اصول اولیه جوشکاری T I G
مقدمه :
جوشکاری باقوس الکتریکی والکترود تنگستن زیرهاله ای ازگاز محافظ
(G T A W) بیشتراوقات TIG نامیده می شود.
دراین فرایندجوشکاری حرارت مابین الکترودغیر مصرفی و فلزپایه تولیدمی شود . الکترود ، حوضچه جوش ، قوس ومناطق متاثر از گرما بوسیله گازمحافظ ازهوای آلوده حفاظت میشوند.
گازمحافظ بوسیله اتمایزکردن گازمحافظ یامخلوطی ازگازهاتهیه
می شود . گازمحافظ بایستی محافظت رابه طورکامل انجام دهدزیرا ورود مقدارناچیزی ازهوا می تواندباعث آلوده شدن جوش شود.
دراین روش جوشکاری قوس وحوضچه جوش قابل رویت هستند.سرباره ای که ممکن است به جوش وارد شود تولید نمی شود و لازم نیست که مفتول کمکی به سراسرقوس انتقال یابد . بدین جهت پاشش جوش حذف می شود . زیرا الکترد غیرمصرفی است وجوش می تواند به وسیله نفوز از فلز پایه بدون افزودن مفتول کـمکی ساخته شود . هـر چند در بیشتر مـوارد
ازمفتول کمکی استفاده می شود.
باتوجه به امتیازات ذکرشده برای این فرآیند ، ازاین روش جوشکاری به منظورایجاداتصالات تاسیسات باکاربری ویژه بهره گرفته می شود.این نوع روش جوشکاری فرآیندی است که درهمه موفقیت هاکاربری داشته وجوش باکیفیت عالی راتولیدمی نمایدخصوصاًدرجوشکاری فلزپایهنازک که اغلب نازک تراز005/0اینج است.
این فرآیند در روشهای دستی ، سیستماتیک ، ماشین واتوماتیک انجام می شود. درروش دستی ازمشعل (تورچ)دستی استفاده می شودودرصورتیکه نیازبه مفتول کمکی باشد به وسیله دست افزوده می شود. جوشکاری دستی بیشترین مورداستفاده رادارد.تنظیم کردن مقدارجریان جوشکاری بوسیله کنترل پایی اپراتورانجام می شودوهمچنین شروع جریان وخاموش وروشن کردن آن.
در جوشکاری سیستماتیک نیز ممکن است ازمشعل دستی استفاده شود. مفتول کمکی نیزبه طوراتوماتیک بوسیله تفذیه گرسیم اضافه
می شود.این روش به صورت عمده استفاده نمی شود.جوشکاری اتوماتیک بیشترین استفاده رادرکاربردهای مختلف خواهد داشت.درجوشکاری ماشینی تجهیزات بوسیله اپراتورجوشکاری کنترل می شود.
درسیستم اتوماتیک یک پروفسورجوشکاری بدون نیازبه اپراتورکنترل کننده یاتنظیم کننده می تواندجوشکاری راانجام دهد.میزان کاربری روش اتوماتیک یا ماشین زمانی است که اتصال دردسترس باشد ، وهمچنین کنترل کیفیت ودردرجه ای ازدقت وساخت تعدادی ازجوشهای مساوی موردنیازباشد.درروش ماشین مفتول کمکی اضافه شده به حوضچه جوش به فرم سیم خواهدبودواین سیم ممکن است سردیاگرم باشد.که این امرموجب اختلاف دراستفاده ازفرآیند می شود.مفتول کمکی سردبوسیله فرستاده شدن ازتغذیه گر اتوماتیک که گرم نشده یادارای الکتریسته طبیعی است به حوضچه اضافه می شود ، درحالیکه مفتول کمکی گرم فرستاده می شودازتغذیه گری که توسط مقاومتی سیم مفتولی راگرم می کند.مقاومت بوسیله منبع نیروی کمکی که مابین لوله راهنمای سیم ومیزکارمتصل شده است گرم می شود.
فلزاتی که می توان بااستفاده ازروش جوشکاری کرد عبارتنداز:
اغلب فلزات وآلیاژهای آنهارامی توان بااین روش جوشکاری کرد.فلزاتی که بااین روش جوشکاری می شوند عبارتنداز فولادهای کربنی وآلیاژهای مربوط ، استنلس استیل ، آلیاژهای مقاوم به درجه حرارت ، فلزات سخت کاری شده ، آلیاژهای آلومینیم ، بریلیم ، آلیاژهای تیتانیم ، آلیاژهای نیکل وآلیاژهای زیرکونیم.
جوشکاری سرب و روی بااین روش مشکل است زیرا نقطه پایین ذوب این فلزات کنترل فرآیندجوشکاری رابشدت مشکل می سازد.نقطه بخارشدن روی است که بمراتب پایین ترازدمای قوس است ودرنتیچه جوشکاری به دلیل بخارشدن روی نامرغوب است.
فولاد و دیگرفلزات دارای نقطه ذوب بالاتری هستند ، امافلزاتی که بوسیله سرب ، قلع ، روی ، کادمیم ، یا آلومنیم پوشش شده اند جوش پذیرند.امانیازمند فرآیندهای مخصوصی هستند.جوشکاری این فلزات احتمالاًخواص مکانیکی آنهارا پایین می آورد ، به دلیل اینترالوژی ، برای پیشگیری ازاینترالوژی درجوشکاری فلزات پوشش داده شده می بایستی پوشش مناطق مجاورجوش راحذف کرد و پس ازجوشکاری دوباره آنراجایگزین کرد.
ضخامت فلزپایه:
این روش درطیف وسیعی ازضخامت فلزپایه مورداستفاده قرارمی گیرد.بااستفاده ازاین روش درمقطع اینج.ضخیم تریانازکترجوش خوبی به دست می آید ، زیرامتمرکزکردن حرارت ناشی ازقوس به دلیل سرعت بالای جوشکاری مشکل است.جوشکاری چندپاسه به همراه مفتول کمکی می تواندانجام شود.برای ضخامت بیشترازاینچ می بایستی ازفرآیندهای عمومی دیگرجوشکاری استفاده کرد.بنابراین برای مقاطع ضخیم درمواقع ای که مجبوربه کیفیت بالاباشیم ، نظیرسفینه یادرتجهیزات هسته ای وزیردریایی ازجوشکاری چندپاسه استفاده می شود.
به طورمثال درساختن پوسته موتور راکت باقطر26 فوت باضخامت 0/600 اینچ ، دیواره ، طول وابعادبه کمک فرآیندجوشکاری TIG وبااستفاده ازچندین پاس وبه کمک مفتول کمکی جوشکاری می شود.بنابراین سرعت جوشکاری دراین ضخامت پایین می آید.
درمواردی که کیفیت بالای جوش اجباری باشدازاین روش جوشکاری استفاده می شود.درساخت زیردریایی به منظور بدست آوردن جوش باکیفیت استثنایی به همراه نرخ تکمیل کردن بالا ، این روش جوشکاری به همراه سیم گرم مورداستفاده قرارمی گیرد.بااستفاده ازطراحی مخصوص نازل گازمحافظ وآماده سازی شیارباریک اتصالات می توان جوشکاری شکانهای ابعادی دیواره های سنگین ژنراتوربخار راانجام داد.
مزایاومحدودیت ها:
این روش دارای مزایاومحدودیت هایی است که درزیرمی آید:
مزایا:
توانایی جوشکاری بیشترفلزات وآلیاژهایشان راداشته وبه طورعمومی برای فلزاتی نظیرقلع وسرب که دمای ذوب پایین دارنداستفاده نمی شوند.
توانایی اتصال دهی فلزات که دارای لایه سخت اکسیدی هستند مانندآلومینیم ومنیزیم وهمچنین آنهایی که میل ترکیبی بااکسیژن ونیتروژن داشته واگردرمعرض هواقرارگیرندشکسته می شوند ، رادارد.
سرباره نداردزیرابوسیلهفرآیندجوشکاری تمیزمی شود
جوش پاشش ندارد
کاستن ازحرارت ورودی بواسطه افزایش سرعت جوشکاری
توانایی اتصال دهی فلزات پایه باضخامت کم زیراکنترل عالی روی ، منبع حرارتی ومفتول کمکی رامی توان به طورجداگانه انجام داد.
برای تمام موقعیت های جوشکاری قابل استفاده است.
مفتول کمکی به طورمعمولی موردنیازنیست.
