رشته الکتروتکنیک
درمیان انواع فرآیند های اتصال فلزات، فناوری جوشکاری و روش های مختلف آن به دلیل قابلیتهای خاص و تنوع در عملکرد، جایگاه خاصی را به خود اختصاص داده‌است.بطوریکه از نظر کیفی قابل قیاس با سایر روشهای اتصال نیست.در استانداردهای مطرح و مرتبط این رشته، از فناوری جوشکاری به عنوان فرایند خاص (Special Process) یاد شده‌است.فرایند خاص به فرایندی اطلاق می‌شود که کیفیت و نتیجه آن وابستگی بسیاری به مهارت اپراتور آن داشته و جهت اجرای آن به دستورالعمل‌های تایید شده نیاز باشد.جوشکاری TIG یا همان جوشکاری قوس تنگستن تحت پوشش گاز محافظ که در کشور عزیزمان ایران بیشتر با نام اختصاری و متداول جوش آرگون شناخته می‌شود(دلیل نامگذاری به این نام بیشتر به خاطر استفاده از گاز آرگون در فرایند جوشکاری میباشد)، یکی از مهمترین روشهای جوشکاری در صنایع مختلف کوچک و بزرگ پتروشیمی، نظامی، دریایی، هوایی، نیروگاههای برق و ...می باشد. از فرایند جوشکاری TIG می‌توان برای جوشکاری فلزات سخت و غیر سخت، آهنی و غیر آهنی در تمام ضخامتها استفاده کرد.با استفاده از این نوع جوشکاری می‌توان جوشکاری صفحات نازک و ظریف (به عنوان مثال:آلومینیومی) تا لوله‌های تحت فشار را انجام داد. در این روش قوس و حوضچه مذاب کاملا آشکار و قابل مشاهده میباشد. در دهه ۱۹۲۰ کوشش شد تا قوس و حوضچه مذاب را در مقابل اتمسفر محافظت کنند تا جوشکاری کاملا ایده آل انجام گیرد.ظهور الکترودهای روپوش دار در آن دهه مسئله محافظت را منتفی کرد.اما بدلیل بوجود آمدن برخی مشکلات در دهه ۱۹۳۰، جوشکاری با گاز خنثی و الکترود تنگستن (TIG)ابداع شد که شروع روش جوشکاری با محافظت گاز بود.این روش با وجود اینکه بسیارکند پیشرفت کرد ولی در دهه ۱۹۴۰ توسعه پیدا نمود.
(TIG or Tungsten Inert Gas) اصول جوشکاری قوس تنگستن تحت پوشش گاز محافظ'
در این فرایند عمل جوشکاری توسط حرارت ناشی از قوس الکتریکی ما بین یک الکترود مصرف نشدنی از جنس تنگستن (یا آلیاژ آن) و قطعه کار صورت می‌پذیرد. الکترود، قوس الکتریکی و منطقه حوضچه مذاب توسط یک گاز محافظ (آرگون، هلیم، مخلوط هر دو گاز و یا مخلوط هر یک از دو گاز با گاز هیدروژن) در برابر اتمسفر محافظت می‌شود. استفاده از گازهای آرگون و هلیم به علت خاصیت خنثی بودن این گازها میباشد.گازهای خنثی با عناصر دیگر قابلیت واکنش ندارند پس به منظور حذف گازهای فعال مانند اکسیژن و نیتروژن از اطراف قوس و حوضچه مذاب، اکسیدها و نیتریدهای فلزی (Porosity)ایده آل می‌باشند بدین ترتیب می‌توان از شکل گرفتن تخلخلهای گازی جلوگیری نمود. تخلخلهای گازی، اکسیدها و نیتریدهای فلزی، عیوبی هستند که باعث کاهش خواص مکانیکی جوش از جمله مقامت به ضربه و استحکام کششی می‌شوند.
تجهیزات مورد نیاز در جوشکاری TIG
منبع قدرت (Power Source):
در فرایند جوشکاری TIG می‌توان از هر دو نوع مولد جریان برق : مستقیم (DC) و متناوب (AC) بهره جست. منابع قدرت عمدتا ترانسفورماتور – رکتیفایر و یا ژنراتور هستند .
