بررسی قانون فیک

بسیاری از واکنش ها و فرایند های مهم در فرآوری مواد از طریق نفوذ diffusion یعنی پدیده ای که در آن انتقال ماده توسط حرکت اتمی انجام می شود اتفاق می افتد.

 

 

مکانیزم های نفوذ

از دیدگاه اتمی نفوذ به صورت مهاجرت گام به گام اتمها از مکان شبکه ای به سایر مکان های شبکه ای تعریف می شود. شریاط لازم برای چنین حرکت اتمی عبارتند از:

1 وجود مکان خالی در در مجاورت اتم

2 انرژی کافی برای اتم در جهت شکستن پیوند هایش با اتم های همسایهو ایجاد اعوجاج شبکه ای در حین جابجایی

دو مکانیزم به نفوذ فلزی اختصاص دارند:

 

 

الف)نفوذ جای خالی vacancy diffusion

 

 

 

C

s

ب) نفوذ بین نشینی interstitial diffusion

 

یکی از کاربرد های نفوذ در سختکاری سطحی است

 

نفوذ حالت پایدار

 

قانون نفوذ فیک(به انگلیسی: Fick's laws of diffusion) نفوذ را از لحاظ آماری در محیط های پیوسته بررسی کرده و ضریب نفوذ(D) را تعریف می کند.

نفوذ یک پدیده وابسته به زمان است .پس لازم است بدانیم نفوذ با چه سرعتی رخ می دهد یا نرخ انتاقل جرم چقد راست این نرخ معمولا با J   (شارژ نفوذی )  به صورت زیر بیان می شود :

 

که در آن M   جرم نفوذ کننده وA   سطح مقطع و t  زمان است. اگر شار نفوذی با زمان تغییر نکند نفوذ پایدار است . مثال واضح از حالت پایدار نفوذ اتمهای یک گاز در صفحه فلزی است .فرم ریاضی نفوذ حالت پایدار ، توسط قانون اول فیکFick  به صورت زیر بیان می شود:

 

در رابطه بالا D ضریب نفوذ است و واحد آن  متر مربع بر ثانیه است .و علامت منفی آن به این جهت است که جهت نفوذ پایین گرادیان غلظت است یعنی از غلظت بالا به غلظت پایین است.

مثال عملی از نفوذ حالت پایدار ، خالص سازی گاز هیدروژن است: یک سمت از ورق پالادیومی در معرض گاز ناخالص شامل هیدروژن و سایر گاز ها مانند نیتروژن ، اکسیژن و بخار آب قرار داده می شود . هیدروژن به صورت انتخابی از طریق ورق به سمت مقابل آن نفوذ می کند.

مثال) یک صفحه آهنی در معرض اتمسفر غنی از کربن و طزف دیگر با کربن محدود در دمای 700 درجه سانتی گراد است.

اگر شرایط نفوذ پایدار فراهم باشد ، شار نفوذی اتمهای کربن را از میان صفحه آهنی در صورتی که غلظت کربن در موقعیتهای 5 و 10 و از زیر سطح کربن دهی به ترتیب 1.2 و0.8 kg/m3 باشد  را محاسبه کنید. ثابت نفوذ 3*10^-11 

 

حالت نفوذ ناپایدار

بسیاری از فرایند های عملی نفوذ از حالت ناپایدار است یعنی متاثر از تغییرات زمانی.

در این حالت شکل زیر را داشته و قانون دوم فیک را ارائه می کنیم:

 

 

 

 

 

 

 

 

قانون دوم فیک

قانون دوم فیک این مسئله که چگونه نفوذ غلظت را با گذشت زمان تغییر می هد، پیش‌بینی می‌کند: در عمل بسیاری از نفوذ ها نپایدار است به صورتی که رابطه غلظت و مکان  خطی نیست در این حالت قانون دوم فیک را داریم:

 

در این رابطه C_x   نشا ن دهنده غلظت در عمق x  پس از زمان t  می باشد.

حل معادله فوق زمانی امکان پذیر است که شزایط مرزی مشخص باشد.یکی از مهمترین  حل های معادله فوق بر ای جامد نیمه بی نهایت است.

فزضیات زیر برای حل قانون دوم مفروض است:

1 قبل از نفوذ ، اتمهای نفوذ کننده با غلظت یکنواخت C₀   در جامد توزیع شده اند.

2 مقدار x در سطح صفر است و با  فاصله گرفتن از سطح افزایش می یابد.

3 قبل از اینکه نفوذ شروع شود زمان صفر می شود.

شریاط مرزی به صورت زیر بیا ن می شود:

 

B.C.    at t = 0, C = C_o  for  0 £x£¥

            at t > 0, C = C_S  for  x = 0  (constant surface conc.)

                           C = C_o  for  x = ¥

 

 

 

 

 

 

 

با به کار بردن شرایط قانن دوم فیک به این صورت نوشته می شود:

 

 

 

 

C_s  غلظت روی سطح و C_x   غلظت در فاصله x  در زمان t  است.

Erf    تابع خطا است که به صورت زیر تعریف می شود و از جدول بدست می آید:

 

 

در برخی کاربردها باید سطح فولاد بیشتر از بخش های داخلی آن سخت شود یکی از روش های انجام این کار کربن دهی است که قطعه فولادی در دمای بالا ر معرض اتمسفری غنی از گاز هیدروکربن  مثل متان CH₄ قرار می گیرد.

 

چنین قطعه ای را فرض کنید که دارای غلظت کربن یکنواخت 0.25 % WTو در  دمای 950 کربونیزه می شود. اگر غلظت سطح آن ناگهان به 1.2 % wt  رسانده و ثابت شود چه مدت طول می کشد تا غلظت کربن در فاصله 0.5 mm  زیر سطح به 0.8 %   wt  برسد فولاد را نیمه نهایت در نظر گرفته و D=1.6*10^-11 در نظر بگیرید.

