گاز محافظ یک گاز یا مخلوط مخصوص گازهای انتخاب شده در جوشکاری و ساخت فلزی برای محافظت از فلز مذاب در برابر آلودگی توسط گازهای جوی است. نقش اصلی آن ایجاد "سد محافظ" در اطراف منطقه جوش ، جلوگیری از تعامل اکسیژن ، نیتروژن ، هیدروژن و رطوبت با فلز گرم و واکنش پذیر است. این محافظت برای تولید جوش های قوی ، تمیز و نقص-} رایگان - بدون آن بسیار مهم است ، گازهای جوی باعث تخلخل ، شکنندگی یا تلفیق ضعیف در مفصل می شوند. گازهای محافظ بی اثر یا نیمه- بی اثر هستند ، به این معنی که آنها با فلز مذاب واکنش نشان نمی دهند و به آن اجازه می دهند تا به یک پیوند قوی خنک شود.
عملکردهای اصلی گاز محافظ
گازهای محافظ سه نقش اساسی را در جوشکاری انجام می دهند ، همه در حفظ یکپارچگی جوش متمرکز هستند:
1. از آلودگی جوی جلوگیری می کند
هنگامی که فلز به نقطه ذوب آن گرم می شود (اغلب بیش از 2500 درجه فارنهایت در جوشکاری) ، بسیار واکنشی می شود. قرار گرفتن در معرض گازهای جوی باعث آسیب غیر قابل برگشت می شود:
اکسیژن با فلز مذاب برای تشکیل اکسیدها (به عنوان مثال ، اکسید آهن در فولاد یا اکسید آلومینیوم در آلومینیوم) واکنش نشان می دهد ، که شکننده هستند و جوش را تضعیف می کنند. این اکسیدها می توانند ترک یا "دور سرد" (مناطق غیرقابل استفاده) ایجاد کنند که تحت استرس شکست می خورند.
نیتروژن در فلز مذاب حل می شود و با خنک شدن نیتریدهای سخت و شکننده تشکیل می شود. این باعث می شود جوش مستعد ترک خوردگی باشد ، به خصوص در کاربردهای استرس {1} بالا مانند فولاد ساختاری.
هیدروژن (از رطوبت موجود در هوا یا سطح فلز) به عنوان حباب های ریز به نام تخلخل ، در جوش جامد به دام می افتد. تخلخل با ایجاد شکاف در فلز ، استحکام جوش را کاهش می دهد.
گاز محافظ این گازها را از منطقه جوش جابجا می کند و محیطی تمیز ایجاد می کند که در آن فلز مذاب می تواند بدون واکنش با آلاینده ها ، فیوز شود.
2. قوس جوش را تثبیت می کند
در فرآیندهای جوش قوس (مانند MIG ، TIG یا جوش قوس پلاسما) ، قوس الکتریکی که این فلز را ذوب می کند برای حفظ تولید گرمای مداوم به یک محیط پایدار متکی است. گازهای محافظ به تثبیت این قوس کمک می کنند:
کاهش تلاطم در قوس ، که از لکه دار شدن یا نوسانات در گرما جلوگیری می کند.
کنترل "شکل" و توزیع انرژی قوس. به عنوان مثال ، برخی از گازها (مانند آرگون) یک قوس "نرمتر" را با جریان گرمای صاف تولید می کنند ، در حالی که برخی دیگر (مانند هلیوم) یک قوس داغ تر و متمرکز تر ایجاد می کنند.
اطمینان از انتقال قوس ، گرما را به سمت فلز پایه و مواد پرکننده منتقل می کند و از ذوب ناهموار که می تواند جوش را تضعیف کند ، جلوگیری می کند.
یک قوس پایدار ، که با محافظت از گاز فعال می شود ، استخر فلزی مذاب را به طور مساوی تشکیل می دهد و به درستی با فلز پایه فیوز می شود.
3. بر خصوصیات مهره جوش تأثیر می گذارد
گازهای محافظ نیز بر نحوه جریان و جامد شدن فلز مذاب ، شکل دادن به ظاهر ، نفوذ و خصوصیات مکانیکی مهره جوش تأثیر می گذارد. این به جوشکارها اجازه می دهد تا جوش را متناسب با نیازهای خاص تنظیم کنند:
شکل مهره: گازهایی مانند آرگون یک مهره گسترده و مسطح با لبه های صاف ، ایده آل برای جوش های قابل مشاهده (به عنوان مثال ، پانل های خودرو) را ترویج می کنند. گازها با دی اکسید کربن (CO₂) مهره های باریک تر و نافذتر را ایجاد می کنند ، برای فولاد ساختاری ضخیم بهتر.
