چرا از CO2 در جوشکاری استفاده می شود؟

12 دی 1400 | مهندس صدف برخوردار

جوشکاری MIG با گاز محافظ و الکترود سیم جامد؛ جوشی تمیز، فاقد سرباره وبدون نیاز به توقف مداوم جوشکاری بخاطر جایگزینی الکترود بدست می دهد. افزایش بهره وری و کاهش نیاز به پاکسازی تنها دو مورد از مزایاییست که با این فرآیند امکان پذیر می شوند. گاز محافظ نقش بسزایی در ارتقا یا تنزل کیفیت کیفیت جوشکاری ایفا می کند. هدف اصلی گاز محافظ جلوگیری از قرار گرفتن حوضچه جوش مذاب در معرض اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن موجود در جو هوا است، زیرا واکنش این عناصر با حوضچه جوش می تواند مشکلات مختلفی از جمله تخلخل (سوراخ های درون مهره جوش) و پاشش بیش از حد ایجاد کند. همچنین گازهای محافظ مختلف نقش مهمی در تعیین پروفیل های نفوذ جوش، پایداری قوس، خواص مکانیکی جوش تمام شده، فرآیند انتقال مورد استفاده و موارد دیگر دارند.  انتخاب مواد مصرفی MIG که امکان انتقال پیوسته و مظم گاز محافظ را فراهم می کند نیز برای ایجاد جوش های MIG با کیفیت مهم است.

چرا انتخاب گاز مناسب مهم است؟

بسیاری از شیوه های جوشکاری MIG خود را با توجه به گزینه‌های مختلف گاز محافظ تطبیق می‌دهند، و شما باید با ارزیابی دقیق اهداف جوشکاری، گزینه مناسب را با توجه به پروژه خود انتخاب کنید. هزینه گاز، خواص جوش تمام شده، آماده سازی و تمیز نمودن سطح پس از جوشکاری، مواد پایه، فرآیند انتقال جوش و اهداف بهره وری شما همگی باید در هنگام انتخاب گاز محافظ مدنظر قرار گیرند.

آرگون، هلیوم، دی اکسید کربن و اکسیژن چهار گاز محافظ رایج مورد استفاده در جوشکاری MIG هستند که هر کدام مزایا و معایب منحصر به فرد خود  را در هر کاربرد خاص دارند.

تخلخل، که در سطح و قسمت داخلی مهره  جوش دیده می شود، می تواند ناشی از گاز محافظ ناکافی باشد و اثر سوء و نامطلوبی برکیفیت جوش می گذارد.

 کربن دی اکسید (CO2) متداول ترین گاز واکنشی مورد استفاده در جوشکاری MIG بوده و تنها گازی است که می تواند به شکل خالص بدون افزودن گاز بی اثر استفاده شود. CO2 همچنین ارزان ترین گاز محافظ است و زمانی که هزینه‌های مواد اولویت اصلی باشد، بهترین گزینه پیش روست.

CO2 خالص جوش نفودی بسیار عمیقی ایجاد می کند که برای جوشکاری مواد ضخیم مفید است؛ با این حال، نسبت به زمانی که با گازهای دیگر مخلوط می شود، قوس با پایداری کمتر و پاشش بیشتری ایجاد می کند. همچنین فقط به فرآیند اتصال کوتاه محدود می شود.

برای بسیاری از شرکت ‌ها، از جمله شرکت ‌هایی که بر کیفیت، ظاهر و پاک‌سازی با دردسر کمتر پس از جوشکاری تاکید دارند، مخلوطی از 75 تا 95 درصد آرگون و 5 تا 25 درصد کربن دی اکسید، ترکیب مطلوب‌تری از پایداری قوس، کنترل حوضچه و کاهش پاشش نسبت به CO2 خالص ایجاد می کند.

این ترکیب (آرگون و کربن دی اکسید)، همچنین امکان استفاده از فرآیند انتقال اسپری را فراهم می کند که می تواند با افزایش بازدهی، جوش هایی با ظاهر جذاب تر ایجاد کند. آرگون همچنین پروفیل نفوذ باریک تری ایجاد می کند که برای جوش های گوشه و لب به لب مفید است. هنگام جوشکاری یک فلز غیرآهنی مانند آلومینیوم، منیزیم یا تیتانیوم، باید حتماً از آرگون استفاده شود، به عباراتی هنگام جوشکاری فلزات غیرآهنی نمی توان ازCO2  استفاده نمود.

