آنچه باید درباره جوشکاری با آرگون بدانیم
قبل از پرداختن به جزئیات شیمیایی و فنی، من مزایای عملی و روزمره آرگون را در جوشکاری TIG و به طور کلی جوشکاری گاز برای این موضوع ذکر می‌کنم. و در پایان، من دلیل ارزان بودن آرگون را فاش می‌کنم
آرگون جوشکاری TIG را تمیز و خالص نگه می‌دارد
احتمالاً مشهورترین دلیل استفاده از آرگون در جوشکاری TIG، اثر محافظتی است که سپر گاز آرگون بر روی جوش دارد. آرگون از میان نازل مشعل عبور می‌کند و یک چتر گاز در اطراف گودال جوش مذاب ایجاد می‌کند. این سپر به طور ایده آل تمام هوای اطراف منطقه کانونی را جابجا می‌کند و از تشکیل اکسیدها جلوگیری می‌کند. اکسیدها هنگام واکنش مواد مختلف با اکسیژن ایجاد می‌شوند.
برای جوشکاریTIG، یک خطر احتمالی وجود دارد و آن تشکیل اکسیدهای تنگستن است که باعث افزایش سایش در الکترود تنگستن می‌شود و احتمال آلودگی اکسیدهای تنگستن در جوش را افزایش می‌دهد. این اکسیدها مانند تیغ‌های ریخته شده بر روی یک نوار لاستیکی عمل می‌کنند. به محض اینکه جوشکاری (یا در این مثال نوار لاستیکی) به هر طریقی کشیده یا تحت فشار قرار گرفت، تیغ‌ها مواد را برش می‌دهند. به همین ترتیب، از آنجا که اکسیدها از سختی بالاتری در مقایسه با مواد جوشکاری اطراف برخوردار هستند، باعث ایجاد ترک و مقاومت قابل توجهی در ضعف می‌شوند. این اجزا بسیار نامطلوب هستند و می‌تواند یکی از دلایل حذف کامل جوش‌ها باشد. یا بدتر، مفاصل دچار نقص بحرانی می‌شوند.
بعضی از مواد در مورد آلودگی حساسیت بیشتری دارند. هیدروژن، آب، هوا یا اکسیژن با فلزات مقاوم در برابر خوردگی، مانند فولاد ضد زنگ واکنش مهمی نشان می‌دهند. یکی از اثرات ناشی از این ناخالصی‌ها در جو جوشکاری می‌تواند منجر به نقایصی مانند کاهش مقاومت در برابر خوردگی، ترک، افزایش شکنندگی، رسوب کاربید و به طور کلی یک جوش ظاهری زشت با تغییر رنگ زیاد شود.
هیدروژن، آب، هوا، اکسیژن، همه این موارد از کجا ناشی می‌شود؟
پاسخ آسان همه جا خواهد بود. هیدروژن می‌تواند از منبع گاز محافظ آلوده یا هنگام تولید آب در گردش جوش تولید شود. به عنوان مثال، از طریق نشت خنک کننده یا یک محیط کار مرطوب. هیدروژن همچنین می‌تواند از قبل در قطعه کار شما وجود داشته باشد. هیدروژن، نماد شیمیایی H، در مشاغل تعمیراتی یافت می‌شود، به ویژه هنگامی که زمان سرویس دریایی دیده می‌شود. همچنین، برخی از فولادهای ضعیف تولید شده می‌توانند حاوی هیدروژن باشند. اگر نمی‌توانید به منبع مواد خود اعتماد کنید و هیچ گواهی معتبری در دسترس نیست، هنگام جوشکاری احتیاط کنید. و منبع سوم آب است. هوا رطوبت و اکسیژن را به یک منطقه جوش محافظت نشده منتقل می‌کند و بنابراین باید از آن جلوگیری شود
آرگون را می‌توان با گازهای دیگر مخلوط کرد
