فرآیند جوشکاری TIG

۱۴۰۱/۰۲/۱۲ 14:07

جوشکاری تیگ (TIG) یا تنگستن که به جوشکاری GTAW هم مشهور است روشی است که با استفاده الکترود غیر مصرفی تنگستن قوس الکتریکی ایجاد کرده و فرآیند جوشکاری را انجام می دهد. گاز محافظ در این روش جوشکاری معمولا گاز خنثی آرگون می باشد.

در ISO 6848 و AWS A.5.12 الکترود های غیر مصرفی تنگستن را به صورت زیر دسته بندی و کد گزاری شده اند :

الکترود تنگستن خالص، با کد WP یا EWP که به دلیل هزینه پایین در کاربرد های عمومی جوشکاری TIG، مورد استفاده قرار می گیرد. اما با وجود قیمت پایین تر، به دلیل مقاومت حرارتی پایین این الکترود، استفاده آن تنها در جوشکاری با جریان متناوب (AC) محدود می شود به عنوان مثال جوشکاری منیزیم و آلومینیوم.
الکترود های آلیاژ اکسید توریم یا توریا (Thorium oxide or Thoria) به دلیل عملکرد خوب در ایجاد قوس الکتریکی و شروع مجدد مناسب در جوشکاری، بیشترین کاربرد را در این روش دارند. گرچه ذکر این نکته ضروری است که به دلیل ماهیت رادیواکتیو توریم، استفاده از آن خطراتی برای سلامتی انسان ها دارد.
الکترود های اکسید سریم یا سریا، به عنوان یک الکترود آلیاژی ضمن فراهم نمودن پایداری قوس مناسب و سهولت شروع مجدد به عنوان مزیت استفاده از این نوع الکترود ها می تواند منجر به افزایش احتمال ایجاد سوختگی (یکی از عیوب جوشکاری) در جوش گردد. بنابراین گرچه این الکترود به خوبی و موثری الکترود توریم نیست ولی نکته مهم در رادیو اکتیو نبودن آن است.
الکترود های لانتانیوم یا لانتانا، که مشخصاتی مشابه سریم داشته و مانند آن رادیواکتیو نمی باشد.
الکترود های حاوی زیرکونیوم یا زیرکونیا، که با توجه به مشخصات آن ضمن افزایش ظرفیت جریان الکترود، پایداری قوس بهترو شروع مجدد مناسب تر و عمر الکترود بالاتر را به همراه دارد.

در جدول زیر، دسته بندی های مختلف الکترود تنگستن بر مبنای استاندارد ها و کد های بین المللی نمایش داده می شود:

ISO Class	ISO Color	AWS Class	AWS Color	Alloy
WP	Green	EWP	Green	None
WC20	Gray	EWCe-2	Orange	~2% CeO2
WL10	Black	EWLa-1	Black	~1% La2O3
WL15	Gold	EWLa-1.5	Gold	~1.5% La2O3
WL20	Sky-blue	EWLa-2	Blue	~2% La2O3
WT10	Yellow	EWTh-1	Yellow	~1% ThO2
WT20	Red	EWTh-2	Red	~2% ThO2
WT30	Violet			~3% ThO2
WT40	Orange			~4% ThO2
WY20	Blue			~2% Y2O3
WZ3	Brown	EWZr-1	Brown	~0.3% ZrO2
WZ8	White			~0.8% ZrO2

در این نوع جوشکاری، گاز محافظ از مسیر تعبیه شده در نگهدارنده الکترود از منطقه جوشکاری، فلز مذاب و خود تنگستن، محافظت می کند. تصویر زیر این موضوع را به خوبی نمایش می دهد:

استفاده از آرگون، هلیم و در برخی موارد خاص درصدهای حجمی پایین هیدروژن به عنوان گاز محافظ معمول است. با این وجود ترکیب های زیر بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند:

100 درصد آرگون (خنک ترین گاز محافظ و معمول ترین ترکیب مورد استفاده در جوشکاری می باشد.)
75 درصد آرگون، 25 درصد هلیوم
75 درصد هلیوم، 25 درصد آرگون ( دمای بالاتر گاز و درصد بالاتر هلیوم سختی شروع مجدد قوس را زیاد تر می کند.)
100 درصد هلیوم ( شروع مجدد قوس بسیار سخت است و گاز بسیار داغ خواهد بود.)

آرگون و هلیوم	هلیوم	آرگون	خاصیت
متناسب با ترکیب انتخابی	افزایش سرعت حرکت	کاهش سرعت حرکت	سرعت حرکت
متناسب با ترکیب انتخابی (هلیوم بیشتر افزایش نفوذ را در پی خواهد داشت)	افزایش نفوذ	کاهش نفوذ	نفوذ
متناسب با ترکیب انتخابی (آرگون بیشتر پاکسازی بهتر را در پی خواهد داشت)	پاکسازی کمتر	پاکسازی خوب	پاکسازی
متناسب با ترکیب انتخابی (آرگون بیشتر شروع قوس ساده تر را در پی خواهد داشت)	شروع قوس سخت تر	شروع قوس ساده تر	شروع قوس
متناسب با ترکیب انتخابی (آرگون بیشتر پایداری قوس بهتر را در پی خواهد داشت)	پایداری پایین تر در جریان کمتر	پایداری مناسب	پایداری قوس
ولتاژ قوس متوسط	ولتاژ قوس بالاتر	ولتاژ قوس پایین تر	ولتاژ قوس
جریان بیشتر از انتخاب آرگون به تنهایی	جریان بیشتر	جریان کمتر	جریان گاز محافظ
متناسب با ترکیب انتخابی و بیشتر از آرگون به تنهایی	هزینه بیشتر	هزینه کمتر و فراوانی بیشتر	هزینه

در جوشکاری تنگستن، استفاده از فلز پرکننده در صورت نیاز، امکان پذیر است. دسته بندی و نحوه استفاده و دیگر موارد مشابه روشهای دیگر جوشکاری قوس الکتریکی است.