قوس وحوضچه جوش قابل رویت است
مفتول کمکی قوس راقطع نمی کندومیزان اضافه شدن آن به جریان مستقیم جوش وابسته نیست
محدودیت ها:
سرعت پایین جوشکاری
آلودگی الکترود
نرخ نفودپایین ، جوشکاری مقاطع ضخیم زمان بروگران است
نگهداری قوس بواسطه انتخاب گازهای محافظ که پایین ترازقوس قرارمی گیرند
ناخالصی الکترود تنگستن می تواندواردحوضچه مذاب شود.
اصول جوشکاری باقوس الکتریکی
فیزیک قوس
1-روش تشکیل قوس:
قوس الکتریکی معمولاً به یکی ازدوروش ذیل تشکیل می گردد:
الف-ایجادبخارها ی فلزی :دراین روش دراثر عبورجریان سراسری که بواسطه برخوردالکترودوقطعه کاربدست آمده ، گازمحافظ خنثی یونیزه می شود.اتمهای یونیزه شده الکترون از دست داده و با بار الکتریکی مثبت رها
می شوند . یونهای گازی مثبت به دلیل مثبت بودن به سمت قطب منفی قوس جریان می یابند ، ونیزالکترود نهابه دلیل منفی بودن به سمت قطب مثبت حرکت می کنندوبدین شکل قوس تشکیل می شود.انرژی خروج الکترونهاویونیزه شدن گازمعرنی به وسیله یکی ازراههای زیرتامین می شود
(1)مالش (کارمکانیکی)به الکترود انرژی می دهدکه سریعاًبه قوس موردنظر منتقل می گردد.
(2)بااستفاده ازتنظیم کردن مسیر یونیزاسیون تهیه شده برای قوس اصلی .
(3)استفاده ازدستگاه کمکی که جرقه بافرکانس بالامابین الکترودوقطعه کارتولیدمی کند
ب-تشکیل قوس بااستفاده ازولتاژبالا:دراین روش ولتاژبالابرای لحظات بسیارکوتاه ایجادشده وموجب تداوم قوس می گردد:
چنانچه بین دوقطب دریک لحظه ولتاژخیلی بالا(چندده هزارولت)عبوردهیم هوای بین دوقطب یونیزه شده وباحفظ فاصله بین آنهایک قوس دانم خواهیم داشت .درشروع کارکه قطعه والکترودهردوسرد هستندولتاژبالاست.امااگرالکترودیاکارگرم باشندبین30تا40 ولت جهت ایجادقوس کفایت می کند.درجه حرارت قوس مقدارثابتی ندارد.وسیله ای که بتوان میزان دقیق آنرااندازه گیری کردنیزوجودندارد.ولی تقریباًاین دمابین 5هزارتا20هزاردرجه کلوین است.
درجه حرارت درمحورالکترود بادرجه حرارت دراطراف آن حدود2تا3هزاردرجهکلوین تفاوت دارد.درالکتروددستی حرارت تقریباًبه
500 می رسد.امادرجوشکاریهای قوس که ازالکترودتنگستن استفاده می شود ، این دمابین 15تا20هزاردرجه کلوین متغیر است. تفاوت این دماتابع عواملی مانندشدت جریان ، نوع گاز حفاظتی (آرگون ، هلیم ، .. ) اتمسفر گاز و غیره است.
تولیدجرقه فرکانس بالابااستفاده ازجریان یکنواخت یامتناوب قابل اجرامی باشدواین جرقه بااستفاده ازدستگاههایی که درمدارقدرت طراحی شده اند ، به منظورآغازوتثبیت قوس ، تولیدمی گردد.دربعضی ازکاربردهانیزازولتاژبالای جریان یکنواخت برای آغازشدن قوس ، درجوشکاری اتوماتیک استفاده می شود.همچنین سیستم بایستی بادقت طراحی شودتاازایمنی تولیدمطمئن باشیم.مزیت اصلی جریان یکنواخت به منظورآغازسیستم قوس دخالت کمترپرتوافکنی الکتریکی است.اگرشروع قوس الکترودروی قطعه مسی آغازشود ، شروع قوس روی قطعه کارباسادگی بیشتری انجام می شود.
2-انواع قوس الکتریکی:
درفرآیندهای قوس دونوع قوس تشکیل می شود
الف-قوس مصرف شدنی:
درفرآیندهایی که وسیله تشکیل دهنده قوس خودواسطهاتصال نیزباشد ، قوس حاصل رامصرف شدنی می نامند ، مانندقوس دستی والکترودپوشش دارد(M. . M . A ) ، روش حفاظتی باگازM I G ، روش حفاظتی باپودرS . A ) W ) و…
ب-قوس مصرف نشدنی:
این اصطلاح درموردروشهایی مطرح می گرددکه وسیله تشکیل دهندهقوس نقش اتصال رانداردوتنهاتشکیل قوس وایجادانرژی جهت ذوب قطعات رابه عهده دارد ، مانندفرآیندهای (G .T .A .W )یا TIG و P.A.W (جوشکاری باقوس پلاسما).دراین فرآیندها ، الکترودتنگستن تنهانقش تشکیل قوس رابه عهده وبرای مدت طولانی مورداستفاده قرارمی گیرد.واسطه اتصال نیزپرکن متناسب باجنس فلزمبنا(پایه) انتخاب وبه کاربرده می شود.
3-موقعیت(زاویه)الکترودومفتول کمکی نسبت به فلزپایه ،
قوس به یکباره شروع شده و مشعل نگه داشته می شود . الکترود در وضعیت (زاویه)تقریباً 75 باسطح قطعه کارقرارمی گیردونوک الکترود درجهت مسیرجوشکاری حرکت می کند.درشروع جوشکاری همیشه قوس به روش دایره ای حرکت می کندتااینکه ذوب کافی برای بدست آوردن حوضچه جوش مناسب فراهم آید. هنگامیکه ترکیب مناسب(کافی)بدست آمد ، جوش به تدریج باکمک الکترودهاحرکت می کندولبه های اجزاء جوشکاری می شوند ، همچنانکه جوش پیش می رود ، اجزاءبه یکدیگرمتصل می شوند.
درصورتیکه مفتول کمکی درجوشکاری دستی اضافه شود ، اغلب دارای زاویه 1 5 نسبت به سطح کاراست وبه آهستگی درون حوضچه جوش قرارمی گیرد.
مفتول کمکی می بایستی به دقت به حوضچه اضافه شودتاازآشفتگی گازمحافظ یاتماس آن باالکترودجلوگیری گردد ، زیرا این امرموجب اکسیداسیدن نوک مفتول کمکی یا آلودگی الکترود می شود.مفتول کمکی ممکن است به طور متوالی وبوسیله میله اضافه شودویا ممکن است پایین آورده وخارج شود.همچنین مفتول کمکی می تواندبه طورمداوم وبوسیله نگه داشتن اضافه شود.
میله مفتولی درورودی خط جوشکاری(این عمل درموردجوشکاری باچندین پاس واتصال 7انجام می شود)یابوسیلهنوسان کردن میله ومشعل به اطراف ، باتغذیه گرمفتول میله ای به درون حوضچهجوش (تکنیکی که اغلب برای تسطیح کردن استفاده می شود)اضافه می شود.درپایان جوشکاری ، مفتول کمکی سریعاًازحوضچه جوش پس زده می شود.
اماسریعاًدرزیرگاز محافظ نگهداری می شود ، که این امربه منظورجلوگیری ازاکسیده شدن مفتول کمکی بایستی انجام شود.سپس قبل ازآنکه قوس خاموش شود ، مشعل به طرف لبه حوضچه حرکت می کند. برای خاموش کردن قوس تنهابالابردن مشعل کافی است ، امااین مورد لازم نیست زیراسبب آلودگی حوضچهجوش والکترودمی شود.بنابراین پیشنهادمی شودکه بالابردن مشعل همراه باکم کردن تدریجی جریان توسط پدال پایی انجام شود.
4-خصوصیات ولت-آمپر:
ولت آمپر توسط منبع قدرتpower sourece تنظیم می گردد.این مشخصه درفرآیندهای مختلف متناسب بانوع دستگاه متغیراست.
نقطه H حداکثرولتاژقبل ازتشکیل قوس است دراین لحظه شدت جریان حداقل است وهنگامی که قوس ایجادمی شودولتاژکاهش یافته ، شدت جریان افزایش می یابد.دراین لحظه، C نقطه کارونمودارL مشخصه کاررانشان می دهد.باافزایش طول قوس تغییراتی درولتاژوشدت جریان رخ داده وعملاً L +4L ایجادمی گردد.همچنین باکاهش طول قوس این عوامل تغییرکرده ونمودارL-4L به وجودمی آید.
