دستگاه جوشکاری آرگون

در جوشکاری آرگون از منبع تغذیه با جریان ثابت استفاده می شود و این به آن معنی است که جریان (و بنابراین گرما) حتی اگر فاصله قوس و ولتاژ تغییر کند، نسبتاً ثابت باقی می ماند. این خصوصیت مهم است زیرا اکثر جوشهای آرگون به صورت دستی یا نیمه اتوماتیک هستند، و نیازمند این است که اپراتور تورچ را کنترل کند. در صورت استفاده از منبع ولتاژ ثابت، حفظ فاصله قوس مناسب دشوار است زیرا این امر می تواند باعث تغییرات شدید در حرارت ورودی شود و جوشکاری را مشکل تر کند. قطب ترجیحی سیستم آرگون تا حد زیادی به نوع فلز جوش بستگی دارد. جریان مستقیم با الکترود با بار منفی  (DCEN) اغلب هنگام جوشکاری فولادها، نیکل ، تیتانیوم و سایر فلزات به کار می رود. از این جریان همچنین می تواند در آرگون اتوماتیک آلومینیوم یا منیزیم در هنگام استفاده از هلیوم به عنوان گاز محافظ استفاده کرد. الکترود با بار منفی با انتشار الکترون هایی که در طول قوس حرکت می کنند، گرما ایجاد می کند و باعث یونیزاسیون گاز محافظ و افزایش دمای فلز پایه می شود. گاز محافظ یونیزه شده به سمت الکترود حرکت می کند و این موضوع سبب می شود تا اکسیدها روی سطح جوش ساخته شوند. جریان مستقیم با الکترود با بار مثبت (DCEP)  کمتر متداول است و در درجه اول برای جوش های کم نفوذ استفاده می شود زیرا گرمای کمتری در قلز پایه ایجاد می شود. برای کمک به حفظ شکل الکترود و جلوگیری از نرم شدن آن، از الکترودهای با سایز بزرگتر استفاده می شود. با حرکت الکترون ها به سمت الکترود، گاز محافظ یونیزه به سمت فلز پایه برگشت می یابد و جوش را با از بین بردن اکسیدها و سایر ناخالصی ها پاک می کند و بدین ترتیب کیفیت و ظاهر جوش بهبود می یابد.

جریان متناوب، معمولاً در جوشکاری آلومینیوم و منیزیم به صورت دستی یا نیمه اتوماتیک، استفاده می شود و با این روش الکترود و فلز پایه به طور متناوب بار مثبت و منفی پیدا می کنند. این امر باعث می شود که جریان الکترون به طور مداوم جهتش را تغییر دهد و از گرم شدن الکترود تنگستن جلوگیری شود، اکسیدها از سطح برداشته شده و فلز پایه عمیقا گرم شود.

ملزومات دستگاه جوشکاری آرگون

 

تجهیزا لازم برای جوشکاری آرگون شامل تورچ، الکترود غیرمصرفی تنگستن، فیلر پرکننده، کمپسول گاز محافظ، رگولاتور فلومتر می باشد.

تورچ دستگاه جوشکاری آرگون

تورچ های جوشکاری آرگون برای کار اتوماتیک یا دستی طراحی شده اند و مجهز به سیستم های خنک کننده هوا یا آب هستند. تورچ های اتوماتیک و دستی مشابهند، اما تورچ دستی دارای یک دسته است در حالی که تورچ اتوماتیک به طور معمول دارای یک گیره نصب است. زاویه بین خط وسط دسته و خط الکترود تنگستن معروف به زاویه سر، با توجه به اولویت عملکرد می تواند در برخی از تورچ های دستی متغیر باشد. سیستم های خنک کننده هوا بیشتر برای کارهایی با جریان کم، حداکثر حدود 200 آمپر استفاده می شود، در حالی که برای جوشکاری با جریان زیاد تا حدود 600 آمپر نیاز به خنک کننده آب است. تورچ ها با کابل به منبع تغذیه و شیلنگ به کپسول گاز محافظ وصل می شوند.

