گازهای محافظ در جوشکاری تیگ

گازهای محافظی که در کپسولها ذخیره میشوند میتوانند گاز خالص ( تک گاز)، مخلوطی از دوگاز ( مخلوطهای دوتایی معروف)، یا مخلوطی از سه گاز ( مخلوطهای سه تایی معروف) باشند.

برای جوشکاری تیگ معمولا گازهای خنثی مانند آرگون یا هلیوم یا مخلوط آن دو برای حفاظت بکار میروند، که اغلب در فرآیند تیگ از گازهای مخلوط خنثی استفاده میشود، در بعضی موارد هم از مخلوطی که کمی گاز فعال دارد استفاده میشود (مانند مخلوط آرگون اکسیژن و… ).   

هنگام جوشکاری با پروسه میگ MIG گازهای خنثی خالص در جوشکاری فولاد، قوس با مشخصات خوب فراهم نمیکنند، در حالیکه گاز دی اکسید کربنCO2  خالص که گازی فعال است، قوسی با مشخصات خوب فراهم میکند. همچنین در فرآیند میگ MIG آرگون با مقدار کمی اکسیژن خصوصیات نفوذ را بهبود بخشیده و مهره جوش را کنترل میکند ( ظاهر جوش خوبی میدهد). و همچنین سوختگی کناره جوش، ناشی از عمل خیس شدگی را رفع میکند. مخلوط گازهای آرگون و دی اکسید کربن CO2)) مخلوط خوبی برای جوشکاری فولاد است. مخلوط سه تایی گازهای آرگون، دی اکسید کربن و اکسیژن یا مخلوطهای سه تایی آرگون، دی اکسید کربن وهلیوم ترکیبات ویژه أی هستند که در فرآیندهای تیگ و میگ برای جوشکاریهای خاص فلزاتی با فلزپایه پیچیده بکار میروند.      گاز آرگون: آرگون گازی است بی رنگ، بی بو، بی مزه و بطور نسبی در مقایسه با گازهای بی اثر دیگر فراوانتراست. گازآرگون گاز فرعی که درهوا وجود دارد ( هر یک میلیون فوت مکعب هوا شامل 93 هزار فوت مکعب گاز آرگون است و همچنین گاز آرگون 1.4 برابراز هوا و 10 برابراز هلیوم سنگینتر است). یکی از روشهای تولید گاز آرگون این است که ابتدا هوا را در زیر فشار ودر دمای پایین به مایع تبدیل میکنند، سپس با بالا بردن (گرم کردن) دما مایع اجازه می دهند تا مایع تبخیر شود. آرگون در دمای 184 – درجه سانتیگراد ( 302 – درجه فارانهایت ) به مایع تبدیل میشود. درصد خلوص آرگون باید تقریبا 99.99% درصد باشد. آرگون از هوا سنگین تر( چگالتر، چگالی KG/M3  1.784 کیلوگرم بر متر مکعب است و 23%از هوا سنگین تر است)، و برای همین آرگون برای حفاظت جوش در عمق شیار مناسب است و باید در نظر داشته باشیم که هنگامیکه ما جوش بالا سر می دهیم نباید از آرگون بعنوان گاز محافظ استفاده کنیم.  آرگون در جوشکاری فلزات غیر آهنی ( مانند آلومینیم، منیزیم، برلیم و مس) در فرآیندهای میگ و تیگ مانند یک محیط محافظ عمل میکند. آرگون بخاطر اینکه ولتاژ یونیزاسیون پایینی دارد( ولتاژیونیزاسیون اولیه 15.45 ولت ) و به آسانی و سریع یونیزه میشود، این امکان را فراهم می سازد که قوس به راحتی برقرار شده و پایدار بماند و بنابراین مناسب است برای کار با جریان AC ، و همچنین گاز آرگون  شروع قوس را در جریان AC آسانتر میکند. گاز آرگون یک ستون قوس جمع شده ومتمرکز تولید میکند و نسبت به گازهای دیگر قابلیت هدایت حرارتش کمتر است. بدلیل اینکه گاز آرگون باعث تثبیت ( ثابت نگه داشتن قوس) میشود، در بیشتر مخلوط گازهای محافظ از آن استفاده میشود.             