هنر جوشکاری TIG آلومینیوم

جوشکاری آلومینیوم TIG (گاز بی اثر تنگستن) اغلب به عنوان اوج صنعت جوش در نظر گرفته می شود. این فرآیند مستلزم ترکیبی منحصر به فرد از دانش فنی، تنظیم دقیق تجهیزات، و مهارت دستی به خوبی است. هنگامی که به درستی اجرا می شود، جوش هایی ایجاد می کند که نه تنها فوق العاده قوی و ضد نشتی هستند، بلکه از نظر زیبایی نیز زیبا هستند، با ظاهری براق و انباشته انباشته. برخلاف جوشکاری فولاد، آلومینیوم به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی متمایز خود مجموعه ای از چالش های منحصر به فرد را ارائه می دهد. با این حال، با درک این چالش‌ها و تسلط بر تکنیک‌های غلبه بر آن‌ها، می‌توانید توانایی ایجاد جوش‌های بی‌نقص را روی همه چیز از قطعات خودرو و قطعات هوافضا گرفته تا ساخت سفارشی و مجسمه‌های هنری باز کنید.

این راهنمای قطعی شما را از طریق همه چیزهایی که باید بدانید، از علوم بنیادی در پشت این فرآیند گرفته تا تکنیک های پیشرفته مورد استفاده توسط متخصصان، راهنمایی می کند. چه یک مبتدی باشید که به دنبال شروع کار هستید یا یک جوشکار باتجربه که به دنبال بهبود مهارت های خود است، این شیرجه عمیق به آلومینیوم جوشکاری TIG دانشی را که برای موفقیت نیاز دارید فراهم می کند.

---

چرا آلومینیوم متفاوت است: درک چالش ها

حتی قبل از برخورد با قوس، درک اینکه چرا آلومینیوم رفتار متفاوتی با فولاد دارد، بسیار مهم است. این دانش پایه و اساس تمام تکنیک ها و تنظیماتی است که به دنبال آن می آیند.

لایه اکسید مقاوم

آلومینیوم به طور طبیعی هنگامی که در معرض هوا قرار می گیرد یک لایه بسیار نازک و بسیار سخت از اکسید آلومینیوم (Al2O3) تشکیل می دهد. این لایه دارای نقطه ذوب تقریباً 3700 درجه فارنهایت (2037 درجه سانتیگراد) است که به شدت بالاتر از نقطه ذوب آلومینیوم خالص زیر آن است که حدود 1220 درجه فارنهایت (660 درجه سانتیگراد) است. اگر این لایه اکسید برداشته نشود، در برابر گودال جوش مقاومت می کند و منجر به آلودگی، همجوشی ضعیف و یک جوش زشت و دانه دار می شود. کلید حل این مشکل در خود فرآیند TIG نهفته است.

رسانایی حرارتی بالا

آلومینیوم به عنوان یک هیت سینک عالی عمل می کند. گرما را به سرعت از ناحیه جوش دور می کند. این بدان معنی است که برای راه اندازی و نگهداری یک حوضچه مذاب در مقایسه با فولاد، به گرمای بسیار بیشتری نیاز است. همچنین به این معنی است که تجمع گرما در کل قطعه کار سریعتر اتفاق می افتد و در صورت عدم مدیریت دقیق، خطر تاب برداشتن و اعوجاج افزایش می یابد.

بدون تغییر رنگ قبل از ذوب

فولاد قبل از ذوب شدن به رنگ قرمز می درخشد و یک نشانه بصری واضح ارائه می دهد. آلومینیوم ندارد. تا لحظه ای که بلافاصله به یک گودال مذاب تبدیل می شود، نقره ای و درخشان باقی می ماند. این می تواند برای مبتدیان گیج کننده باشد و نیاز به یادگیری 'خواندن' سطح فلز در حین گرم شدن دارد.

دهانه ها و شکاف داغ

آلومینیوم سرعت انبساط و انقباض حرارتی بالایی دارد. با سفت شدن و سرد شدن گودال جوش، به طور قابل توجهی منقبض می شود. اگر جوش به طور نامناسب خاتمه یابد، این انقباض می تواند یک دهانه - یک فرورفتگی در انتهای مهره جوش ایجاد کند. دهانه ها به شدت مستعد ترک خوردن (ترک داغ) هستند زیرا در هنگام انجماد نقطه تمرکز تنش هستند.