قطعات فلزی داخلی تورچ از آلیاژهای سخت مس یا برنج ساخته شده است بنابراین می تواند جریان و حرارت را به طور مؤثر منتقل کند. الکترود تنگستن باید با یک کلت یا الکترودگیر به اندازه مناسب در مرکز مشعل محکم نگه داشته شود و درگاههای اطراف الکترودگیر جریان ثابت گاز محافظ را فراهم می کند. اندازه کلت ها مطابق قطر الکترود تنگستن می باشد. بدنه تورچ از پلاستیک های عایق مقاوم در برابر حرارت ساخته شده است که اجزای فلزی را پوشش می دهد و عایق حرارت و برق را برای محافظت از جوشکار فراهم می کند.

اندازه نازل سرامیکی تورچ جوش به میزان منطقه محافظ مورد نظر بستگی دارد. قطر داخلی نازل سرامیکی ترجیحا حداقل سه برابر قطر الکترود است. نازل باید از نظر گرما مقاوم باشد، بنابراین به طور معمول از آلومینا یا ماده سرامیکی دیگر ساخته می شود. هدف از استفاده از این نازل های سرامیکی کنترل جریان محافظ گاز و کم کردن تلاطم و جلوگیری از ورود هوای آلوده به داخل ناحیه جوشکاری شود. سوئیچ های دستی را برای کنترل جریان جوش می توان به تورچ اضافه کرد.

الکترود تنگستن دستگاه جوشکاری آرگون

الکترود مورد استفاده در جوشکاری آرگون از تنگستن یا آلیاژ تنگستن ساخته شده است، زیرا تنگستن بالاترین درجه دمای ذوب را در بین فلزات خالص، حدود 3422 درجه سانتیگراد (6192 درجه فارنهایت) را دارد. در نتیجه، الکترود حین جوشکاری مصرف نمی شود. اگرچه ممکن است مقداری فرسایش (سوختگی) ایجاد شود. قطر الکترود می تواند بین 0.5 تا 6.4 میلی متر متغیر باشد و طول آنها می تواند از 75 تا 610 میلی متر باشد.

تقسیم بندی از آلیاژ تنگستن توسط سازمان بین المللی استاندارد سازی و انجمن جوشکاری آمریکا به ترتیب در استانداردهای ISO 6848 و AWS A5.12 به منظور استفاده در الکترودهای جوشکاری آرگون بکار گرفته شده است که در جدول زیر خلاصه شده است.

ISO Class	ISO Color	AWS Class	AWS Color	Alloy[25]
WP	Green	EWP	Green	None
WC20	Gray	EWCe-2	Orange	~2% CeO2
WL10	Black	EWLa-1	Black	~1% La2O3
WL15	Gold	EWLa-1.5	Gold	~1.5% La2O3
WL20	Sky-blue	EWLa-2	Blue	~2% La2O3
WT10	Yellow	EWTh-1	Yellow	~1% ThO2
WT20	Red	EWTh-2	Red	~2% ThO2
WT30	Violet			~3% ThO2
WT40	Orange			~4% ThO2
WY20	Blue			~2% Y2O3
WZ3	Brown	EWZr-1	Brown	~0.3% ZrO2
WZ8	White			~0.8% ZrO2

الکترودهای تنگستن خالص (طبقه بندی شده به عنوان WP یا EWP الکترودهای عمومی و کم هزینه هستند. این الکترودها مقاومت در برابر گرما و انتشار الکترون کمی دارند. این الکترودها به عنوان مثال در جوشکاری با جریان AC استفاده محدود دارند(منیزیم و آلومینیوم).
• اکسید سریم (یا سریا) به عنوان یک عنصر آلیاژی باعث افزایش پایداری قوس و سهولت شروع قوی هنگام کاهش حرارت می شود. افزودن سریم به اندازه توریم مؤثر نیست اما خوب عمل می کند.
• آلیاژ اکسید لانتانیم (یا لانتانا) اثر مشابهی با سریم دارد و همچنین رادیواکتیو نیست.
• الکترودهای آلیاژی اکسید توریوم (یا تریا) عملکرد قوس بسیار خوبی را ارائه می دهند که این الکترودها را محبوب می کند. با این حال، توریم نوعی فلز رادیواکتیو است و استنشاق بخارات و گرد و غبار آن برای سلامتی خطرناک است و خطر محیط زیستی دارد.
• الکترودهای حاوی اکسید زیرکونیوم (یا زیرکونیا) ظرفیت های فعلی را در حالی که پایداری قوس را افزایش می دهد و با افزایش عمر الکترود، افزایش می دهد.