 

 

 

 

 

 

 

کاربردها

معادلات مبتنی بر قانون فیک معمولاً برای مدلسازی فرآیندهای انتقال در غذاها، نورونها، پلیمرهای زیستی، داروها، خاک‌های متخلخل، پویش جمعیت، مواد هسته ای، فیزیک پلاسما و فرایندهای غلیظ سازی نیمه هادی استفاده می‌شود. تئوری تمام روش‌های ولتاژ سنجی مبتنی بر راه حل معادله فیک است. تحقیقات آزمایشگاهی بسیار در علوم پزشکی و علوم غذایی نشان می‌دهد که یک رویکرد کلی تری برای توصیف انتقال اجزاء در مواد تحت شرایط انتقال شیشه ایمورد نیاز است. در مجاورت انتقال شیشه ای، رفتار جریان به حالت «غیر فیکی» تبدیل می‌شود. می‌توان قانون فیک را از معادلات انتقال جرم چند جزء ماکسول-استیفن بدست آورد. قانون فیک، معادلات ماکسول-استیفن را زمانی که مخلوط بسیار رقیق است و هر گونه مواد شیمیایی فقط با مخلوط انبوه و نه با گونه‌های دیگر در تعامل است محدود می‌کند. برای تشخیص حضور گونه‌های متعدد در مخلوط غیر رقیق، چندین معادله ماکسول-استیفن استفاده می‌شود.

بررسی اجمالی عملیات حرارتی چدن ها

ادامه نوشته

بررسی اثرات پارمتر های جوشکاری MIG بر هندسه جوش

ادامه نوشته

مطالعه ای در مورد پایایی روش جوشکاری گاز محافظ GMAW به دو روش اتوماتیک و دستی و نرخ مصرف انرژی در ت

ادامه نوشته

برر سی کوتاه و اجمالی در مورد کتاب کلید فولاد

ادامه نوشته

welding part 1

by mahdi-farsibaf @ 2012-12-17 – 19:58:34

When first humans recognized the metals he also learned how to melt them. He tried to connect them together and learn the simple way of soldering and welding.Bracelets of gold have been found in archeological excavations that date to the period long before and their heads were welded by hammers. In old jewelry, gold particles bonded together by tree's gum and a copper salt and the mixture was burned. Because of burning of gum, copper was restored and small pieces of gold was welded . The ancient Romans used alloys for soldering that are still used in industry.Welding developed in the nineteenth century. In 1887 AD, Russian Brnadvs used coal electrode and arc welding Today, more than a hundreds of welding and cutting and soldering methods are invented and open scientific fields with numerous branches in: welding processes, design, inspection, metallurgy and .... And so many people are working in this industry.

Types of connections
In industry,each Steel Structure is made by casting parts, and machined worked parts and these components are connected in several ways, including: bolts, rivets, thorns, pins, soldering, welding.
These methods can be categorized as follows:
A - Temporary connection: screws, pins, thorns
B - semi-temporary connections: riveted, soldered
C - Constant Connection: Welding

Temporary connection: by separating the binding agent (screws, pins, thorns) base metal is not damaged.
Semi-temporary connection: by separate the binding agent (riveted, soldered) base metal is not damaged but we lost the binding agent.
Permanent link: by removing the binding agent, the binding agent and base metal both are damaged.

The advantage of a permanent connection:
1. Its strength is higher.
2. There is the possibility of sealing.
3. Is faster.
4. Require less preparation.
5. Over the time, the connection will not be loose.
Welding:
Definition: the act of bonding between atoms of two objects is called welding. This bond could be between metallic or non-metallic materials.
Welding can be done with or without heat, with or without pressure, with or without supporting material.Welding could be divided into two general categories from the point of melting:
1.Non-fusion Welding
2. Fusion welding

Aircraft Piston engine part 1

Aircraft Piston engine part 1

by mahdi-farsibaf @ 2012-12-19 – 19:59:59

Aircraft Piston engine part 1
Engine types
Normally reciprocating engine in aircraft divided to 3 groups
1 In-line engines
In this type cylinders are placed in a line up right on the crankcase or inverted under the crankcase of engine. There are usually 4 or 6 cylinders in this type

2 Opposed engines
In this type the cylinders are placed in front of each others across the body on pair

3 Radial engines
The cylinders are placed around the body in a circle in single row or double row each row has 7 or 9 cylinders in single row and 14 or 18 in double row

The major parts of aircraft reciprocating engine
1. crankcase
2. cylinder
3. piston
4. connecting rod
5. crankshaft

(figure 1-1)

Crankcase is made of aluminum alloy and house the cylinders.

Cylinder consist of cylinder head-cylinder barrel that house the spark plug bushing and valve guide and valve seat and also rocker arm supports and cooling fins
Cylinder head and barrel are connected by the method of shrink & screw

Piston is made of aluminum alloy and connect to connecting rod by piston pin

This part is consist of compression ring and oil ring

Connecting rod this part connect piston to the crankshaft
These parts are made of chrome nickel steel in the method of forging and are in 3 type
Plain type-fork and blade type- master and articulated type

Crankshaft this part change the reciprocating liner moves of piston to Rotational moves of propeller and other accessories and consist of journals – crank pin-crank cheek-counter weight and damper.

مصرف گاز محافظ – حجم گاز محافظ – انتخاب نازل گاز

800x600

مصرف گاز محافظ – حجم گاز محافظ – انتخاب نازل گاز»

مصرف گاز محافظ و دبي گاز محافظ بستگي دارد به:

-         ضخامت قعطه كار

-         فلز پايه

-         اندازه حوضچه  مذاب

-         منطقه متأثر از حرارت

-         سرعت جوشكاري

-         نحوه حركت ترچ جوشكاري

-         نوع اتصال

 

حلقه‌هاي ناشي از ناخالصي تنگستن در جوش

در محيط جوش تنگستن اثر مشابهي چون شيارهاي تيز دارد. در صورتي كه در سطح جوش قرار گيرند باعث خوردگي و پيشرفت آن خواهد بود.

تماس الكترود تنگستن داغ با حوضچه جوش

تماس الكترود تنگستن داغ با سيم جوش

جريان بيش از حد الكترود تنگستن در جريان مستقيم الكترود منفي DCSP

جريان بيش از حد الكترود تنگستن در جريان مستقيم بصورت قطبيت معكوس DCRP

 

عيوب ناشي از ناخالصي اكسيدها

قبل از جوشكاري تيگ، اكسيدها بايد توسط فرچه سيمي يا سنگ فرز مخصوص تميز گردند در آلومينيوم و آلياژهاي آن بعلت نقطه ذوب بالاي اكسيدها (2000 درجه سانتي‌گراد) اهميت زيادي دارد.