---

تجهیزات ضروری و راه اندازی برای آلومینیوم TIG

استفاده از تجهیزات مناسب و پیکربندی صحیح آن 80 درصد نبرد در جوشکاری TIG آلومینیوم است.

منبع تغذیه: AC TIG Welder

در حالی که جوشکاری آلومینیوم نازک با DCEN (الکترود جریان مستقیم منفی) و مخلوط هلیوم امکان پذیر است، روش استاندارد و مورد نیاز برای جوشکاری آلومینیوم با کیفیت AC (جریان متناوب) است.

• چرا AC؟  چرخه جریان AC بین دو فاز متناوب است:

• چرخه الکترود مثبت (EP):  این عمل 'تمیز کردن' است. در طول این نیمه از چرخه، الکترون ها از قطعه کار به الکترود تنگستن می پرند و لایه سرسخت اکسید آلومینیوم را منفجر می کنند. این به صورت یک دایره حک شده مشخص در اطراف قوس قابل مشاهده است.

• چرخه الکترود منفی (EN):  این عمل 'نفوذ' یا 'گرمایش' است. در طول این نیمه، جریان از الکترود به قطعه کار می گذرد و بیشتر گرما را می رساند و حوضچه جوش را ایجاد می کند.

یک جوشکار مدرن مبتنی بر اینورتر AC/DC TIG ایده آل است زیرا امکان تنظیم دقیق تعادل AC (یا کنترل شکل موج AC) را فراهم می کند.

کنترل های بحرانی: تعادل و فرکانس

• تعادل AC (%EN در مقابل %EP):  این کنترل نسبت زمان صرف شده در فاز نفوذ (EN) را در مقابل مرحله تمیز کردن (EP) تنظیم می‌کند.

• درصد EN بالاتر (به عنوان مثال 70-80%) گرما و نفوذ بیشتر، نوار تمیزکننده باریکتر و قوس تیزتر و پایدارتر را فراهم می کند. با این حال، EN بیش از حد می تواند باعث شود تنگستن بیش از حد گرم شود و بیش از حد گلوله شود.

• درصد EP بالاتر (به عنوان مثال 30-40٪) عملکرد تمیز کردن گسترده تری را ارائه می دهد که برای مواد کثیف یا اکسید شده یا برای مقابله با ناخالصی ها خوب است. با این حال، EP بیش از حد می تواند باعث شود تنگستن به سرعت توپ کند و می تواند مواد را در خارج از ناحیه جوش بیش از حد حک کند.

• یک نقطه شروع خوب حدود 70٪ EN / 30٪ EP است.

• فرکانس AC (Hz):  این کنترل چند بار در ثانیه تغییر جریان بین EN و EP را تنظیم می کند.

• فرکانس پایین تر (مثلا 60-80 هرتز) یک مخروط قوس پهن تر و نرم تر و یک گودال جوش گسترده تر ایجاد می کند. برای مبتدیان بخشنده تر است.

• فرکانس بالاتر (مثلاً 120-200 هرتز) یک مخروط قوس بسیار متمرکز، محکم و سفت ایجاد می کند. این کنترل جهت بهتر، نفوذ عمیق تر (مخروط قوس 'حفاری') را فراهم می کند و برای گوشه های محکم و کار با جزئیات عالی است. همچنین به تمرکز گرما کمک می کند و منطقه کلی تحت تأثیر گرما (HAZ) را کاهش می دهد.

انتخاب الکترود تنگستن مناسب

الکترود یک جزء حیاتی است. برای آلومینیوم AC TIG،  تنگستن خالص  (سبز) استاندارد تاریخی بود، اما به راحتی توپ می زند و پایداری کمتری دارد. امروزه،  Lanthanated  (طلا، 1.5٪ یا 2.0٪) و  Ceriated  (خاکستری) انتخاب های محبوبی هستند، زیرا آنها در هر دو AC و DC به خوبی کار می کنند، به راحتی شروع می شوند و نقطه پایداری را برای قوس محکم تر حفظ می کنند.  زیرکونی شده  (سفید) نیز یک انتخاب عالی و طولانی مدت است که برای جوشکاری AC اختصاص داده شده است.

