پایگاه اطلاعات جوشکاری ایران (iwip) تقدیم میکند:

راهنمای جامع جوشکاری آلومینیوم با روش TIG

جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود تنگستن (TIG یا GTAW) یکی از روش‌های دقیق و باکیفیت جوشکاری است که برای آلومینیوم بسیار مناسب است. در این روش، قوس الکتریکی با الکترود تنگستن غیرمصرفی و گاز محافظ (معمولاً آرگون خالص) تشکیل می‌شود. اگرچه سرعت جوشکاری TIG نسبت به روش‌هایی مانند MIG کمتر است، اما کنترل بی‌نظیری بر نفوذ جوش و شکل ناحیه حرارت‌دیده فراهم می‌کند. نتیجه‌ی این کنترل دقیق، ایجاد جوش‌های بدون دود و سرباره اضافی با ظاهری تمیز و استحکامی بالا است.

تجهیزات و لوازم مورد نیاز

• منبع تغذیه (دستگاه جوش AC/DC): برای آلومینیوم معمولاً از جریان متناوب (AC) استفاده می‌شود؛ هرچند امکان جوش‌کاری با جریان مستقیم (DC) نیز وجود دارد ولی AC رایج‌تر و آسان‌تر است. دستگاه‌های اینورتر جدید به دلیل قابلیت کنترل شکل موج AC، استارت فرکانس بالا و تنظیمات دقیق جریان توصیه می‌شوندحتماً از پدال (Foot Pedal) یا دستگاه کنترل جریان برای تنظیم مقادیر آمپر در حین جوش استفاده کنید.

• الکترود تنگستن: برای آلومینیوم بهتر است از الکترودهای ویژه مانند لانتانیوم ۲٪ یا زیرکونیوم ۲٪ (رنگ سفید) استفاده شود که قوس پایدارتر و شروع آسان‌تری دارند. این الکترودها در جریان‌های پایین و متوسط نیز عملکرد خوبی دارند. نوک الکترود را با زاویه حدود ۶۰ درجه تیز کرده و قطر مناسب (معمولاً ۳/۳۲ یا ۱/۸ اینچ) را بر اساس ضخامت قطعه انتخاب نمایید.

• گاز محافظ: استفاده از گاز آرگون با خلوص بالا (≥۹۹٫۹۷٪) استاندارد است. گاز آرگون خصوصیات پوشانندگی عالی دارد و قوس را تمیز نگه می‌دارد. در صورت نیاز به نفوذ بیشتر برای قطعات ضخیم‌تر می‌توان مخلوط آرگون–هلیوم (حداکثر ۲۰–۲۵٪ هلیوم) به کار برد؛ هلیوم با افزایش رسانایی حرارتی و پتانسیل یونش قوس، نفوذ را بیشتر می‌کند اما مقدار زیاد آن می‌تواند ثبات قوس را کاهش دهد.

• میله (پودر) پرکن آلومینیوم: معمول‌ترین میله‌ها، سیم‌های آلومینیومی ER4043 یا ER5356 هستند که در اکثر جوش‌های آلومینیومی کاربرد دارند. بسته به آلیاژ پایه، می‌توانید بین این دو انتخاب کنید. برای نمونه، برای آلیاژهای حاوی منیزیم زیاد (>۲٫۵٪)، معمولا ER5356 توصیه می‌شود قطر میله‌ی پرکن را با توجه به ضخامت جوش (معمولاً ۱٫۶ تا ۳ میلی‌متر) انتخاب کنید.

• سایر لوازم جانبی: برس سیمی استیل مخصوص آلومینیوم برای زدودن اکسید سطحی  سنگ تیز کردن نوک الکترود تنگستن، فیکسچر و گیره‌های اتصال زمین، تجهیزات تنفسی (در صورت نیاز)، و لباس‌های ایمنی (کلاه محافظ جوشکاری با شیشه خودتار، دستکش چرمی ضخیم و لباس مقاوم در برابر حرارت) را فراموش نکنید.