چنانچه الکترودبه قطعه کاربچسبدشدت جریان به حداکثر مقدار خود رسیده و درپایین ترین قسمت منحنی قرارمی گیرد.چنانچه این وضعیت تداوم یابد احتمال سوختن دستگاه زیاداست .مشخصه استاتیکی رابطهبین ولت آمپردرفرآیندهای مختلف قوس متفاوت بوده وبه دستگاه مورداستفاده بستگی دارد.
دربعضی فرآیندها ، ازدستگاههایی استفاده می شودکه نمودار آنها جریان ثابت یا(c.c )است دراین دستگاههاباتغییرات طول قوس تغییرات جریان کم می شود.اماتغییرات ولتاژ زیاد است .مانندسیستم TIG و S.A.W این متددرجریان مستقیم جوشکاری تمامی مواردازجمله آلومینیم ومنیزیم وآلیاژهای آن در صورتیکه الکتروددرقطب منفی باشدانجام می گیرد.درجوشکاری آلومینیم وفلزاتی که درسطح آنها لایه اکسیدی تشکیل می شود جوشکاری بابرق متناوب مناسب تراست.
اما دسته دوم از دستگاههایی استفاده می شودکه نمودارآنهاولتاژثابت یا(C.V)است.دراین سیستم باتغییرات طول قوس تغییرات ولتاژبسیارکم است. ولی تغییرات شدت جریان زیاداست مانند G.M.A.W
5- مشخصه فیزیکی قوس دراجرا :
قوس الکتریکی هنگام اجرای کارممکن است به یکی ازدوشکل پایداروناپایدارتشکیل گردد.جوش ایجادشده باقوس ناپایداروضعیت مطلوبی نخواهدداشت ولذابایدجهت ایجادکیفیت مطلوب جوش پایداری قوس موردتوجه قرارگیرد.
علایم شناخت ناپایداری قوس عبارتنداز: ایجادفاصله بین قوس ونوک الکترود یابه عبارت دیگروصل نبودن قوس به نوک الکترود بر اثر سوسوزن قوس که ازطریق تغییرات نورناشی ازقوس مشخص می گردد.عدم یکنواختی جوش ایجادشده ترشح وایجاد ذرات مذاب اطراف جوش بوجود
می آید .
عوامل زیادی درپایداری قوس موثرند.ازجمله کثیفی سطح قطعه ، ازنظرپوشش ، درسیستم های حفاظتی گازمحافظ ازنظرکیفیت و اتمسفر و در نهایت مهارت جوشکاری رامی توان نام برد.
جریان جوشکاری:
جریان جوشکاری یکی ازپارمترهای مهمُ دراداره کردن جوشکاری است.زیراعمق نفوذ.سرعت جوشکاری ، نرخ رسوب وکیفیت جوش راشرح می دهد.سه نوع جریان(1)جریان یکنواخت باالکترودمنفی(DCEN) ، (2)جریان یکنواخت باالکترودمثبت (DCEP)(3)جریان متناوب به منظورجوشکاری برگزیده می شود.مسلماً اثرمطلوبی رامی توان با اضافه کردن فرکانس بالای جریان درهر سه مورد بدست آورد.
1-جریان یکنواخت باالکترودمنفی:
این نوع جریان درطیف وسیع تری ازG TAW استفاده شده است .بااین روش می توان جوشهای مطلوبی رابه طورعمومی تقریباًدرتمام فلزات جوش پذیروآلیاژهایشان تولیدکرد.درروش جوشکاری باجریانDCEN الکترودمنفی وقطعه کارفلزی مثبت است بنابراین جریانی ازالکترونهاازالکترودبه سمت قطعه کارفلزی وجوددارد.ازاینرودرتمامی قوسهای باجریان یکنواخت الکترودمنفی ، 70%ازجریان درقطب مثبت یاآند یا انتهای قوس تولید می شود ، یک الکترودباسایزمعین قطب منفی نسبت به الکترودباسایزمعین باقطب مثبت ازحفاظت بیشتری برخوردارمی باشد.درنتیجه ازجریان یکنواخت باالکترودمنفی زمانی استفاده می شودکه سایز مخصوصی ازالکترود برای درجه حرارت بالای قوس درنظر گرفته شود.درجریان یکنواخت باالکترودمنفی عمق وپهنای حوضچه جوش بانفوذبالاتری نسبت به عمق وپهنای تولیدشده توسط دوجریان دیگرتولیدمی شود.
زمانیکه جوشکاری فلزات باضخامت کم توسط جریان یکنواخت باالکترود منفی انجام می شود.پهنای حوضچه جوش و عمیق تر بودن نفوذممکن است شکل سازباشد.برخلاف جریان یکنواخت مثبت وجریان متناوب درجریان یکنواخت باالکترودمنفی امکان پاکسازی اکسیدآلومینیم یامنیزیم یامس بریلیم راندارد.اماآلومینیم رامی توان بااستفاده ازجریانDCEN وبه کارگیری تکنیک های ویژه ای جوشکاری کرد.عملیات پولیش کاری وتمیزکاری شیمیایی پیش ازجوشکاری انجام می شود.
2-جریان یکنواخت باالکترودمثبت:
درجوشکاری باجریان مثبت (DCEP)الکترودبه قطب مثبت منبع نیرو وفلزکاربه قطب منفی منبع نیرومتصل شده اند . بنابراین الکترونها از فلز کار به سمت الکترودجریان می یابند . حرارت بیشتری در نوک الکترود و بیشتر حرارت در الکترود میزان کمتری در قطعه کارتولیدمی شود . دراین صورت شدت جریان در طول قوس یکنواخت می باشد ولتاژ قوس درجریانDCEN مقدارناچیزی نسبت به جریان DCEN بالاتراست ، بنابراین قوس DCEP انرژی کلی بیشتری طلب می کند.جریان یکنواخت با الکترود مثبت نسبت به دوجریان دیگرکمتر استفاده می شود زیرا دراین روش عرض حوضچه جوش پهن وعمق نفوذ آن کم است . جوشکاری باجریان DCEP احتیاج به جوشکار بامهارت بالا دارد . زیرا در این روش بایستی ازالکترودباسایزبزرگتراستفاده شود ، درحالیکه یکنواختی کمتری ازجریان جوشکاری بدست می آید.
این روش به طورعمومی پیشنهادنمی شودوتاثیرگذاری این روش درسردکنندگی قوس نسبت به دوروش دیگرخیلی بیشتر است امااین روش توانایی بالایی درپاکسازی اکسیدهای ایجادشده روی سطوح فلزی دارد.مشکل ویژه ای درجوشکاری آلومینیم باجریان DCEP وجودداردزیراحوضچهجوش آمادگی جذب نوک الکترود را دارد و بنابراین زمانیکه بوسیله آلومینیم لمس می شودممکن است آلوده شود.
اگرچه جریان DCEPبه عنوان عاملی موثربرای اتصال ورق های نازک آلومینیم ومنیزیم ودیگرمواردمصرف می شود(ضخامت 5/0 اینچ ) ، آلودگی ظاهر شده در این موارد (آلودگی نوک الکترود) بوسیله خاصیت اصلی قوس دفع می شودوبنابراین آلودگی مشکل ایجادنمی کند.جوشکاری باجریان DCEP برای منیزیم درضخامت های بالای اینچ پیشنهاد می شود.
دفع اکسیدبوسیله جریان یکنواخت والکترودمثبت
وقتی الکترودمثبت می باشد ، یونهای آرگون وهلیم به سمت سطح فلزپایه حرکت می کنند . یونهای گازی که دارای بارمثبت هستند ، سبب ایجادواکنش درقوسی که توسط گاز خنثی پوشیده شده می شوند . این یونها دارای جرم قابل توجهی هستندوازاینرودرصورتیکه باسرعت به سطح فلزپایه برخوردکنند ، به دلیل اینکه دارای مقدارزیادی ازانرژی جنبشی هستند ، عملیات تمیزکاری بوسیله شکستن پیوسته ذرات اکسیدی انجام می شود ، این عملیات ازنظرکاربردی شبیه روش سندبلاست است.
یونهای گازی مقداری گرما در فلز پایه تولیدمی کنندکه درمقایسه باگرمای ایجادشده درنوک آند قوس مقدارکمی است .که این موضوع موجب ناچیز بودن مقدار نفوذ می گردد.
