ستاره غیر فعالستاره غیر فعالستاره غیر فعالستاره غیر فعالستاره غیر فعال
 

یکی از مهمترین پارامترهای مورد استفاده در فرآیند جوشکاری گازهای محافظ می‌باشد. مهمترین کاربرد گاز محافظ عبارت است است از:

محافظت از حوضچه جوش در برابر گازهای اتمسفر مخصوصاً نیتروژن و اکسیژن  هوا

کمک به ایجاد قوس پایدار

 انتقال فلز  به صورت یکنواخت

 لازم به  ذکر است که تقریبا تمام فلزات تمایل زیادی به ترتیب شدن با اکسیژن و نیتروژن دارند. از واکنش بین گازهای موجود در هوا محصولات و واکنشی مختلفی در فلز جوش ایجاد خواهد شد که اکثر این محصولات باعث بروز نواقصی در جوش می شوند

 در استفاده از گازها حتما موارد ایمنی را دقیق رعایت فرمایید. گزارشهایی از خفگی و بروز آسیب های تنفسی در پرسنل مربوطه اعلام شده.

ذوب ناقص ای یکی از نواقصی است که به دلیل نفوذ اکسیژن در حوضچه جوش ایجاد می شود از دیگر نواقص پدید آمده به دلیل عدم کارایی صحیح گاز محافظ می توان به بروز تخلخل در جوش اشاره کرد که باعث کاهش قابل توجه در استحکام اتصال می‌گردد  دو مورد اشاره شده در بالا از جمله مواردی است که توسط بازرسی چشمی و غیر مخرب قابل رویت می باشد. ولیکن برخی از نواقص ایجاد شده در بازرسی های معمول چشمی و غیر مخرب قابل رویت نمی باشد مانند ایجاد اکسید ها و و نیتریت ها در حوضچه جوش که باعث کاهش خواص مکانیکی از جمله کاهش خواص تست ضربه می گردد

گازهای محافظ مورد استفاده در فرآیندهای جوشکاری در موارد زیر بسیار تاثیر گذار می باشند

میزان نفوذ و شماتیک مقطع درز جوش

چگونگی انتقال فلز به حوضچه  مذاب

ویژگی‌های قوس

استحکام جوش

سرعت جوشکاری و بازدهی فرآیند و هزینه جوشکاری

کاهش میزان برخی  عیوب مانند UC و LOF

توانایی حوضچه مذاب در پاک کنندگی آلاینده هایی مانند اکسید ها

با توجه  به موارد اشاره شده در بالا اطلاع کافی از خواص و ویژگی های گازهای محافظ و آشنایی با کاربردهای ترکیب های مختلف بسیار مهم می باشد این موضوع در برخی از شرایط سرویس مانند شرایط دما پایین و دما بالا و همچنین حین  جوشکاری متریال آلیاژی از اهمیت بیشتری برخوردار می باشد

استفاده از ترکیب مناسب گاز محافظ سبب کاهش هزینه های کلی جوشکاری و بهبود کیفیت محصول نهایی می گردد. لازم به ذکر است که برخی از خواص مورد نیاز جهت برخی از شرایط سرویس تنها توسط انتخاب ترکیب مناسب گاز محافظ به دست می آید.

از دیگر مواردی که لازم است به آن اشاره شود این است که گازهای محافظ بر خواص زیر تاثیر گذار می باشد.

کاهش اندازی ناحیه HAZ در جوشکاری هایی که برخی خواص مانند سختی، خواص خوردگی و نتایج تست ضربه دارای اهمیت می باشد.

کاهش میزان SPATTER  ناشی از جوشکاری و کاهش هزینه های تمیزکاری. این ویژگی در نواحی عدم دسترسی و یا دسترسی دشوار جهت تمیزکاری پس از جوشکاری بسیار مهم می باشد.

با ترکیبهای گازهای مختلف می توان در ولتاژ و آمپراژ های مختلف به خواص مورد نظر دست یافت. تنظیم میزان ولتاژ و آمپراژ در جوشکاری مقاطعی که تنظیم اندازه دانه و یا کنترل ساختار توسط کنترل حرارت ورودی دارا اهمیت اجرایی می باشد مزیت مهمی حساب می شود.