اکسیژن نیز به عنوان یک گاز واکنش پذیر، معمولاً در نسبت های 9 درصد یا کمتر و به منظور بهبود سیالیت حوضچه جوش، نفوذ و پایداری قوس در فولاد ضد زنگ با آلیاژ و کربن کم استفاده می شود. لازم به ذکر است که استفاده از اکسیژن باعث اکسیداسیون فلز جوش می شود، بنابراین استفاده از آن با آلومینیوم، منیزیم، مس یا سایر فلزات توصیه نمی شود.

هلیوم نیز مانند آرگون خالص، به طور کلی برای فلزات غیرآهنی و همچنین با فولادهای ضد زنگ استفاده می شود. از آنجایی که هلیوم یک پروفیل نفوذ گسترده و عمیق ایجاد می کند، برای جوشکاری با ضخامت  های مختلف مناسب بوده و معمولاً در نسبت های بین 25 تا 75 درصدبا 75 تا 25 درصد آرگون استفاده می شود. تنظیم این نسبت ها باعث تغییر در میزان نفوذ، مشخصات مهره ها و سرعت جوشکاری می شود. از طرفی هلیوم قوسی داغ تر ایجاد می کند که سرعت جوشکاری و نرخ بهره وری بالاتر را امکان پذیر می کند.   

با این حال، هلیوم نسبت به کربن دی اکسید گران تر بوده و به سرعت جریان بالاتری نسبت به آرگون نیاز دارد، بنابراین لازم است جهت حصول نتیجه مطلوب، ارزش افزایش بهره وری را نسبت به افزایش هزینه گاز سبک و سنگین کنید.

در فولاد های ضدزنگ، هلیوم معمولاً درترکیب سه  گانه با آرگون و CO2 بکار می رود.

آیا قرار دادن گاز در حوضچه جوش مشکلی ایجاد نمی کند؟

در صورتیکه تجهیزات شما گاز را به جوش نرسانند، تمام تلاش های شما مبنی بر انتخاب گاز محافظ مناسب به هدر خواهد رفت. مواد مصرفی MIG، که متشکل از یک دیفیوزر، نوک تماس و نازل هستند، نقش مهمی در حصول اطمینان از اینکه حوضچه جوش به درستی از جو هوا محافظت شود، ایفا می کند. به عنوان مثال، اگر نازلی را انتخاب کنید که خیلی نازک است یا اگر دیفیوزر حین عمل پاشش مسدود شود، ممکن است گاز محافظ بسیار کمی به حوضچه جوش برسد.  علاوه بر این، یک دیفیوزر با طراحی ضعیف ممکن است گاز محافظ را به درستی هدایت نکند و در نتیجه جریان گاز متلاطم و نامتعادل ایجاد شود. هر دو سناریو می‌توانند حفره‌های هوا را وارد گاز محافظ کنند و منجر به تخلخل بیش از حد، پاشش و آلایش جوش شوند.

این برش یک سیستم مصرفی را نشان می دهد که در آن نوک تماس در دیفیوزر قرار دارد و توسط محافظ پاشش داخل نازل در جای خود نگه داشته می شود.   هنگام انتخاب مواد مصرفی MIG، موادی را انتخاب کنید که در برابر پاشیدگی مقاوم بوده و سوراخ نازل به اندازه کافی بزرگ باشد تا از پوشش گاز محافظ کافی اطمینان حاصل شود. برخی از شرکت‌ ها نازل‌هایی را با محافظ پاشش داخلی ارائه می‌کنند که فاز دوم انتشار گاز محافظ را نیز اضافه می‌کند که منجر به ایجاد جریان گاز محافظ نرم‌ تر و یکنواخت‌تر می‌شود. انتخاب گاز محافظ مناسب برای کاربرد خاص شما مستلزم تجزیه و تحلیل دقیق نوع جوشکاری و همچنین اولویت  های عملیاتی شما می باشد. استفاده از دستورالعمل شروع خوبی برای فرآیند یادگیری است، اما حتما قبل از تصمیم گیری نهایی با شرکت توزیع کننده لوازم جوشکاری مشورت حاصل نمایید.