اگرالکترودمنفی وقطعه کارمثبت باشد.تمیزکاری روی فلز پایه انجام نمی شودوبنابراین فلزی که جوشکاری می شود.بمباران می گردد.بنابراین حرارت ونفوذقابل توجهی درفلزکارتولیدمی شود.
درموردفلزاتی همچون استیل ، کربواستیل ومس پوشش اکسیدی به گونه ای است که عملیات اکسیدزدایی که درموردآلومینیم انجام می شودو(باروشهایی غیرازروش قوس )رادرموردآنهانمی توان به طورمطلوبی انجام داد.
3-جریان متناوب:
جریان متناوب به صورت یکسری ازپالسهای متناوب DCEP ، DCEN بیان می شودکه درمسیر120بار درهرلحظه معکوس می شوند.درطول هرسیکل ازجریان متناوب به ولتاژمتنوعی از ماکزیمم ولتاژمثبت ومنفی دست پیدامی کنیم .درجریان متناوب تغییرجهت ولتاژوجریان الکتریکی درهرنیم سیکل شکل روشن کردن مجددقوس رابه وجودمی آورد ، زیرادرهرنیم سیکل یکبارشدت جریان صفرمی شود .هنگامیکه الکترودمثبت منفی می شودروشن شدن مجددقوس مسئله ای بوجودنمی آورد.امالحظه ای که الکترودمنفی مثبت می شودبرای ایجادمجددقوس یک ولتاژاضافی نیازاست که به راحتی روی سیکل( ولتاژ-آمپر) میتوان آنرامشاهده کرد.
برای تامین ولتاژاضافی درتبدیل منفی به مثبت الکترودوشروع مجدد قوس راههای مختلفی به ویژه درطراحی ترانسفورماتوراعمال می شود . طراحان ترانسفورماتور با قرار دادن خازن هایا واحد جرقه بافرکانس بالاومدارهای دیگردرمدارنیرواین ولتاژاضافی راتامین می کنند.
درموردشروع قدس ، حضورناخالص تنگستن درمذاب مانع از کاربرد روشهای تماس (جوشکاری قوس-الکترودتی) می شود و باید از واحد اضافی ایجاد جرقه فرکانس بالا(شبیه آنچه درفوق گفته شد)استفاده شود.
بعنوان مثال یک خازن بایک ترانسفورماتور کم قدرت شارژ شده و سپس دربین شکاف به صورت جرقه خالی می شود.انرژی دربین فاصله جرقه منتقل شده وحوزه الکتریکی خازن وحوزه مغناطیسی یک سیم پیچ القایی ، جریان نوسانی بافرکانس بالا MHS 3-4 درمدارایجادمی کند . این جریان بافرکانس بالادربین فاصله قوسی که حدودنیم اینچ است عبورکرده وسبب یونیزه شدن گازآرگون وایجادمسیرجریان الکتریکی ونتیجتاًایجادقدس
می شود.
درجریان متناوب نفوذوعملیات تمیزکاری سطح به خوبی انجام
می شود . همچنین حوضچهجوش تولیدی درروش GTAW باجریان متناوب پهن تروکم عمق ترازحوضچهجوش تولیدی باجریانDCEN است ودرعین حال باریکترازحوضچه تشکیل شده درروش G TAW باجریان DCEP است وحوضچهدراین روش نسبت به دوروش دیگربیشترتقویت می شود.
جریان متناوب برای جوشکاری آلومینیم ، منیزیم ، مس یریلیم پیشنهادشده است ، زیراتوانایی پاکسازی اکسیدرادارد.
موج مربعی جریان متناوب منشاءقدرت مناسبی است که به صورت موجی تنظیم شده است وهمچنین نفوذوپاکسازی قابل تنظیم می باشد در فرم موج مربعی پیکهای کوتاهتر .به منظورافزایش رنج جریان مصرف الکترود موردمصرف قرارمی گیرد.
فیلتر خازنی:
هنگامی که آلومینیوم توسط متدTIG با جریان متناوب جوشکاری می شود تاثیرات یکسو کننده ای اتفاق می افتد . این بدین معنی است که نیم سیکل های جریان متناوب دارای اختلاف هستند.
در تشکیل نیم سیکل متناوب مثبت و منفی ، شدت نیم سیکل منفی از مثبت بیشتر است . یعنی اینکه میزان اکسید زدائی در حد کافی نیست ، و همچنین ممکن است شدت جریان جوشکاری بیش از حد معمول افزایش یابد .
با استفاده از فیلتر خازنی تاثیرات یکسو کننده از بین خواهد رفت که به عنوان سویچ پله ای از آن استفاده می شود.
تورچ جوشکاری :
تورچ جوشکاری TIG نگهدارنده الکترودی است که ذوب نمی گردد و از اطراف آن گاز بی اثر برای جهت محافظت از قوس و مذاب جوش تامین
می گردد.
برای جوشکاری با کیفیت بالا از تورچ هایی که توسط آب خنک
می شوند استفاده می گردد زیرا تورچهایی که دارای سیستم خنک کننده نیستند بزرگ و هم سنگین هستند.
الکترود جوشکاری :
کاربرد یک الکترود دائمی که فلز پر کننده تولید نمی کند تفاوت اصلی بین GTAW و سایر فراآیندهای جوشکاری قوسی را موجب می شود. تنگستن که دارای بالاترین دمای ذوب در بین تمام فلزات است ، ( F 6170 ) بهترین ماده برای الکترودهای غیر مصرفی است . تنگستن علاوه بر دارا بودن نقطه ذوب بسیار بالا یک منتشر کننده قوی الکترون است که در مسیر قوس جریان می یابد و آن را یونیزه می کند و موجب حفظ یک قوس پایدار می شود.
تنگستن با خلوص تجاری ( 99/5 %W ) و تنگستن آلیاژ شده با توریم یا زیر کونیم مواد الکترود بکار رفته در تمام کاربردهای GTAW است . الکترودهای تنگستن خالص حدود 25 الی 35% ارزان تر از انواع آلیاژ شده با توریم است .
الکترودهای تنگستن خالص ( EWP ) ارزان ترین نوع الکترود هستند و در کاربردهای کم حساسیت با جریان متناوب استفاده می شوند. الکترودهای تنگستن خالص دارای ظرفیت حمل جریان کم و مقاومت به آلودگی پایین می باشند . این الکترودها با رنگ ( علامت ) سبز مشخص می شوند.
الکترودها با 1 الی 2% توریم (EWTh 1 , EWTh 2 ) از الکترودهای تنگستن خالص بهتر هستند. آنها انتشار بهتر الکترون ، ظرفیت بالای حمل جریان ، عمر بیشتر و مقاومت به آلودگی بالاتر را موجب می شوند . با استفاده از این الکترودهای شروع قوس اسانتر و پایداری آن بیشتر است . وقتی الکترودهای نواری ( EWT h 3) برای جوشکاری جریان متناوب استفاده می شوند، خصوصیات ظرفیت آغاز الکترودهای توریم دار با خصوصیات پایداری مطلوب الکترودهای ( EWP) با خلوص 5/99% با یکدیگرترکیب می شوند. الکترودهای تنگستن توریم دار ( 1%) توسط یک علامت، ( نشانه ) قرمز تعیین می شوند و الکترودهای تنگستن – توریم دار توسط یک علامت آبی معین می شوند . الکترودهای تنگستن دارای مقداری زیرکونیم هستن (EWZR) عموماً دارای خواص مشابه الکترودهای تنکستن – تریم هستند . الکترودهای زیر کونیم دار وقتی برای جوشکاری با جریان متناوب به کار می روند ، پایداری الکترودهای تنگستن خالص را با ظرفیت و توانایی آغاز الکترودهای تنگستن توریم دار ترکیب می نمایند. این نوع الکترود های توسط یک علامت قهوه ای رنگ مشخص می شوند.
1- الکترودهای تنگستن – توریم :
این الکترودها حاوی تا 2/2% توریم هستند بر خلاف الکترودهای تنگستن خالص ، الکترودهای تنگستن – توریم در سطوح جریان معمولی ذوب نمی شود. مثلاً ، یک الکترود تنگستن – توریم به قطر 8/1 اینچ که در فاصله نوک سوزنی سنگ زده می شود یک قوس DCEN را برای مدت 12 دقیقه حفظ می نماید ، که در این مدت علائم چرخ سنباده از سطح بخش سنگ خورده فقط در اولین اینچ ناپدید شده بود.