الکترود باید تا یک نقطه (با یک آسیاب تنگستن اختصاصی) برای یک قوس پایدار تیز شود، اما به طور طبیعی در حین جوشکاری AC یک توپ در نوک تشکیل می دهد. هدف یک توپ تمیز و پایدار است، نه یک توپ بزرگ و افتاده.

راه اندازی گاز محافظ و مشعل

• گاز:  از 100% آرگون برای اکثر جوشکاری های آلومینیوم تا ضخامت حدود ½' استفاده کنید. برای مقاطع ضخیم تر، مخلوطی از  آرگون/هلیوم  (معمولاً 75٪ He / 25٪ Ar) استفاده می شود. هلیوم بدون تغییر تنظیمات الکتریکی، ورودی و نفوذ گرمای قوس را افزایش می دهد.

• لنز گازی:  لنز گازی  بسیار توصیه می شود .  برای جوشکاری آلومینیوم جایگزین بدنه استاندارد در مشعل شما می شود و از یک صفحه توری ظریف برای ایجاد جریان گاز صاف تر و آرام تر استفاده می کند. این پوشش محافظ عالی را فراهم می کند، به شما امکان می دهد تنگستن را دورتر بچسبانید تا دید بهتری داشته باشید و به اتصالات محکم دسترسی پیدا کنید، و کمتر در معرض زهکشی قرار می گیرد.

• اندازه فنجان:  یک فنجان سرامیکی بزرگتر (به عنوان مثال، #6، #7 یا #8) که با لنز گازی استفاده می شود، پوشش گاز محافظ بهتری را بر روی حوضچه بزرگتر آلومینیومی ایجاد می کند.

فلزات پرکننده

میله های پرکننده آلومینیوم معمولاً با آلیاژ پایه ای که جوش می دهید مطابقت دارند. انتخاب های رایج عبارتند از:

• 4043:  یک آلیاژ همه منظوره با سیالیت عالی و مقاومت در برابر ترک خوب. به نرمی جوش می‌شود اما یک مهره جوش مایل به خاکستری تولید می‌کند که برای مطابقت با فلز پایه آنودایز نمی‌شود.

• 5356:  رایج ترین انتخاب دیگر. جوش‌های درخشان‌تر و براق‌تر را فراهم می‌کند که بیشتر با رنگ فلز پایه مطابقت دارد و قابل آنودیزاسیون است. استحکام کششی بالاتری نسبت به 4043 دارد اما سیال کمتری دارد و در شرایط خاص می تواند به ترک خوردگی داغ حساس تر باشد.

• سایر آلیاژها مانند 4943، 5183 و 5556 برای کاربردهای خاص و نیازهای با مقاومت بالاتر استفاده می شوند.

همیشه از نمودار انتخاب فلز پرکننده برای انتخاب میله مناسب برای فلز پایه و کاربرد خاص خود مشورت کنید.

---

تکنیک جوشکاری گام به گام

وقتی دستگاه شما به درستی راه اندازی شده است، بقیه به تکنیک بستگی دارد.

آماده سازی بسیار مهم است

1. تمیز کردن:  این را نمی توان اغراق کرد. تمام اکسیداسیون، روغن، گریس و کثیفی باید حذف شوند.

• تمیز کردن مکانیکی:  از یک برس سیمی مخصوص فولاد ضد زنگ (که فقط برای آلومینیوم استفاده می شود) برای تمیز کردن محل اتصال استفاده کنید. روش دیگر، از سنباده یا دیسک فلپ استفاده کنید. همیشه در یک جهت مسواک بزنید، نه جلو و عقب.

• تمیز کردن شیمیایی:  محل را با یک حلال مانند استون یا یک چربی‌گیر اختصاصی پاک کنید تا هر گونه هیدروکربن پاک شود. این کار باید  پس از  تمیز کردن مکانیکی انجام شود.

2. فیت آپ:  اطمینان حاصل کنید که قطعات با کمترین فاصله محکم در کنار هم قرار می گیرند. سیالیت بالای آلومینیوم می تواند منجر به ذوب شدن شکاف ها شود.

شروع قوس و ایجاد حوضچه

1. راه اندازی قوس:  برای جلوگیری از آلودگی تنگستن از یک استارت با فرکانس بالا استفاده کنید.

