همه چیز درباره جوشکاری تیگ (TIG) از اصول اجرا تا مزایا و معایب
جوشکاری تیگ یک فرآیند جوشکاری قوس الکتریکی پایدار است که در قوس جوش، از یک الکترود تنگستن غیر مصرفی و یک گاز بی‌اثر برای ایجاد جوش‌هایی با کیفیت بالا استفاده می‌کند. در دهه 1940 زمانی که برای اولین بار برای جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم در صنعت هوافضا مورد استفاده قرار گرفت، به موفقیت چشمگیری دست یافت.
در حالی که به عنوان راه حلی برای ساخت هواپیما شروع شد، در نهایت جوشکاری تیگ به یک شتاب‌دهنده در صنایع مختلف تبدیل شد که کیفیت بی نظیری را ارائه می‌دهد. از آن زمان پیشرفت‌ها و نوآوری‌های زیادی در فناوری صورت گرفته است و این روند در بسیاری از موارد غیر قابل جایگزین شده و رقیبی ندارد.
جوشکاری تیگ چیست؟
جوشکاری با گاز بی‌اثر تنگستن که به آن جوش قوس تنگستن با گاز محافظ (GTAW) نیز گفته می‌شود، یک فرآیند جوشکاری است که قطعات فلز را از طریق جریان جوشکاری به یکدیگر متصل می‌کند. یک گاز بی‌اثر به مشعل جوشکاری می‌رسد که در امتداد قوس جوش جریان دارد تا از فلزات در برابر اکسایش و ایجاد شکاف‌های دایره‌ای کوچک محافظت کند. یک الکترود تنگستن در داخل مشعل جوشکاری قرار می‌گیرد که نقطه ذوب بالاتری نسبت به اکثر فلزات دارد.
جوشکاری تیگ گاهی اوقات با جوشکاری میگ اشتباه گرفته می‌شود. اگرچه آن‌ها شباهت‌هایی به هم دارند، اما تفاوت‌های مهمی دارند که باید به آن‌ها اشاره کرد.
تفاوت بین جوشکاری تیگ و میگ
تفاوت اصلی بین فرآیند جوشکاری تیگ و میگ این است که در جوشکاری تیگ از یک الکترود غیر مصرفی و مواد پرکننده جداگانه (اختیاری) استفاده می‌شود. در حالی که جوشکاری میگ از یک الکترود سیم مداوم و قابل مصرف استفاده می‌کند که به طور خودکار به تفنگ جوش تغذیه می‌شود.
جوشکاری تیگ اغلب هنگام اتصال لوله‌ها و مواد نازک انجام می‌شود و به دلیل حرارت ورودی کم آن، ریزساختار فلزات را حفظ می‌کند. در مورد مواد ضخیم‌تر، جوشکاری میگ (جوشکاری با گاز محافظ بی‌اثر) ترجیح داده می‌شود. با توجه به هزینه کمتر آن در مقایسه با سایر فرآیندهای جوشکاری و توانایی آن برای سرعت جوش بالا، بسیاری از افراد به استفاده از جوشکاری میگ یا جوش نقطه‌ای برای تولید انبوه متوسل می‌شوند.
بیشتر بخوانید: معرفی انواع جوشکاری؛ مزایا و معایب انواع جوشکاری
جوشکاری تیگ به ندرت پاشش ایجاد می‌کند و معمولاً برای از بین بردن هرگونه تغییر رنگ، تنها به صیقل دادن سطحی نیاز دارد. از نظر ظاهری نسبت به جوش‌های میگ برتری دارد و همان‌طور که اغلب در مورد آلومینیوم و فولاد ضدزنگ اتفاق می‌افتد، زمانی که قطعه کار روکش نداشته باشد یا رنگ‌آمیزی نشده باشد، ترجیح داده می‌شود. این بدان معنا نیست که جوش‌های میگ نمی‌توانند از نظر زیبایی کارآمد باشند، اما معمولاً جوش‌های میگ رنگ‌آمیزی می‌شوند.