آرگون نه تنها در درجه خلوص متفاوت (بالاتر، بهتر) بلکه در مخلوط نیز وجود دارد. هلیم مانند آرگون یک گاز اصطلاحاً نجیب است. بنابراین آرگون و هلیوم می‌توانند در کنار هم باشند و در عملکرد پایه خود یعنی ایجاد یک محیط محافظت کننده گاز بی‌اثر قابل تعویض باشند. هلیوم نفوذ جوش را در مقایسه با آرگون افزایش می‌دهد، سرعت جوش را افزایش می‌دهد و برای جوشکاری فولاد ضد زنگ یا آلومینیوم استفاده می‌شود. کنترل طول قوس سخت‌تر می‌شود، زیرا هلیم بیشتر در گاز محافظ است و پراکندگی را برای کارخانه‌های فولاد ترغیب می‌کند. اکسیژن را باید از گودال جوش دور نگه داشت تا از ایجاد آلودگی‌های مضر مانند اکسیدها جلوگیری شود. اما همانند بسیاری از مواد دارویی، این دوز باعث ایجاد سم می‌شود. در مورد اکسیژن، تا ۲٪ به آرگون برای انتشار انرژی شیمیایی اضافی اضافه می‌شود. انرژی اضافی به میزان رسوب کمک می‌کند، به این معنی که روند جوشکاری را تسریع می‌کند. از آنجا که جوشکاری TIG یک فرآیند جوشکاری آهسته است، اکسیژن می‌تواند راهی برای تغییر شکل مناسب باشد. از دیگر اثرات مثبت در روند جوشکاری افزایش پایداری قوس است. کشش سطحی گودال جوش نیز کاهش می‌یابد، که منجر به خیس شدن بهتر محل جوش بر روی ماده پایه جامد می‌شود. به دلیل فرآیند اکسیداسیون که در بالا توضیح داده شد، آرگون مخلوط شده با اکسیژن برای آلومینیوم، منیزیم یا مس استفاده نمی‌شود. مقدار زیاد نیتروژن باعث تخلخل و شکنندگی می‌شود و در جوشکاری TIG نامطلوب است. اما مشابه اکسیژن، مقدار کمی مخلوط شده در گاز آرگون منجر به افزایش نفوذ مواد پایه می‌شود و همچنین ثبات قوس را در مقایسه با آرگون خالص افزایش می‌دهد. هنگامی که برای فولاد ضد زنگ استفاده می‌شود، خواص مکانیکی می‌تواند بهبود یابد. به عنوان مثال، مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای و جلوگیری از اتلاف نیتروژن در فلز.
آرگون یک گاز نجیب است
آرگون، ماده شیمیایی Ar، به اصطلاح گاز بی‌اثر است، به این معنی که با هیچ عنصر دیگری واکنش نشان نمی‌دهد. نام دیگر گازهای بی‌اثر، گازهای نجیب است که توسط هوگو اردمان در سال ۱۹۸۹ ساخته شد تا نشان دهد سطح بسیار پایین واکنش‌پذیری است. اصطلاح گاز نجیب امروزه بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد تا دو برچسب رایج دیگر یک گاز بی‌اثر یا یک گاز نادر است. همچنین، گاز نادر یک اصطلاح گمراه کننده است، زیرا آرگون سومین گاز متداول در جو زمین است که نزدیک به ۱ درصد حجمی دارد. با نگاهی به جدول تناوبی، آن‌ها را در جدول تناوبی عناصر در لبه سمت راست پیدا خواهید کرد. این بدان معنی است که پوسته ظرفیت آن‌ها پر است و بنابراین عنصر (تقریبا) غیر واکنشی است.
لازم برای ضربه زدن به قوس
یک قوس جوشکاری از تعداد زیادی الکترون در حال حرکت بین نوک الکترود و ماده پایه تشکیل شده است. جهت حرکت به قطبیت بستگی دارد. در آغاز، الکترون‌ها یک پلاسما ایجاد می‌کنند که توسط ورودی انرژی الکتریکی ایجاد می‌شود که انرژی گاز را آزاد می‌کند.
رنگهای بازپخت و زمان تمیز کردن برای جوش‌های فولاد ضد زنگ را کاهش می‌دهد
اثر جوشکاری دیگری که هنگام جوشکاری TIG از رنگهای بازپخت جلوگیری می‌کند. این تغییر رنگ مواد پایه نشان می‌دهد که متالورژی فلز تغییر کرده است. چرا این مهم است؟ عناصر مهم پراکنده یا تبخیر شده‌اند که باعث می‌شود در هنگام جوشکاری فولادهای ضد زنگ، ناحیه اطراف اتصال جوش در برابر اشکال مختلف زنگ زدگی محافظت نشود. برای کاهش آن، پوشاندن قسمت پشتی جوش با آرگون می‌تواند برای نتایج مطلوب کاملاً سودمند باشد. در زیر یک مرور کلی از روش‌های تمیز کردن موجود پس از جوشکاری فولاد ضد زنگ است.
