جوش آرگون

جوشکاری یکی از مهمترین فرآیندهای صنعتی است که در ساخت و تولید قطعات فلزی مورد استفاده قرار می گیرد. در میان روش های مختلف جوشکاری، جوش آرگون یا جوش TIG به دلیل دقت و کیفیت بالایی که ارائه می دهد، از جایگاه ویژه ای برخوردار است. این روش جوشکاری به طور گسترده در صنایعی مانند هوا فضا، خودروسازی، ساخت وسایل پزشکی و صنایع غذایی استفاده می شود. جوش آرگون یا جوش TIG یکی از پیشرفته ترین و دقیق ترین روش های جوشکاری است که به دلیل کیفیت بالا و قابلیت جوشکاری فلزات مختلف، در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می گیرد. با وجود سرعت پایین و نیاز به مهارت بالا، مزایای این روش باعث شده است که جایگاه ویژه ای در صنعت داشته باشد. با پیشرفت تکنولوژی، انتظار می رود که جوش آرگون در آینده نیز به عنوان یکی از روش های اصلی جوشکاری باقی بماند.

جوش آرگون چیست؟

جوش آرگون (Tungsten Inert Gas) یا جوش TIG یک فرآیند جوشکاری قوسی است که در آن از یک الکترود تنگستن غیر مصرفی برای ایجاد قوس الکتریکی استفاده می شود. این قوس بین الکترود و قطعه کار ایجاد شده و حرارت لازم برای ذوب فلز پایه و ایجاد اتصال را فراهم می کند. در این روش، گاز بیاثر آرگون (یا گاهی هلیوم) به عنوان گاز محافظ استفاده می شود تا از اکسید شدن و آلودگی منطقه جوش جلوگیری کند.

جوش آرگون برای اولین بار در دهه 1940 و در طول جنگ جهانی دوم توسعه یافت. این روش به دلیل توانایی در جوشکاری فلزات حساس مانند آلومینیوم و منیزیم، به سرعت در صنایع نظامی و هوافضا مورد استفاده قرار گرفت. با گذشت زمان، این تکنیک بهبود یافت و امروزه به یکی از پرکاربردترین روش های جوشکاری در صنایع مختلف تبدیل شده است.

مزایای جوش آرگون

جوش آرگون به دلیل ویژگی های منحصر به فرد خود، مزایای زیادی دارد که برخی از آنها عبارتند از:

• به دلیل استفاده از گاز محافظ، جوشی تمیز و بدون ناخالصی ایجاد می کند. این روش برای جوشکاری فلزات حساس مانند آلومینیوم و تیتانیوم بسیار مناسب است.
• جوشکار کنترل کاملی بر روی حرارت و سرعت جوشکاری دارد. این موضوع باعث می شود که فرآیند جوشکاری حتی در ضخامت های بسیار کم نیز با دقت بالا انجام شود.
• برای جوشکاری طیف وسیعی از فلزات از جمله فولاد، استیل ضد زنگ، آلومینیوم، مس، تیتانیوم و منیزیم مناسب است.
• به دلیل استفاده از گاز محافظ، منطقه جوش عاری از سرباره و ناخالصی است و نیاز به تمیزکاری پس از جوشکاری کاهش می یابد.

معایب جوش آرگون

با وجود مزایای فراوان، جوش آرگون معایبی نیز دارد که عبارتند از:

• جوش آرگون نسبت به روش هایی مانند جوش MIG سرعت پایین تری دارد. این موضوع باعث می شود که برای پروژه های بزرگ، زمان بیشتری صرف شود.
• نیاز به مهارت و تجربه بالایی دارد. جوشکار باید توانایی کنترل دقیق مشعل و سیم جوش را داشته باشد.
• تجهیزات جوش آرگون نسبت به سایر روش های جوشکاری گران تر هستند. همچنین هزینه گاز محافظ نیز به هزینه های کلی اضافه می شود.