بسته به پروژه، استفاده از فلز پرکننده برای جوشکاری تیگ اختیاری است. هنگام تغذیه میله‌های پرکننده به حوضچه جوش، جوشکاران تیگ باید از هر دو دست خود استفاده کنند و گرمای ورودی را هم‌زمان با پدال کنترل کنند. سیم پرکننده نیز به طور خودکار از مشعل تغذیه شده و همه این‌ها باعث می‌شود که جوشکاری تیگ فرآیندی بسیار چالش‌برانگیزتر از جوشکاری میگ باشد. اکثر جوشکاران معمولاً به عنوان اپراتور جوشکاری میگ شروع به کار می‌کنند و بعداً در جوشکاری تیگ نیز مهارت پیدا می‌کنند.
جوشکاری تیگ صرفاً فقط روشن کردن دستگاه و کار کردن با آن نیست. تفاوت اصلی که دستگاه جوشکاری تیگ را از سایرین متمایز می‌کند، ویژگی‌های قابل تنظیم زیاد آن مانند جریان آمپر، مقدار پالس، خروجی جریان برق متناوب و مستقیم (AC/DC) و جریان گاز بی‌اثر است. با تمام این عملکردهای قابل تنظیم، فرآیند جوشکاری تیگ بسیار متنوع است.
بیشتر بخوانید: جوش و جوشکاری آرگون؛ کاربرد و مزایای آن در جوشکاری
فرآیند جوشکاری تیگ (TIG)
اولین مرحله در فرآیند جوشکاری تیگ این است که دستگاه را با تنظیمات مناسب مانند جریان و ولتاژ از طریق دستگیره‌های چرخان روی دستگاه تنظیم کنید. در مرحله بعد، فشار صحیح برای گاز بی‌اثر در مخزن تغذیه باید از طریق یک رگلاتور جریان‌سنج تنظیم شود. مشعل تیگ نیز باید با توجه به نیاز پروژه با انتخاب الکترود با قطر مناسب، گیره مخصوص جوشکاری تیگ و سایر قطعات اصلاح شود. قبل از هر چیز دیگری، داشتن تجهیزات محافظ تمیز را در اولویت قرار دهید تا هنگام جوشکاری دید واضحی داشته باشید.
پس از انجام تمام کارهای آماده‌سازی، زمان جوش دادن فلزات به یکدیگر است. چندین نکته باید برای اطمینان از جریان یکنواخت در نظر گرفته شود:
- طول قوس
- سرعت حرکت
- زاویه مشعل
- سایر اقدامات احتیاطی
جوش‌های تیگ می‌توانند مهره‌های جوش را بدون مواد پرکننده اجرا کنند، به صورتی که فقط فلزات پایه را ذوب می‌کنند، اما در صورت نیاز پروژه، می‌توان از میله‌های پرکننده یا سیم‌پیچ‌های فلزی استفاده کرد.
اگرچه اینترنت پر از فیلم‌ها و تصاویر به اصطلاح جوشکاری تیگ سرد است، اما این روش هیچ ارتباطی با فرآیند واقعی جوشکاری سرد ندارد. این جوشکاری روی ظاهر جوش‌ها تمرکز می‌کند، اما در واقع به دلیل کاهش قابل توجه گرمای ورودی، فاقد همجوشی است و در ایجاد اتصالات قوی و دائمی نسبتاً بی‌اثر است.
جزئیات مهم حین کار
- هنگام استفاده از مشعل برای جلوگیری از ایجاد حفره هوا که باعث ایجاد تخلخل در مهره می‌شود، داشتن زاویه رو به جلوی مناسب ضروری است.
- باید طول قوس کوتاه برای کنترل بهینه حفظ شود. با افزایش طول قوس، قوس الکتریکی عریض می‌شود.
- سرعت حرکت ثابت، نکته مهم حفظ یک مهره ثابت است. افزایش سرعت باعث باریک شدن مهره جوش می‌شود.
- از لمس حوضچه جوش با الکترود تنگستن خودداری کنید.