فیلرهای پرکننده دستگاه جوشکاری آرگون

فلزات پرکننده تقریباً در تمام کاربردهای جوشکاری آرگون مورد استفاده قرار می گیرد که عمده ترین آنها جوشکاری مواد نازک است. فیلرها با قطرهای مختلف در دسترس هستند و از انواع متنوعی ساخته شده اند. در بیشتر موارد، فیلرها به شکل سیم به صورت دستی به حوضچه مذاب اضافه می شود، اما در برخی از موارد فیلر به صورت خودکار اضافه می شود، که اغلب در قرقره ها یا کویل ها قرار می گیرد.

گاز محافظ دستگاه جوشکاری آرگون

مانند سایر فرآیندهای جوشکاری، گازهای محافظ در جوشکاری آرگون نیز وظیفه محافظت از محل جوشکاری در برابر گازهای جوی مانند نیتروژن و اکسیژن را دارند که در صورت تماس با آنها می تواند باعث عدم نفوذ کافی و تخلخل در فلز جوش شود. این گاز همچنین گرما را از الکترود تنگستن به قطعه کار منتقل می کند، و به شروع و حفظ قوس پایدار کمک می کند. انتخاب گاز محافظ به عوامل مختلفی بستگی دارد از جمله نوع فلز قطعه کار، طراحی اتصالات و ظاهر نهایی جوش. آرگون رایج ترین گاز محافظ برای جوشکاری آرگون است، زیرا به دلیل طول قوس با کیفیت از نقص در جوشکاری جلوگیری می کند. در صورت استفاده از جریان متناوب، با استفاده از گاز آرگون، کیفیت جوش بالا و ظاهر خوب حاصل می شود. یکی دیگر از گازهای محافظ رایج، هلیوم است که اغلب برای افزایش نفوذ جوش، افزایش سرعت جوشکاری و جوشکاری فلزات با هدایت گرمای بالا مانند مس و آلومینیوم استفاده می شود. ولی نقطه ضعف مهم این گاز دشواری در ایجاد قوس و کاهش کیفیت جوش همراه با طول قوس متغیر است.

مخلوط آرگون و هلیوم نیز اغلب در جوشکاری آرگون مورد استفاده قرار می گیرد، زیرا می تواند ضمن حفظ مزایای استفاده از آرگون، ورودی حرارت را افزایش دهد. به طور معمول، این مخلوط ها سرعت و کیفیت جوشکاری AC آلومینیوم را افزایش می دهند و شروع قوس را آسان تر می کنند. مخلوط دیگر گاز محافظ، آرگون و هیدروژن است که در جوشکاری فولاد زنگ نزن استفاده می شود، اما به دلیل اینکه هیدروژن می تواند باعث ایجاد تخلخل شود، کاربردهای آن محدود است. به طور مشابه، گاهی اوقات نیتروژن می تواند به آرگون اضافه شود تا به تثبیت آستنیت در فولادهای زنگ نزن آستنیتی کمک کند و نفوذ را افزایش دهد. با این حال به دلیل مشکلات تخلخل در فولادهای فریتی و فواید محدود، این گاز افزودنی محبوبی نیست.

رگولاتور فلومتر دستگاه جوشکاری آرگون

فلومتر صرفا یک تنظیم کننده جریان گاز است که در سیستم منیفولد  ( manifold) استفاده می شود و ترکیبی از تنظیم کننده فشار و جریان گاز می باشد. جریان گاز با باز کردن شیر در پایه فلومتر تنظیم می شود. واحد سرعت جریان فوت بر متر مکعب یا لیتر بر دقیقه می باشد. خواندن شدت جریان توسط گلوله کوچکی انجام می شود که در یک استوانه مدرج قرار گرفته است. افزایش اندازه لوله اجازه می دهد که گاز در فضای بیشتری حرکت کند. اگر لوله در حالت عمودی قرار نگیرد خواندن آن صحیح نمی باشد. همچنین گازهای سبک مثل هلیوم و هیدروژن نمی توانند به اندازه گازهای سنگین مثل آرگون گلوله را بالا برده و نگه دارند.