کاربردهای جوش آرگون

این روش از گاز آرگون برای محافظت از ناحیه جوش در برابر اکسیداسیون و آلودگی های محیطی استفاده می کند. جوشکاری آرگون به دلیل دقت بالا، کیفیت جوش مطلوب و امکان استفاده برای فلزات مختلف از جمله آلومینیوم، فولاد ضد زنگ و تیتانیوم، در صنایع حساس مانند هوافضا، خودروسازی و پزشکی کاربرد فراوانی دارد. جوش آرگون در صنایع مختلفی استفاده می شود که برخی از مهمترین آنها عبارتند از:

• به دلیل توانایی جوشکاری فلزات سبک و حساس مانند آلومینیوم و تیتانیوم، جوش آرگون در ساخت قطعات هواپیما و فضاپیما کاربرد گسترده ای دارد.
• جوش آرگون برای جوشکاری استیل ضد زنگ که در ساخت تجهیزات غذایی و دارویی استفاده می شود، بسیار مناسب است.
• در ساخت قطعات موتور و اگزوز خودروها، جوش آرگون به دلیل دقت و کیفیت بالا مورد استفاده قرار می گیرد.
• جوش آرگون برای ساخت قطعات تزئینی و هنری از فلزات مختلف مانند مس و برنج استفاده می شود.
• در ساخت تجهیزات آشپزخانه صنعتی استفاده از جوش آرگون بسیار مرسوم است.

کاربردهای جوش آرگون در ساخت تجهیزات آشپزخانه صنعتی

جوشکاری آرگون به دلیل دقت بالا، کیفیت عالی جوش و توانایی جوشکاری فلزات مختلف، در ساخت و تعمیر تجهیزات آشپزخانه های صنعتی کاربرد گسترده ای دارد. این روش جوشکاری به دلیل ایجاد جوش های تمیز، بدون ذرات اضافی و مقاوم در برابر خوردگی، برای تجهیزاتی که در تماس با مواد غذایی، حرارت بالا و محیط های مرطوب هستند، بسیار مناسب است. در ادامه، کاربردهای دقیق جوش آرگون در این زمینه شرح داده می شود:

• ساخت و تعمیر تجهیزات استیل ضد زنگ مانند سینک های صنعتی، میزهای کار، قفسه ها و کابینت ها
• ساخت و تعمیر تجهیزات پخت و پز مانند اجاق های صنعتی، فرهای پخت، گریل ها و صفحات پخت
• ساخت و تعمیر تجهیزات سرمایشی و نگهداری مواد غذایی مانند یخچال های صنعتی، فریزرها و سردخانه های صنعتی
• ساخت و تعمیر تجهیزات انتقال مواد غذایی مانند لوله ها، شیرآلات و اتصالات که برای انتقال مواد غذایی یا مایعات استفاده می شوند.
• ساخت و تعمیر تجهیزات شست و شو مانند ماشین های ظرفشویی صنعتی و سینک های شست و شو
• ساخت و تعمیر تجهیزات تهویه و هودهای صنعتی که در آشپزخانه های صنعتی استفاده می شوند.
• ساخت و تعمیر تجهیزات اختصاصی مانند میکسرهای صنعتی، دستگاه های برش و خردکن ها

اجزای اصلی جوش آرگون

برای درک بهتر فرآیند جوش آرگون، لازم است با اجزای اصلی آن آشنا شویم:

• الکترود تنگستن قلب فرآیند جوش آرگون است. این الکترود به دلیل نقطه ذوب بسیار بالا (۳۴۲۲ درجه سانتیگراد) و مقاومت در برابر حرارت، برای ایجاد قوس الکتریکی مناسب است. الکترودهای تنگستن در انواع مختلفی مانند تنگستن خالص، توریم دار، لانتان دار و زیرکونیم دار وجود دارند که هر کدام برای کاربردهای خاصی طراحی شده اند.
• گاز محافظ آرگون یا هلیوم به عنوان گاز بی اثر، از منطقه جوش در برابر اکسیژن و نیتروژن موجود در هوا محافظت می کند. این گاز از تشکیل اکسیدها و ناخالصی ها در منطقه جوش جلوگیری کرده و کیفیت جوش را بهبود می بخشد. در برخی موارد، از مخلوط آرگون و هلیوم برای افزایش نفوذ جوش استفاده می شود.
• مشعل جوشکاری (تورچ) وظیفه نگهداری الکترود تنگستن و هدایت گاز محافظ را بر عهده دارد. این مشعل ها در اندازه ها و طراحی های مختلفی ساخته می شوند تا برای کاربردهای گوناگون مناسب باشند.
• منبع تغذیه (پاور منبع) معمولاً از نوع جریان مستقیم (DC) یا جریان متناوب (AC) است. انتخاب نوع جریان به نوع فلز پایه بستگی دارد. به عنوان مثال، برای جوشکاری آلومینیوم از جریان متناوب (AC) استفاده می شود.
• در برخی موارد، برای پر کردن درز جوش از سیم جوش (فیلر) استفاده می شود. این سیم ها معمولاً از جنس فلز پایه هستند و به صورت دستی یا اتوماتیک به منطقه جوش اضافه می شوند.