آماده‌سازی آلومینیوم برای جوشکاری

• حذف لایه اکسید: سطح آلومینیوم به سرعت لایه‌ی اکسید آلومینیوم (Al₂O₃) تشکیل می‌دهد که نقطه ذوب بسیار بالاتری دارد؛ بنابراین باید قبل از جوشکاری با برس سیمی استیل (ویژه‌ی آلومینیوم) کاملاً پاک شود. می‌توانید از محلول‌های شیمیایی پاک‌کننده یا اسید ضعیف (مثلاً محلول کاهنده اکسید) هم برای تمیز کردن کامل استفاده کنید. وجود هرگونه اکسید یا آلودگی سطحی باعث ناپایداری قوس و عدم اختلاط مناسب مواد اصلی می‌شود.

• پاک‌سازی چربی و آلودگی: آلومینیوم باید عاری از روغن، گریس یا ذرات خارجی باشد. سطح قطعه را با حلال مناسب (مثل استون یا الکل ایزوپروپیل) تمیز کنید تا چربی و لک کاملاً زدوده شود. میله پرکن را نیز در هوای خشک نگه داشته و از قرارگیری در محیط مرطوب خودداری کنید؛ رطوبت سطحی می‌تواند باعث تخلخل جوش شود.

• آماده‌سازی لبه‌ها و اتصال: اگر برای اتصال به شکل V یا شیار نیاز دارید، لبه‌ها را با زاویه باز آماده کنید تا نفوذ کافی حاصل شود در حالت جوشکاری یک‌گذر (مانند ورق‌های نازک) معمولاً احتیاج به زاویه زیاد نیست، اما در ضخامت‌های بالا شیار گشادتر به جوش مناسب کمک می‌کند. همچنین قطعات را به گونه‌ای قرار دهید که فاصله (گپ) بین لبه‌ها مناسب باشد (معمولاً ۱–۲ میلی‌متر) تا حوضچه جوش به خوبی پر شود.

• خشک کردن قطعه: فلز و میله پرکن را تا حد امکان خشک نگه دارید تا بخار آب یا رطوبت مانع تشکیل جوش سالم نشود. رطوبت محیط باعث می‌شود گازهای آب بخار شده در حوضچه گیر افتاده و تخلخل ایجاد شود.

مراحل گام‌به‌گام جوشکاری TIG روی آلومینیوم

مراحل اصلی جوشکاری TIG آلومینیوم به طور کلی به شرح زیر است:

1. اتصال زمین و تنظیم گاز: ابتدا انبر اتصال زمین (C-Clamp) را به قطعه آلومینیومی وصل کنید. جریان گاز آرگون را تنظیم و باز کنید (حدود ۱۰–۱۵ لیتر بر دقیقه). دستگاه جوش را روی حالت AC قرار دهید (اگرچه امکان جوش با DC نیز هست اما AC استاندارد است) ویژگی‌های مناسب دستگاه مانند استارت فرکانس بالا و نسبت موج AC برای تمیزکاری را فعال کنید؛ معمولاً نسبت الکترود مثبت به منفی (AC balance) را روی حدود ۳۰–۴۰ درصد تنظیم می‌کنند تا در زمان مثبت، بهتر اکسید را پاک کند.

2. تیز کردن و نصب الکترود: الکترود تنگستن را با سنگ سنباده یا ابزار مخصوص، به یک نوک تیز (زاویه حدود ۶۰ درجه) تبدیل کنیدقطر الکترود را بر اساس جریان جوش و ضخامت قطعه انتخاب نمایید (مثلاً ۳/۳۲ یا ۱/۸ اینچ) الکترود را در تورچ جوش قرار دهید طوری که شیشه محافظ و نازل گاز به‌طور صحیح روی آن سوار باشد. مطمئن شوید سیم اتصالات و شیرهای گاز بدون نشتی هستند.

