معرفی گازهای جوشکاری و اهمیت خلوص بالا
گازهای جوشکاری یکی از مهم‌ترین عناصر در فرآیندهای جوشکاری و برش فلزات هستند. این گازها می‌توانند به صورت فعال یا غیرفعال عمل کنند و نقش مهمی در کیفیت جوش، سرعت فرآیند، و ایمنی دارند. استفاده از گازهای خلوص بالا اهمیت ویژه‌ای دارد زیرا ناخالصی‌ها در گاز می‌توانند باعث ایجاد عیوبی مانند تخلخل، ترک‌های میکروسکوپی و کاهش مقاومت مکانیکی جوش شوند. از این رو، صنایع حساس مانند هوافضا، خودرو، نفت و گاز و ساخت تجهیزات دقیق به گازهای با خلوص بالا نیازمند هستند.
در جوشکاری، گازها معمولاً به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: گازهای فعال که در واکنش با فلز مذاب شرکت می‌کنند و گازهای خنثی یا غیر فعال که صرفاً محیط محافظی برای جلوگیری از اکسیداسیون ایجاد می‌کنند. هر نوع گاز یا ترکیب گازی ویژگی‌های خاصی دارد که آن را برای کاربردهای مشخصی مناسب می‌کند.
۱. آرگون (Argon) – محافظ غیر فعال خالص
آرگون یکی از رایج‌ترین گازهای مورد استفاده در جوشکاری است که به دلیل خاصیت خنثی بودنش، با اکسیژن و نیتروژن واکنش نمی‌دهد. این گاز به ویژه در جوشکاری TIG (Tungsten Inert Gas) برای فلزاتی مانند آلومینیوم و استیل ضدزنگ استفاده میشود. آرگون با ایجاد یک حباب محافظ اطراف قوس جوش، از ورود هوا و رطوبت به منطقه جوش جلوگیری می‌کند و به همین دلیل سطح جوش صاف، بدون اکسید و با کیفیت بالا ایجاد میشود. استفاده از آرگون خلوص بالا (معمولاً ۹۹.۹۵٪ یا بالاتر) در صنایع حساس، مثل هوافضا، اهمیت حیاتی دارد زیرا ناخالصی‌ها می‌توانند باعث ایجاد حفره‌ها و ترک‌های میکروسکوپی شوند.
۲. هلیوم (Helium) – گاز محافظ سبک و با هدایت حرارتی بالا
هلیوم یک گاز غیر فعال دیگر است که به دلیل هدایت حرارتی بالا و چگالی کم، در جوشکاری آلومینیوم و مس کاربرد گسترده دارد. ترکیب آرگون و هلیوم باعث افزایش سرعت ذوب فلز و ایجاد جوش‌های عمیق‌تر و تمیزتر میشود. استفاده از هلیوم خلوص بالا برای جوشکاری آلیاژهای حساس باعث کاهش عیوبی مانند ترک سرد و تخلخل میشود. همچنین هلیوم در فرآیندهای جوشکاری MIG (Metal Inert Gas) برای فلزات با هدایت حرارتی بالا بسیار مفید است.
۳. دی‌اکسید کربن (CO₂) – گاز فعال و اقتصادی
دی‌اکسید کربن به عنوان یک گاز فعال در جوشکاری MIG/MAG استفاده میشود. برخلاف آرگون و هلیوم که غیر فعال هستند، CO₂ با فلز مذاب وارد واکنش جزئی میشود و باعث ایجاد قوس پایدار و نفوذ مناسب جوش می‌گردد. یکی از مزایای CO₂، هزینه پایین و دسترسی آسان آن است، اما استفاده از CO₂ خالص ممکن است باعث ایجاد دود و پاشش زیاد شود. به همین دلیل در بسیاری از کاربردها، ترکیبی از CO₂ و آرگون به کار می‌رود تا هم کیفیت جوش حفظ شود و هم میزان پاشش کاهش یابد.
۴. اکسیژن (O₂) – افزودنی گاز فعال
اکسیژن در مقادیر بسیار کم (معمولاً ۱ تا ۵٪) به مخلوط‌های گازی جوشکاری اضافه میشود تا قوس پایدارتر شود و ذوب فلز بهبود یابد. اکسیژن به تنهایی برای جوشکاری استفاده نمی‌شود، بلکه به صورت ترکیبی با CO₂ یا آرگون به کار می‌رود. این افزودنی باعث میشود جوش‌های بلند و یکنواخت‌تری تولید شود و جریان مذاب به خوبی درون شیار جوش نفوذ کند. خلوص بالای اکسیژن در این ترکیب‌ها اهمیت دارد زیرا ناخالصی‌ها می‌توانند باعث سوختن یا ایجاد اکسیدهای ناخواسته شوند.