تميز نبودن درز جوش، اكسيد بودن سطح سيم‌جوش و عدم تميزكاري بعد از هر پاس

خارج نمودن انتهاي سيم‌جوش از محدوده حفاظتي گاز محافظ هنگام جوشكاري

اكسيداسيون از طرف ريشه جوش

عدم حفاظت ريشه توسط گاز محافظ بخصوص در فلزات كم‌آلياژي، آلياژي و فولاد ضد زنگ

عمل محافظت ريشه جوش با گاز محافظ

عيوب ناشي از گاز محافظ

كم بودن دبي گاز خروجي

اغتشاش و تلاطم ناشي از دبي گاز زياد

وزش باد در اطراف گاز محافظ هنگام جوشكاري

كوچك بودن نازل گاز، نازل گاز بايد حداقل 5/1 برابر پهناي سطح جوش باشد.

بلند بودن قوس با بالا بودن تورچ جوشكاري

 

علل خطاهاي عدم ذوب

زاويه پخ خيلي كوك

بزرگ بودن پاشنه ريشه جوش

كم بودن فاصله بين دو لبه در ريشه جوش

عدم ذوب لبه ها در اثر سرعت بالاي حركت تورچ عدم تمركز تورچ در مركز جوش

نادرست بودن پاس‌هاي ريشه

 

عيوب ريشه جوش

بعلت عيوبي احتمالي زياد در پاس ريشه جوشكاري تيگ، حتماً جوشكاري ريشه بايد توسط يك جوشكار كارآزموده و با تجربه انجام گيرد.

در شكل (17) عيوب مهم ريشه جوش را نشان مي‌دهد.

زاويه پخ كم ، موقع آماده‌سازي لبه‌هاي لوله زياد

فاصله در ريشه بسيار زياد يا خيلي كوچك

قرينه نبودن لبه‌هاي درز جوش

هوا

فشار گاز بيش از حد

قوس بلند

آلودگي الكترود تنگستن

جهت حركت نادرست تورچ

آمپر با سرعت پايين جوشكاري

طبقه بندی الکترود ها

800x600

طبقه‌بندي الكترودها

، الكترودهاي تنگستن برحسب تركيبات شيميايي طبقه‌بندي مي‌شوند. ملزومات الكترودهاي تنگستن در A5,12 ANSI/AWS خصوصيات الكترودهاي تنگستن و آلياژ تنگستن براي جوشكاري را در جدول (3) مشاهده مي‌كنيد.

 

 

 

(عناصري نظير اورانيوم – توريم – سريم يا كبالت 60 ) عناصري راديواكتيو هستند.

عناصر راديواكتيو عناصري هستند كه در حالت طبيعي از خود اشعه‌هاي X يا  توليد كرده و براي بدن انسان مضر مي‌باشند و به مقدار زياد و در درازمدت باعث بروز سرطان مي‌شوند.

درصد عنصر آلياژي

 

عنصر آلياژي

 

welfrom

 

Electrod

 

 

 

 

سايز الكترودها و ظرفيت جريان

سايز و محدوده جريان الكترودهاي تنگستن و تنگستن تريم‌دار[تريم يك عنصر راديواكتيو نرم و چكش‌خوار است] و قطرهاي پيشنهادي براي سربوري‌هاي گاز محافظ را در جدول (2) مشاهده نموديد. اين جدول راهنمايي مفيد در كاربردهاي خاص شامل سطوح جرياني متفاوت و انواع منابع اغذيه مي‌باشد.

استفاده از جريان‌هاي قويتر از آنچه در مورد سايز الكترود و شكل نوك الكترود توصيه شده است. باعث فرسايش و ذوب شدن تنگستن مي‌شود. ممكن است ذرات تنگستن به داخل حوضچة جوش افتاده و باعث بروز نقص در كار شوند. استفاده از جريان‌هاي بسيار ضعيف نيز سبب ناپايداري قوس مي‌شود.

لازم است براي جريان مستقيم الكترود مثبت (DCEP)، از الكترودهاي قطورتري استفاده شود تا سطح جريان مورد مصرف را ساپورت نمايد. چرا كه نوك الكترود نه تنها به خاطر تبخير الكترون‌ها خنك نمي‌شود، بلكه به خاطر ضربات الكترون‌ها، گرم نيز مي‌گردد. بطور كلي، مقدار جرياني كه الكترود مثبت مي‌تواند تحمل كندف تنها 10 درصد مقدار جرياني است كه الكترود منفي با آن كار مي‌كند.

هنگام استفاده از جريان متناوب، نوك اكترود در سيكل‌هاي منفي الكترود، خنك و در سكل‌هاي مقبت الكترود، گرم مي‌شود، لذا مقدار جرياني كه يك الكترود در جريان ac مي‌تواند انتقال دهد بين حالت الكترود مثبت (DCEP) و الكترود منفي (DCEN) قرار دارد. بطور كلي جريان DCEP 50 درصد كمتر از مقدار جريان الكترود منفي DCEN است.

 

الكترودهاي گروه EWP

الكترود خاص تنگستن (EWP)، شامل حداقل 5/99% تنگستن و بدون هرگونه آلياژ افزودني مي‌باشد. ظرفيت انتقال جريان الكترود تنگستن كمتر از الكترودهاي آلياژدار است. از الكترودهاي تنگستن  خالص بيشتر براي جوشكاري آلياژهاي منيزيم و آلومينيوم با جريان متناوب (AC) مي‌گردند. از آنها مي‌توان با جريان dc نيز استفاده كرد. اما خصوصيات استارت و پاداري قوس در الكترود تنگستن خالص، به خوبي الكترودهاي تريم‌دار، سريم‌دار[عنصر شيميايي فلزي نادر] و لانتان‌دار[عنصري فلزي نقره فام و كمياب] نيست.

