M.A.A.H.R
24th September 2010, 02:07 AM
جوشکاری TIG با استفاده از گاز بی اثر آرگون گفتار : همزمان با رشد سریع و فزاینده کاربرد فلزات در ساخت انواع قطعات و ساختارهای مورد نیاز در صنایع مختلف که دامنه ای گسترده از کوچکترین قطعات با ابعاد میلیمتری تا برجهای عظیم مورد استفاده در صنایع پالایشگاهی و سکوهای چند هزار تنی نفتی و کشتیهای غول پیکر نظامی و غیر نظامی و ... را در بر می گیرد ، علم و فن جوشکاری نیز به عنوان مهمترین روش اتصال قطعات فلزی دچار دگرگونی گردیده و با اصلاح روشهای قدیمی سعی در بهبود اتصالهای ایجاد شده بوسیله جوشکاری شده است.یکی از روشهای جوشکاری که در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است ، روش جوشکاری قوسی (قوس الکتریک) با الکترد تنگستن در حضور گـاز بی اثر آرگـون GTAW (Gas Tungsten Arc Welding)می باشد که به اختصار TIG (Tungsten Inert Gas)نامیده می شود.
در این مقاله که حاصل ترجمه و تدوین مطالب گرفته شده از چند سایت معتبر اینترنتی می باشد ، ابتدا جوشکاری و روش قوسی بصورت خلاصه تعریف گردیده و پس از آن مهمترین عوامل آن از جمله الکترودها،گاز آرگون و فلز تنگستن که فلز پایه ساخت الکترودهای مورد استفاده در این روش می باشد به تفکیک مورد بررسی قرار گرفته است.در هر قسمت ابتدا یک معرفی اجمالی از عامل مورد نظر صورت گرفته و پس از آن خطرات و روشهای مقابله با آن بیان گردیده است.
امید است خواننده پس از مطالعه این نوشته ضمن آشنائی با این روش جوشکاری و خطرات ناشی از آن با بکارگیری عوامل حفاظتی و تدابیر ایمنی مناسب نسبت به حذف یا کاهش عوامل زیان آور این روش جوشکاری اقدام نماید؛ اضافه می نماید در این نوشتار تنها عوامل خاص این نوع جوشکاری مورد بررسی قرار گرفته لکن خطرات و عوامل زیان آور عمـومی ناشی از عملیات جوشکاری از جمله فیوم ها،گازها و پرتوهای ماوراءبنفش ساطع شده نباید نادیده انگاشته شود و تدابیر حفاظتی در این خصوص مطابق سایر روشهای جوشکاری بایستی رعایت گردد.
تعاریف :
الف) جوشکاری : فرآیند جوشکاری پدیده فیزیکی پیچیده‌ای است که شامل حرارت،تشعشع،گاز و ... میباشد.
انجام‌پذیری عمل جوشکاری مستلزم اعمال حرارت در محل اتصال میباشد تا قطعاتی که بایستی به هم متصل گردند ذوب شده و همزمان با انجماد محدوده ذوب شده به یکدیگر پیوند خورند.
برای تولید حرارت موردنیاز وابسته به نوع کار از روشهای مختلفی استفاده می‌گردد. برخی از این روشها عبارتند از روش مقاومت الکتریکی،روش قوس الکتریکی و نیز استفاده از اکسیژن و گاز. حرارت تولید شده باید به اندازه‌ای باشد که بتواند عمل ذوب را در محل اتصال انجام داده و یا در صورت استفاده از فلز پرکننده آن را ذوب نماید.
ب) جوشکاری به روش قوس الکتریکی:در این روش حرارت موردنیاز در منطقه جوش بوسیله قوس الکتریکی ایجاد شده بین الکترود از یک طرف و قطعه کار از طرف دیگر تولید می گردد،در این روش نیز کار به دو گونه صورت می‌پذیرد:
اول : استفاده از الکترودهای ثابت که غیرمصرفی هستند و فلز پرکننده بایستی به صورت جداگانه وارد منطقه جوش گردد.