2. ایجاد یک 'Puddle':  طول قوس را محکم نگه دارید (حدود 1/16' تا 1/8') و مشعل را ثابت نگه دارید. خواهید دید که لایه اکسید ناپدید می شود و فلز براق می شود. سپس، به طور ناگهانی به یک گودال مایع 'جمع می شود'. این می تواند چند ثانیه طول بکشد، به خصوص در مواد ضخیم تر.  صبور باش

3. فلز پرکننده را اضافه کنید:  هنگامی که یک حوضچه ثابت و سیال به قطر حدود 1/4 ' ایجاد شد، نوک میله پرکننده خود را در لبه جلوی حوضچه فرو کنید. میله را در زاویه بسیار کم (تقریبا موازی قطعه کار) و در داخل محافظ گاز قرار دهید تا از اکسید شدن قبل از ورود به گودال جلوگیری شود.

حرکت و ریتم

تکنیک کلاسیک برای آلومینیوم، روش 'راه رفتن با فنجان' است، اگرچه دست آزاد نیز رایج است.

• آغشته کردن با دست آزاد:  این شامل حرکت دادن مشعل به سمت جلو و در عین حال زدن ریتمیک میله پرکننده به گودال است. حرکت باید صاف و یکنواخت باشد.

• Walk the Cup:  فنجان سرامیکی مشعل روی قطعه کار یا میله پرکننده قرار می گیرد. جوشکار با تکان دادن مشعل از این طرف به سمت دیگر در یک حرکت ثابت، جام را در امتداد محل اتصال 'راه می‌رود'. این امر قوام، کنترل و تمیزی باورنکردنی را به خصوص در اتصالات لوله و بلند فراهم می کند. این روش ترجیحی برای بسیاری از متخصصان است.

پایان دادن به جوش و جلوگیری از دهانه ها

به سادگی متوقف نشوید و مشعل را کنار نکشید. این یک ترک دهانه را تضمین می کند.

1. کاهش سرعت:  با نزدیک شدن به انتهای جوش، کمی سرعت حرکت خود را افزایش دهید تا اندازه گودال کاهش یابد.

2. افزودن پرکننده اضافی:  درست قبل از اتمام کار، یک یا دو شیب نهایی فلز پرکننده را اضافه کنید تا انتهای جوش بیش از حد پر شود.

3. از تابع پر کردن دهانه استفاده کنید:  اکثر جوشکاران مدرن دارای تنظیمات پر کردن دهانه هستند. هنگامی که پدال یا ماشه را رها می کنید، دستگاه به طور خودکار آمپراژ را در مدت زمان معینی کاهش می دهد (مثلاً 5 ثانیه)، و به گودال اجازه می دهد به آرامی بدون انقباض در دهانه منجمد شود.  یاد بگیرید که از این تابع استفاده کنید.

4. محافظ نگه دارید:  پس از افزودن پرکننده نهایی، مشعل را در جای خود نگه دارید تا گاز پس از جریان متوقف شود تا از فلز داغ و جامد در برابر اکسیداسیون محافظت کنید.

---

تکنیک های پیشرفته و عیب یابی

جوشکاری آلومینیوم نازک (به عنوان مثال، 16ga - 0.125')

مواد نازک مستعد تاب خوردگی و ذوب شدن هستند.

• از تنگستن کوچکتر (1/16') استفاده کنید.

• از آمپر کمتر و یک فنجان کوچکتر (شماره 5 یا 6 با لنز گازی) استفاده کنید.

• جوشکاری پالس بسیار مفید است. پالس متناوب بین یک جریان اوج بالا (برای ذوب شدن فلز) و یک جریان پس زمینه کم (برای اینکه گودال کمی خنک شود) تغییر می کند. این کار ورودی گرمای کلی را کاهش می دهد، تاب برداشتن را به حداقل می رساند و کنترل بیشتری به شما می دهد. یک تنظیم خوب پالس شروع 100 PPS (پالس در ثانیه) با نسبت پیک/پس زمینه 50 درصد است.

• از یک نوار پشتی مسی یا آلومینیومی در پشت اتصال برای کمک به دفع گرما استفاده کنید.