 

 

 

الكترودهاي گروه EWTh

گسيل يون حرارتي (ترمويونيك) در تنگستن پس از الياژ شدن با مقداري اكسيدهاي فلزي كه نقش چنداني در كار ندارند، بهبود مي‌يابد. بنابراين، الكترودها بدون بروز هرگونه نقصي، مي‌توانند سطوح جريان بالاتر را نيز كنترل نمايند. جهت جلوگيري از بروز اشتباه در شناسايي اين الكترودها و ساير الكترودها تنگستني، آنها داراي كدبندي رنگي هستند(جدول 3)

دو نوع الكترود تنگستن تريم‌دار در بازار موجود است. لكترودهاي 1-EWTh و 2-EWTh اين الكترودها شامل 1 و 2 درصد اكسيد تريم، (تريا ₂ThO) هستند كه به نسبت مساوي در تمام طول الكترود پراكنده شده‌اند. الكترودهاي تريم دار تنگستن در بسياري جهات از الكترودهاي تنگستن خالص، بهتر هستند. ظرفيت انتقال جريان تريا ₂ThO ، 20% بالاتر، طول عمر آنها بيشتر و مقاومت در برابر جذب آلودگي و ناخالصي‌ها در آنها قويتر مي‌باشد.

در اين نوع الكترودها، استارت قوس راحت‌تر است و قوس حاصله، از قوس الكترودهاي تنگستن خالص يا زيركنيم‌دار، پايدارتر و استوارتر است. الكترودهاي 2 و 1-EWTh براي كاربردهاي DCEN طراحي شده‌اند. در طول جوشكاري، نوك اين الكترودها، تيز باقي مي‌ماند كه اين حالت مخصوصاً براي جوشكاري فواد ايده‌آل است. معمولاً از آنها در جريان متناوب (AC)، استفاده نمي‌شود، چرا كه حفظ گردي نوك الكترودها كه يكي از ضروريات جوشكاري با جريان AC است، بدون ايجاد شكاف روي الكترود ممكن نيست.

تريم، يك ماده راديواكتيوي بسيار ضعيف است. مقدار راديواكتيو موجود در اين ماده، خطري براي سلامتي انسان ندارد. اما چنانچه جوشكاري در محيطي بسته و براي مدت زماني طولاني انجام مي‌شو، بايد اقدامات پيشگيرانه مانند تهوية هوا در نظر گرفتنه شوند. كاربر بايد در رابطه با كارشناسان ايمني، مشورت نمايد.

گروه 3- EWTh گروه منسوخ شده الكترودهاي تنگستن مي‌باشد. اين الكترودها داراي قطعات طولي يا محوري شامل 0/1 تا 0/2 درصد اكسدي تريم مي‌باشند. مقدار متوسط اكسيد تريم موجود در اين الكترودها 35/0 تا 55/0 درصد است. با پيشرفت‌هايي كه در زمينة پودرهاي آهني و صنايع متالوژيكي صورت گرفت، اين نسل از الكترود، منسوخ شده است و ديگر كاربرد خاصي در صنعت ندارد.

 

الكترودهاي گروه EWCe

الكترودهاي سريم‌دار اولين بار در اوايل دهه 1920 به بازار آمريكا معرفي و بعنوان جايگزيني مناسب براي الكترودهاي تريم‌دار مطرح شدند. سريم برخلاف تريم، عنصر راديواكتيو نمي‌باشد. الكترودهاي تنگستني گروه 2-EWCe ، شامل 2 درصد اكسيد سريم (سريا ₂CeO) هستند. در مقايسه با الكترودهاي تنگستني خالص، سرعت تبخير و مصرف اين نوع الكترودها كاسته شده‌است. اين مزيت‌ها در اكسيد سريم با افزايش مقدار سريا، بهبود مي‌يايند. الكترودهاي گروه 2-EWCe با هر دو جريان AC و DC عملكرد خوبي دارند.

 

 

 

الكترودهاي گروه EWLa

الكترودهاي اين گروه، تقريباً همزمان با الكترودهاي سريم‌دار و با دليلي مشابه، يعني نداشتن عناصر راديواكتيو وارد بازار شدند. اين الكترودها شامل 1 درصد اكسيد لانتانيم (لانتا – ₃O₂La) هستند.

مزيت و خصوصيات اجرايي اين الكترودها، بسيار شبيه به الكترودهاي تنگستني سريم‌دار (گروه EWCe) هستند.

 

الكترودهاي گروه EWZr

همانطور كه در جدول 2 مشاهده نموديد، الكترودهاي زيركنيم‌دار تنگستني، شامل مقدار كمي اكسيد زيركنيم (₂ZrO) هستند. اين نوع الكترودها، داراي خصوصيات اجرايي بين خصوصيات الكترودهاي تنگستني خالص و تريم دار هستند. الكترودهاي EWZr الكترودهاي منتخب براي جوشكاري با جريان AC مي‌باشند.

اين نوع الكترود، خصوصيات مطلوب استواري قوس و انتهاي گرد الكترودهاي تنگستني خالص و ظرفيت جريان و استارت قوس مناسب الكترودهاي تنگستني تريم‌دار را يكجا دارد. اين الكترودها نسبت به الكترودهاي تنگستن خالص، در مقابل آلودگي و جذب ناخالصي‌ها مقاومت‌تر هستند و در جوشكاري با كيفيت راديوگرافيكي كه در آلودگي تنگستن جوش بايد به حداقل ميزان ممكن رسانده شود، بسيار مناسب مي‌باشند.

 

 

الكترودهاي گروه EWG

الكترودهاي گروه EWG شامل الكترودهاي آلياژداري است كه در زمره گروه‌هاي قبلي قرار نمي‌گيرند. اين الكترودها شامل مقاديري نامعين از اكسيدها يا تركيبات اكسيدي نامعين مي‌باشند. هدف از افزودن اين اكسيدها، تأثيرگذاري روي طبيعت يا خصوصيات قوس، مطابق آنچه كارخانه سازنده تعريف نموده است، مي‌باشد. سازنده بايد ماده يا مواد افزوده و كميت‌هاي اسمي اضافه شده را مشخص كند. اكنون انواع زيادي از اين نوع الكترودها بصورت تجاري در بازار موجود يا در حال پيشرفت و بهبود كيفيت مي‌باشند. اين الكترودها شامل مقاديري اكسيد تريم يا اكسيد منيزيم مي‌باشند. اين گروه الكترودهاي سريم دار يا لانتان‌دار، داراي مقاديري اكسيدهاي متفرقه را نيز در بر مي‌گيرد.

