ترمويونيک.
- خنک بودن نوک الکترود.
ماده ای که به هنگام افزایش دما ، از خود. الکترون ساطع کند ، ماده ترمویونیک نامیده میشود . انتقال الکترون از نوک تنگستن به هنگام. گرم شدن ، باعث خنک کنندگی جزیی. نوک تنگستن شده و همین. موضوع عمر الکترودهای تنگستن را افزایش میدهد. به منظور افزایش قابلیت. ترمویونیک الکترود تنگستن ، به این الکترود تنگستن‌های جوشکاری. معمولاً بین 0.7٪ تا 4٪ افزودنی‌هایی مانند. اکسید توریم ، اکسید سریم، اکسید لانتانیوم و اکسید. زیرکونیوم اضافه میشود. الکترودهای تنگستن آرگون بر اساس ترکیبات. شیمیایی آنها طبقه بندی شده و برای. ساده سازی و تشخیص این. تفاوت،به منظور راهنمایی مصرف کننده با. کد رنگی مجزا و مشخص بر بسته بندی و نوک الکترود تنگستن. نشانه گذاری شده اند.
تاثیر شدت جریان الکتریکی بر جوشکاری با الکترود تنگستن:
به طور کلی شدت جریان در. قوس الکتریکی ، نفوذ جوش را کنترل مینماید. همچنین مقدار جریان جریان بر روی ولتاژ قوس نیز. تأثیر میگذارد. در جوش آرگون، میتوان هر دو نوع. جریان AC یا DC را انتخاب کرد. استفاده از هر یک از این انواع جریان. مستقیم و یا جریان متناوب ، بسته به. نوع فلز پایه متفاوت است.
به عنوان مثال برای جوشکاری. آلومینیوم از جریان متناوب (AC) استفاده میشود، در حالیکه برای. قطعات فولادی و دیگر فلزات، جریان مستقیم (DC) عملکرد بهتری دارد. جریان مستقیم با الکترود منفی در. فرآیند جوشکاری تیگ برای نفوذ زیاد و. سرعت جوشکاری بالا استفاده میشود. مخصوصا هنگامی که از گاز هلیوم به عنوان گاز محافظ استفاده میشود. هلیوم گزینه مناسبی برای جوشکاری. مکانیزه و جوشکاری فلزاتی که دارای. قابلیت هدایت حرارتی بالایی هستند، میباشد.
یکی از عوامل موثر بر کیفیت جوشکاری، شدت. جریان یا آمپراژ است. تنظیم آمپر باتوجه به ضخامت قطعه و نوع. کاربرد آن صورت میگیرد. برخی از نکات مربوط به تنظیمات. دستگاه جوش آرگون در رابطه با. شدت جریان، شامل موارد زیر میشود:
- هر چه فلز ضخیم‌تر باشد، بهتر است آمپر بالاتری استفاده شود.
- در شدت جریانهای پایین، مدت زمان. بالاتری برای انجام جوشکاری لازم است. با افزایش زمان، حرارت بالایی به. قطعه منتقل شده که ترکیب رنگی. غیر یکنواختی را بر روی خط جوش ایجاد میکند.
- خط جوش ایجاد شده ناشی از آمپراژ بالا، کیفیت. و یکنواختی بالاتری دارد. در جریانهای بالاتر، حوضچه جوش یا. مذاب ناشی از حرارت جوش با سرعت بالاتری ایجاد شده و. سریع‌تر نیز سرد میشود. این مساله منجر به یکنواختی. هر چه بیشتر سطح جوشکاری شده میشود.
نکات مورد توجه در جوشکاری با الکترود تنگستن:
در جوشکاری آرگون نیز مانند. سایر انواع جوشکاری باید نکاتی را. مد نظر قرار داد تا بهترین نتیجه حاصل شود. برخی از این نکات عبارتند از:
- با اینکه الکترودهای مورد استفاده. در فرآیند جوشکاری تیگ، غیرمصرفی هستند، اما. پس از مدتی باید تعویض شوند. باید در نظر داشت که. مهارت جوشکار به افزایش طول. عمر الکترود تنگستن کمک میکند.