انواع جوش آرگون

جوش آرگون به دو دسته اصلی تقسیم می شود:

جوش آرگون با جریان مستقیم

در این روش از جریان مستقیم (DC) استفاده می شود. جوشکاری با جریان مستقیم به دو حالت زیر انجام می شود:

• قطبیت مستقیم (DCEN): در این حالت، الکترود تنگستن به قطب منفی و قطعه کار به قطب مثبت متصل می شود. این روش برای جوشکاری فولاد، استیل ضد زنگ و تیتانیوم مناسب است.
• قطبیت معکوس (DCEP): در این حالت، الکترود تنگستن به قطب مثبت و قطعه کار به قطب منفی متصل می شود. این روش کمتر استفاده می شود، زیرا باعث گرم شدن بیش از حد الکترود می شود.

جوش آرگون با جریان متناوب

در این روش از جریان متناوب (AC) استفاده می شود. جوشکاری با جریان متناوب برای جوشکاری فلزات سبک مانند آلومینیوم و منیزیم ایده آل است. جریان متناوب به دلیل تغییر جهت مداوم، باعث شکسته شدن لایه اکسیدی روی سطح فلزات سبک می شود و جوشکاری را آسان تر می کند.

انواع الکترود در جوشکاری آرگون

این الکترودها معمولاً از تنگستن یا آلیاژهای آن ساخته می شوند، زیرا تنگستن نقطه ذوب بسیار بالایی دارد و می تواند در دمای بالای جوشکاری دوام بیاورد. انواع مختلف الکترودها در جوشکاری آرگون به شرح زیر هستند:

1. الکترود تنگستن خالص به رنگ سبز که حاوی 99.5% یا بیشتر تنگستن خالص است، توانایی تولید قوس الکتریکی پایدار در جریان متناوب (AC) دارد و در جوشکاری آلومینیوم و منیزیم به کار می رود. مهمترین کاربرد الکترود تنگستن خالص استفاده برای جریان های پایین و جوشکاری سبک می باشد.
2. الکترود تنگستن توریم دار به رنگ قرمز که شامل 2% اکسید توریم است، مقاومت بهتری در برابر سایش و خوردگی دارد و قوس پایدارتر و طول عمر بیشتری نسبت به تنگستن خالص دارد. الکترود تنگستن توریم دار برای جوشکاری فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ و مس و در جریان مستقیم (DC) کاربرد دارد.
3. الکترود تنگستن لانتان دار به رنگ طلایی که شامل 1.5% لانتان بوده، جایگزین مناسبی برای الکترود توریم دار با همان عملکرد ولی بدون خطر رادیو اکتیویته و دارای قوس پایدارتر و روشن تر می باشد. استفاده برای هر دو جریان AC و DC، جوشکاری فولاد، آلومینیوم و مواد غیر آهنی از مهمترین ویژگی های الکترود تنگستن لانتان دار است.
4. الکترود تنگستن زیرکونیوم دار با رنگ سفید حاوی 0.15% تا 0.40% اکسید زیرکونیوم بوده و مقاومت بالایی در برابر آلودگی قوس و خرابی نوک الکترود دارد. این الکترود دارای قوس پایدار و قوی در جریان AC می باشد. کاربرد اصلی این الکترود استفاده برای جوشکاری آلومینیوم و منیزیم می باشد.
5. الکترود تنگستن ایتریوم دار به رنگ آبی یا مشکی حاوی درصد کمی اکسید ایتریوم بوده و عملکردی مشابه الکترودهای لانتان دار با طول عمر بیشتر دارد. این الکترود برای برای جریان های بالا و جوشکاری با دقت بالا مناسب است.
6. الکترود تنگستن ترکیبی، شامل ترکیبی از عناصر نادر مانند سریم، لانتان و زیرکونیوم بوده و پایداری قوس بالا، دوام بیشتر و آلودگی کمتر از ویژگیهای آنهاست که در هر دو نوع جریان AC و DC قابل استفاده است.

انتخاب نوع الکترود بستگی به مواد جوشکاری، نوع جریان (AC یا DC) و کاربرد مورد نظر دارد. به عنوان مثال برای جوشکاری آلومینیوم از الکترود تنگستن خالص یا زیرکونیوم دار استفاده می شود و برای فولاد ضدزنگ از مدل توریم دار یا لانتان دار.