۵. نیتروژن (N₂) – گاز خنثی برای جوشکاری خاص
نیتروژن، گازی غیر فعال و سبک است که برای جوشکاری فولادهای زنگ نزن آستنیتی و برخی فلزات آلیاژی کاربرد دارد. این گاز کمک می‌کند تا اتمسفر جوش خنثی باقی بماند و از واکنش‌های شیمیایی ناخواسته جلوگیری شود. نیتروژن همچنین در برخی فرآیندهای جوشکاری لیزری و پلاسما به عنوان گاز کمکی استفاده میشود. برای جلوگیری از حفره‌ها و ترک‌ها، استفاده از نیتروژن با خلوص بالا ضروری است.
۶. هیدروژن (H₂) – افزایش نفوذ و حرارت
هیدروژن گازی فعال و احیاکننده است که معمولاً در ترکیب با آرگون یا نیتروژن به عنوان گاز محافظ استفاده میشود. این گاز برای جوشکاری فولادهای غیر آلیاژی و برخی آلیاژهای مسی کاربرد دارد. هیدروژن به دلیل خاصیت احیاکنندگی، اکسیدهای سطحی را کاهش داده و باعث ایجاد جوش‌های براق و بدون اکسید میشود. در این کاربردها، خلوص بالای هیدروژن (معمولاً ۹۹.۹٪) بسیار مهم است تا از ایجاد حفره‌ها و تخلخل‌های ناشی از ناخالصی‌ها جلوگیری شود.
۷. مخلوط‌های گازی دو جزئی و سه جزئی – بهینه‌سازی عملکرد
یکی از پرکاربردترین روش‌ها برای بهبود کیفیت جوش، استفاده از مخلوط‌های گازی است. رایج‌ترین ترکیب‌ها شامل آرگون + CO₂ و آرگون + هلیوم هستند. این ترکیب‌ها امکان کنترل نفوذ، پاشش و شکل جوش را فراهم می‌کنند. برای مثال، ترکیب آرگون و ۲ تا ۵٪ CO₂ در جوشکاری MIG فولادهای کم کربن باعث ایجاد قوس پایدار، کاهش پاشش و بهبود کیفیت سطح جوش میشود. همچنین در جوشکاری آلومینیوم و مس، ترکیب آرگون و هلیوم باعث افزایش انرژی قوس و نفوذ بهتر می‌گردد. در تمامی این مخلوط‌ها، استفاده از گازهای خلوص بالا تضمین می‌کند که کیفیت جوش در سطح صنعتی و حساس حفظ شود.
۸. هلیوم + هیدروژن – جوشکاری فلزات با هدایت حرارتی بالا
ترکیب هلیوم و هیدروژن در جوشکاری فلزاتی که هدایت حرارتی بالایی دارند، مانند مس و برخی آلیاژهای آلومینیوم، بسیار مفید است. این مخلوط باعث افزایش دمای قوس، عمق نفوذ بهتر و کاهش زمان جوشکاری میشود. هیدروژن نقش احیاکننده دارد و ناخالصی‌های سطح فلز را از بین می‌برد، در حالی که هلیوم محیط محافظی ایجاد می‌کند و انتقال حرارت را افزایش می‌دهد. استفاده از گازهای خلوص بالا در این ترکیب‌ها باعث میشود جوش‌ها عاری از حفره و ترک‌های میکروسکوپی باشند، که در کاربردهای حساس مثل صنایع الکترونیک و هوافضا اهمیت حیاتی دارد.
مزایای گازهای جوشکاری با خلوص بالا
استفاده از گازهای خلوص بالا در جوشکاری مزایای متعددی دارد که در صنایع دقیق و حساس اهمیت حیاتی دارد:
کیفیت بالای جوش: کاهش تخلخل، ترک و اکسیداسیون.
ثبات قوس: قوس پایدارتر و کنترل بهتر حرارت.
جوش‌های تمیزتر و براق‌تر: کاهش نیاز به عملیات پرداخت سطحی.
افزایش مقاومت مکانیکی: جوش‌های با نفوذ کامل و بدون عیب، مقاومت بیشتری دارند.
کاربرد در صنایع حساس: هوافضا، نفت و گاز، پزشکی و صنایع غذایی.
نکات ایمنی و نگهداری گازهای جوشکاری
استفاده از گازهای جوشکاری، حتی با خلوص بالا، نیازمند رعایت اصول ایمنی است. برخی نکات مهم عبارتند از:
همیشه کپسول‌های گاز را در محیطی خشک و خنک نگهداری کنید و از تابش مستقیم آفتاب جلوگیری کنید.
از رگولاتورها و اتصالات مناسب استفاده کنید تا نشت گاز رخ ندهد.
گازهای فعال مانند هیدروژن و اکسیژن باید از منابع حرارت و مواد قابل اشتعال دور نگه داشته شوند.
در محیط جوشکاری، تهویه مناسب برقرار باشد تا از تجمع گازهای خطرناک جلوگیری شود.
رعایت این نکات نه تنها ایمنی کارکنان را تضمین می‌کند بلکه باعث میشود کیفیت جوش و عمر تجهیزات نیز حفظ شود.
بدون دیدگاه