- فیلر جوشکاری باید. جای گیری مناسبی داشته باشد. جای گیری مناسب باعث میشود تا در. معرض گاز محافظ بوه و از. اکسید شدن آن جلوگیری به عمل آید.
- معمولا در جوشکاری مکانیزه و در مواردی که فلز پایه، هدایت حرارتی بالایی. داشته باشد، بهتر است از گاز. هلیوم برای حفاظت استفاده گردد.
- برای جوشکاری تیگ به صورت. دستی، بهتر است از گاز آرگون استفاده شود.
- سرعت جوشکاری بر روی میزان. نفوذ و خصوصا پهنای جوش، تاثیرگذار است. در واقع این. پارامتر، علاوه بر کیفیت، ظاهر خط جوش را نیز. تحت تاثیر قرار میدهد. بنابراین در انتخاب سرعت، باید دقت زیادی به خرج داد.
مزایای الکترودهای تنگستن:
الکترودهای تنگستن اغلب حاوی. مقادیر کمی از اکسیدهای فلزی هستند و. میتوانند بر این اساس مزایای زیر را ارائه نمایند:
- طول عمر بالای الکترودهای تنگستن و. کیفیت قابل ملاحظه.
- ثبات و پایداری بیشتر قوس الکتریکی.
- سهولت در خروج الکترونها در جریان DC.
- بهبود ظرفیت حمل جریان در الکترودهای تنگستن و امکان عالی جهت کنترل جوش.
- ظاهر ممتاز فلز جوش و عدم نیاز به تمیز کاری پس از جوشکاری.
- کاهش خطر آلودگی جوش.
- مناسب برای پاس ریشه.
- امکان جوشکاری با استفاده یا. بدون استفاده از فیلر پرکننده.
- جریان DCEN برای جوشکاری. چدن، مس، برنج، تیتانیوم، انواع فولادها.
- جریان AC برای جوشکاری آلومینیوم و. منیزیوم و ترکیبات آن.
اکسیدهای مورد استفاده عمدتاً لانتانیوم، زیرکونیوم، توریم یا. سریوم هستند که معمولاً بین0.7٪ تا 4٪. به الکترود تنگستن‌های جوشکاری اضافه میشوند.
عوامل موثر بر کیفیت جوشکاری تیگ یا عوامل موثر در فرآیند جوشکاری تیگ:
عوامل بسیاری هستند که کیفیت جوشکاری تیگ را. تحت تاثیر قرار می‌دهند. همچنین مقدار انرژی حرارتی تولید شده. توسط قوس الکتریکی به ولتاژ و شدت. جریان بستگی دارد. برخی از این عوامل عبارتند از:
- شدت جریان الکتریکی
- سرعت جوشکاری
- طول یا ولتاژ قوس (فاصله میان سطح قطعه کار و نوک الکترود تنگستن)
- نوع گاز محافظ مورد استفاده
ایرادات احتمالی فرآیند جوشکاری تیگ یا عيوب حاصل از فرآيند جوشکاری تیگ:
- اگر در فرآیند جوشکاری تیگ الكترود تنگستن با. حوضچه جوش تماس پیدا نماید، باعث ایجاد. عيب آلودگی تنگستنی میگردد.
- اگر حفاظت مناسب از نوک فلز پرکننده (سیم جوش). توسط گاز محافظ صورت نگیرد، باعث آلودگی فلز جوش میشود .
- فرآیند جوشکاری تیگ به آلودگی و. کثیف بودن فلز پایه و فلز پرکننده بسیار حساس میباشد.
- نشت آب از تورچهای آب خنک باعث اکسید شدن و. تخلخل در فلز جوش میشود.