از بین رفتن الکترودهای تنگستن توریم دار بر اثر جریان اضافی ، به جای آنکه توسط ذوب و تولید قطرات ریز مشخص گردد توسط افت ناگهانی یک طول زیاد مشخص می گردد.
همچنین اگر از فرکانس بالا برای شروع قوس استفاده کنیم ، قوس تحت مقادیر پایین تر جریان آغاز می شود. و نیز ممکن است طول قوس بلندتر با پایداری کامل آغاز شود که این حالت در جوشکاری مواد گران قیمت که تا حد زیادی پرداخت و صیقل کاری شده اند از اهمیت خاصی برخوردار است .
آغاز جوشکاری با الکترود تنگستن – توریم بدون پا شش جوش به اطراف است ، بهترین وضعیت برای آغاز جوشکاری آسان ، عبارت اند از ولتاژ مدار باز بالا ، الکترودهای تنگستن – توریم دار و پوشش گاز محافظ آرگون ، در این میان نوع فلز( قطعه کار ) نیز داری تاثیر قابل ملاحظه ای است . فولاد زنگ نزن یکی از آلیاژهای مناسب از این لحاظ می باشد در حالیکه آلومینیوم به ولتاژ مدار باز بالا برای آغاز موفقیت آمیز نیاز دارد .
میزان برتری الکترودهای تنگستن -توریم دار نسبت به تنگستن خالص در ظرفیت حمل جریان ، هنگام جوشکاری با جریان متناوب ممکن است از 5 تا 50% تغییر کند و به طور واضح بستگی به مقدار مولفه جریان مستقیم و مقدار یکسو سازی در قوس دارد. ظرفیت حمل جریان الکترودهای تنگستن – توریم دار با پوشش محافظ هلیم بسیار بیشتر از هنگامی است که از آرگون خالص استفاده می شود.
در مقایسه با الکترودهای تنگستن خالص ، الکترودهای تنگستن – توریم دار پایداری قوس بیشتری را فراهم می نمایند. چگالی جریان بالاتر که بتواند توسط الکترودهای تنگستن – توریم تحمل گردد و توانایی این الکترودها را برای حفظ یک نقطه بدون ذوب را فراهم سازد مربوط به یک جریان قوس ثابت و پایدار می باشد .
مصرف الکترودهای توریم در جوشکاری دستی بمراتب کمتر از مصرف آن در جوشکاری مکانیزه است و در جوشکاری دستی بیشتر از الکترودهای تنگستن خالص استفاده می شود.
در صورتیکه به جای الکترود تنگستن خالص از الکترودهای تنگستن – توریم استفاده شود، در یک سطح جریان و طول قوس مورد نظر نفوذ کمتر می باشد زیرا ولتاژ قوس کمتر از 3 الی 5 ولت خواهد بود. اگر چه ظرفیت حمل جریان به اندازه ای هست که بتواند این کاهش ولتاژ را جبران کند . استفاده از الکترودهای تنگستن توریم دار بویژه برای جوشکاری لوله یا اتصالات با شیارهای عمیق بسیار مفید است .
همچنین هنگامی که یک الکترود تنگستن توریم دار داخل یک حوضچه مذاب از فلز جوش فولاد زنگ نزن غوطه ور می شود، معمولاً فلز جوش و الکترود هیچ کدام آلوده نخواهند شد بویژه اگر جوشکاری در وضعیت هموار و تخت انجام گیرد.
در وضعیت های بالا سری ، افقی و عمودی یک بخش از فلز مذاب در حوضچه اغلب به الکترود خواهد چسبید و یک پروفیل خارجی تغییر شکل یافته ایجاد می شود. در اینصورت ، معمولاً مقطع آلوده شده را قطع می کنند. زیرا یقین نمودن اینکه آیا تمام ماده چسبنده با سنگ زدن پاک شده یا خیر قبل از حوشکای امری مشکل است .
الکترودهای تنگستن زیرکونیم دار :
این الکترودها حاوی 15/0 الی 40/0 درصد زیر کونیم هستند . برای جوشکاری با حداقل آلودگی مناسب هستند . آنها انتهای کروی خود را در طی جوشکاری حفظ می کنند و به آلودگی مقاوم هستند و با جریان متناوب خوب عمل می نمایند. الکترودهای تنگستن زیر کونیم دار متداول می باشند ولی کمتر از الکترودهای تنگستن توریم دار بکار می روندو قابلیت عملکرد آنها با هم قابل مقایسه هستند.
اندازه الکترودها :
بطور کلی اندازه الکترود باید طوری انتخاب گردد که الکترود در ظرفیت حمل جریان نزدیک به حداکثر کار کند . در چنین سطح جریانی ، گرمای قوس متمرکزتر است . این امر حداکثر نفوذ قوس پایدار. سرعت جوشکاری حداکثر و حداقل عرض و تحدب حوضچه جوش را تضمین می نماید.
جریان لازم و سرعت مطلوب برای کاربرد خاص از جمله پارامترهای موثر بر انتخاب اندازه الکترود است . بنابراین نظر کاربران نسبت به الکترود مطلوب برای کاربریهای مختلف تفاوت می کند. اکثر آنها عقیده دارند. کوچکترین الکترود ، الکترودی است که بدون آنکه فلز از نوک آن به شکل قطرات مذاب یا ذرات جامد برای واحد جریان از بین برود ، بتواند قوس را حفظ نماید.
پروفیل انتهایی یا شکل نوک الکترود:
شرایط کاربردی اعم از سطح جریان ( شدت جریان ) ، طراحی یا موقعیت مکان جوشکاری ، نوع الیاژ و خواص مکانیکی جوش از جمله مواردی هستند که یقین کننده پروفیل انتهایی یا شکل نوک الکترود به شمار می روند. الکترودهای تنگستن ممکن است دارای پروفیل انتهایی نوک دار شده یا مخروطی شکل با زاویه مخروطی و یا پروفیل انتهایی نیم کره کامل باشند، هرچند در بعضی از کاربردهای خاص نوک الکترود می تواند دارای شکلهای دیگری نیز باشد.
یک پروفیل انتهایی نوک دار شده یا مخروطی شکل با زاویه مخروطی برای جوشکاری در محل های محدود از قبیل اتصالات باریک در لوله های زنگ نزن ایده ال است و چگالی جریان در سطح بالایی حفظ می شود.
یک الکترود دارای شکل نیم کره داری بالاترین چگالی جریان است زیرا بخش انتهایی کمتری از الکترود در تماس با قوس است . الکترودهای تنگستن زیر کونیم دار و تنگستن توریم دار مقطع نهایی آماده خودشان را در یک دامنه حرارت وسیع حفظ می کنند، اما الکترودهای تنگستن خالص شکل انتهایی خودشان را در یک دامنه حرارت وسیع حفظ می کنند، اما الکترودهای تنگستن خالص شکل انتهایی خودشان را مطابق با چگالی جریانی که تحت آن کار می کنند ، تغییر می دهند.
زاویه مخروطی ( Taper angle ) زاویه ای است که در انتهای الکترود تراشیده می شود . این زاویه مخروطی معمولاً از 30 الی 120 فرق می کند در جریانهای آمپر پایین نوک الکترود به شکل مخروطی تراش داده می شود با اضافه شدن آمپر ، زاویه بیشتر شده و یا به شکل مخروط ناقص استفاده می شود.در جریان متناوب بیشتر از نوک الکترود مخروطی ناقص استفاده می شود.
تاثیر زاویه نوک الکترود:
در روش جوشکاری تیک با جریان یکنواخت و الکترود منفی زاویه مخروط نوک الکترود دارای تاثیر چشمگیر بر روی خصوصیات 1-جریان به ولتاژ قوس 2-خصوصیات نفوذ و پهنای حوضچه جوش 3-توزیع دما در امتداد و طول الکترود می باشد . برای الکترودهای تنگستن توریم دار 2% سنگ خورده خارج از مرکز ، هنگامی که زاویه مخروط نوک الکترود از 30 به 120 افزایش یابد ، پهنای گرده جوش تشکیل شده بر روی سطح صاف تا حدود 2 برابر کاهش می یابد. همچنین در همین افزایش زاویه مخروط ، عمق نفوذ به میزان 45% افزایش می یابد در حالیکه سطح مقطع جوش بدون تغییر باقی مانده است .