دوم : استفاده از الکترودهای مصرفی که خود تامین‌کننده فلز پرکننده در منطقه مورد جوشکاری میباشد.
سوم: جوشکاری با روش قوس الکتریکی بوسیله گاز محافظ: چون در حین فرآیند جوشکاری فلزات بصورت مذاب درمی‌‌آیند همواره احتمال ورود گازهای اتمسفر به داخل مذاب وجود دارد. همچنین اکثر فلزات تمایل به واکنش با اکسیژن دارند که این میل به اکسیدشدن با افزایش درجه حرارت بویژه در حالت مذاب به صورت چشمگیری افزایش می‌یابد. بنابراین در فرآیند جوشکاری مخصوصاً روشهای ذوبی منطقه جوش که حاوی مذاب میباشد بایستی از تماس با اتمسفر دور نگه داشته شود چون در غیر اینصورت باعث بروز مشکلاتی خواهد شد که مهمترین آنها عبارتست از :
1) اکسیداسیون در منطقه جوش که معایب زیر را به همراه خواهد داشت :
1-1) اکسیدها ضعیف،ترد و شکننده هستند و محبوس شدن ذرات اکسید در داخل فلز جوش باعث کاهش خواص مکانیکی از جمله استحکام کششی و ضربه‌ای و کاهش مقاومت به خوردگی می‌گردد.
1-2) جلوگیری از اتصال دو قطعه در صورت تشکیل لایه های اکسید که در برخی موارد رخ می‌دهد.
1-3) پوسته شدن منطقه مجاور مذاب
2) تماس ازت (نیتروژن) با مذاب که می‌تواند باعث بروز مشکلات زیر گردد.
2-1) تشکیل نیترید محبوس شده در فلز جوش که معمولاً باعث تردی و کاهش خواص مکانیکی می‌شود.
2-2) ایجاد تخلخل و مک در جوش در اثر بدام افتادن حبابهای نیتروژن در فلز جوش.
نوع خاصی از روش قوس در حضور گاز محافظ که در این مطلب به بررسی آن می‌پردازیم روش GTAW میباشد که در اصطلاح به آن TIG گفته می شود.
لازم به ذکر است نـوع دیگـری از جوشکـاری قوسـی با گـاز محــافظ بــه نــام GMAW (Gas Metal Arc Welding)وجود دارد که در اصطلاح به آن MIG(Metal Inert Gas)گفته می‌شود که در این روش گرمای موردنیاز در منطقه جوش بوسیله یک الکترود مصرفی که تأمین کننده فلز جوش می باشد،تولید می‌گردد و منطقه جوشکاری نیز بوسیله یک گاز بی اثر محافظت می‌گردد تا از ایجاد عیوب پیش گفته در آن جلوگیری شود.
روش TIG :
در این روش گرمای موردنیاز جهت تولید مذاب در منطقه جوش بوسیله الکترود مصرف نشدنی از جنس تنگستن ایجاد شده و یک گاز خنثی که معمولاً آرگـون یا هلیـوم میباشد جهت حفاظت منطقه مذاب در محل دمیده می‌شود. همچنین فلز پرکننده موردنیاز در منطقه جوش همزمان با ایجاد قوس الکتریکی بایستی به این منطقه وارد گردد تا قطعات موردنظر به یکدیگر متصل گردند.
برخی از مزایای جوشکاری TIG :
1- کیفیت جوشکاری بسیار خوب در مورد جوشکاری بیشتر فلزات و آلیاژها
2- قابلیت استفاده در قطعات با ضخامت های مختلف
3- عدم پاشش مذاب در منطقه جوش و جلوگیری از پهن‌شدگی منطقه جوش
4- قابلیت استفاده در تمام موقعیت‌هایی که جوشکاری در آنها لازم باشد
5- بی نیازی یا نیاز بسیار کم به تمیزکاری پس از اتمام عملیات جوشکاری
جوشکاری TIG با استفاده از گاز بی اثر آرگون: در بررسی این روش به بررسی تفکیکی عوامل مورد استفاده در این روش خواهیم پرداخت.