جوشکاری آلومینیوم ضخیم (به عنوان مثال، 0.25' و بالاتر)

مواد ضخیم به ورودی گرمای عظیم نیاز دارند.

• قطعه کار را با یک مشعل در دمای 300-400 درجه فارنهایت (150-200 درجه سانتیگراد) از قبل گرم کنید. این اغلب ضروری است. شوک حرارتی فلز را کاهش می دهد، رطوبت را از بین می برد و به شما امکان می دهد از آمپر کمتری از دستگاه خود استفاده کنید.

• از تنگستن بزرگتر (3/32' یا 1/8') استفاده کنید.

• برای نفوذ عمیق تر از گاز مخلوط هلیوم/آرگون استفاده کنید.

• لبه های ضخیم را برای ایجاد یک شیار 'V' که امکان نفوذ کامل را فراهم می کند. چندین پاس مورد نیاز خواهد بود.

مشکلات و راه حل های رایج

• آلودگی تنگستن (لکه های سیاه در جوش):  الکترود حوضچه یا میله پرکننده را لمس کرد. توقف کنید، انتهای آلوده را بشکنید، تنگستن را دوباره آسیاب کنید و دوباره راه اندازی کنید.

• اکسیداسیون (بقایای دوده سیاه):  عمل تمیز کردن کافی (افزایش %EP)، جریان گاز بسیار کم، پیش نویس ها یا مواد به اندازه کافی تمیز نبودند.

• تخلخل (سوراخ های ریز در جوش):  ناشی از آلودگی (رطوبت، روغن، گریس) یا از بین رفتن گاز محافظ. خطوط گاز، سرعت جریان (20-25 CFH) را بررسی کنید و مطمئن شوید که کار شما تمیز و خشک است.

• عدم وجود فیوژن:  گرمای ورودی کافی نیست. آمپراژ را افزایش دهید، سرعت سفر را کاهش دهید یا از قوس متمرکزتر (فرکانس بالاتر) استفاده کنید.

---

اول ایمنی: از خود محافظت کنید

هنگام جوشکاری همیشه ایمنی را در اولویت قرار دهید:

• حفاظت تنفسی:  دود جوش می تواند مضر باشد. از ماسک تنفسی تایید شده با فیلترهای P100 استفاده کنید، به خصوص در مناطقی که تهویه مناسبی ندارند. الف دستگاه استخراج دود ایده آل است.

• محافظت از چشم:

• کلاه جوشکاری:  برای جوشکاری TIG از کلاه ایمنی تاریک کننده خودکار با سایه شماره 11-13 استفاده کنید.

• عینک ایمنی:  همیشه زیر کلاه خود از عینک ایمنی محافظ در برابر اشعه ماوراء بنفش استفاده کنید تا از چشمان خود در برابر قوس های سرگردان و زباله ها محافظت کنید.

• محافظت از پوست:  برای محافظت از پوست در برابر اشعه ماوراء بنفش و پاشش از لباس‌های مقاوم در برابر شعله (کت یا آستین چرمی، دستکش‌های جوشکاری) استفاده کنید (اگرچه TIG پاشش کمتری نسبت به سایر فرآیندها دارد).

• ایمنی الکتریکی:  تجهیزات خود را برای کابل ها و اتصالات آسیب دیده بازرسی کنید. محل کار خود را خشک نگه دارید.

نتیجه گیری

جوشکاری TIG آلومینیوم یک مهارت چالش برانگیز و در عین حال بسیار ارزشمند است. این پیوند واقعی هنر و علم است که نیازمند درک متالورژی، الکتریسیته و دینامیک گاز است که همه از طریق دستان ثابت جوشکار ترجمه شده است. هیچ جایگزینی برای تمرین وجود ندارد. با مهره های ساده روی صفحه تخت شروع کنید، سپس به سمت اتصالات و در نهایت به پروژه های پیچیده بروید. روی اصول اساسی تمرکز کنید: تمیز کردن بی عیب و نقص، راه اندازی دقیق دستگاه، و توسعه یک تکنیک ثابت و ریتمیک. با احترام به طبیعت منحصر به فرد آلومینیوم و به کارگیری دانش این راهنما، به خوبی در راه تولید جوش های تمیز، قوی و زیبا خواهید بود که گواهی بر مهارت و فداکاری شماست.