دی اکسید کربن اغلب به عنوان گاز محافظ برای جوشکاری GMA  فولادهای کربنی استفاده می شود، اما استفاده از آن برای جوشکاری سایر فلزات توصیه نمی شود، چرا که ممکن است با تحریک اکسیداسیون جوش باعث اختلال ویژگی های متالورژیکی فلزات شود.

این درحالیست که در فولاد های کربنی، حضور اکسیژن به جای آسیب رساندن به جوش، به حصول برخی ویژگی‌های مفید جوش کمک می‌کند.

از طرفی استفاده از محافظ دی اکسید کربن در فولادهای کربنی، ممکن است جوش های تمیزی ایجاد نکند، با این وجود، استفاده از گازهای دیگر (مانند آرگون) در ترکیب دی اکسید کربن، باعث بهبود برخی عوامل دیگر مانند پایداری قوس، سیالیت حوضچه جوش و ... به منظور افزایش سلامت و کیفیت جوش می شود.

از آنجا که اغلب جوشکاران چوبی سنتی اطلاعات کمی در مورد گازها جوشکاری داشتند، ظهور ماشین‌ های جوش MIG و TIG طی 70 تا 80 سال گذشته نیاز به گاز جوشکاری را در اکثر کارگاه‌ ها ضروری نموده است.

هدف از استفاده از گاز در جوشکاری چیست؟

گاز به طرق مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. از کاربرد های گاز می توان به محافظت از قوس در برابر ناخالصی هایی مانند هوا، گرد و غبار و سایر گازها اشاره نمود که باعث تمیز نگه داشتن جوش ها در قسمت زیرین درز مقابل قوس (یا پاکسازی) و حرارت دادن فلز می شود. از گازهای پوششی نیز برای محافظت از فلز پس از فرآیند جوشکاری استفاده می شود.

انواع گازهای مورد استفاده در جوشکاری کدامند؟

گازهای بی اثر و واکنش پذیر

گازها در دو دسته قرارمی گیرند : بی اثر یا واکنش پذیر. گازهای بی اثر در تماس با سایر مواد یا دما تغییر نمی کنند یا تغییری ایجاد نمی کنند. اما گازهای واکنش پذیر درست برعکس عمل می کنند؛ آنها در شرایط مختلف واکنش نشان داده و باعث تغییر حالت در سایر مواد و/یا خودشان می شوند.

گازهای بی اثر مفید هستند، زیرا اجازه می دهند جوش به طور طبیعی و بدون دخالت عواملی که باعث تضعیف یا اعوجاج جوش می شود، حاصل شود.

گازهای واکنش پذیر یک تغییر مثبت در طول فرآیند جوش ایجاد می کنند، که باعث بهبود فرآیند ذوب شدن مواد می شود.

گاز محافظ

هنگامی که هوا در حین جوشکاری وارد قوس می شود، باعث ایجاد حباب های هوا در داخل فلز مذاب شده و یک جوش ضعیف و نامطلوب ایجاد می کند.

 استفاده از MIG یا TIG بدون گاز محافظ جوشکاری ممکن نیست ، مگر اینکه ماده پرکننده مورد استفاده دارای هسته شار یا پوشش شار باشد.

این همان هدفی است که با حضور گاز محافظ محقق می شود؛ حذف ناخالصی ها با روشی متفاوت.

از آنجا که بیشتر گازهای محافظ بی اثر هستند، محافظت از فرآیند جوشکاری ایده آل می باشند، زیرا در شرایط شدید جوشکاری پایداری خود را حفظ می کنند. این گازها همچنین بسته به گاز مورد استفاده جوش را به روش های مختلفی از جمله نفوذ بیشتر، سیالیت بیشتر در هنگام ذوب شدن و ایجاد سطوح صاف و یکدست روی مهره تقویت می کنند.

 گاز پاکسازی

مکانیسم عملکرد گازهای پاکسازی مشابه با گاز محافظ، پوشاندن سطح زیرین ماده جوشکاری می باشد، با این تفاوت که این متد جدا از فرآیند طبیعی جوشکاری استفاده می شود. همگام با جوشکاری ناحیه فوقانی یک اتصال، پایین اتصال مهر و موم شده و جریانی از گاز وارد می شود که آن را تمیز می‌کند.