3. تشکیل قوس و ایجاد حوضچه: پدال پای خود را در ابتدا روی صفر نگه داشته و سپس تورچ را نزدیک به محل جوش (با عقب‌تاب ۵–۱۵ درجه) قرار دهید. با فعال کردن جریان HF قوس را تشکیل دهید و سپس پدال را به آرامی فشار دهید تا جریان قوس افزایش یابد. فاصله نوک تنگستن تا سطح فلز را کم نگه دارید (حدود قطر الکترود) تا قوس متمرکز و پایدار باشد پس از روشن شدن قوس و ایجاد حوضچه‌ی کوچک، از طریق کنترل پدال جریان، اندازه‌ی حوضچه و عمق نفوذ را تنظیم کنید

4. افزودن میله پرکن و حرکت مشعل: هنگامی که حوضچه تشکیل شد، میله‌ی پرکن آلومینیومی را به آرامی وارد حوضچه کنید. همیشه با روش «پرس» مشعل را به سمت جلو حرکت دهید و میله پرکن را در لبه روبرویی حوضچه فرو ببرید؛ زاویه تورچ و میله تقریباً ۹۰ درجه باشد دست مشعل را ساکن نگه داشته و آن را با حرکت پیوسته به جلو بکشید در حالی که دست دیگر میله را اضافه می‌کند. سرعت حرکت را یکنواخت نگه دارید تا حوضچه همواره با ماده پرکن پر شود. با افزایش فشار پدال، دمای قوس را بالا برده و اطمینان حاصل کنید جوش به‌طور کامل در عمق قطعه نفوذ می‌کند

5. اتمام جوشکاری: پس از طی کردن طول جوش، پدال را به صفر برسانید تا جریان قطع شود. بلافاصله پس از اتمام جوش، جریان گاز آرگون را چند ثانیه ادامه دهید (پسا-گاز) تا از اکسیده شدن الکترود داغ و قطعه جوش جلوگیری شود. سپس مجدداً وضعیت جوش را بررسی کنید و در صورت نیاز برای انجام پاس‌های بعدی (در ضخامت بالا) آماده شوید.

نکات ایمنی و مراقبت‌های ضروری

• تجهیزات حفاظت فردی (PPE): همیشه از کلاه ماسک جوشکاری با شیشه خودتار (تیره)، دستکش چرمی ضخیم و لباس مقاوم در برابر شعله استفاده کنید. پوست بدن (دست‌ها، گردن و صورت) باید کاملاً پوشانده شود تا در مقابل اشعه ماوراءبنفش قوس محافظت گردد.

• تهویه و حفاظت از تنفس: جوشکاری آلومینیوم دود و ذرات ریز (توزیع الکترون کوچک آلومینیوم و اکسید آلومینیوم) و همچنین ازن تولید می‌کند که برای سلامت مضر و حتی سرطان‌زا هستند حتماً در محیط با تهویه مناسب یا هود مکنده جوشکاری کار کنید و در صورت امکان از ماسک تنفسی مخصوص ذرات بهره ببرید.

• ایمنی گاز و برق: مطمئن شوید سیلندر گاز آرگون محکم و ثابت قرار گرفته و شیلنگ‌ها نشتی ندارند. از خشک بودن محیط کار و قطعه اطمینان حاصل کنید؛ هرگونه رطوبت یا قطره آب روی آلومینیوم می‌تواند خطر برق‌گرفتگی ایجاد کند. هنگام جوشکاری، کابل‌ها و شیلنگ‌ها را طوری قرار دهید که در مسیر حرکت شما نباشند.

• ایمنی محیط: وسایل آتش‌زا و مواد قابل اشتعال (مانند پارچه‌های روغنی، تینر و…) را از محدوده جوشکاری دور نگه دارید. جرقه‌ها و قطرات مذاب می‌توانند ایجاد حریق کنند. همچنین پس از جوشکاری از تماس مستقیم با قطعات داغ خودداری کرده و از انبردست یا انبر برای جابجایی استفاده نمایید.

مشکلات رایج در جوشکاری TIG آلومینیوم و راه‌حل‌ها

• تخلخل (Porosity): ورود حباب‌های هوا یا بخار به داخل فلز جوش، سوراخ‌های ریز (حفره) ایجاد می‌کند و استحکام را کاهش می‌دهد. علت اصلی، رطوبت یا آلودگی روی قطعه یا میله پرکن است. برای جلوگیری، حتماً سطوح را تمیز و خشک نگه دارید و از گاز آرگون خالص (یا مخلوط مناسب) و پوشش کامل حوضچه اطمینان حاصل کنید