- در فرآیند جوشکاری تیگ همانند فرآیندهای دیگر. استفاده از جریان DC میتواند باعث ایجاد وزش قوس شود.
- در فرآيندهاي جوشكاري افزايش ولتاژ باعث شده تمركز جوش كمتر و. پهناي حرارتي بيشتر شود و در نتيجه منطقه متاثر از. حرارت HAZ نیز افزايش مي‌يابد.
تاثیر ولتاژ قوس در جوشکاری با الکترود تنگستن:
مقدار ولتاژ بين الكترود تنگستن و. سطح كار، ولتاژ قوس ناميده میشود. دمای قوس در فرآیند جوشکاری. قوسی با الکترود تنگستن تا. حدود ۲۰۰۰۰ درجه سانتيگراد بوده و. ولتاژ قوس متغيری است كه تحت تاثير موارد زير میباشد :
1- جريان قوس.
2- شكل و حالت نوك الكترود تنگستن.
3- فاصله بين نوك الكترود وسطح كار (طول قوس).
4- نوع گاز محافظ.
طول قوس در اين فرآيند بسيار مهم است. زيرا بر روي پهنا و عرض حوضچه جوش تاثير میگذارد. پهنای حوضچه جوش به طول قوس بستگي دارد به همين. خاطر در بيشتر موارد. استفاده (به غیر از بعضی از ورقهای خاص) طول قوس مورد. نظر بايد كوتاهترين حد ممكن باشد.
البته اگر در طول فرآیند جوشکاری طول قوس بسيار. كوتاه باشد، احتمال برخورد الكترود تنگستن و. سيم جوش با هم و یا. با حوضچه مذاب وجود دارد. زمانی که از ولتاژ قوس در جوشکاری تیگ برای. کنترل طول قوس استفاده شود، باید به. متغیرهای دیگری که بر روی ولتاژ تأثیر میگذارند نیز توجه داشت. در رأس همه عیوب، آلودگی. توسط الکترود تنگستن و گاز محافظ، تغذیه. نامناسب سیم جوش و تغییر دمای تنگستن و فرسایش و. ساییدگی الکترود تنگستن قرار دارد.
تاثیر سرعت پيشروی در جوشکاری با الکترود تنگستن:
سرعت پيشروی در جوشكاری بر روی نفوذ و. عرض گرده جوش (Weld Bead) تاثير میگذارد. بعبارتی مقدار رسوب. فلز جوش در واحد طول با. سرعت جوشكاری نسبت عكس دارد. اگرچه تاثير آن بيشتر. بر روی پهنای جوش ديده. ميشود تا در نفوذ جوش، سرعت. پيشروی بخاطر تاثيراتی كه بر قيمت و. هزينه دارد بيشتر مورد اهميت ميباشد.
در برخی موارد و كاربردها، سرعت پيشروی به عنوان يك. هدف با متغيرهای انتخاب شده. ديگر، براي بدست آوردن ظاهر جوش مورد نظر در همان. سرعت تعريف شده است. در موارد ديگر پيشروی ممكن است يك. متغير وابسته باشد كه براي بدست آوردن. كيفيت جوش و تناسب مورد نياز تحت بهترين حالت. ممكن با ديگر متغيرها انتخاب شود. صرف نظر از موارد ديگر هنگامي كه سایر متغيرها. نظير جريان يا ولتاژ براي. كنترل جوش تغيير ميكند ،سرعت پيشروی عموما در جوشكاری‌های. مكانيزه ثابت میباشد.
انواع قطبیت در جوشکاری تیگ با الکترود تنگستن
- 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 میشود. در این حالت یعنی. DCEN حرارت بیشتری به قطعه کار. اعمال شده و در نتیجه نرخ ذوب بیشتر میشود. به طور کلی در هر دو. حالت جریان DCEP یا DCEN ، یک حوضچۀ. مذاب باریک با نفوذ عمیق ایجاد میگردد. علت این امر، انتقال الکترونهای. منفی از الکترود تنگستن داغ و نفوذ در فلز. پایه است و در نتیجه ناحیه حرارت دیده در قطعه کار، متمرکز. شده و پیچیدگی کمتر و جوشکاری. سریعتری را باعث میشود.