عمق نفوذ: گازهایی مانند هلیوم یا Co₂ گرمای قوس را افزایش می دهند و به جوش اجازه می دهند تا عمیق تر به فلز ضخیم نفوذ کند. آرگون با خروجی گرمای پایین تر ، بهتر است فلزات نازک از سوختگی- از طریق آن جلوگیری کنند.
کاهش پاتر: گازهای بی اثر مانند آرگون پراکنده را به حداقل می رسانند (قطرات فلزی مذاب که به فلز پایه می چسبند) ، باعث کاهش پست - پاکسازی جوش می شوند. گازهای واکنشی مانند Co₂ خالص ممکن است باعث پراکندگی بیشتری شود اما مزایای دیگری مانند نفوذ عمیق تر را ارائه می دهد.
انواع متداول گازهای محافظ
گازهای محافظ توسط خواص شیمیایی آنها طبقه بندی می شوند و بر اساس فرآیند جوشکاری ، فلز پایه و ویژگی های جوش مورد نظر انتخاب می شوند. بیشترینانواع متداول عبارتند از:
1. گازهای بی اثر
گازهای بی اثر با فلز مذاب واکنش نشان نمی دهند و آنها را برای فلزات حساس که به راحتی اکسیده می شوند ، ایده آل می کنند. گازهای اولیه محافظ بی اثر عبارتند از:
آرگون (AR): پرکاربردترین گاز محافظ. متراکم ، کنترل آسان است و یک قوس پایدار تولید می کند. آرگون برای جوشکاری آلومینیوم (جلوگیری از تشکیل اکسید) ، فولاد ضد زنگ و مس ضروری است. این ماده اغلب برای تقویت نفوذ با سایر گازها مخلوط می شود.
هلیوم (HE): یک گاز بی اثر سبک تر و کمتر متراکم که یک قوس داغ تر از آرگون تولید می کند. از آن برای جوشکاری آلومینیوم ضخیم یا مس (که به سرعت گرما را از بین می برد) استفاده می شود و اغلب با آرگون مخلوط می شود تا گرما و محافظ را متعادل کند.
2. گازهای واکنشی
گازهای واکنشی (یا گازهای "فعال") می توانند کمی با فلز مذاب ارتباط برقرار کنند اما هنوز هم برای جوشکاری بی خطر هستند. آنها به طور معمول در مخلوط هایی با گازهای بی اثر برای بهبود عملکرد یا نفوذ قوس استفاده می شوند:
دی اکسید کربن (CO₂): گاز واکنشی که باعث افزایش گرمای قوس و نفوذ می شود. به ندرت به تنهایی مورد استفاده قرار می گیرد (زیرا می تواند باعث پراکندگی شود) اما یک افزودنی کلیدی در مخلوط های جوشکاری فولاد (به عنوان مثال ، 75 ٪ آرگون+ 25 ٪ Co₂) است.
اکسیژن (O₂): در مقادیر کمی (1-5 ٪) در مخلوط برای جوشکاری فولاد ضد زنگ استفاده می شود. قوس را تثبیت می کند و شکل مهره را بدون ایجاد اکسیداسیون بیش از حد بهبود می بخشد.
3. گازهای مخلوط
بیشتر برنامه های جوشکاری از مخلوط های گازی برای تعادل مزایای گازهای مختلف استفاده می کنند. مخلوط های مشترک شامل موارد زیر است:
75 ٪ آرگون+ 25} ٪ Co₂: مخلوط "اسب بخار" برای جوشکاری MIG استیل خفیف. این ثبات آرگون را با نفوذ Co₂ ترکیب می کند و جوش های قوی و تمیز تولید می کند.
90 ٪ آرگون+ 10} ٪ Co₂: برای استیل ضد زنگ و جوش های فولادی با کیفیت- استفاده می شود. این پاتر را در مقایسه با مخلوط های 75/25 کاهش می دهد و مقاومت در برابر خوردگی در فولاد ضد زنگ را حفظ می کند.
آرگون + هلیوم (به عنوان مثال ، 75 ٪ AR+ 25 ٪ او): ایده آل برای آلومینیوم ضخیم. هلیوم گرما را برای نفوذ عمیق تر اضافه می کند ، در حالی که آرگون محافظ خوبی را تضمین می کند.
محافظت از گاز در فرآیندهای مختلف جوشکاری
گازهای محافظ در چندین فرآیند جوشکاری استفاده می شود که هر کدام دارای نیازهای خاص هستند:
جوشکاری MIG: برای محافظت از خوراک سیم مداوم و استخر جوش ، به گاز محافظ (یا هسته شار ، به عنوان یک جایگزین) متکی است. گازهای متداول شامل مخلوط های آرگون-} Co₂ (برای فولاد) و آرگون خالص (برای آلومینیوم) هستند.