این روش عمدتاً در انواع فولاد ضد زنگ استفاده می شود، و می تواند همان نوع گاز یا گازی متفاوت از آنچه در ناحیه بالای اتصال استفاده می شود، باشد.

گاز گرمایشی

جوشکاری های خاص مانند جوشکاری با گاز و لحیم کاری، به گاز برای گرم کردن فلز یا میله های پرکننده برای حصول جوش نیاز دارد. که این امر باعث جایگزین نیاز به می شود.

در جوشکاری های خاص لازم است فلز قبل از عملیات جوشکاری حرارت ببیند، به همین دلیل است که گاز گرمایشی مورد استفاده قرار می گیرد.

در واقع گاز سوختی است که با هوا یا اکسیژن مخلوط شده است که با شعله روشن می شود تا فلز را گرم یا ذوب کند.

گاز روپوشی

روپوش کاری فرآیندی است که در آن مخازن و فضاهای محدود پس از تکمیل فرآیند با گاز پر می‌شوند تا هوا و سایر آلاینده ‌ها به محصول نهایی آسیب نرسانده یا آن را لکه دار نکنند.

 از گاز روپوشی برای پر کردن کامل پروژه های تکمیل شده استفاده می شود. در مواقع دیگر، گاز به مخزن پر از هوا اضافه شده و مخلوطی ایجاد می کند تا مخزن را در برابر سایر گازها یا واکنش ها  تمیز نگه دارد.

دلایل استفاده از گاز کربن دی اکسید در جوشکاری چیست؟

بالا بردن نفوذ

کربن دی اکسید با افزایش ولتاژ قوس حین عملیات جوشکاری، باعث نفوذ بهتر اتصال می شود.

مقرون به صرفه بودن

مزیت کم هزینه بودن، باعث برتری کربن دی اکسید نسبت به سایر گازهای محافظ شده است. استفاده از حفاظ کربن دی اکسید به جای اکسیژن، باعث جلوگیری از اکسیداسیون فلز جوشکاری شده و بخاطر سنگین تر بودن خواص حافظتی بهتری ارائه می دهد. اما با وجود ارزان تر بودن نسبت به آرگون و هلیوم، کیفیت جوشکاری پایین تری به دست می دهد.

افزودنی اکسید کننده

به دلیل شکل گیری قوس در دمای بالا، دی اکسید کربن به مونوکسید کربن و اکسیژن تجزیه شده که باعث اکسیداسیون می شود.

در این مواقع، کمی اکسیداسیون با کاهش لکه های قطبی در طول فرآیند، می تواند حامی جوشکاری GMA فولادهای کربنی باشد، زیرا تشکیل لکه های قطبی ممکن است باعث ایجاد قوس ناپایدار و پاشش در حین پروسه جوشکاری شود.

حین پخش پودری، الکترودها به پایانه های مثبت (آند) منبع تغذیه و قطعه کار با پایانه منفی (کاتد) متصل شده ، که این نوع تنظیمات باعث ایجاد قطبیت معکوس می شود.

اکسیداسیون ممکن است باعث کاهش اکسید کننده ها برای مواد مصرفی شود، به عنوان مثال، با کاهش میزان سیلیس، سرباره شیشه ای (به رنگ سیاه) در جوش ایجاد می شود. بنابراین اکسیداسیون کنترل شده کلیدی برای دستیابی به نفوذ خوب و مهره جوش می باشد. از سوی دیگر، دی اکسید کربن با از بین بردن هر گونه ناخالصی ایجاد شده بر روی مفاصل، به ایجاد جریان و جلوگیری از تخلخل کمک می کند.

ترکیب با سایر گازها

حین پخش پودری ممکن است کربن دی اکسید نتایج مطلوبی بدست ندهد و باعث پاشش های شدید شود. از طریق ترکیب کربن دی اکسید با سایر گازها مزایای زیادی حاصل خواهند شد، به عنوان مثال در ترکیب با گازهای بی اثر مانند آرگون، پخش پودری با تنظیمات ولتاژ پایین انجام شده و مشکل پاشیدگی و ناپایداری قوس را از بین می برد.