1- تنگستن (ولفرام) [W] :در سال 1779 پیتر ولف با آزمایش روی یک ماده معدنی که امروزه آن را به عنوان ولفرامیت می‌شناسیم به این باور رسید که این ماده معدنی بایستی حاوی یک ماده جدید باشد، همچنین در سال 1781 اسکیلی یک اسید جدید که با حضور تنگستن ساخته می‌شود پیدا کرد لازم به ذکر است اولین بار کلمه تنگستن در سال 1758 درخصوص یک ماده معدنی که امروزه آن را با عنوان اسکیلیت می‌شناسیم بکار برده شده است، پس از آن اسکیلی و برمن به این نکته اشاره نمودند که با تجزیه این اسید امکان بدست آوردن یک فلز جدید دور از انتظار نخواهد بود که با ادامه این روند برادران دی الویر در سال 1783 اسید ولفرامیت را کشف کردند که همانند اسید کشف شده بوسیله اسکیلی بود و در آن سال آنها موفق به استحصال یک عنصر جدید با تجزیه این اسید بوسیله زغال چوب گردیدند اضافه می‌گردد عنصر تنگستن در مواد معدنی ولفرامیت، اسکیلیت و فروبریت موجود و قابل استحصال می باشد. لازم به ذکر است مهمترین ذخایر شناسایی شده تنگستن دنیا در ایالات متحده آمریکا،کره جنوبی، بولیوی، روسیه، پرتغال و چین می باشد.
خواص تنگستن :تنگستن طبیعی دارای 5 ایزوتوپ پایدار و 21 ایزوتوپ ناپایدار میباشد که در مقیاس تجاری ب ا تجزیه اکسید تنگستن بوسیله هیدروژن یا کربن تولید می‌گردد. تنگستن خیلی خالص قابل برش بوسیله اره آهن بر و انجام هرگونه عملیات آهنگری، فشرده‌سازی، کشش و چکش‌کاری میباشد در صورتیکه تنگستن ناخالص، ترد و شکننده است و کار روی آن به سختی امکان‌پذیر است.
تنگستن در میان فلزات موجود دارای نقطه ذوب بسیار بالایی است و در دمای بالای 1650 دارای بالاترین استحکام کششی است با توجه به اینکه اکسید کننده‌های این فلز در هوا وجود دارد، این فلز بایستی به منظور جلوگیری از اکسید شدن بخصوص در دماهای بالا مورد حفاظت قرار گیرد. مقاومت به خوردگی این فلز بسیار خوب میباشد و اثر اسیدهای معدنی روی آن بسیار ناچیز میباشد.
انبساط حرارتی این فلز تقریباً همانند شیشه‌های بروسیلیکات میباشد که قابلیت کاربرد آن را با این شیشه‌ها افزایش می‌دهد.
کاربردها
تنگستن و آلیاژهای آن در همه‌جا و در حجم گسترده و برای کاربردهای متنوعی مورداستفاده قرار می‌گیرد از جمله رشته(فیلامان)های لامپ‌های الکتریکی، لامپ‌های الکترونی و همچنین لامپ تلویزیون، استفاده در فرآیندهای تبخیر فلزات، کاربرد در نقاط تماس الکتریکی و محلهای دریافت و برخورد اشعه X و المنتهای گرمائی کوره‌های الکتریکی و بطور کلی کاربردهای دمای بالا از جمله این کاربرد ها است؛ از دیگر کاربردهای مهم این فلز کاربرد گسترده آن در لامپ‌های فلورسنت و نیز کاربرد نمکهای تنگستن در صنایع شیمیایی و صنایع چرم‌سازی و برنزهای تنگستن و دیگر ترکیبات آن در صنایع رنگسازی است؛ همچنین میتوان به کاربید تنگستن اشاره نمود که کاربرد گسترده‌ای در فرآیندهای فلزکاری، معدن‌کاری و صنایع نفت دارد.