 

شكل نوك الكترد

يكي از تغييرات مهم فرآيند GTAW شكل نوك الكترود تنگستن مي‌باشد. از الكترود تنگستن با شكل‌هاي متفاوت نوك مي‌توان استفاده نمود.

در جوشكاري با جريان AC نوك الكترودهاي تنگستن خالص يا زيركنيم‌دار، گرد مي‌شود. در جوشكاري با جريان dc معمولاً الكترودهاي تنگستني لانتان‌دار سريم دار يا تريم‌دار مورد مصرف قرار مي‌گيرند. نوك اين الكترودها تخت مي‌باشد.

اشكال هندسي متفاوت نوك الكترود، روي شكل و سايز درز جوش تأثير مي‌گذارند. بطور كلي، هر چه زاويه انها بزرگتر شود، نفوذ افزايش و عرض درز جوش كاهش مي‌يابد. اگر چه ممكن است الكترودهاي نازكتر با نوك مربعي‌شكل در جوشكاري DCEN مورد مصرف قرار گيرند، اما الكترودهايي كه نوك مخروطي شكل دارند، خصوصيات اجرايي بهتري از خود نشان مي‌دهند. صرف نظر از شكل نوك الكترود، مهم است كه طرح الكترود نيز با فرآيند مورد استفاده سازگار باشد. تغيير در شكل الكترود مي‌تواند اثرات مهمي روي شكل و سايز درز جوش داشته باشد. لذا طرح نوك الكترود يك متغير مهم جوشكاري است كه بايد در روند گسترش و پيشرفت فرايندهاي جوشكاري، در نظر بوده و مورد مطالعه قرار گيرد. نوك الكترودهاي تنگستن اكثراً با گرد نمودن، سنباده‌زني يا واكنش‌هاي شيميايي مهياي كار مي‌شوند معمولاً در تمام الكترودها، يك نوك تيز و مخروطي ايجاد مي‌گردد.

 

گرد نمودن (Balling) نوك الكترود

براي جوشكاري با جريان AC (كه معمولاً با الكترودهاي تنگستن خالص يا زيركنيم‌دار انجام مي‌شود)، گرد بودن نوك الكترود مناسب كار است. قبل از استفاده در جوشكاري، نوك الكترود مي‌تواند توسط ضربه زدن روي يك بلوك مسي كه با آب خنك مي‌شود و يا ساير موادي كه مناسب جوشكاري DCEP يا AC هستند، گرد شود. جريان قوس به قدري افزايش مي‌يابد كه نوك الكترود از شدت داغي سفيد مي‌شود؛ سپس تنگستن ذوب مي‌شود و قطرات كروي كوچكي روي نوك الكترود شكل مي‌گيرند. بعد از آن جريان به تدريج ضعيف شده و قطع مي‌گردد و قطرات كروي كوچكي روي انتهاي الكترود تنگستن باقي مي‌گذارد. سايز اين قطرات نبايد از  برابر قطر الكترود تجاوز كند، و گرنه هنگاميكه ذوب شوند روي سطح كار سقوط مي‌كنند.

سنباده زني (Grinding)

براي ايجاد پايداري بهينه در قوس، سنباده‌زني الكترود تنگستن بايد در حالتي كه محور الكترود بر محور چرخ سنباده عمود است انجام شود. در طول سنباده‌زني ممكن است آلودگي يا اجسام خارج روي نوك سنباده بنشيند، لذا براي زدودن اين آلودگي‌ها بايد مقداري سنباده نگه‌داشته شود. جهت بيرون راندن گرد و غبار سنباده كه هنگام سنباده‌زني الكترودهاي تنگستن لانتان‌دار در فضاي كار منتشر مي شوند، بايد يك هود در محل نصب شود. الكترودهاي تنگستني لانتان‌دار، سريم‌دار و تريم دار به سهولت الكترودهاي تنگستن خالص يا زيركنيم‌دار، گرد نمي‌شوند. اگر از اين الكترودها در جريان AC استفاده شود، اغلب ترك مي‌خورند.

 

تغيير شكل نوك الكترود توسط واكنش‌هاي شيميايي

تيز كردن نوك الكترود به طريقة شيميايي بدين گونه صورت مي‌گيرد ؛ قسمت انتهايي الكترود كه از شدت حرارت سرخ شده است را در يك مخزن نيترات سديم غوطه‌ور مي‌كنيم. فعل و انفعالات شيميايي بين تنگستن داغ و نيترات سديم، سبب مي شود كه دور و نوك الكترود بطور يكنواخت يك شكل خورده شود. تكرار اين كار سبب ايجاد نوكي تيز در الكترود مي‌شود.

 

آلودگي الكترود

آلودگي در الكترود تنگستن بيشتر وقتي صورت مي‌گيرد كه جوشكار تصادفاً تنگستن را وارد حوضچة جوش مذاب نمايد يا الكترود تنگستن به سيم‌جوش اتصال پيدا كند. گاز محافظ نامناسب، جريان گاز ناكافي در طول جوشكاري يا بعد از خاموش شدن قوس نيز مي‌تواند سبب اكسيد شدن الكترود تنگستني گردد.

آلودگي در الكترود تنگستن بيشتر وقتي صورت مي‌گيرد كه جوشكار تصادفاً تنگستن را وارد حوضچة جوش مذاب نمايد يا الكترود تنگستن به سيم‌جوش اتصال پيدا كند. گاز محافظ نامناسب، جريان گاز ناكافي در طول جوشكاري يا بعد از خاموش شدن قوس نيز مي‌تواند سبب اكسيد شدن الكترود تنگستني گردد.