جلوگیری از گود افتادگی

دی اکسید کربن گازی چگال تر است که با جلوگیری از ضعف های جوشکاری مانند بریدگی داخلی، باعث ایجاد پروفیل مهره های بهتری می شود.

ایمنی

ایمنی یکی دیگر از نگرانی ها در مورد محافظ دی اکسید کربن است. با وجود اینکه این گاز خطرات کمتری در محل کار ایجاد می کند، مونوکسید کربن آزاد شده ممکن است خطرناک باشد. تهویه مناسب محل کار گامی است که باید جهت ایمن‌ کردن محیط صورت پذیرد.

زدودن زنگ زدگی

این گاز با واکنش با اکسیدهای زنگ زدگی به از بین بردن زنگ زدگی موجود روی مفاصل و سایر ناخالصی ها کمک می کند. علاوه بر محافظت جوی، به جلوگیری از عیوب جوش مانند تخلخل، عدم همجوشی و عدم نفوذ در فلز جوش نیز کمک می کند.

بهبود سختی

در پروسه جوشکاری، ترکیب مناسب گازها و مواد مصرفی دغدغه اصلی برای ایجاد سختی مورد نیاز در فلزات جوش است. دی اکسید کربن در ترکیب با سایر گازها نیز به افزایش چقرمگی جوش کمک می کند.

کاهش کشش سطحی

کشش سطحی از جمله مسائلیست که در فولادهای کربنی اباعث نفوذ کمتر می شود. جوش مذاب به کشش سطحی بالایی می رسد که که مقدار آن با استفاده از گازهای بی اثر مانند آرگون، هلیوم و ... کاهش نمی یابد. در این حالت دی اکسید کربن تنها گاز محافظی است که شدت کشش سطحی را کاهش داده  و در نتیجه کفیت نفوذ را ارتقاء می بخشد. این مزیت کربن دی اکسید را به گازی استثنایی جهت جوشکاری فولادهای کربنی تبدیل کرده است.

گاز به طور کلی مخلوطی از گاز سوخت و اکسیژن برای ایجاد شعله تمیز و داغ است. از انواع گاز می توان به عنوان سوخت برای جوشکاری گاز استفاده کرد و  برای تأمین انرژی سیستم جوشکاری نیازی به برق نمی باشد که آن را به یک روش ساخت انعطاف پذیر و قابل حمل تبدیل نموده است.

 جوشکاری آکسی استیلن

در جوشکاری آکسی استیلن از مخلوطی از گاز استیلن و گاز اکسیژن برای تغذیه مشعل جوش استفاده می شود. جوشکاری آکسی استیلن رایج ترین روش جوشکاری گازی است. این مخلوط گاز همچنین بالاترین دمای شعله را در میان گازهای سوخت در دسترس فراهم می کند. با این حال استیلن گرانترین گاز سوختی و یک گاز ناپایدار است که نیاز به روش های نگهداری و نگهداری خاصی دارد.

جوشکاری آکسی بنزین

 بنزین تحت فشار به عنوان سوخت جوشکاری استفاده می شود که در آن هزینه های ساخت دردسارساز است، به ویژه در مکان هایی که قوطی های استیلن در دسترس نیستند. مشعل های بنزینی برای برش صفحات فولادی ضخیم موثرتر از استیلن می باشند. همچنین بنزین را می توان با دست از سیلندر فشار پمپ کرد، که این روش رایج توسط سازندگان جواهرات در مناطق فقیرنشین مورد استفاده قرار می گیرد.

جوشکاری گاز MAPP

متیل استیلن پروپادین پترولیوم (MAPP) یک مخلوط گازی است که نسبت به سایر مخلوط‌های گازی خنثی‌تر بوده و استفاده و ذخیره آن برای جوشکاران ایمنی بیشتری فراهم می کند.

MAPP  را می توان در فشارهای بسیار بالا و  در عملیات برش با حجم بالا نیز بکار برد. لازم به ذکر است که مشعل های MAPP شعله های بسیار داغی ایجاد می کنند، به همین جهت می توان از این گاز در عملیات برش فلزات صنعتی استفاده نمود. از MAPP نباید برای جوشکاری فولاد استفاده نمود زیرا هیدروژن موجود در مخلوط گازی می تواند منجر به بروز جوش های شکننده شود.