- اندازه فلز پرکننده باید صحیح باشد و فرآیند تغذیه آن به جوش با کنترل مناسب انجام شود.
- شکل نوک الکترود تنگستن باید همیشه ثابت باشد. می‌توان نوک آن را روی چرخ سمباده دوباره تیز کرد.
مواد مورد نیاز در جوشکاری قوسی تیگ
جوشکاران تیگ می‌توانند از مجموعه‌ای از مواد استفاده کنند. برخی از مواد اصلی ذکر شده برای جوشکاری قوسی با گاز بی‌اثر تنگستن عبارت‌اند از:
- آلومینیوم
- برنج
- برنز
- فولاد کربن
- فلز مس
- طلا
- منیزیم
- فولاد نرم
- نیکل
- فولاد ضدزنگ
- فولاد تیتانیوم
- آلیاژهای مختلف
باید در نظر داشت که فرآیند جوشکاری تیگ برای هر ماده، کمی متفاوت است. تغییرات می‌تواند از اندازه قطر الکترود تا قوس الکتریکی اعمال شده در مواد متغیر باشد. بسیار مهم است که الکترود قطر درستی داشته باشد و آمپر اعمال شده نیز صحیح باشد. هرچه جریان کمتر باشد، زاویه نوک و قطر الکترود کمتر می‌شود.
بیشتر بخوانید: هر آنچه که باید در مورد جوش و جوشکاری CO2 بدانید! از اصول تا مزایا و معایب
الکترود تنگستن غیر مصرفی
تنگستن در این فرآیند استفاده می‌شود زیرا این عنصر، فلزی کمیاب است و در مقایسه با سایر فلزات (به عنوان مثال فولاد ضدزنگ دارای نقطه ذوب 1400 تا 1530 درجه سانتی‌گراد است) ذاتاً دمای ذوب بالایی دارد (3422 درجه سانتی‌گراد). تنگستن رسانایی الکتریکی بسیار خوبی را بدون مصرف شدن ارائه می‌دهد. با این حال، فرسایش همچنان می‌تواند در طول روش جوشکاری قوس فلزی با گاز محافظ رخ دهد.
بسته به نوع جوش، الکترودهای تنگستن را نیز می‌توان برای بهبود خواص آن‌ها به صورت آلیاژ درآورد. در اینجا چند نمونه رایج آورده شده است:
- الکترود تنگستن خالص (سبز): این الکترودها هنگام استفاده از جریان برق متناوب پایداری قوس خوبی را ارائه می‌دهند. برای فلزات سبک کاربرد دارد، زیرا انتهای آن‌ها تمیز و گِرد می‌شود. این الکترودها همچنین از نظر قیمت ارزان‌ترین هستند و برای کارهای عمومی کاربرد دارند.
- الکترودهای توریم‌دار (1 درصد توریم زرد، 2 درصد قرمز، 3 درصد بنفش): در صحنه جوشکاری بسیار رایج هستند، زیرا اولین الکترودهای تنگستن خالص در عملکرد قوس جوش با جریان برق مستقیم بودند. ظرفیت حمل جریان بالایی دارند و شکل نوک را برای مدت طولانی‌تری حفظ می‌کنند. با این حال، توریم از خود تشعشع آلفا ساطع می‌کند که می‌تواند به سیستم تنفسی آسیب برساند. یک سیستم استخراج گرد و غبار برای جمع‌آوری گرد و غبار در هنگام سمباده زنی نوک مورد نیاز است.
- الکترودهای لانتان‌دار (1 درصد لانتانیوم سیاه، 5/1 درصد طلایی، 2 درصد آبی): این آلیاژ الکترود غیر رادیواکتیو آلیاژ شده با اکسید لانتانیم است. با خواص پایداری قوس عالی با نرخ فرسایش کم مشخص می‌شود. کارایی کمتری نسبت به الکترودهای توریم دار دارد.