مزایا و معایب جوشکاری تنگستن (TIG)

مزایا:

این روش برای تمام فلزات حتی فلزات با نقطه ذوب بالا هم کارایی مناسبی دارد و از سوی دیگر در جوشکاری آلومینیوم، فولاد مقاوم در برابر خوردگی و آلیاژهای بر پایه نیکل بیشترین کاربرد را دارد. با توجه به خاصیت این روش در لحیم کاری و جوشکاری فلزات و آلیاژ های با دمای ذوب پایین (مانند آلیاژهای قلع و روی) چندان مورد استفاده قرار نمی گیرد. در جوشکاری آلومینیوم و منیزیم به دلیل وجود لایه اکسید این فلزات بر روی سطح آنها و همچنین در جوشکاری فلزات فعال ماننند تیتانیوم و زیرکونیوم نیز این روش کاربرد دارد.
در این روش جوشکاری به دلیل کنترل جداگانه بر روی قوس الکتریکی و فلز پرکننده، امکان کنترل دقیق تر فرآیند جوشکاری نسبت به دیگر روش ها، وجود دارد.
خروجی جوشکاری با این روش ظاهر بهتری خواهد داشت.
برای اتصال فلزات بسیار نازک به دلیل کنترل بالا بر روی جریان (امپر) و گرمای ورودی جوشکاری نیز بسیار مناسب می باشد.
خواص سازه ای مناسب در این روش جوشکاری مانند استحکام بالا، به راحتی ایجاد می گردد.
به دلیل مقادیر پایین تر آلودگی، این روش پاک تر از روش های دیگر جوشکاری قوس الکتریکی می باشد.
دید بهتر محل جوشکاری به دلیل دود کمتر ناشی از آن.
به دلیل ماهیت این جوشکاری، در پایان فرآیند کمترین نیاز به اقدامات نظیر پاکسازی سطح، ماشین کاری و ... را خواهد داشت.
قابلیت جوشکاری در تمام حالات آن.
به دلیل تمرکز بیشتر حرارت، نسبت به دیگر روش های جوشکاری قوس الکتریکی میزان تغییر شکل بعد از جوشکاری، کاهش می یابد.
مانند روش جوشکاری اکسی استیلن، منیع گرمایی و فلز پرکننده به صورت مجزا می تواند کنترل گردند.
در صورت نیاز، می توان بدون استفاده از فلز پرکننده جوشکاری نمود.

معایب:

اشعه UV بالاتر نسبت به دیگر روش های جوشکاری
سرعت جوشکاری پایین تر نسبت به روش های الکترود مصرفی
نیازمند مهارت بالا در جوشکاری
در حالت کلی، این روش گرانتر از دیگر روشهاست.
تجهیزات این روش به راحتی قابل انتقال نیستند، بنابراین بیشتر مناسب کارگاه های جوشکاری است.
امکان انتقال تنگستن ذوب شده الکترود به مذاب و ایجاد عیب ناخالصی تنگستن در جوش.
در صورت استفاده از تکنیک نامناسب در جوشکاری، الکترود تنگستن می تواند در معرض هوا قرار گیرد ( ذوب شدن الکترود تنگستن) منجر به عیب ناخالصی تنگستن در جوش گردد.

مشکلات معمول در جوشکاری

با توجه به مشکلاتی که در جوشکاری فلزات با نقطه ذوب پایین ممکن است رخ دهد، موارد زیر در زمان جوشکاری باید مورد توجه قرار گیرد:

آلومینیوم: استفاده از منبع تغذیه AC و فرکانس بالاتر آن. نوک الکترود تنگستن از مذاب دور نگه داشته شود تا موجب عیب در آن نگردد. سطح فلز را به خوبی تمیز کرده و تا آنجایی که ممکن اکسید آلومینیوم حذف گردد. از دمای بالاتر در جوشکاری استفاده گردد تا سرعت آن افزایش یابد.
منیزیم: مانند آنچه در بالا ( آلومینیوم ) عنوان شده، عمل گردد.
آلیاژ های مس: استفاده از منبع تغذیه DC با قطبیت DCEN
فولاد مقاوم در برابر خوردگی: استفاده از فلز پرکننده با مقدار بالای کروم توصیه می شود. استفاده از لنز گاز محافظ برای کنترل بهتر محیط محافظت شده توسط آن.
فولاد نرم: استفاده از فلز پرکننده با پوشش دی اکسید کننده. استفاده از الکترود تورین 2 درصد. تمیز کردن سطح فلز قبل از آغاز جوشکاری.

همچنین در صورت ایجاد ترک در جوشکاری، پیش گرم کردن فلز پایه تا حدود 400 درجه فارنهایت می تواند به رفع این مشکل کمک نماید.