سیلندر گاز محافظ : کپسول فلزی حاوی گاز محافظ است . فشار گاز داخل کپسول در هنگام پر بودن حدود ۱۵۰ تا ۲۰۰ bar میباشد.
رگولاتور ها(فلومتر و مانومتر):
برای کاستن از فشار خروجی گاز از کپسول و تنظیم شدت خروجی گاز محافظ از تورچ مورد استفاده قرار می‌گیرد.معمولا میزان دب گاز مصرفی بستگی به نوع طرح اتصال ، زاوی تورچ ، نوع نازل وشمارهسرامیکی(nozzele) بوده وبین محدوده 3 الی 8 لیتر بر دقیقه می باشد.
شیلنگ و بستهای گاز:
برای هدایت گاز محافظ از سیلندر به تورچ مورد استفاده قرار می‌گیرد.
تورچ جوشکاری :
تورچ جوشکاری در واقع جریان برق را که از رکتیفایر بوسیله کابل می‌آید را به الکترود تنگستن و گاز محافظ را به محدوده قوس و حوضچه مذاب هدایت میکند.تورچها عموما بوسیله آب و یا بوسیله هوا خنک می‌شوند. تورچهایی که کاربرد آنها در شدت جریانهای کم (زیر ۲۰۰ آمپر) و کوتاه مدت است، بوسیله هوا و جریان گاز محافظ خنک می‌شوند.ولی تورچهایی که درجریانهای بالا و بلند مدت مورد استفاده قرار می‌گیرد، سیستم خنک کننده آنها گردش آب میباشد زیرا به علت گرمای بسیار زیاد که در جوشکاری با آمپراژ بالا پدید می‌آید، گاز محافظ به تنهایی قادر به خنک کردن تورچ نیست .
کابلهای اتصال
الکترود تنگستن :: الکترودهای تنگستن که در فرایندTIG به کار میروند، در گروه الکترودهای
ذوب نشدنی قرار دارند و طبق استاندارد AWS A۵٫۱۲، ترکیب شیمیایی آنها به صورت زیر است :
EWP: الکترود تنگستن خالص
EWTH : الکترود تنگستن – توریم (حاوی ۱ تا ۲ درصد اکسید توریم یا توریا )
EWZR : الکترود تنگستن – زیر کونیم (حاوی ۰٫۱۵ تا ۰٫۴ درصد اکسید زیرکونیوم یا زیرکونیا)
EWLA-۱: الکترود تنگستن – لانتانیوم (حاوی ۱ درصد اکسید لانتیوم یا لانتیا)
EWCE-۲: الکترود تنگستن – سریم (حاوی ۲ درصد اکسید سریم یا سریا)
الکترودهای تنگستن معمولاً در قطرهای ۰٫۲۵ تا ۶٫۳۵ میلیمتر و طول ۷۶ تا ۶۱۰ میلیمتر ساخته می‌شوند.الکترودهای تنگستن خالص نسبت به سایر الکترودها ارزانتر بوده، ظرفیت حمل الکتریسیته کمتری می‌دارند، عمر آنها کوتاهتر بوده و فقط قابل استفاده با جریان ACباشند.از این الکترودها در مواردی که حساسیت کار کمتر است استفاده می‌شود.اگر از الکترود تنگستن خالص در شدت جریانهای بالااستفاده شود امکان تحلیل رفتن تدریجی آن وجود دارد . الکترودهای تنگستن توریم دار، ظرفیت حمل الکتریسیته بالاتری دارند و عمر آنها طولانی میباشد . شروع قوس با این الکترودها راحتتر بوده و ثبات قوس بیشتری ایجاد می‌کنند ( چون خروج الکترونهاراحتتر صورت می‌گیرد ). از این الکترودها غالبا در جریان DC استفاده می‌شود. الکترودهای زیر کونیوم دار بهترین نوع الکترود برای جوشکاری آلومینیوم و منیزیم هستند.این الکترودها تقریبا مزایای هر دو الکترود قبلی را دارا هستند . زمانی که از این الکترودها در جریان AC استفاده می‌شود، پایداری قوس الکترودهای EWP در جریان AC، به همراه ظرفیت حمل جریان و شروع قوس خوب در الکترودهای EWTH مشترکا فراهم می‌آید . الکترودهای تنگستن با رنگهای یک سر آنها طبق طبقه بندی زیر شناخته می‌شوند :
سبز : تنگستن خالص .........................AWS Classification: EWP
نارنجی : تنگستن با ۲ درصد سریم...........AWS Classification: EWCE-۲
سیاه : تنگستن با ۱ درصد لانتانیوم .......AWS Classification: EWLA-۱
زرد : تنگستن با ۱ درصد توریم ............AWS Classification: EWTH-۱
قرمز : تنگستن با ۲ درصد توریم ...........AWS Classification: EWTH-۲
قهوه‌ای : تنگستن با ۱ درصد زیر کونیوم...AWS Classification: EWZR-۱
خاکستری : غیر از عناصر بالا................. AWS Classification: EWG
در جوشکاری TIG انتخاب صحیح قطر الکترود، بستگی کامل به شدت جریان و نوع جریان(AC or DC) خواهد داشت.