ظرفیت حمل جریان :
قطبیت ، نگهدارنده الکترود، طراحی شکل ، مهارت و توانایی جوشکار همگی دارای تاثیر بر روی حداکثر جریانی دارند که یک الکترود تحمل خواهد کرد. پرداخت ( صیقل ) سطح قطعه کارنیز داری تاثیر است .
تشعشع از یک سطح قطعه کار شبه آینه باعث کاهش توانایی حمل جریان الکترود می شود که این امر به دلیل انعکاس حرارت است ، در حالیکه یک سطح تیره اجازه خواهد داد تا جریان افزایش یابد.
وقتی فلز قطعه کار پیش گرم شده باشد اگر چه جریان کمتری برای دست یافتن به عمق نفوذ مورد نظر لازم خواهد بود ولیکن تشعشع حرارت از قطعه باعث کاهش ظرفیت محل جریان می شود.
همچنین این نکته را بایستی در نظر داشت که کاهش شدت جریان به مقدار زیاد نیز موجب ناپایداری قوس می شود بنابراین عوامل ذکر شده و نیز عوامل دیگری همچون سیستم سرد کنندگی مشعل ، قطر الکترود و شرایط کار می تواند تعیین کننده شدت جریان باشند.
گازهای محافظ جوشکاری :
گازهای محافظ که عبارتند از آرگون – هیلم – دی اکسید کربن و مخلوط های حاوی ئیدروژن – اکسیژن و دی اکسید کربن در هنگام جوشکاری فلزات بسته به خصوصیات فیزیکی گاز به ویژه چگالی ویسکوزیته و نیز پتانسیل یونیزاسیون اولیه آنها هرکدام نقش ویژه را بعهده داشته و بعضاً مخلوطی از دو یا سه گاز شرایط بهینه ای را برای بهبود فرآیند جوشکاری فراهم می کنند.
مهمترین نقش گازهای محافظ در جوشکاری عبارتند از تاثیر در نحوه انتقال فلز ( دو روش جوشکاری MIG) – ثبات و پایداری قوس – اتلاف عناصر آلیاژی و یا جذب عناصری مثل کربن ، نیتروژن ، هیدروژن در جوش – تاثیر در شکل هندسی جوش – بهبود فرآوری – تاثیر در خوردگی و خواص مکانیکی جوش – حفاظت در برابر آلودگیهای هوا و ایجاد آلودگی در محیط کار می باشد . در میان روشهای جوشکاری قوس الکتریکی گازهای محافظ به عنوان یکی از اصول اولیه روشهای جوشکاری TIG , MIG مطرح شده و تاثیر قابل ملاحظه ای بر خواص جوش خواهند داشت . از اینرو تحقیقات گسترده ای در رابطه با شرایط بهینه گازهای محافظ صورت گرفته است.
به منظور انتخاب بهینه گاز محافظ لازم است نقش گازهای محافظ در جوشکاری فلزات و نیز وگیهای کاربردی هر کدام مورد بررسی و ارزیابی قرار گیرد.
ثبات و پایداری قوس :
قوس با جاری شدن جریان الکتریکی در یک گاز یونیزه شده تثبیت می گردد. بنابراین سهولت یونیزاسیون گاز بر قدرت شروع و حفظ قوس تاثیر خواهد داشت ، راحتی یونیزاسیون به کمک پتانسیل گاز مشخص گشته اند.
گاز آرگون بصورت اخص دارای پتانسیل یونیزاسیون اندک بوده و دارای کاربرد عمومی در فرآیند جوشکاری تیگ می باشد . هلیم نیز یک گاز غیر اکسیدی شبیه آرگون است که در بعضی اوقات و در جوشکاری فولادهای زنگ نزن -آلیاژهای آلومینیم – مس – نیکل به عنوان گاز محافظ به تنهایی یا در مخلوط با آرگون مصرف می شود.
در روش جوشکاری تیگ و شرایط قوس پاششی اگر درصد هلیم در گاز محافظ زیاد باشد بعلت بزرگ شدن قطرات پایداری قوس کمتر می شود ، در حالیکه برای جوشکاری مدار کوتاه مقدار هلیم بیشتری می توان مصرف نمود . نیز تحقیقات نشان داده است که بویژه در جوشکاری آلومینیم به روش تیگ با استفاده از 03/0 درصد گاز NO در مخلوط با آرگون و هلیم می توان تثبیت قوس و کاهش پاشش رابدست آورد . این مخلوط معمولاً حاوی آرگون بعلاوه 0/03 درصد NO یا 70 درصد آرگون ، 30 درصد هلیم و NO 0/03 می باشد . گازهای محافظ اکسیژن و دی اکسید کربن نیز می توانند در پایداری قوس موثر باشند.
استفاده از آرگون با 1 تا 2 درصد اکسیژن یا آرگون با 2 تا 4 درصد اکسید کربن و یا مخلوط این سه در پایداری قوس ، بهبود شرایط ذوب و شکل هندسی برش در روش سیگ برای فولادهای زنگ نزن مناسب است . این ترکیب گاز نباید در روش تیگ و برش پلاسما استفاده شوند.
استفاده از دی اکسید کربن خالص عمدتاًبرای جوشکاری فولادهای ساده کربنی کربن یا کم آلیاژ استفاده می شود و آرگون با 20 درصد دی اکسید کربن در روش FCAW فولاد دمای زنگ نزن کاربرد دارد.
تاثیر در فرآوری :
بعضی اوقات سرعت جوشکاری در هنگام استفاده از هلیم در گاز محافظ می تواند افزایش یابد هلیم نسبت به آرگون هدایت حرارتی بیشتری دارد. لذا در یک طول قوس و شدت جریان برابر ، ولتاژ نیز بیشتر است . در یک سرعت جوشکاری مشخص حرارت ورودی هنگام استفاده از هلیم بیشتر از آرگون است و یا بعبارتی از انرژی بیشتری همراه با افزایش سرعت جوشکاری استفاده می شود. در روش تیگ استفاده از درصد زیاد هلیم در گاز محافظ امکان بدست آوردن فلز جوش ذوب به همراه سرعت زیاد را فراهم می آورد. مخصوصاً در الیاژهای پایه نیکل .
برای افزایش سرعت جوشکاری می توان مخلوطی از گازهای بی اثر با گاز هیدروژن را در نظر گرفت ولیکن به دلیل اینکه هیدروژن ولتاژ باز مدار را زیاد می کند و همچنین احتمال جذب در مذاب و ایجاد تردی هیدروژنی و یا خلل و خرج را دارد ، کمتر بکار می رود ولیکن افزودن هیدروژن به گاز محافظ تنها برای فولادهای زنگ نزن ، آستینی و نیز آلیاژهای مس و نیکل بالا کاربرد دارد.
میزان نفوذ و شکل ظاهری گرده جوش :
افزودن هلیم باعث افزایش حرارت ورودی می شود لذا در صورتیکه سرعت جوشکاری تغییر نکند هنگام استفاده از هلیم به دلیل وجود انرژی بیشتر قوس عریض تر و زاویه خیس شوندگی کمتر ظاهر گرده جوش بهتر می شود ، میزان نفوذ نیز بالا می رود استفاده از هیدروژن حدود 2-1 درصد باعث بهبود خیس شوندگی گرده جوش و نیز عمق و باریک شدن پروفیل جوش می شود. در جوشکاری آلومینیوم استفاده از مخلوط آرگون و هلیم تا 80% درصد باعث بهبود در ذوب و شکل گرده جوش می شود. افزودن مقداری ( 03/0 درصد ) گاز NO ( اکسید نیتروژن ) به مخلوط آرگون و هلیم باعث افزایش نفوذ تا تقریباً دو برابر می گردد. همچنین باعث یکنواختی و براقی سطح جوش ، پاشش اندک و کاهش بریدگی کناره جوش می شود.
در یک تحقیق بعمل آمده بر روی جوشکاری آلومینیوم در روش تیگ تاثیر آرگون خالص یا ،
% 0/03 No + 0/30 He + % 70Ar + %30 He + %70 Ar درصد از نظر میزان نفوذ و کیفیت هملی جوش در به طور کامل مقایسه شده اند.
هنگامی که در روش میگ بجای اکسیژن از دی اکسید کربن به همراه آرگون استفاده می شود ولتاژ باید کمی بالاتر برد و این امر به همراه اثر بهتر در کشش سطحی هنگام استفاده از دی اکسید کربن در گاز محافظ مخصوصاً در حالت مدار کوتاه باعث می شود سطح جوش مسطح تر باشد . اکسیژن و دی اکسید کربن در مقایسه با آرگون خالص باعث تغییر هدایت حرارتی
می شود و این در شکل هندسی جوش و میزان نفوذ تاثیر گذاراست .