خواص بنیادی گازهای محافظ

خواص بنیادی گازهای محافظ جوشکاری

انرژی یونیزاسیون پتانسیل یونیزاسیون

به انرژی یونیزاسیون جدول بالا توجه کنید. بیشترین مقدار مربوط به کدام گاز است؟

میزان انرژی لازم برای جدا کردن یک الکترون از یک اتم گازی و تبدیل آنرا به یون بار مثبت را پتانسیل یونیزاسیون گویند.

این پتانسیل در کدام پارامترها می تواند تاثیر گذار باشد؟

شروع قوس و پایداری قوس: هرچه پتانسیل یونیزاسیون کمتر باشد برقراری و پایداری قوس راحت تر و بهتر می باشد.

پس علت آنکه جوشکاری با آرگون در ولتاژهای پایین تری انجام می شود مربوط به همین پتانسیل یونیزاسیون می باشد.

HEAT INPUT: افزایش ولتاژ رو در فرمول انرژی ورودی قرار دهید. نتیجه افزایش حرارت ورودی می باشد.

حالا الباقی خواص مورد نیاز اتصال خود را با افزایش حرارت ورودی مجدد مرور کنید.

هدایت حرارتی

ضریب هدایت حرارتی گازهای مختلف بشکل بدیهی متفاوت خواهد بود. با افزایش ضریب انتقال حرارت:

  • انتقال گرما بین قوس پلاسما و فلز مذاب حوضچه جوش بیشتر خواهد بود. افزایش ضریب انتقال حرارت باعث افزایش دمای حوضچه می گردد.
  • افت و تغییر شعاعی گرما از مرکز قوس به اطراف قوس کاهش خواهد یافت.
  • با تغییر دمای حوضچه مذاب و تغییرات دمایی نواحی مختلف آن قطعا برخی خواص اتصال متفاوت خواهد بود.

ضریب هدایت حرارتی بالا گرما را از مرکز به سمت بیرون بیشتر انتقال می دهد پس حوضچه مذاب جوشکاری عریضتر می گردد.

لذا با تغییر نوع گاز شکل گرده جوش کاملا متفاوت خواهد بود.

لازم بذکر است که جهت تصمیم نهایی در خصوص انتخاب خواص گاز محافظ می بایست مجموع موارد و ویژگی ها لحاظ گردد. بطور مثال از نوضیحات بالا شاید برداشت شود که شماتیک مقطع برش جوش هلیم نسبت به آرگون به دلیل عریضتر بودن دارای نفوذ کمتری است درحالیکه اینگونه نیست و ویژگی های دیگری مانند پتانسیل یونیزاسیون باعث افزایش میزان نفوذ هلیم نسبت به آرگون می شود.

تاثیر میزان هلیم بر میزان نفوذ جوش در گاز آرگون

(a) Ar; (b) Ar+20% He

(c) Ar+40% He; (d) Ar+60% He; (e) Ar+80% He; (f) He

تجزیه و ترکیب مجدد

به زبانی ساده، ترکیب مجدد اتمهای گازهای چند اتمی در سطح کار باعث افزایش دما و حرارت ورودی جوشکاری می شود. بنابراین این ویژگی باعث می شود که از نظر حرارت ورودی به کار گازهای چند اتمی حواصی مشابه با گازهای تک انمی با هدایت حرارتی و انرژی یونیزاسیون بالا داشته باشند.

در دمای قوس یکسان –  ولتاژ و آمپر یکسان و حالت انتقال مذاب مشابه – دمای حوضچه مذاب در گازهای چند اتمی بسیار بیشتر خواهد بود.

یکی از علتهای اضافه کردن CO2 به آرگون خالص استفاده از خواص گاز چند اتمی CO2 می باشد.

ضریب انتقال حرارتی گازهای محافظ جوشکاری

میزان پتانسیل اکسیداسیون گاز

از دیگر ویژگی هایی که باید مورد توجه قرار بگیرد میزان بروز اکسیداسیون در حوضچه مذاب حین استفاده از گازهای اکسید کننده مانند CO2  و یا O2 در ترکیب گاز محافظ است. البته این ویژگی در متریالهای آلیاژی مانند STAINLESS STEEL ها دارد اهمیت می باشد.