تجهیزات مورد نیاز برای جوشکاری آرگون

جوشکاری آرگون به تجهیزات خاصی نیاز دارد تا فرآیند جوشکاری به درستی انجام شود. در زیر لیستی از تجهیزات اصلی مورد نیاز برای جوشکاری آرگون آورده شده است:

1. دستگاه جوشکاری TIG منبع تغذیه جوشکاری است که جریان مستقیم (DC) یا جریان متناوب (AC) را برای جوشکاری فراهم می کند. دستگاه های TIG معمولاً دارای کنترلهای دقیق برای تنظیم جریان و پالس هستند.
2. تورچ TIG وظیفه نگهداری الکترود تنگستن و انتقال گاز محافظ به منطقه جوش را بر عهده دارد. تورچ ها در اندازه‌ها و شکلهای مختلفی وجود دارند و باید با توجه به نوع کار انتخاب شوند.
3. الکترود تنگستن که در انواع مختلفی مانند تنگستن خالص، توریم دار، لانتانیم دار و سریوم دار موجود است. انتخاب نوع الکترود به نوع فلز و جریان جوشکاری بستگی دارد.
4. گاز محافظ (آرگون یا مخلوط گازها) به عنوان گاز محافظ استفاده می شود تا از منطقه جوش در برابر اتمسفر محافظت کند و از اکسیداسیون جلوگیری کند.
5. سیلندر گاز و رگولاتور فشار گاز را کنترل می کند تا جریان گاز به صورت یکنواخت به تورچ منتقل شود.
6. سیم جوش (فیلر) که به عنوان ماده پر کننده استفاده می شود. سیم جوش باید با نوع فلز پایه سازگار باشد.
7. کلاه جوشکاری یا ماسک محافظ برای محافظت از چشم ها و صورت در برابر نور شدید و اشعه ماوراء بنفش و مادون قرمز استفاده می شود.
8. دستکش و لباس محافظ برای محافظت از دست ها و بدن در برابر گرما، جرقه ها و اشعه های مضر استفاده می شود.
9. برای تمیز کردن سطح فلز قبل از جوشکاری، از برس سیمی یا تمیزکننده های شیمیایی استفاده می شود تا آلودگی ها و اکسیدها از بین بروند.
10. پایه زمین برای اتصال به قطعه کار استفاده می شود تا مدار جوشکاری کامل شود.
11. در برخی موارد، پایه هایی برای نگه داشتن تورچ در موقعیت مناسب استفاده می شود تا جوشکار بتواند هر دو دست خود را آزاد کند.
12. برای جوشکاری های طولانی یا با جریان بالا، ممکن است به سیستم خنک کننده آب یا هوا برای خنک کردن تورچ نیاز باشد.
13. ابزارهایی مانند متر، گونیا و کولیس برای اندازه گیری و تنظیم دقیق قطعات قبل و بعد از جوشکاری استفاده می شوند.

مراحل اجرای جوشکاری آرگون

در ادامه، فرآیند جوشکاری آرگون به صورت تشریحی و کامل توضیح داده می شود.

قبل از شروع جوشکاری، قطعاتی که قرار است جوش داده شوند باید به دقت آماده شوند. سطح فلز باید کاملاً تمیز و عاری از هرگونه آلودگی مانند روغن، گرد و غبار، اکسیدها یا رنگ باشد. این کار معمولاً با استفاده از برس سیمی، سمباده یا مواد شیمیایی تمیزکننده انجام می شود. تمیز بودن سطح فلز برای ایجاد جوشی با کیفیت و بدون نقص بسیار مهم است.

همچنین، تجهیزات جوشکاری مانند دستگاه TIG، تورچ، الکترود تنگستن، گاز محافظ و سیم جوش (فیلر) باید بررسی شوند تا مطمئن شوید همه چیز به درستی کار می کند. الکترود تنگستن باید به دقت تیز شود (در صورت استفاده از جریان DC) و در تورچ محکم بسته شود. گاز محافظ (معمولاً آرگون خالص یا مخلوطی از آرگون و گازهای دیگر) باید به میزان مناسب تنظیم شود.