تاثیر در خواص مکانیکی جوش :
یکی از گازهای موثر در خوردگی حفره ای استفاده از نیتروژن در گاز محافظ می باشد نقش نیتروژن در فولاد زنگ نزن اوستنیتی مشابه کربن بوده و باعث افزایش خواص مکانیکی می شود اما مشکلاتی ناشی از رسوب کاربید وجود ندارد.گازهای محافظ بر پایه آرگون محتوی نیتروژن مقدار معینی نیتروژن در جوش فراهم می کند ، بیشترین مصرف گاز محافظ با این ویژگی شامل 2 تا 5 درصد نیتروژن می باشد ، از طرفی رسیدن به مقدار نیتروژن مورد نظر در جوش آسان نیست چون مقدار نیتروژنی که داخل حوضچه مذاب جوش می شود به انرژی قوس و حرارت ورودی بستگی دارد .
اگر نیتروژن بصورت محلول در حوضچه مذاب وارد شود مولکولهای آن به اتم آزاد نیتروژن تجزیه می شود و این عمل به مقدار زیادی به انرژی قوس بستگی دارد. در GTAW ولتاژ قوس ، دمای قوس و مقدار تجزیه نیتروژن با تغییرات فاصله قوس تغییر می کند یعنی مقدار نیتروژن در یک جوش به روش GTAW می تواند بواسطه تغییرات کوچک در طول قوس در امتداد خط جوش تغییر کند. عوامل موثر دیگر در جذب نیتروژن جریان و سرعت جوشکاری می باشد .
چون عوامل زیادی در جذب نیتروژن تاثیر می گذارد لذا استفاده از مخلوط آرگون و نیتروژن فقط برای جوشکاری مکانیزه و در جاهائی که کنترل فرآیند آسانتر است توصیه می شود. گاز نیتروژن در فلزات غیر آهنی بیشتر برای جوشکاری مس مورد استفاده قرار گرفته و در فلز نیکل باعث تخلل و تردی می شود.
حفاظت در برابر هوا:
تاثیر گاز محافظ بعنوان سپری حفاظتی در مقابل ورود هوا به واکنش پذیری شیمیایی و خصوصیات فیزیکی آن مربوط می باشد. در جوشکاری تیگ لازم است که الکترود و تنگستن را از اکسیداسیون حفاظت نمود به این دلیل از گازهای بی اثر آرگون یا هلیم استفاده می گردد.
حفاظت فلز جوش در برابر واکنشهای نامطلوب گاز -فلز که باعث ایجاد تخلخل ، حبس سرباری ، اکسیداسیون سطحی ا تردی می شود ضرورت دارد. توانایی گاز در پیشگیری از ورود هوا به خصوصیات فیزیکی گاز بویژه چگالی ، ویسکوز و عدد رینولوز آن بستگی دارد. در بعضی کاربردها ریشه کار در جوش باید محافظت شود، گازهای آرگون / هیدروژن و نیتروژن /هیدروژن و هلیم معمولاً برای حفاطت ریشه به کار می روند. کیفیت استاندارد معمولاً برای حفظ مقدار اکسیژن در حد پایین کافی است .
افزودن هیدروژن به آرگون گازی احیایی فراهم می کند که تشکیل اکسید را متوقف می کندو در عین حال به ریشه جوش شکل یکنواخت تر و مسطح تری می دهد. همچنین از نیتروژن با ده درصد هیدروژن بعنوان گاز ریشه استفاده می شود.
هلیم چگالی کمتری نسبت به هوا دارد می تواند هوای محبوس را خارج نماید و لذا شکل اکسایش را کاهش می دهد. آرگون یا هلیم برای حفاظت ریشه در فولادهای زنگ نزن نیز ارستنیتی توصیه می شود.
تاثیر در آلودگی در محیط کار :
در حین جوشکاری آلوده کننده هایی از قبیل گازهای مضر ازن – منواکسید کربن ، رطوبت و ذرات گرده و غباری که ممکن است ناشی از تبخیر عناصر آلیاژی باشند ایجاد می گردد که اهمیت انتخاب گاز محافظ و مراقبت در اجرای فرآیند جوشکاری را ضروری می سازد.
ازن گاز بی رنگ و سمی است که در کلیه روشهای جوشکاری یا قوس الکتریکی تشکیل می شود،ازن روی بافتهای مخاطی و مجاری تنفسی اثر می گذارد و باعث خارش یا سوزش گلو ، سرفه و خس خس سینه می گردد. گاز محافظ محتوی 275% درصد اکسید نیتروژن ( No ) باعث کاهش درصد و اثرات مضر آن می گردد همچنین هیدروژن نیز اثر نامطلوب ازن را کاهش
می دهد. گاز منواکسید کربن در اثر تجزیه دی اکسید کربن در قوس ایجاد
می شود که گازی بی بو ، بی رنگ ، خطرناک است ، معمولاً مشکلی با حضور (CO) وجود ندارد. ولی از بالا رفتن غلظت اکسید کربن هنگام جوشکاری در مکان های محبوس ، محدود و از حضور دی اکسید کربن باید جلوگیری کرد.
منابع هیدروژن از قبیل رطوبت هوا، رطوبت بدام افتاده در لایه اکسید فلز و همچنین روغن ، گریس موجود روی سطح فلز عامل ایجاد تخلخل در جوش می باشند. حوشکاری با گاز محافظ با هلیم زیاد یکی از راههایی است که تحت شرایط خاصی باعث به حداقل رساندن تخلخل می شود حرارت اضافی ناشی از هلیم باعث آرام سرد شدن ماده مذاب و در نتیجه گاز زدائی حوضچه مذاب می شود.
برای بدست آوردن اطلاعات دقیق تر و جامع تر جمع بندی کاملی از کاربرد مشخصات جوشکاری گاز محافظ برای انواع فولادها و آلومینیوم ، مس و نیکل ارائه شده است . همچنین میزان سازگاری گاز محافظ با مواد مورد بررسی قرار گرفته است . علاوه بر انتخاب بهینه گاز محافظ ، شدت جریان گاز ( فلو جریان ) در بدست آوردن فلز جوش با کیفیت خوب ضروری است .
جریان گاز :
فقط گاز محافظ کافی می تواند هوا را از محل جوش دور کند. زیرا جریان گاز اضافی افزایش هزینه ، ناپایداری قوس و قطع جریان را موجب می شود. حداقل جریان گاز مورد نیاز برای حفظ پوشش موثر و کافی حداقل از ناحیه جوشکاری تحت تاثیر متغیرهای زیر است :
*نوع گاز محافظ * اندازه حوضچه برش * طول قوس
* فاصله سوراخ نازل گاز از سطح قطعه * مقدار جریان جوش
* سرعت جوشکاری *طراحی اتصال
* حضور جریان های هوای سرگردان و موانع * وضعیت قطعه کار
* اندازه و شکل نازل * شیب مشعل
* فلز یا آلیاژ جوشکاری شونده
این فهرست از متغیرها به ترتیب اهمیت نسبی برای اکثر مشاغل تنظیم می شوند، اگر چه کاربردهای خاصی ممکن است رابطه این عوامل را تغییر دهد.
مفتول کمکی جوش :
یکی از ابتدائی ترین مسائل که در انتخاب مفتول کمکی بایستی مدنظر باشد ، انتخاب بهینه و شایسته ان برای استفاده نهایی در مجموعه جوشکاری است . خیلی از آلیاژها و ترکیبات آلیاژی می توانند به وسیله یکی از تعداد بیشمار آلیاژ های مفتول کمکی اتصال داده شوند ولیکن تنها یک سیم جوش ( مفتول کمکی ) قادر خواهد بود که در موارد خاص بهینه عمل کند.
از جمله پارامترهایی را که می توان به منظور انتخاب بهینه مفتول کمکی مدنظر قرار داد عبارتند از :
* سهولت جوشکاری یا حساسبت از ترک
* استحکام کششی و برشی جوش
* داکتیلیته جوش
* مقاومت به خوردگی
* سرویس دمایی ( رنج دمایی ) که جوش در آن رنج کار می کند.