- الکترودهای سریم‌دار (2 درصد سریم خاکستری): این آلیاژ الکترود غیر رادیواکتیو آلیاژ شده با اکسید سریم است. این الکترودها شروع قوس زیادی دارند اما ظرفیت جریان کمتری نسبت به الکترودهای لانتان‌دار دارند.
- الکترودهای زیرکونیم‌دار (7/0 الی 9/0 درصد زیرکونیوم سفید، 15/0 الی 8/0 درصد قهوه ای): این الکترودها تنگستن را با اکسید زیرکونیوم ترکیب می‌کنند. این آلیاژ مقاومت بالایی در برابر آلودگی و عمر الکترود بیشتری دارد. یک قوس بسیار پایدار تولید می‌کند، بنابراین در مواقعی که بالاترین کیفیت مورد نیاز است از آن استفاده می‌شود.
- الکترودهای لانتانیوم سریم (صورتی): ترکیبی از الکترودهای سریم‌دار و لانتان‌دار که احتراق قوس ساده‌ای را با طول عمر طولانی ارائه می‌دهند.
گاز بی‌اثر
گاز محافظ بی‌اثر به مشعل تیگ تغذیه می‌شود و در حالی که جریان به قوس جوش می‌رسد، حوضچه جوش را از آلودگی پاک نگه می‌دارد. در حالی که فلزات ذوب شده همراه با میله پرکننده ذوب می‌شوند، وجود جریان گاز محافظ برای محافظت از گودال جوش در برابر اکسایش و ناخالصی‌های جو ضروری است.
رایج‌ترین گاز محافظ مورد استفاده برای این فرآیند آرگون است. سایر ترکیبات هیدروژن و آرگون و ترکیبی از هلیوم و آرگون زمانی که سایر عوامل در نظر گرفته می‌شوند (مانند فلزات مورد جوش، سرعت جوشکاری، نفوذ مواد و غیره)، کاربرد دارد.
مشعل جوشکاری
مشعل جوشکاری یک ابزار مکانیکی است که در ذوب و گداختن فلزات تخصص دارد. بسته به کاربرد آن، انواع مختلفی وجود دارد:
- مشعل‌های خنک‌کننده با هوای تیگ، تنها یک ورودی گاز دارند و برخلاف مشعل‌های تیگ که با آب خنک می‌شوند بیشتر مستعد گرم شدن بیش از حد هستند. استفاده اصلی از این مشعل‌ها برای فلزات جدار نازک و پروژه‌های جزئی است.
- مشعل‌های خنک شونده با آب تیگ، دارای ورودی گاز و همچنین دارای ورودی و خروجی برای لوله‌های آب هستند. این یک مزیت برای پروژه‌های بزرگ‌تر است که به خنک‌کننده سریع نیاز دارند. این مشعل‌ها هزینه بیشتری دارند، زیرا یک سیستم کولر آبی نیز باید نصب شود.
منبع انرژی
منبع جریان در جوشکاری قوسی با گاز تنگستن باید ثابت باشد. این روش اجازه می‌دهد تا گرمای ورودی پایدار و ثابتی داشته باشد. همچنین می‌توان بسته به نوع ماده و خروجی جوش مورد نظر، بین منبع انرژی جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC) تغییر وضعیت داد.
جریان برق متناوب (AC )در مقایسه با جریان برق مستقیم (DC)
سه گزینه برای جریان جوشکاری به همراه کاربردهای مربوط به آن وجود دارد:
- جوشکاری AC از جریان متناوب بین قطب مثبت و منفی استفاده می‌کند و گرما را بدون گرم شدن بیش از حد ماده پایه حفظ می‌کند. مواد رایج مورد استفاده، آلومینیوم و منیزیم هستند.
- الکترود برق منفی DC از قطبیت منفی روی مشعل استفاده می‌کند تا جریان انرژی به مواد را تعیین کند، دقیقاً مانند شلنگی که آب را روی منطقه مورد نظر می‌پاشد. این کار باعث می‌شود که برای تمام فلزات، به استثنای آلومینیوم و منیزیم، مناسب‌تر باشد.