جوشکاری TIG: از گاز محافظ برای محافظت از الکترود تنگستن غیر {{0} غیر قابل مصرف و استخر جوش استفاده می کند. آرگون خالص برای آلومینیوم و فولاد استاندارد است. آرگون - از مخلوط های هلیوم برای فلزات ضخیم استفاده می شود.
جوش قوس پلاسما: مشابه TIG ، از گازهای بی اثر (آرگون یا آرگون {{0} مخلوط هیدروژن) استفاده می کند تا قوس پلاسما و فلز مذاب را محافظت کند.
Flux - جوشکاری Cored: برخی از فرآیندهای Cored Flux- از گاز محافظ (گاز- هسته شار محافظت شده) برای تقویت محافظت استفاده می کنند ، اگرچه خود-} هسته شار به جای آن به شار تکیه می کند.
در مقابل ، فرآیندهایی مانند جوشکاری چوب (Smaw) یا اکسی- برش سوخت از گاز محافظ استفاده نمی کند {1} جوشکاری چوب از شار برای محافظت از جوش استفاده می کند ، در حالی که سوخت اکسی- برای گرما به واکنشهای شیمیایی متکی است ، نه ثبات قوس.
چگونه گاز محافظ تحویل و کنترل می شود
گاز محافظ در سیلندرهای فشار بالا- ذخیره می شود و از طریق یک سیستم تنظیم شده به اسلحه جوش تحویل داده می شود:
سیلندرها: گازها به عنوان گاز فشرده شده (آرگون ، CO₂) یا مایع (Co₂ ، که هنگام آزاد شدن تبخیر می شود) ذخیره می شوند. سیلندرها در اندازه های مختلف ، از مخازن کوچک 20 - مکعب-}} tanks (برای سرگرمی ها) گرفته تا مخازن بزرگ 300 فوت مکعب (برای استفاده صنعتی).
تنظیم کننده: دستگاهی که فشار سیلندر بالا را به سرعت جریان ایمن و قابل استفاده کاهش می دهد (اندازه گیری شده در پا مکعب در ساعت ، CFH). تنظیم کننده ها از جریان گاز مداوم اطمینان می دهند که برای حفظ سپر پایدار بسیار مهم است.
کنتور جریان: متصل به تنظیم کننده ، سرعت جریان گاز را نشان می دهد (به طور معمول 10-30 CFH برای بیشتر جوشکاری). جریان بسیار کم جوش را محافظت نمی کند. گازهای زباله بیش از حد زیاد و ممکن است باعث آشفتگی شود.
شیلنگ و نازل: گاز از طریق شیلنگ به اسلحه جوش می رود ، جایی که یک نازل آن را در اطراف قوس و استخر جوش هدایت می کند و سپر محافظ را تشکیل می دهد.
چرا گاز محافظ در جوشکاری مدرن ضروری است
بدون محافظت از گاز ، دستیابی به جوش های با کیفیت بالا- در بیشتر فلزات تقریباً غیرممکن خواهد بود. آلودگی اتمسفر باعث می شود جوش ها ضعیف ، متخلخل یا شکننده-} برای مصارف ساختاری ، خودرو یا صنعتی مناسب باشند. محافظت از گاز فعال می کند:
جوش های مداوم و قابل تکرار: برای تولید بسیار مهم است ، جایی که هر قسمت باید استانداردهای ایمنی را رعایت کند.
جوش فلزات حساس: آلومینیوم ، فولاد ضد زنگ و مس بدون محافظت از گاز بی اثر ، اکسید یا خوردگی می کنند.
کارآیی: با کاهش نقص و پراکنده ، کاهش گاز کاهش گاز در زمان کار و زمان پاکسازی.
پایان
گاز محافظ یک گاز محافظ یا مخلوط است که از فلز مذاب در هنگام جوش محافظت می کند ، قوس را تثبیت می کند و خواص جوش را شکل می دهد. این امر از آلودگی جوی جلوگیری می کند ، همجوشی قوی را تضمین می کند و به جوشکارها اجازه می دهد تا شکل مهره و نفوذ نیازهای آنها را تنظیم کنند. از گازهای بی اثر مانند آرگون (برای آلومینیوم) گرفته تا مخلوط های واکنشی با Co₂ (برای فولاد) ، گازهای محافظ برای تولید جوش های با کیفیت- در ساخت مدرن ضروری هستند. چه در یک کارگاه خانگی و چه در یک کارخانه صنعتی ، گاز محافظ مناسب برای دستیابی به اتصالات قوی ، تمیز و قابل اعتماد مهم است.