* عواملی همچون ضریب هدایت الکتریکی و حرارتی ، شکل جوش
( ظاهر جوش ) و شرایط کاربردی
هر چند در روش تیگ کمتر از مفتول کمکی استفاده می شود ولیکن بسته به نوع فلز جوشکاری شونده و شرایط فوق و نیز طراحی اتصال امکان استفاده از مفتول کمکی وجود دارد. از اینرو مفتول کمکی مورد استفاده آلومینیم و آلیاژهایش در فصول بعدی مورد بررسی قرار خواهند گرفت .
طراحی اتصالات در روش جوشکاری تیگ :
انواع اصلی اتصالات در GTAW بکار می روند. تغییر این اتصالات می تواند بر حسب نیاز صورت گیرد ( اتصالات T سر به سر ، گوشه ای ، رویهم ، زاویه ای و لبه ای و غیره ). انتخاب طرح مناسب برای یک کاربرد خاص بستگی به این موارد دارد :
خواص مکانیکی مطلوب ، هزینه تهیه نمودن اتصالات و جوشکاری ، نوع فلز جوشکاری شونده ، اندازه و ترکیب بندی مجموعه جوشکاری شونده .
آماده سازی لبه و اتصالات برای حصول جوش های سالم ضروری است زیرا نصب صحیح اتصالات بویژه برای شیار مربعی و سایر اتصالات بدون فلز پر کننده ضروری می باشد .
اتصالات سربه سر (Butt) :
یک اتصال سربه سر شیار مربعی ساده ترین نوع اتصالی است که
می توان تهیه کرد و توسط فلز پرکننده (مفتول کمکی )و یا بدون آن جوشکاری نمود که بستگی به ترکیب و ضخامت قطعات جوشکاری شونده دارد.
یک اتصال سربه سر با شیار V شکل ، در جایی که نفوذ کامل برروی قطعه کار با ضخامت بیش از الی اینچ مورد نیاز باشد ، استفاده می شود.
حداکثر ضخامت اتصالات سربه سر از نوع شیار مربعی که بتواند از یک طرف نفوذ نماید بستگی به ترکیب فلز جوشکاری شونده دارد. مثلاً ، حداکثر صخامت عملی برای فولاد زنگ نزن نقریباًاینچ است در حالیکه برای آلیاژهای آلومینیوم این حد حدود اینچ است . برای یک جوش شیاری V شکل ، زاویه ای که استفاده می شود باید تقریباً 60 باشد . همچنین سطح ریشه الی اینچ بلندی خواهد یافت که بستگی به ترکیب و ضخامت قطعات جوشکاری شونده را دارد اتصال سر به سر با شیار V شکل مضاعف
( دوبلV ) معمولاً برای ضخامت های بیش از اینچ بکار می رود. ، هنگامی که طرح جوشکاری اجازه دسترسی به پشت اتصال را بدهد . گاهی اوقات برای اتصال قطعات ضخیم نوع خاصی از اتصالات سر به سر به کار می رود که ممکن است به چند مرحله ( چند پاس ) جوشکاری نیاز داشته باشد
( اغلب توسط سایر فرآیندها علاوه بر روش تیگ ) .
اتصالات رویهم ( Lap ) :
مزیت مهم اتصالات رویهم ، عدم نیاز به آماده سازی لبه اتصال
( مطابق اتصال سربه سر ) می باشد ، تنها نکته لازم برای انجام یک جوشکاری رویهم مناسب این است که صفحاتی که در امتداد اتصال جوش قرار دارند. در تماس کافی با یکدیگر باشند. ( صفحاتی که در امتداد اتصال جوش قرار دارند ، در تماس کافی با یکدیگر باشند ) . این ضرورت برای فلز پایه نازک به سختی تامین می گردد، مگر اینکه چفت و بست ها دارای طرح مناسب باشند تا اتصال کافی فراهم آید .
اتصالات رویهم به سختی ترمیم و صیقل کاری یا تمیز کاری
می شوند و آنها دارای عیوب ریشه ای هستند.
اتصالات گوشه ای :
برای ساختن سازه های جعبه مانند به کار می روند. اینکه فلز قطعه کار از نوع فولاد زنگ نزن باشد ، اگر فلز ضخیم تر از اینچ نباشد ، گوشه ها می توانند سربه سر شوند و یک جوش مطلوب بدون فلز پر کننده بدست آید. اگر فلز ضخیم تر از انیچ باشد یکی از اعضای گوشه باید شکل داده شوند.
اتصالات لبه ای :
در این نوع اتصال ، معمولاً به افزودن فلز پر کننده نیازی نیست خصوصیت مشترک برای تمام این سه نوع اتصال ، این است که ضخامت دو جزء اتصال باستی تقریباً در اتصال یکسان باشد .
برای اتصال دادن لبه های نازک ، برای اینکه لبه ها به صورت یکنواختی با یکدیگر ترکیب شوند به نوع خاصی از پشت بندسازی ( bacikng ) به منظور کاهش تدریجی حرارت نیاز است .
اتصال T شکل :
در این نوع اتصال به منظور تهیه کردن پاسهای لازم مطابق انداره لایه جوش نیاز به افزودن مفتول کمکی ( فلز پر کننده ) می باشد . مقدار پاسهایی که می بایستی روی هر دو طرف اتصال ساخته شود به ضخامت فلز کار و اندازه جوش درخواستی وابسته است .
** مهندسین جوشکاری با در نظر گرفتن پارامترهای اصلی روش جوشکاری تیگ ، مانند آنچه سعی شد در این فصل به آنها پرداخته شود و همچنین نوع فلز جوشکاری و حساسیت دمایی که آن فلز نسبت به این نوع جوشکاری و جوشهای مشابه دارد. در انتخاب نوع اتصال دقت لازم را بعمل می آوردند.
علاوه بر این ، متغیرها یا پارامترهای اصلی از قبیل نوع گاز محافظ ، جریان گاز محافظ ، نوع الکترود تنگستن ، جریان جوشکاری ، ضخامت فلز پایه ، مفتول کمکی ( در صورت نیاز ) ، سرعت جوشکاری ، طراحی اتصال ، همگی به صورت جدول بندی شده مشخص برای فلز یا آلیاژ جوشکاری شونده توسط مهندسین جوشکاری طراحی و تدوین می شود . نمونه ای از این جداول که در مورد جوشکاری آلومینیوم طراحی شده اند در فصول بعدی ارائه می شود.
این فصل به منظور آشنایی با پارامترهای اصلی روش جوشکاری تیگ تهیه و تدوین گردید تا با استفاده از آن بتوان بهترین ها را برای داشتن بهترین جوش برگزید ، هرچند علاوه بر موضوعات ذکر شده ، مسائلی نیز وجود دارند که بیشتر بایستی دیده و لمس شوند تا اینکه گفته شوند.
فهرست مطالب
مقدمه : 1
ضخامت فلزپایه: 3
مزایاومحدودیت ها: 4
مزایا 4
محدودیت ها: 5
اصول جوشکاری باقوس الکتریکی 5
فیزیک قوس 5
1-روش تشکیل قوس: 5
2-انواع قوس الکتریکی: 7
3-موقعیت(زاویه)الکترودومفتول کمکی نسبت به فلزپایه ، 8
4-خصوصیات ولت-آمپر: 9
5- مشخصه فیزیکی قوس دراجرا : 10
جریان جوشکاری: 10
1-جریان یکنواخت باالکترودمنفی: 11
2-جریان یکنواخت باالکترودمثبت: 12
دفع اکسیدبوسیله جریان یکنواخت والکترودمثبت 13
3-جریان متناوب: 13
فیلتر خازنی: 15
الکترود جوشکاری : 16
الکترودهای تنگستن زیرکونیم دار : 19
اندازه الکترودها : 19
پروفیل انتهایی یا شکل نوک الکترود: 20
تاثیر زاویه نوک الکترود: 21
ظرفیت حمل جریان : 21
گازهای محافظ جوشکاری : 22
ثبات و پایداری قوس : 23
تاثیر در فرآوری : 24
میزان نفوذ و شکل ظاهری گرده جوش : 25
تاثیر در خواص مکانیکی جوش : 26
حفاظت در برابر هوا: 27
تاثیر در آلودگی در محیط کار : 27
جریان گاز : 29
مفتول کمکی جوش : 29
طراحی اتصالات در روش جوشکاری تیگ : 30
اتصالات سربه سر (Butt) : 31
اتصالات رویهم ( Lap ) : 32
اتصالات گوشه ای : 32
اتصال T شکل : 33
1
36