آلودگي در الكترود تنگستن بيشتر وقتي صورت مي‌گيرد كه جوشكار تصادفاً تنگستن را وارد حوضچة جوش مذاب نمايد يا با الكترود تنگستن به سيم‌جوش اتصال پيدا كند. گاز محافظ نامناسب، جريان گاز ناكافي در طول جوشكاري يا بعد از خاموش شدن قوس نيز مي‌تواند سبب اكسيد شدن الكترود تنگستني گردد.

ساير منابع آلودگي شامل بخارات فلزي حاصل از قوس، پاشش، جرقه و فوران حوضچه جوش به علت تجمع گاز و تبخير ناخالصي‌هاي سطح كار مي‌باشد. اگر انتهاي الكترود داراي آلودگي و ناخالصي باشد، روي خصوصيات قوس تأثيرات منفي خواهد گذاشت و ممكن است شاهد آلودگي جوش با تنگستن باشيم. اگر اين اتفاق افتاد، روند جوشكاري را بايد متوقف نمود و تا رسيدن به شكل مناسب، سنباده زد.

 

تغذيه‌كننده (فيدر) سيم‌جوش

از تغذيه‌كنندهاي سيم‌جوش، براي اضافه‌كردن سيم‌جوش در طول جوكاري هاي ماشيني و اتوماتيك استفاده مي‌شود. هم سيم‌هايي با درجة حرارت اتاق (سرد) و هم سيم‌هايي كه قبلاً گرم شده‌اند (داغ) مي‌توانند در حوضچة مذاب جوش تغذيه شوند. سيم سرد در لبة جلويي و سيم داغ در لبة پشتي حوضچة مذاب تغذيه مي‌شوند.

سيم سرد

سيستم تغذيه‌كننده سيم جوش سرد، سه بخش دارد:

1.      مكانيزم تغذية سيم جوش

2.      كنترل سرعت

3.      ملحقات راهنماي سيم‌جوش، جهت هدايت سيم جوش به حوضچة سيم مذاب

مكانيزم تغذيه شامل راهنماي يك موتور و چرخ دنده براي انتقال نيرو به غلطك‌هاي محرك كه سيم را فشار مي‌دهند مي‌باشد. كنترل لزوماً يك سامانه سرعت ثابت است كه ممكن است مكانيكي يا الكترونيك باشد. يك راهنماي الكترود قابل تنظيم روي دستگيره الكترود نصب مي‌شود، اين راهنما موقعيت و زاويه جوش نسبت به سطح كار و اتصال را تنظيم مي‌كند. در كاربردهاي سنگين، راهنماي سيم جوش توسط آب خنك مي‌شود و سيم‌جوش هايي با قطر 015/0 تا  اينچ (4/0 تا 4/2 ميليمتر) مورد مصرف قرار مي‌گيرند. تغذيه‌كننده‌هاي‌ مخصوصي نيز وجود دارند كه سيم‌جوش را بصورت پالس و مستمر تغذيه مي‌كنند.

سيم داغ

پروسة تغذيه سيم داغ، مشابه به سيم جوس سرد است؛ با اين تفاوت كه سيم جوش تا دمايي نزديك به نقطة ذوب و دقيقاً قبل از تماس با حوضچة جوش مذاب، در مقابل حرارت مقاوم است. هنگام استفاده از سيم‌جوش داغ (از پيش گرم شده) در GTAW اتوماتيك يا ماشيني در موقعيت تحت سيم جوش بصوت مكانيكي و از طريق يك نگهدارنده (كه از آن جهت محافظت سيم جوش داغ در مقابل اكسيداسيون، گاز خنثي جاري مي‌شود) در حوضچة جوش تغذيه مي‌شود. تصوير اين سيستم را در  شكل (5) مشاهده مي‌كنيد. بطور معمول تركيبي از 75% هليم و 25% آرگون، محافظت از الكترود تنگستن و حوضچة جوش مذاب را برعهده دارند، نرخ رسوب سيم‌جوش‌هاي گرم از نرخ رسوب سيم‌جوش‌هاي سرد بالاتر است (شكل 6)، و مي‌توان آن را با نرخ رسوب در فرايند GMAW مقايسه كرد.

هنگامي كه سيم‌جوش با سطح جوش تماس پيدا كند جريان جاري مي‌شود. سيم جوش مستقيماً در پشت قوس و در يك زاويه 40 تا 60 درجه‌اي نسبت به الكترود تنگستن، به كار تغذيه مي‌شود.

«الكترودهاي تنگستن (1)»

«مطابق استاندارد 32528DIN»

اندازه‌هاي استاندارد تنگستن در مقياس ميليمتر (mm):

قطر اسمي: 5/0، 1، 6/1، 4/2، 2/3، 4، 4/6، 8

طول: 50، 75، 150، 175

800x600 Normal 0 false false false EN-US X-NONE AR-SA MicrosoftInternetExplorer4

«الكترود تنگستن خالص (W)»

مزايا: كم هزينه و ثبات قوس خوب با استفاده از جريان متناوب فيلتر نشده.

معايب: خاصيت اشتعال ضعيف، عمر كم، كم ظرفيت براي حمل جريان الكتريسته

 

«الكترود تنگستن توريم‌دار (WT)»

مزايا: عمر مصرف خوب، مناسب براي حمل شدت جريان بالا، خاصيت اشتعال خوب

معايب: پرهزينه و ثبات قوس ضعيف در صورت استفاده از جريان متناوب فيلتر شده.

