جوشکاری TIG (GTAW): فرآیند، تجهیزات، تکنیک‌ها و کاربردهای پیشرفته

مقدمه
جوشکاری TIG (Tungsten Inert Gas) که با نام علمی GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) نیز شناخته می‌شود، یکی از پیشرفته‌ترین و دقیق‌ترین روش‌های جوشکاری موجود است. این روش به دلیل توانایی تولید جوش‌های با کیفیت بسیار بالا، در صنایع حساس و پیشرفته کاربرد گسترده‌ای دارد. در این مقاله به بررسی جامع این فرآیند، از تاریخچه تا آخرین پیشرفت‌های تکنولوژیکی می‌پردازیم.

تاریخچه و تکامل جوشکاری TIG
توسعه جوشکاری TIG به دهه 1930 بازمی‌گردد، زمانی که صنایع هوافضا نیاز مبرمی به روشی برای جوشکاری آلومینیوم و منیزیم پیدا کردند. در سال 1941، این فرآیند به صورت رسمی توسط انجمن جوشکاری آمریکا (AWS) معرفی شد. پیشرفت‌های بعدی شامل:

• توسعه الکترودهای تنگستن توریم‌دار در دهه 1950

• معرفی سیستم‌های پالسی در دهه 1960

• اتوماسیون فرآیند در دهه 1980

• سیستم‌های کنترل دیجیتال در قرن 21

اصول و مکانیزم جوشکاری TIG
جوشکاری TIG بر اساس ایجاد قوس الکتریکی بین الکترود تنگستن غیرمصرفی و قطعه کار عمل می‌کند. گاز بی‌اثر (معمولاً آرگون) از ناحیه جوش در برابر اتمسفر محافظت می‌کند. این فرآیند می‌تواند با یا بدون فلز پرکننده انجام شود.

اجزای اصلی سیستم جوشکاری TIG

1. منبع قدرت: سیستم‌های DC، AC یا ترکیبی با قابلیت پالس

2. تورچ TIG: شامل الکترود تنگستن، نگهدارنده الکترود و سیستم خنک‌کننده

3. سیستم تامین گاز: سیلندر گاز، رگولاتور و دبی‌سنج

4. پدال کنترل: برای تنظیم دقیق جریان در حین کار

5. سیستم خنک‌کننده: آب یا هوا خنک

الکترودهای تنگستن و انواع آن
الکترودهای تنگستن در انواع مختلف تولید می‌شوند:

1. الکترود تنگستن خالص (سبز): برای جوشکاری AC

2. الکترود توریم‌دار (قرمز، زرد): برای جوشکاری DC

3. الکترود لانتان‌دار (طلایی، مشکی)

4. الکترود سریوم‌دار (نارنجی)

5. الکترود زیرکونیم‌دار (سفید)

گازهای محافظ در جوشکاری TIG

• آرگون (رایج‌ترین)

• هلیوم

• مخلوط آرگون-هلیوم

• گازهای ویژه برای فولادهای خاص

پارامترهای موثر در جوشکاری TIG

1. شدت جریان و نوع جریان (AC/DC)

2. قطر الکترود

3. زاویه تورچ

4. سرعت جوشکاری

5. دبی گاز محافظ

6. طول قوس

تکنیک‌های پیشرفته جوشکاری TIG

1. جوشکاری پالسی: برای کنترل حرارت در مواد نازک

2. جوشکاری با پرکننده سرد: برای کاهش اعوجاج

3. جوشکاری با پرکننده خودکار: افزایش سرعت و یکنواختی

4. جوشکاری اوربیتال: برای لوله‌ها و کاربردهای حساس

مزایای جوشکاری TIG

• کیفیت فوق‌العاده جوش

• کنترل دقیق حرارت ورودی

• امکان جوشکاری طیف وسیعی از فلزات

• کمترین میزان آلودگی جوش

• امکان جوشکاری در تمام وضعیت‌ها

معایب و محدودیت‌ها

• سرعت پایین نسبت به سایر روش‌ها

• نیاز به مهارت بالای اپراتور

• هزینه بالای تجهیزات

• حساسیت به آلودگی سطحی

کاربردهای صنعتی جوشکاری TIG

1. صنایع هوافضا: جوشکاری تیتانیوم و آلیاژهای سبک

2. صنایع نفت و گاز: خطوط لوله و مخازن تحت فشار

3. صنایع غذایی و دارویی: تجهیزات استنلس استیل

4. صنعت هسته‌ای: تجهیزات راکتورها

5. صنایع دریایی: بدنه کشتی‌ها و زیردریایی‌ها

6. صنعت پزشکی: ایمپلنت‌ها و ابزار جراحی

نکات ایمنی در جوشکاری TIG

1. حفاظت از چشم در برابر اشعه ماوراء بنفش

2. تهویه مناسب محیط کار

3. استفاده از لباس محافظ

4. مراقبت در برابر شوک الکتریکی

5. ذخیره و حمل ایمن سیلندرهای گاز

آخرین پیشرفت‌های تکنولوژیکی

1. سیستم‌های کنترل دیجیتال پیشرفته

2. تورچ‌های با خنک‌کنندگی بهبود یافته

3. الکترودهای نانو ساختار

4. سیستم‌های بینایی ماشین برای جوشکاری خودکار

5. فناوری‌های کاهش مصرف گاز

آینده جوشکاری TIG
با توسعه مواد جدید و نیاز به کیفیت بالاتر، جوشکاری TIG همچنان به عنوان یکی از حیاتی‌ترین فرآیندهای اتصال فلزات باقی خواهد ماند. پیش‌بینی می‌شود که اتوماسیون و هوش مصنوعی نقش بزرگتری در این فرآیند ایفا کنند.

نتیجه‌گیری
جوشکاری TIG با وجود قدمت نزدیک به یک قرن، هنوز هم به عنوان یکی از پیشرفته‌ترین روش‌های جوشکاری شناخته می‌شود. درک صحیح اصول و پارامترهای این فرآیند می‌تواند به تولید اتصالات با کیفیت در صنایع حساس منجر شود. با پیشرفت تکنولوژی، این روش همچنان به تکامل خود ادامه خواهد داد.