بطور مثال استفاده از اکسیژن بیشتر از 2درصد در جوشکاری STAINLESS STEEL ها مجاز نمی باشد.

sellection of shielding gas

گازهایی مانند اکسیژن و دیاکسیدکربن با عناصر آلیاژی داخل حوضچه مذاب واکنش داده و تاثیر منفی بر خواص اتصال می گذارد.

کشش سطحی

کشش سطحی مذاب و اتمسفر اطراف آن بر شکل گرده جوش تاثیر گذار است. بنابراین با تغییر اتمسفر اطراف حوضچه مذاب شکل گرده تغییر خواهد یافت این موضوع بر انظباط مهره چینی و زاویه پاشنه جوش بسیار تاثیرگذار است.

انرژی سطحی آرگون خالص بسیار بالا می باشد که باعث تحدب گرده و شکل ظاهری ضعیف جوش حاصل از آن می شود و افزودن مقداری گاز فعال به آن شرایط را بهبود خواهد داد.

درجه خلوص گاز

مقادیر ناچیز ناخالصی به شدت بر خواص جوشکاری تاثیرگذار خواهد بود. این موضوع در هنگام جوشکاری فلزات و آلیاژهای فعال مانند تیتانیم، زیرکونیم از اهمیت ویژه ای برخوردار است. ساختار این نوع از مواد در برابر گازهای مختلف حین جوشکاری بسیار حساس است.

وجود ناخالصی مانند بخار آب، اکسیژن، هیدروژن و دیگر ناخالصی های کنترل نشده باعث افت شدید خواص جوشکاری و مقاومت اتصال در برابر خوردگی می شود. بروز عیوبی مانند حفره های گازی و لایه های اکسید بین پاسی در اتصالات بسیار خطرناک می باشد.

لازم بذکر است که ناخالصی ممکن است از آلودگی سطح فلز نیز وارد حوضچه شود لذا اجرای تمیزکاری سطحی حتی در مورد کربن استیلها قبل از شروع جوشکاری بسیار مهم می باشد و از مواردیست که عدم انجام آن ریسک بالایی را به همراه خواهد داشت مخصوصا که بسیاری از عیوب مربوط به آلودگی ها تنها توسط آزمایشهای خاص مخرب قابل رهگیری می باشد و بازرس از تشخیص بروز عیوب در محل ساخت عاجز خواهد بود.

هیدروژن می تواند از آلودگی سطحی، رطوبت گاز و وجود چربی در سطح کار وارد حوضچه مذاب شود.

عوامل زیر می تواند باعث ورود ناخالصی و عدم حفاظت کامل از حوضچه مذاب شود.

  • جریان کم گاز محافظ
  • جریان زیاد گاز محافظ
  • وزش باد
  • زاویه نامناسب توچ و مکش هوا به حوضچه جوش
  • خراب بودن نازل و تلاطم گاز خروجی

احتمال آلودگی گاز دریافتی زیاد نمی باشد و ریسک آنرا با اجرای رندوم تستهای لازم بر روی گازدریافتی از سازنده گاز می توان به حد مطلوبی کاهش داد ولیکن احتمال بروز آلودگی حین جوشکاری وجود دارد.

بطور مثال

  • عدم شستشوی محصولات دریافتی و عدم چربی زدایی آنها بعد از فرمینگ.
  • نشتی و خرابی در شلنگها و اتصالات و ترچ های آب خنک.
  • کندانس رطوبت در شلنگ در فصول سرد سال.

برای کنترل درجه خلوص گازها مناسب ترین روش استفاده از ابزار اندازه گیری در خروجی کپسول های گاز است.

برخی از آلیاژها و فلزات در حضور ناخالصی های خاص تغییر رنگ معناداری بعد از جوشکاری خواهند داشت. بطور مثال به استاندارد AWS D18.2 مراجعه شود.

تاثیر میزان اکسیژن بر HEAT TINT

جهت کنترل میزان ناخالصی موجود درگاز دریافتی کارخانه هم استاندارد های معتبری وجود دارد مانند AWS A5.32  .

الزامات خلوص گازهای محافظ جوشکاری

چگالی گاز

از دیگر موارد تاثیرگذار در انتخاب گاز محافظ چگالی گاز است. گازهای چگالتر در اکثر موارد در جریان های پایین تر محافظت لازم را ایجاد می کنند که این موضوع در مواردی که اغتشاش حوضچه پارامتر کنترلی باشد بسیار مهم خواهد بود.