این فلز از گروه فلزات مقاوم و نسوز است که در گروه (6B) جدول تناوبی قرار دارد که دارای ظرفیتهای 2، 3، 5 و 6 می باشد؛ این فلز بدون بو، غیرقابل حل در آب و بهترین روش آشکارسازی آن نمونه‌گیری هوای موجود در محیط میباشد.
در این مقاله که حاصل ترجمه و تدوین مطالب گرفته شده از چند سایت معتبر اینترنتی می باشد ، ابتدا جوشکاری و روش قوسی بصورت خلاصه تعریف گردیده و پس از آن مهمترین عوامل آن از جمله الکترودها،گاز آرگون و فلز تنگستن که فلز پایه ساخت الکترودهای مورد استفاده در این روش می باشد به تفکیک مورد بررسی قرار گرفته است.در هر قسمت ابتدا یک معرفی اجمالی از عامل مورد نظر صورت گرفته و پس از آن خطرات و روشهای مقابله با آن بیان گردیده است.
امید است خواننده پس از مطالعه این نوشته ضمن آشنائی با این روش جوشکاری و خطرات ناشی از آن با بکارگیری عوامل حفاظتی و تدابیر ایمنی مناسب نسبت به حذف یا کاهش عوامل زیان آور این روش جوشکاری اقدام نماید؛ اضافه می نماید در این نوشتار تنها عوامل خاص این نوع جوشکاری مورد بررسی قرار گرفته لکن خطرات و عوامل زیان آور عمـومی ناشی از عملیات جوشکاری از جمله فیوم ها،گازها و پرتوهای ماوراءبنفش ساطع شده نباید نادیده انگاشته شود و تدابیر حفاظتی در این خصوص مطابق سایر روشهای جوشکاری بایستی رعایت گردد.
تعاریف :
الف) جوشکاری : فرآیند جوشکاری پدیده فیزیکی پیچیده‌ای است که شامل حرارت،تشعشع،گاز و ... میباشد.
انجام‌پذیری عمل جوشکاری مستلزم اعمال حرارت در محل اتصال میباشد تا قطعاتی که بایستی به هم متصل گردند ذوب شده و همزمان با انجماد محدوده ذوب شده به یکدیگر پیوند خورند.
برای تولید حرارت موردنیاز وابسته به نوع کار از روشهای مختلفی استفاده می‌گردد. برخی از این روشها عبارتند از روش مقاومت الکتریکی،روش قوس الکتریکی و نیز استفاده از اکسیژن و گاز. حرارت تولید شده باید به اندازه‌ای باشد که بتواند عمل ذوب را در محل اتصال انجام داده و یا در صورت استفاده از فلز پرکننده آن را ذوب نماید.
ب) جوشکاری به روش قوس الکتریکی:در این روش حرارت موردنیاز در منطقه جوش بوسیله قوس الکتریکی ایجاد شده بین الکترود از یک طرف و قطعه کار از طرف دیگر تولید می گردد،در این روش نیز کار به دو گونه صورت می‌پذیرد:
اول : استفاده از الکترودهای ثابت که غیرمصرفی هستند و فلز پرکننده بایستی به صورت جداگانه وارد منطقه جوش گردد.
دوم : استفاده از الکترودهای مصرفی که خود تامین‌کننده فلز پرکننده در منطقه مورد جوشکاری میباشد.