 

«الكترودهاي تنگستن (2)»

«مطابق استاندارد 32528DIN»

جوشکاری TIG

800x600

جوشكاري تيك TIG

Tungsten inert Gas welding

Gas Tungsten Arc welding (GTAW)

جوشكاري با الكترود تنگستني و گاز محافظ GTAW يك فرايند جوشكاري ذوبي بوده و حرارت لازم براي ذوب فلز پايه و سيم‌جوش مصرفي از طريق تشكيل قوس الكتريكي بين الكترود تنگستني (غيرمصرفي) و سطح كار ايجاد مي‌گردد. در اين فرايند براي محافظت قوس الكتريكي، حوضچه جوش و مناطق حرارت ديده اطراف از يك گاز خنثي استفاده مي‌گردد. اين فرايند مي‌تواند با اضافه كردن و يا دون فلز پركننده (سيم‌جوش) مورد استفاده قرار گيرد.(شكل 1)

فرايند جوشكاري GTAW به عنوان يك روش مناسب براي بسياري از صنايع ضروري شده است. زيرا جوشي با كيفيت بالا ايجاد مي‌كند و تجهيزت كمي نياز دارد. هدف اين درس بحث و بررسي اساس فرآيند، تجهيزات، موارد استفاده و نكات ايمني آن است در ابتداي دهه‌1920 امكان استفاده از گاز هليوم براي محافظت از قوس الكتريكي و حوضچة جوش مطرح شد.  در آن زمان هيچ پيشرفتي در اين روش انجام نشد. در جنگ جهاني دوم وقتي كه نياز زيادي به توسعه صنعت هواپيمايي احساس شد بجاي پرچ كردن اتصالات فلزاتي نظير آلومينيوم و منيزيم از جوشكاري تيگ استفاده شد. با استفاده از الكترود تنگستني و ايجاد قوس با جريان مستقيم الكترودمنفي، يك منبع گرمايي مؤثر و باثبات ايجاد شد كه با آن جوشهاي عالي مي‌توانست، ايجاد شود. گاز هليوم براي عمل محافظت انتخال شد چون در آن زمان تنها گاز خنثي‌اي بود كه به آساني در دسترس بود. فرآيند جوشكاري با الكترود تنگستني و گاز محافظ به جوشكاري تيگ TIG معروف شده است. اگرچه اصطلاحات فني انجمن جوشكاري آمريكا (AWS) براي اين فرايند (GTAW) مي‌باشد. زيرا براي محافظت مي‌توان تركيب از گازهايي كه خنثي نيست، را براي كاربردهاي معيني استفاده نمود. براي مثال مي‌توان از گاز فعال ₂H+Ar براي جوشكاري فولادهاي رنگ‌نزن آستنتي استفاده نمود از روزهاي نخستين اختراع اين فرآيند در تجهيزات آن پيشرفت‌هاي زيادي حاصل شده است. مخصوصاً منابع نيرو جريان، براي اين فرآيند توسعه يافته‌اند. مشعل‌هاي هوا خنك و آب خنك نيز پيشرفته‌ شده‌اند. براي بالارفتن قابليت انتشار و پخش الكترونها از سطح الكترود تنگستني، درصد كمي از عناصر فعال بصورت آلياژ به الكترود تنگستني اضافه شده است. كه اين امر باعث بهبود بخشيدن به شروع قوس، پايداري قوس و طول عمر الكترود شده است. گازهاي محافظ مخلوط براي بهتر شدن خصوصيات قوس معرفي شده است. محققان در حال حاضر در تلاش براي بهبود بخشيدن بيشتر به كنترل‌هاي اتوماتيك سنسورهاي كنترل قوس و نفوذ و ... مي‌باشند.

 

توضيح و تعريف فرايند

در اين فرايند از يك الكترود تنگستني (يا آلياژ تنگستن) مصرف نشدني كه در داخل مشعل قرار گرفته است، استفاده مي‌گردد. از گاز محافظ كه از سر نازل خارج مي‌شود براي محافظت از الكترود، حوضچة جوش مذاب و جلوگيري از تأثير مخرب بعضي عناصر موجود در هوا استفاده مي‌گردد. در اثر عبور جريان از گاز محافظ يونيزه و رسانا شده و قوس الكتريكي ايجاد مي‌گردد. قوس بين نوك الكترود و سطح قطعه كار ايجاد مي‌گردد. فلز پايه بوسيله گرماي قوس ذوب شده و حوضچة مذاب در يك لحظه كوتاه ايجاد مي‌گردد. مشعل در راستاي مسير اتصال بحركت درآمده و باعث ذوب لبه‌هاي اتصال به صورت مداوم مي‌گردد.

اگر از فلز پركننده‌اي براي پرنمودن درز اتصال استفاده شود به داخل حوضچه جوش اضافه مي‌شود. براي انجام جوسكاري (GTAW) چهار جزء تشكيل‌دهنده زير امري اساسي مي‌باشد.

1.      منبع نيرو

2.      مشعل

3.      الكترود

4.      گاز محافظ

 

مزاياي جوشكاري تيگ

1.      حاصل اين فرايند، جوش با كيفيت بالا و بدون عيب مي‌باشد.

2.      اين فرايند بدون پاشش جرقه مي‌باشد در صورتي كه فرايندهاي ديگر با پاشش جرقه همراه مي‌باشند.

3.      در اين فرايند قطعات را مي‌توان با استفاده از سيم‌جوش و يا بدون آن جوشكاري نمود.

4.      اين فرايند، كنترل عالي در نفوذ جوش پاس ريشه را امكان‌‌پذير مي‌سازد.

5.      جوشكاري ورق‌هاي نازك را مي‌توان با سرعت بالا انجام داد.

6.      اين فرايند اجازه كنترل دقيق بر روي شكل گرده جوش را مي‌دهد.

7.      اين فرايند مي‌تواند براي جوشكاري اكثر فلزات و همچنين جوشكاري فلزات غيرمشابه استفاده شود.

8.      در اين فرايند منبع گرما و افزودن فلز پركننده بصورت مستقل كنترل مي‌شود.

9.      اين فرايند در همه حالات قابل استفاده مي‌باشد.

10.   دود بسيار كمي از فرآيند ايجاد مي‌شود.

 

محدوديت‌هاي فرايند تيگ

موارد ذيل برخي از محدوديتهاي فرآيند جوشكاري تيگ مي‌باشد

1.      نرخ رسوب در اين فرايند كمتر از روشهاي جوشكاري با الكترود مصرف شدني است.

2.      اين روش نياز به مهارت بالاي جوشكاري نسبت به ديگر فرايندهاي ديگر دارد.

3.      اين روش براي جوشكاري ورقهاي ضخيم‌تر از 10 ميليمتر مقرون بصرفه نمي‌باشد.

4.      در اين روش محافظت مناسب از حوضچه جوش در محيطي كه باد مي‌وزد، مشكل است.