سیم جوش (Filer Metal):اکثر فلزات و آلیاژها را می‌توان با روش TIG جوشکاری نمود بنابراین
انتخاب سیم جوش یکی از عمده‌ترین مسائل میباشد .در زیر سیم جوشهای مختلف در فرایند TIG مطابق با استاندارد AWS طبقه بندی شده‌اند. برای هر گروه در AWS به طور کافی درباره طریقه کاربرد، ترکیب شیمیایی، نوع جریان و مقدار آن، قطر سیم جوش و غیره داده شده‌است . طول سیم جوشها معمولاً ۶۱ سانتی متر یا ۹۱ سانتی متر است و برای دستگاههای نیمه اتوماتیک و اتوماتیک به صورت کلافی موجود میباشد.
طبقه بندی انواع سیم جوش مطابق استانداردAWS در فرایند TIG : سیم جوش و الکترود مس و آلیاژهای مس ............... AWS Specification Number: A۵٫۷
برای فولادهای کرمی و کرم نیکلی مقاوم به خوردگی .. AWS Spesification Number: A۵٫۹
سیم جوشهای مخصوص آلومینیوم و آلیاژ آلومینیوم......AWS Specification Number: A۵٫۱۰
سیم جوشهایی که برای عملیات سطحی به کار میروند.. AWS Specification Number: A۵٫۱۳
سیم جوشهای مخصوص نیکل و آلیاژهای نیکل.............AWS Specification Number: A۵٫۱۴
سیم جوشهای مخصوص تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم.....AWS Specification Number: A۵٫۱۶
سیم جوش برای فولادهای کربنی .................. AWS Specification Number: A۵٫۱۸
سیم جوشهای مخصوص آلیاژهای منیزیم ..................AWS Specification Number: A۵٫۱۹
سیم جوشهای مخصوص آلیاژهای زیرکونیم ...............AWS Specification Number: A۵٫۲۴
'عیوب متداول در جوشکاری TIG '
ناخالصی تنگستن (Tungestan Inclusion)
زمانی که از تکنیکهای نا مناسب جوشکاری استفاده شود احتمال حبس ذرات تنگستن در فلز جوش وجود دارد. علل اصلی بوجود آمدن این عیب عبارتند از:
تماس نوک الکترود تنگستن با حوضچه مذاب .
تماس سیم جوش با الکترود تنگستن داغ .
عبور شدت جریان بیش از اندازه از الکترود تنگستن .
آلوده شدن نوک الکترود از طریق جرقه‌های ساتع شده از حوضچه مذاب .
زیاد بودن طول موثر الکترود (فاصله نوک الکترود تا کولت) که موجب داغ شدن بیش از حد الکترود می‌شود.
ناکافی بودن دبی گاز محافظ یا وزش باد در محیط جوشکاری و در نتیجه اکسید شدن نوک الکترود .
نامر غوب بودن الکترود تنگستن .
استفاده از گاز محافظ نامناسب مانند آرگون + کربن دی‌اکسید