• عدم ذوب کامل (Lack of Fusion): اگر اکسید سطحی به خوبی پاک نشود یا جریان قوس کافی نباشد، جوش به‌طور کامل در عمق نفوذ نمی‌کند. اطمینان حاصل کنید که تمیزکاری به‌خوبی انجام شده و اگر لازم است آمپر جوش را افزایش دهید. همچنین زاویه شیار و آماده‌سازی صحیح لبه‌ها در نفوذ کامل کمک می‌کند

• حرارت بیش از حد و سوختن (Burn-through/Warpage): آلومینیوم گرما را سریع پخش می‌کند؛ اگر سرعت حرکت مشعل بیش از حد کند باشد یا جریان قوس زیاد باشد، لبه‌های نازک می‌سوزند یا قطعه تاب برمی‌دارد. برای قطعات نازک، جریان را کاهش دهید یا از جوش پالس استفاده کنید تا حرارت کنترل شود همچنین می‌توانید از هیت‌سینک (قطعات فلزی خنک‌کننده) در کنار کار یا خنک‌کاری بین پاس‌ها استفاده نمایید.

• ترک جوش: برخی آلیاژها (به‌ویژه سری ۵xxx با منیزیم زیاد) مستعد ترک‌خوردگی هستند. استفاده از میله پرکن نامناسب (مثلاً 4043 روی آلیاژهای پرمنیزیم) می‌تواند ترک ایجاد کند. طبق راهنمای انتخاب فیلر، برای آلیاژهای پرمنیزیم از سیم 5356 استفاده کنید و از تغییرات شدید جریان خودداری نمایید

• آلودگی الکترود تنگستن: تماس نوک تنگستن با فلز مذاب یا میله پرکن باعث آلودگی الکترود و پاشش قوس می‌شود. این اشتباه، قوس ناپایدار و نقص در جوش را به همراه دارد. در صورت آلودگی تنگستن، نوک آن را قطع کرده و دوباره تیز کنید. هرگز تنگستن را هنگام جوش با مواد دیگر تماس ندهید.

• پوشش گاز محافظ ناکافی: اگر نازل تورچ درست نصب نشده یا جریان گاز کم باشد، حوضچه جوش در معرض اکسیژن هوا قرار می‌گیرد و مشکلاتی نظیر حفره یا ناخالصی ایجاد می‌شود. مطمئن شوید نازل پاک باشد، گاز کافی (حدود ۱۵–۲۰ لیتر/دقیقه) بدهید و در مواقع نیاز از نازل گاز لنزدار (Gas Lens) استفاده کنید تا پوشش یکنواخت و آرام (لامینار) تأمین شود.

نکات و ترفندهای تمرینی برای تازه‌کاران

• تمرین حرکت مشعل: قبل از روشن کردن قوس، با دستکش و تورچ جوشکاری تمرین کنید که مشعل را با حرکات یکنواخت و پایدار به سمت جلو (با کمی عقب‌تاب) هدایت کنید. برای ثبات بیشتر می‌توانید پای خود یا لبه میز را تکیه دهید.

• هماهنگی دست‌ها: بدون افزودن فلز پرکن، تمرین دهید که هم‌زمان دست چپ (یا راست بسته به تسلط) مشعل را ثابت نگه داشته و دست دیگر میله پرکن را در کناره حوضچه وارد کند. تکنیک پرس (پیشروی مشعل به جلو و اضافه کردن میله پرکن در لبه جلویی حوضچه) را تمرین کنید

• فاصله قوس: فاصله نوک الکترود تا سطح کار را حداقل نگه دارید (حدود قطر الکترود) تا قوس متمرکز و پایدار باشد فاصله زیاد باعث گستردگی قوس و کاهش دقت می‌شود.

• کنترل حوضچه: ابتدا بدون اضافه کردن فیلر، حوضچه را ایجاد کرده و آن را در امتداد فلز هدایت کنید. توجه کنید که با افزایش دمای قطعه، حوضچه سریع‌تر به‌طرف پایین حرکت می‌کند؛ بنابراین سرعت پیشروی را طوری تنظیم کنید که پهنای حوضچه ثابت بماند هم‌زمان با رشد حوضچه، با پدال جریان را کاهش دهید تا کنترل بهتری داشته باشید.

پایگاه اطلاعات جوشکاری ایران (iwip)