سوم: جوشکاری با روش قوس الکتریکی بوسیله گاز محافظ: چون در حین فرآیند جوشکاری فلزات بصورت مذاب درمی‌‌آیند همواره احتمال ورود گازهای اتمسفر به داخل مذاب وجود دارد. همچنین اکثر فلزات تمایل به واکنش با اکسیژن دارند که این میل به اکسیدشدن با افزایش درجه حرارت بویژه در حالت مذاب به صورت چشمگیری افزایش می‌یابد. بنابراین در فرآیند جوشکاری مخصوصاً روشهای ذوبی منطقه جوش که حاوی مذاب میباشد بایستی از تماس با اتمسفر دور نگه داشته شود چون در غیر اینصورت باعث بروز مشکلاتی خواهد شد که مهمترین آنها عبارتست از :
1) اکسیداسیون در منطقه جوش که معایب زیر را به همراه خواهد داشت :
1-1) اکسیدها ضعیف،ترد و شکننده هستند و محبوس شدن ذرات اکسید در داخل فلز جوش باعث کاهش خواص مکانیکی از جمله استحکام کششی و ضربه‌ای و کاهش مقاومت به خوردگی می‌گردد.
1-2) جلوگیری از اتصال دو قطعه در صورت تشکیل لایه های اکسید که در برخی موارد رخ می‌دهد.
1-3) پوسته شدن منطقه مجاور مذاب
2) تماس ازت (نیتروژن) با مذاب که می‌تواند باعث بروز مشکلات زیر گردد.
2-1) تشکیل نیترید محبوس شده در فلز جوش که معمولاً باعث تردی و کاهش خواص مکانیکی می‌شود.
2-2) ایجاد تخلخل و مک در جوش در اثر بدام افتادن حبابهای نیتروژن در فلز جوش.
نوع خاصی از روش قوس در حضور گاز محافظ که در این مطلب به بررسی آن می‌پردازیم روش GTAW میباشد که در اصطلاح به آن TIG گفته می شود.
لازم به ذکر است نـوع دیگـری از جوشکـاری قوسـی با گـاز محــافظ بــه نــام GMAW (Gas Metal Arc Welding)وجود دارد که در اصطلاح به آن MIG(Metal Inert Gas)گفته می‌شود که در این روش گرمای موردنیاز در منطقه جوش بوسیله یک الکترود مصرفی که تأمین کننده فلز جوش می باشد،تولید می‌گردد و منطقه جوشکاری نیز بوسیله یک گاز بی اثر محافظت می‌گردد تا از ایجاد عیوب پیش گفته در آن جلوگیری شود.
روش TIG :
در این روش گرمای موردنیاز جهت تولید مذاب در منطقه جوش بوسیله الکترود مصرف نشدنی از جنس تنگستن ایجاد شده و یک گاز خنثی که معمولاً آرگـون یا هلیـوم میباشد جهت حفاظت منطقه مذاب در محل دمیده می‌شود. همچنین فلز پرکننده موردنیاز در منطقه جوش همزمان با ایجاد قوس الکتریکی بایستی به این منطقه وارد گردد تا قطعات موردنظر به یکدیگر متصل گردند.
برخی از مزایای جوشکاری TIG :
1- کیفیت جوشکاری بسیار خوب در مورد جوشکاری بیشتر فلزات و آلیاژها
2- قابلیت استفاده در قطعات با ضخامت های مختلف
3- عدم پاشش مذاب در منطقه جوش و جلوگیری از پهن‌شدگی منطقه جوش
4- قابلیت استفاده در تمام موقعیت‌هایی که جوشکاری در آنها لازم باشد
5- بی نیازی یا نیاز بسیار کم به تمیزکاری پس از اتمام عملیات جوشکاری
جوشکاری TIG با استفاده از گاز بی اثر آرگون: در بررسی این روش به بررسی تفکیکی عوامل مورد استفاده در این روش خواهیم پرداخت.