با اینکه گاز آرگون سمی نیست اما در مکانهایی که جریان هوا وجود ندارد یا محدود است ( مثلا تانکر ها وجاهای بسته) باعث خفگی میشود. همچنین کارهای تجربی روی مقاطع نازک آلیاژهای مقاوم به حرارت نشان داده است که آرگون برای جوشکاریهای دستی از هلیوم بهتر است. مخلوط آرگون با 1% یا 2% اکسیژن: افزودن مقدار کمی اکسیژن به آرگون دمای قوس را بالا می برد و اکسیژن مانند یک عامل خیس کننده در حوضچه مذاب عمل میکند، همچنین اکسیژن سیالیت مذاب را بیشتر کرده و قوس را تثبیت میکند. اکسیژن سبب کاهش کشش سطحی میشود و نفوذ و ذوب خوبی تولید میکند. در فرآیند تیگ افزایش خیلی کم اکسیژن ( کمتر از1% ) به تقویت قوس کمک میکند. اکسیژنی که معمولا اضافه میشود مقدارش 1% تا 2 %  یا  3% تا 5% است. اکسیژن باعث میشود که انتقال مذاب بصورت اسپری انجام شود. مخلوط غنی از قبیل آرگون و تا حدود 25% دی اکسید کربن CO2 با افزایش اکسیژن، انتقال فلز را بصورت گلوله ای برای جوشکاری ورقه های نازک و فولاد میسازد، مخلوط آرگون +1.2% اکسیژن بکار میرود برای فولاد زنگ نزن ( استیل ) و مخلوط آرگون + 1% اکسیژن برای جوشکاری فولاد زنگ نزن (استیل) به روش پالس و اسپری بکار میرود و همچنین مخلوط آرگون + 2% اکسیژن برای جوشکاری با روش گلوله أی بکار میرود. نکته قابل توجه در مورد اکسیژن این است که اکسیژن، از افزایش ضرر و زیانهای ناشی از منگنز و سیلیسیم جلوگیری میکند.          آرگون + هیدروژن: با افزودن مقدار کمی هیدروژن به آرگون، ولتاژ و حرارت قوس افزایش می یابد. مخلوطهای آرگون که شامل تقریبا 5% هیدروژن هستند برای جوشکاری نیکل و آلیاژهای نیکل و برای جوشکاری مقاطع بزرگ فولادهای زنگ نزن آوستنیتی ( استیل ) بکار میروند. مخلوط آرگون با 25% هیدروژن برای جوشکاری فلزات ضخیم که ضریب حرارتی بالایی دارند، ازقبیل مس بکار میرود. این مخروط یک مزیت در جوشکاری اتوماتیک با سرعت بالا، محسوب میشود. افزایش هیدروژن نمی تواند برای جوشکاری فولادهای کم آلیاژی و میان آلیاژی و فولادهای ساده کربنی و سختی پذیر بکار رود واین بخاطر خطر بروز نقص هیدروژن تردی و مشکلات ناشی از افزایش هیدروژن است. همچنین هیدروژن نباید برای جوشکاری آلومینیم و منیزیم بکار رود. آرگون + نیتروژن (ازت): در بعضی کشورها از نیتروژن برای جوشکاری (میگ) مس استفاده میشود. کیفیت جوش حاصل به آن خوبی که می خواهیم نیست، افزودن 50% تا 75% آرگون به نیتروژن جوشی با کیفیت بالا تولید میکند. آرگون +دی اکسید کربن CO2 : مخلوط گازهای آرگون با دی اکسید کربن برای جوشکاری تیگ بکار نمی رود. اما این ترکیب برای فرآیند میگ یکی از بهترین مخلوطها، مخلوط 75% آرگون و25% دی اکسید کربن CO2 است، در حالیکه خارج از آمریکا مخلوط بهتر 80% آرگون و 20% دی اکسید کربن است. این مخلوط در فولادهای کم کربن، میان کربن و دارای درصدی منگنز بصورت نامحدود بکارمیرود، این مخروط همچنین درجوشکاری فولادهای با ضخامت کم (نازک ) نیز مناسب است . در ضمن جایکه عمق نفوذ و عرض جوش ضروری نیست و ظاهر جوش مهم است از این ترکیب استفاده میشود. این ترکیب همچنین باعث میشود جرقه (پاشش) شدیدا کاهش یابد. و در جوشکاری توپودری این ترکیب بطور موفق بکار میرود. آرگون + هلیوم:    در فرآیند تیگ برای جوشکاری فلزات غیرآهنی ( مس، آلومینیم و…) زمانیکه نفوذ زیاد وقوس آرام هر دو مورد نظر باشد، استفاده میشود. افزایش 75% تا50% هلیوم ولتاژ و حرارت قوس را بالا می برد. این ترکیب همچنین برای جوشکاری ضخامتهای بالا در فلزات غیرآهنی و برای جوشکاری بالاسر با درصد هلیوم بیشتر مفید است و باعث بهبود سرعت و کیفیت جوش در جوشکاری AC آلومینیم میشود. مخلوط 25% آرگون + 75% هلیوم برای فرآیند تیگ با سیم پرکننده گرم بکار میرود. همچنین مخلوط آرگون +هلیوم برای جوشکاری فلزات غیر آهنی در فرآیند میگ بکار میرود.     