پارامترهای جوشکاری مانند شدت جریان، نوع جریان (AC یا DC)، سرعت جریان گاز و قطر الکترود تنگستن باید با توجه به نوع فلز و ضخامت قطعه کار تنظیم شوند. برای مثال جریان DC معمولاً برای جوشکاری فولاد، استیل ضد زنگ و تیتانیوم استفاده می شود و جریان AC برای جوشکاری آلومینیوم و منیزیم مناسب است، زیرا به شکستن لایه اکسیدی روی سطح این فلزات کمک می کند. شدت جریان نیز باید به گونه ای تنظیم شود که بتواند فلز را به اندازه کافی ذوب کند، اما باعث سوختگی یا ایجاد حفره در فلز نشود.

پس از آماده سازی قطعات و تنظیم تجهیزات، فرآیند جوشکاری آغاز می شود. ابتدا تورچ جوشکاری در یک دست و سیم جوش (فیلر) در دست دیگر گرفته می شود. جوشکار کلاه محافظ را پایین می آورد تا از چشم ها و صورت خود در برابر نور شدید و اشعه های مضر محافظت کند.

با فشار دادن پدال پایی (در صورت وجود) یا استفاده از کلید روی تورچ، جریان الکتریکی به الکترود تنگستن اعمال می شود. این جریان باعث ایجاد یک قوس الکتریکی بین نوک الکترود و قطعه کار می شود. قوس الکتریکی حرارت بسیار بالایی تولید می کند که فلز پایه را در منطقه جوش ذوب می کند.

با تشکیل قوس الکتریکی، حرارت تولید شده باعث ذوب فلز پایه در منطقه جوش می شود و یک حوضچه مذاب کوچک ایجاد می کند. این حوضچه مذاب باید به دقت کنترل شود تا جوشی یکنواخت و با کیفیت ایجاد گردد. جوشکار باید فاصله الکترود تنگستن از قطعه کار را ثابت نگه دارد (معمولاً بین 1 تا 3 میلیمتر) و زاویه تورچ را به گونه ای تنظیم کند که گاز محافظ به خوبی منطقه جوش را بپوشاند.

در حین جوشکاری، اگر نیاز به پر کردن درز جوش باشد، سیم جوش (فیلر) به آرامی به حوضچه مذاب اضافه می شود. سیم جوش باید با زاویه مناسب و به صورت پیوسته وارد حوضچه شود تا جوشی یکنواخت و بدون نقص ایجاد شود. جوشکار باید همزمان حرکت تورچ و افزودن سیم جوش را هماهنگ کند تا جوش به درستی شکل بگیرد.

جوشکار به آرامی تورچ را در امتداد درز جوش حرکت می دهد و حوضچه مذاب را پیش می برد. حرکت تورچ باید آرام و یکنواخت باشد تا جوشی صاف و بدون ناهمواری ایجاد شود. در برخی موارد، جوشکار از تکنیک های خاصی مانند حرکت دایره ای یا زیگزاگی استفاده می کند تا جوش بهتری ایجاد کند.

پس از اتمام جوشکاری، قوس الکتریکی قطع می شود و گاز محافظ برای چند ثانیه دیگر ادامه می یابد تا منطقه جوش به آرامی خنک شود و از اکسیداسیون جلوگیری گردد. این مرحله بسیار مهم است، زیرا خنک سازی ناگهانی می تواند باعث ایجاد ترک یا تغییر شکل در جوش شود.

پس از خنک شدن جوش، منطقه جوشکاری تمیز می شود تا هرگونه اکسید یا آلودگی از بین برود. سپس جوش از نظر کیفیت، یکنواختی و عدم وجود ترک یا حفره بازرسی می شود. در صورت نیاز، جوش می تواند تحت آزمایش های غیر مخرب مانند تست اشعه X یا اولتراسونیک قرار گیرد تا از کیفیت آن اطمینان حاصل شود.

نکات ایمنی در جوشکاری آرگون

• محافظت از چشم: استفاده از ماسک جوشکاری با شیشه فیلتر مناسب برای جلوگیری از آسیب های ناشی از نور قوس الکتریکی.
• تهویه مناسب: گازهای تولید شده در فرایند جوش ممکن است خطرناک باشند.
• استفاده از لباس مناسب: پوشیدن لباس مقاوم در برابر حرارت و جرقه.
• رعایت فاصله: عدم تماس مستقیم با قطعات داغ یا تورچ.

با توجه به اینکه در برخی از پروژه ها ضروری است از جوش لیزر در کنار جوش آرگون استفاده شود، در انتها پیشنهاد می نمائیم حتما صفحه محصول دستگاه جوش لیزر را نیز مطالعه فرمائید.