1- تنگستن (ولفرام) [W] :در سال 1779 پیتر ولف با آزمایش روی یک ماده معدنی که امروزه آن را به عنوان ولفرامیت می‌شناسیم به این باور رسید که این ماده معدنی بایستی حاوی یک ماده جدید باشد، همچنین در سال 1781 اسکیلی یک اسید جدید که با حضور تنگستن ساخته می‌شود پیدا کرد لازم به ذکر است اولین بار کلمه تنگستن در سال 1758 درخصوص یک ماده معدنی که امروزه آن را با عنوان اسکیلیت می‌شناسیم بکار برده شده است، پس از آن اسکیلی و برمن به این نکته اشاره نمودند که با تجزیه این اسید امکان بدست آوردن یک فلز جدید دور از انتظار نخواهد بود که با ادامه این روند برادران دی الویر در سال 1783 اسید ولفرامیت را کشف کردند که همانند اسید کشف شده بوسیله اسکیلی بود و در آن سال آنها موفق به استحصال یک عنصر جدید با تجزیه این اسید بوسیله زغال چوب گردیدند اضافه می‌گردد عنصر تنگستن در مواد معدنی ولفرامیت، اسکیلیت و فروبریت موجود و قابل استحصال می باشد. لازم به ذکر است مهمترین ذخایر شناسایی شده تنگستن دنیا در ایالات متحده آمریکا،کره جنوبی، بولیوی، روسیه، پرتغال و چین می باشد.
خواص تنگستن :تنگستن طبیعی دارای 5 ایزوتوپ پایدار و 21 ایزوتوپ ناپایدار میباشد که در مقیاس تجاری ب ا تجزیه اکسید تنگستن بوسیله هیدروژن یا کربن تولید می‌گردد. تنگستن خیلی خالص قابل برش بوسیله اره آهن بر و انجام هرگونه عملیات آهنگری، فشرده‌سازی، کشش و چکش‌کاری میباشد در صورتیکه تنگستن ناخالص، ترد و شکننده است و کار روی آن به سختی امکان‌پذیر است.
تنگستن در میان فلزات موجود دارای نقطه ذوب بسیار بالایی است و در دمای بالای 1650 دارای بالاترین استحکام کششی است با توجه به اینکه اکسید کننده‌های این فلز در هوا وجود دارد، این فلز بایستی به منظور جلوگیری از اکسید شدن بخصوص در دماهای بالا مورد حفاظت قرار گیرد. مقاومت به خوردگی این فلز بسیار خوب میباشد و اثر اسیدهای معدنی روی آن بسیار ناچیز میباشد.
انبساط حرارتی این فلز تقریباً همانند شیشه‌های بروسیلیکات میباشد که قابلیت کاربرد آن را با این شیشه‌ها افزایش می‌دهد.
کاربردها
تنگستن و آلیاژهای آن در همه‌جا و در حجم گسترده و برای کاربردهای متنوعی مورداستفاده قرار می‌گیرد از جمله رشته(فیلامان)های لامپ‌های الکتریکی، لامپ‌های الکترونی و همچنین لامپ تلویزیون، استفاده در فرآیندهای تبخیر فلزات، کاربرد در نقاط تماس الکتریکی و محلهای دریافت و برخورد اشعه X و المنتهای گرمائی کوره‌های الکتریکی و بطور کلی کاربردهای دمای بالا از جمله این کاربرد ها است؛ از دیگر کاربردهای مهم این فلز کاربرد گسترده آن در لامپ‌های فلورسنت و نیز کاربرد نمکهای تنگستن در صنایع شیمیایی و صنایع چرم‌سازی و برنزهای تنگستن و دیگر ترکیبات آن در صنایع رنگسازی است؛ همچنین میتوان به کاربید تنگستن اشاره نمود که کاربرد گسترده‌ای در فرآیندهای فلزکاری، معدن‌کاری و صنایع نفت دارد.
این فلز از گروه فلزات مقاوم و نسوز است که در گروه (6B) جدول تناوبی قرار دارد که دارای ظرفیتهای 2، 3، 5 و 6 می باشد؛ این فلز بدون بو، غیرقابل حل در آب و بهترین روش آشکارسازی آن نمونه‌گیری هوای موجود در محیط میباشد.