- الکترود برق مثبت DC به ندرت در جوشکاری تیگ استفاده می‌شود، زیرا جریان به سمت الکترود می‌رود و آن را به دلیل گرمای ورودی سریع خراب می‌کند. تنها امتیاز اضافی در الکترود جریان مستقیم مثبت، وجود “عمل تمیز کردن” است که در آن اکسیدهای موجود در سطح حوضچه جوش، ظاهری براق را ایجاد می‌کنند.
عامل دیگری که باید در نظر داشت فرکانس اعمال شده هرتز است. فرکانس‌های پایین‌تر یک مهره پهن‌تر با نفوذ مناسب ایجاد می‌کنند، در حالی که فرکانس‌های بالاتر امکان کنترل و نفوذ بیشتر در ناحیه جوش را فراهم می‌کنند.
مزایای جوشکاری تیگ
- جوشکاری تیگ را می‌توان بر روی انواع وسیعی از فلزات و آلیاژهای مختلف انجام داد.
- جوشکار تیگ دارای بسیاری از عملکردهای قابل تنظیم است که برای کاربردهای خاص، عالی است.
- برای انواع مختلف ضخامت فلز و جوشکاری پیچیده فلزی قابل استفاده است. اگرچه برای فلزات بسیار ضخیم، جوشکاری میگ یا جوشکاری قوس فلزی با گاز محافظ ترجیح داده می‌شود.
- یک الکترود غیر قابل مصرف و یک قوس پایدار امکان کنترل بیشتر و ایجاد جوش‌های تیگ با کیفیت بالا را فراهم می‌کند.
- در این فرآیند جوش قوس فلزی با گاز از گازهای ایمن استفاده می‌شود، در نتیجه عیوب جوش کمتری وجود دارد.
- جوشکاری تیگ را می‌توان در زوایای غیرمعمول انجام داد. یک مثال می‌تواند کاربرد آن در جوشکاری به صورت آویزان باشد، جایی که مشعل جوش باید در موقعیت منحصر به فردی قرار گیرد.
- مشاهده قطعه کار آسان است، زیرا گاز محافظ بی‌رنگ بوده و با حداقل دود تشکیل می‌شود.
معایب جوشکاری تیگ
- جوشکاری تیگ به مهارت زیادی از سمت اپراتور نیاز دارد.
- زمان جوش در مقایسه با سایر تکنیک‌های جوشکاری به طور قابل توجهی طولانی‌تر است.
- استفاده از قطب اشتباه می‌تواند به راحتی مهره جوش را آلوده کند.
- استحکام کلی جوش در صورت عدم کنترل گرمای ورودی کاهش می‌یابد که بر ریزساختار فلزات نیز تأثیر منفی می‌گذارد.
- بدون یک محیط کنترل شده، یعنی فضایی بدون وزش باد، ممکن است حفظ جریان گاز ثابت روی ناحیه جوش دشوار باشد.
- در مقایسه با سایر تکنیک‌های جوشکاری، تجهیزات و گازهای بی‌اثر گران‌تر هستند.
نکات مهمی که باید به خاطر بسپارید
جوشکاری تیگ مهره‌های جوش دقیق و زیبا را با نفوذ خوب ارائه می‌دهد. این روش برای جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم، همراه با بسیاری از فلزات دیگر از جمله فولاد ضدزنگ ارجحیت دارد. در مقایسه با سایر انواع جوشکاری کمی گران‌تر و کندتر است، اما در ایجاد جوش با کیفیت بالاتر غیر قابل جایگزین است.
سازگاری و تطبیق‌پذیری آن باعث می‌شود تقریباً در تمام صنایع، از افراد حرفه‌ای گرفته تا علاقه‌مندان به آن، بسیار جذاب باشد. اگرچه فرآیند تیگ را می‌توان با استفاده از ربات‌های جوشکاری، خودکار کرد، اما یادگیری فرآیند جوشکاری دستی دشوار است و برای دستیابی به بهترین نتایج، اغلب توسط جوشکاران با تجربه انجام می‌شود.