در حالت جریان متناوب. پلاریته بین قطعه کار و الکترود تغییر مینماید. این تغییر سریع در پولاریته. باعث میشود که یک نوع فرآیند. کاتدی ایجاد شده که در حذف. لایه‌های اکسیدی در سطح فلزات به خصوص برای فلزات. آلومینیوم و منیزیم و سایر. فلزاتی که اکسید آنها دیرگداز هستند، بسیار مفید میباشد.
انواع قطبیت در جوشکاری تیگ با الکترود تنگستن
- 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 میشود. در این حالت یعنی. DCEN حرارت بیشتری به قطعه کار. اعمال شده و در نتیجه نرخ ذوب بیشتر میشود. به طور کلی در هر دو. حالت جریان DCEP یا DCEN ، یک حوضچۀ. مذاب باریک با نفوذ عمیق ایجاد میگردد. علت این امر، انتقال الکترونهای. منفی از الکترود تنگستن داغ و نفوذ در فلز. پایه است و در نتیجه ناحیه حرارت دیده در قطعه کار، متمرکز. شده و پیچیدگی کمتر و جوشکاری. سریعتری را باعث میشود.
در حالت جریان متناوب. پلاریته بین قطعه کار و الکترود تغییر مینماید. این تغییر سریع در پولاریته. باعث میشود که یک نوع فرآیند. کاتدی ایجاد شده که در حذف. لایه‌های اکسیدی در سطح فلزات به خصوص برای فلزات. آلومینیوم و منیزیم و سایر. فلزاتی که اکسید آنها دیرگداز هستند، بسیار مفید میباشد.
طریقه استفاده از پودر تیزکن الکترود تنگستن جوشکاری:
ابتدا دنباله تورچ را مقداری. بچرخانید تا الکترود تنگستن کمی آزاد شود. سپس به مقدار ۳ تا ۴ سانتیمتر نوک الکترود را. بیرون کشیده و در محل خود محکم نمائید. سپس بر روی میزکار یک. قوس کوتاه بوجود آورید تا. نوک الکترود تنگستن به طول ۵ تا ۱۰ میلیمتر. سرخ و گداخته شود سپس. بلافاصله قسمت سرخ و. برافروخته الکترود را در. پودر تیز کن فرو برده و به مدت چند. ثانیه چرخ داده و بالا و پائین نمائید و از. تماس سایر قسمت‌های. تورچ با پودر جلوگیری نمائید، حال. نوک الکترود شما به بهترین نحو و با. دقیق ترین زاویه و فرم بطور کامل. تیز شده و آماده استفاده میباشد.
جهت بیشتر تیز کردن الکترود تنگستن تعداد. دفعات فرو بردن الکترود را در درون پودر را بیشتر نموده و از. چرخاندن الکترود در درون پودر خودداری نمائید. در این روش نوک الکترود شما با. ۱۰ تا ۱۵ مرتبه فرو بردن و. در آوردن از پودر در حد نوک یک. سوزن خیاطی تیز میشود. جهت گرد شدن و یا اندکی تیز شدن الکترود. کافیست که الکترود را در درون پودر فرو برده و. فقط به آرامی دوران داده و بچرخانید و از. بالا و پائین کردن الکترود در پودر خودداری نمایید. برای تمیز کردن کثیفی‌های موجود بر روی. سطح الکترود تنگستن که از فیلر جوشکاری در حین. کار بر روی آن بجا مانده نیز فقط کافی است که. دو تا سه مرتبه الکترود را در درون پودر فرو برده و. همزمان با چرخش و دوران از پودر بیرون بیاورید.