نحوه جوشکاری با گاز MAPP

قطعاتی که قرار است جوش داده شوند را به هم بچسبانید و تراز بودن آن ها را بررسی کنید. مشعل جوشکاری را روشن کرده و شعله را تنظیم کنید. برخی از مشعل های MAPP از یک سیلندر اکسیژن جداگانه استفاده میکنند و برخی دیگر برای تأمین اکسیژن شعله به هوا متکی هستند. شعله روی قطعه کار را  لمس کرده و در یک دایره کوچک حرکت دهید تا مواد در ناحیه جوش ذوب شوند. مشعل را حرکت دهید تا حوضچه فلز مذاب به جلو حرکت کند و در صورت نیاز با میله پرکننده، مواد پرکننده را به جوش اضافه کنید. فلز پایه باید به اندازه‌ای داغ باشد که میله پرکننده در هنگام تماس با قطعه کار مانند لحیم ذوب شود. به حرکت دادن جوش به جلو تا کامل شدن آن ادامه دهید، سپس با گرم شدن قطعه کار، سرعت جوشکاری را تنظیم کنید تا از سوختن فلز جلوگیری شود و پس از اتمام عملیات، کمی زمان دهید تا جوش خنک شود.

جوشکاری بوتان/پروپان

بوتان و پروپان گازهای شبیه به یکدیگر بوده که می توانند به تنهایی یا در ترکیب با یکدیگر به عنوان سوخت گازی بکار روند.

بوتان و پروپان دمای شعله پایین تری نسبت به استیلن دارند اما ارزان تر بوده و حمل و انتقالشان راحت تر است. مشعل های پروپان عمدتاً در لحیم کاری، خم کاری و گرمادهی مورد استفاده قرار می گیرند. از آنجا که پروپان گاز سنگین تری است، به نوعی متفاوت از نوک مشعل نیازمند است.

جوشکاری هیدروژنی

هیدروژن قابل  استفاده در فشارهای بالاتری نسبت به سایر سوخت های گازی می باشد و به همین دلیل جهت استفاده در عملیات جوشکاری زیر آب بسیار مناسب می باشد. برخی از تجهیزات جوش هیدروژنی با تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن در فرایند جوشکاری ، همان کار الکترولیز را انجام می دهند.

 آیا استفاده از گاز ایمن می باشد؟

تمامی گازهای بکار رفته در جوشکاری با توجه به خواصشان خطرات ویژه ای ایجاد می کنند. با وجود آنکه بیشتر آنها اشتعال زا نیستند، برای هر گونه گاز با قابلیت اشتعال زایی مانند استیلن که در کارگاه های جوشکاری استفاده می شود، باید تدابیر ویژه ای اندیشیده شود. گازهای قابل اشتعال را جز در مواقع استفاده از محل جوشکاری خود دور نگه دارید. هنگام استفاده از آنها، یک کپسول آتش نشانی کلاس B در نزدیکی خود داشته باشید. اگر خاموش کننده شما هیچ کلاسی بر روی آن نداشته باشد، خاموش کننده کلاس B با CO2 یا نوعی ماده شیمیایی خشک پر شود. در حالی که گازهای بی اثر به دلیل عدم اشتعال پذیری و عدم واکنش پذیری با سایر مواد، خطر کمی دارند اگر برای مدت طولانی در یک فضای بسته جوش داده شوند، می توانند باعث خفگی شوند. اگر مجبور به جوشکاری در یک محیط بسته هستید، تدابیر مناسب را در محل اجرا کنید. ردیاب های گاز، فن های تهویه هوا ، هدف گذاری نقاط جوشکاری و استراحت های منظم جین انجام کار راهکار های بسیارخوبی برای به حداقل رساندن خطر هستند.

افراد دارای مهارت در این زمینه

در صورتی که در این زمینه تخصص یا مهارتی دارید، پس از ثبت نام در سایت و تکمیل فرم مشخصات شخصی ، پروفایل خود را به لیست زیر اضافه نمایید .