دی اکسید کربن CO2 : این محصول فرعی بوسیله فرآیندهای صنعتی از قبیل آمونیاک ( تبدیل به آهک در اجاق آهک ) از سوختن سوختها، ( نفت یا کک ) در اکسیژن هوا، یا از تخمیر مداوم و تدریجی الکل ساخته میشود. CO2 دی اکسید کربن گازی است غیر سمی، غیر قابل اشتعال و سودمند برای کاهش مشکلات جرقه، همچنین گاز دی اکسید کربن قبل از بسته بندی تمیز، تصفیه و خشک میشود و سپس در سیلندرهای استیل که محتوی تقریبا 35 کیلو گرم مایع دی اکسید کربن هستند، ذخیره میشود ویک نوع المنت گرم کننده الکتریکی مستقیما در راه خروج گاز دی اکسید کربن قرار می دهند. همچنین گاز دی اکسید کربن ترکیبی است از 27% کربن و 73% اکسیژن که از پیوند دو اتم اکسیژن ویک اتم کربن بوجود آمده است. گازدی اکسید کربن در دما وفشار معمولی هوا، گازی بیرنگ، غیر سمی و نمیسوزد. همچنین CO2 کمی بوی زننده و اندکی هم ترش مزه است. آن در حدود 1.5 برابر سنگین تر از هوا است و در فضای محدود مانند مخازن جای هوا را می گیرد و باعث خفگی جوشکار میشود. در دمای بالا گاز دی اکسید کربن به اکسیژن و کربن تجزیه میشود. در جوشکاریهای قوسی 20% تا 30% از این گاز به اکسیژن و کربن تجزیه میشود. باید توجه داشت که گاز دی اکسید کربن خالص از گازهای محافظ دیگر ارزانتر است، و میتواند مانند گاز محافظ برای جوشکاری فولادهای تا 4% کربن و فولادهای کم آلیاژی بکار رود. در جوشکاری با گاز محافظ دی اکسید کربن، دی اکسید کربن بطور اختصاصی با اکسیژن ترکیب میشود. همانطور که دی اکسید کربن سطح قوس را ترک میکند، آن دوباره به سرعت با اکسیژن ترکیب میشود. خلوص دی اکسید کربن میتواند نسبت به فرآیند ساخت، تغییرات قابل توجهی داشته باشد. در دی اکسید کربن نرخ قطرات نسبت به آرگون خالص کمتر است، ولتاژ قوس بالاست و مقدار اولیه ولتاژ برای انتقال اسپری نسبت به آرگون خیلی بالاتر است. نیروی انتقال قطرات که در سراسر قوس منتقل میشوند، نسبت به آرگون +اکسیژن کمتر است و بنابر این قوس آرام نیست و کمی جرقه ( پاشش ) دارد وحالت قوس نیز نسبت به آرگون + اکسیژن خیلی بحرانی است. هنگام استفاده از دی اکسید کربن در انتقال اسپری، یک نرخ بالا از رسوب فلز و خواص هیدروژنی پایین بدست می آید.استفاده از دی اکسید کربن روشی است که بیشتر برای جوشکاریهای تکراری پیشنهاد میشود. همچنین این روش در بعضی زمینه ها با فرآیند قوس دستی الکترود که پودر آهن درآن بکاررفته رقابت میکند. در این روش فولادهای تا ضخامت 75 م م  میتواند با عملکرد کاملا اتوماتیک جوشکاری شود. در قوس دی اکسید کربن مقداری کربن بطور تصادفی بوجود می آید، همچنین در بعضی رسوبها به سبب وجود کاربید کرم در طول مرز دانه ها و افزایش مقدار کربن در جوش، مقاومت به خوردگی کاهش می یابد. در جوشکاری با گاز دی اکسید کربن، نتیجه جوشهای چند پاسه کاهش مقاومت به خوردگی است، اما با سیم پرکننده تثبیت شده و انتقال گلوله أی در مقاطع نازکتر جوشهای یک پاسه رضایتبخش و خیلی با صرفه میتوان تولید کرد. آرگون + دی اکسید کربن20% یا 5%: افزایش دی اکسید کربن به آرگون برای جوشکاری فولاد عمل خیس کنندگی را بهبود می بخشد، کشش سطح را کاهش میدهد، و سیالیت حوضچه مذاب را بیشتر میکند. هر دو مخلوط بالا با روش اسپری و غوطه أی میتوان با آنها جوشکاری کرد. هلیوم : هلیوم محصول فرعی از گاز خنثی صنعتی است. وزن آن 7/1 وزن هوا است ( هلیوم دارای چگالی 0.178 کیلوگرم برمتر مکعب و ولتاژ24.58 ). هلیوم گازی بیرنگ، بی بو، بی مزه و غیر سمی و دارای ضریب هدایت حرارتی بالا می باشد.