آرگون می‌تواند به تسریع روند تمیزکاری پس از جوشکاری کمک کند. تمیز نکردن جوش بعد از آن به ویژه مفید است و معمولاً هنگام جوشکاری مخازن یا لوله، جایی که تمیز کردن قسمت پشتی آن امکان‌پذیر نیست یا فقط بسیار ناخوشایند است، قابل استفاده است. هنگامی که شما در حال جوشکاری فولاد CrNi یا آلیاژهای Ni هستید، استفاده از آرگون برای محافظت از پشت جوش خود ارزش هزینه اضافی آرگون اضافی را دارد. برای دستیابی به اشکال پیچیده، مانند لوله‌ها، محفظه‌های تشکیل دهنده ساخته می‌شوند تا جوش با آرگون را فراهم کند. نمونه‌هایی برای درزگیرهای اطراف جوش عبارتند از: کاغذ تشکیل دهنده محلول در آب، محفظه‌های تشکیل پلاستیک، فوم و گلوله‌های تشکیل دهنده محلول در آب
ارزان در مقایسه با گزینه‌های جایگزین
این پاسخ بسته به جایی که در جهان جوشکاری می‌کنید، کمی متفاوت است. به عنوان مثال، گزینه اصلی آرگون، هلیوم، به دلیل کمبود منابع طبیعی در آمریکا ارزان‌تر از اروپا است. هلیم در اروپا بیشتر از جو استخراج می‌شود و بنابراین گرانتر است زیرا آرگون فراوان است. بنابراین به طور کلی، هلیم گرانتر از آرگون است. و هر دو در مقایسه با سایر گازهای نجیب ارزان هستند.
آیا استفاده از گاز نجیب در جوشکاری TIG یک گزینه نیست؟
همانطور که سعی کردم در این مقاله به آن اشاره کنم، جوشکاری TIG برای اینکه بتواند به خوبی کار کند به یک فضای بی‌اثر و محافظت شده نیاز دارد. برخی از گازهای فعال‌تر ممکن است برای کاربردهای خاص مناسب باشند، اما به طور کلی، گازهای غیر بی‌اثر به نتایج جوشکاری شما آسیب می‌رسانند.
آیا آرگون خطرناک است؟
پاسخ کوتاه این است که بله، اما جز گازهای خطرناک نیست. آرگون سمی نیست، اما بسیار سنگین‌تر از هوا است. در نتیجه، آرگون با گذشت زمان جایگزین اکسیژن می‌شود. جایگزینی اکسیژن به ویژه هنگام جوشکاری در محله‌های نزدیک یا ظروف خطرناک است. مرگ در اثر خفگی آرگون امری غیر معمول نیست و گاهی اوقات به عنوان غرق شدن آرگون شناخته می‌شود. به عنوان مثال همیشه هنگام جوشکاری مخازن به آرگون فرصت دهید از بین برود یا از اکسیژن اضافی استفاده کنید.
چند گاز نجیب در جو ما وجود دارد؟
سه گاز نجیب که همه ما روزانه نفس می‌کشیم، بر اساس وقوع، آرگون، نئون، هلیوم و کریپتون طبقه‌بندی شده اند. به صورت ترکیبی، حدود ۱٪ از جو زمین را تشکیل می‌دهند.
هوا از چه چیزهایی تشکیل شده است؟
هوای تنفسی ما بیشتر از گازهای زیر تشکیل شده است: نیتروژن (۷۸٪)، اکسیژن (۲۰٪)، گازهای نجیب (۱٪)، دی اکسید کربن (۰.۰۳٪) و بخار آب (۰.۹۷٪). رابطه بدیهی است که بسته به مکان شما و اندازه گیری قد تغییر می‌کند، اما اینها میانگین‌های مفیدی هستند.
سایر برنامه‌های صنعتی به این دلایل از آرگون استفاده می‌کنند
از آرگون در تمام صنایعی استفاده می‌شود که جو محافظ و غیر واکنشی مطلوب باشد و ارزش محصول می‌تواند افزایش هزینه فرآیند را جبران کند. به عنوان مثال، صنعت نیمه هادی از آرگون برای رشد بلورهایی مانند ژرمانیوم استفاده می‌کند. یا پتوهای غیرفعال از تیتانیوم در چنین محیط محافظتی تولید می‌شوند.