 

عيوب حاصل از اين فرايند عبارتند از:

1.      اگر الكترود با حوضچه جوش تماس پيدا نمايد، باعث ايجاد عيب آلودگي تنگستني مي‌گردد.

2.      اگر حفاظت مناسب از نوك فلز پركننده (سيم‌جوش) توسط گاز محافظ صورت نگيرد باعث آلودگي فلز جوش مي‌شود.

3.      اين فرايند به آلودگي و كثيف‌بودن فلز پايه و فلز پركننده حساس است.

4.      نشت آب از مشعلهاي آب خنك باعث اكسيدشدن و تخلخل در فلز جوش مي‌گردد.

5.      در اين فرايند همانند فرايندهاي ديگر استفاده از جريان DC مي‌تواند باعث ايجاد وزش قوس شود.

6.  در فرايندهاي جوشكاري افزايش ولتاژ باعث مي‌شود تمركز جوش كمتر و پهناي حرارتي بيشتر شود و در نتيجه منطقه H.A.Z هم افزايش مي‌يابد.

 

متغيرهاي فرايند جوشكاري تيگ

متغيرهاي جوشكاري تيگ عبارتند از : ولتاژ قوس (طول قوس)، شدت جريان، سرعت جوشكاري و گاز محافظ مي‌باشد. مقدار انرژي حرارتي توليد شده توسط قوس الكتريكي به ولتاژ و شدت جريان بستگي دارد ‌ مقدار رسوب فلز جوش در واحد طول با سرعت جوشكاري نسبت عكس دارد. قوس الكتريكي با استفاده از گاز هليوم نفوذ بيشتري نسبت به گاز آرگون ايجاد مي‌نمايد.(بخاطر ولتاژ يونيزاسيون بالاتر گاز هليوم)

 حرارت ورودي به قطعه كار براي همه فرايندها

 

شدت جريان الكتريكي

بطور كلي شدت جريان در قوس الكتريكي نفوذ جوش را كنترل مي‌نمايد. همچنين مقدار جريان بر روي ولتاژ قوس نيز تأثير مي‌گذارد . اين فرايند مي‌تواند با جريان مستقيم و جريان متناوب مورد استفاده قرار گيرد، البته انتخاب نوع جريان به فلزي كه جوئشكاري مي‌شود بستگي دارد. جريان مستقيم با الكترود منفي، براي نفوذ زياد و سرعت جوشكاري بالا استفاده مي‌شود. مخصوصاً هنگامي كه از گاز هليوم به عنوان گاز محافظ استفاده مي‌شود. هليوم گزينه مناسبي براي جوشكاري مكانيزه و جوشكاري فلزاتي كه داراي قابليت هدايت حرارتي بالايي هستند،مي‌باشد جريان متناوب عمل تميزكاري كاتدي را فراهم مي‌كند اگر اكسيدهاي مقاوم و سخت بر روي فلزات مورد جوشكاري (نظير اكسيد آلومينيوم يا اكسيد منيزيم) وجود داشته باشد، توسط تميزكاري كاتدي برداشته مي‌شود و باعث ايجاد جوش سالم و مناسب مي‌شود. در اين گونه موارد بايد از گاز محافظ آرگون استفاده شود. زيرا گاز هليوم باعق عمل تميزكاري لايه اكسيدي نمي‌شود. گاز آرگون گزينه مناسبي براي جوشكاري دستي با جريان مستقيم و جريان متناوب مي‌باشد. اگر ولتاژ آمپري بالا رود باعق مي‌شود كه تنگستن سريعتر اكسيد شود.

سومين گزينه در منبع نيرو براي جوشكاري، استفاده از جريان مستقيم با الكترود مثبت مي‌باشد اين قطبيت به ندرت استفاده مي‌شود. زيرا باعث ايجاد گرماي بسيار زيادي در نوك الكترود و ذوب آن مي‌گردد. جزئيات بيشتر در مود تأثير قطبيت در بخش‌هاي بعدي توضيح داده مي‌شود.

ولتاژ قوس

مقدار ولتاژ بين الكترود تنگستني و سطح كار، ولتاژ قوس ناميده مي‌شود. ولتاژ قوس متغيري مي‌باشد، كه تحت تأثير موارد زير مي‌باشد:

1. جريان قوس               

2. شكل و حالت نوك الكترود تنگستني

3. فاصله بين نوك الكترود و سطح كار (طول قوس)

4. نوع گاز محافظ ولتاژ قوس توسط متغيرهاي ديگر نيز تغيير مي‌نمايد.

طول قوس در اين فرايند بسيار مهم است زيرا بر روي پهنا و عرض حوضچه جوش تأثير مي‌گذارد. پهناي حوضچه جوش به طول قوس بستگي دارد  به همين خاطر در بيشتر موارد استفاده (بغير از بعضي از ورق‌هاي خاص) طول قوس مورد نظر بايد كوتاه‌ترين حد ممكن باشد. البته اگر طول قوس بسيار كوتاه باشد، احتمال برخورد الكترود و سيم‌جوش باهم و يا با حوضچه مذاب وجود دارد. يك مورد استثنا وجود دارد و آن در جوشكاري مكانيزه با استفاده از گاز محافظ هليوم و جريان DCEN و شدت جريان زياد، امكان فرو بردن نوك الكترود در مذاب و مخفي شدن آن جهت توليد نفوذ عميق امكان‌پذير مي‌باشد. اما بايد بصورت جوشي با عرض باريك و سرعت زياد انجام شود كه اين تكنيك قوس مخفي ناميده مي‌شود. وقتي كه از ولتاژ قوس براي كنترل طول قوس در كاربردهاي حساس استفاده مي‌شود، بايد به متغيرهاي ديگر كه بر روي ولتاژ تأثير مي‌گذارند توجه داشته باشيم. در رأس همه عيوب آلودگي توسط الكترود و گاز محافظ، تغذيه نامناسب سيم‌جوش و تغيير دماي الكترود و فرسايش و سائيدگي الكترود مي‌باشد.

سرعت پيشروي

سرعت پيشروي برروي نفوذ و عرض گرده جوش در جوشكاري تيگ تأثير مي‌گذارد. اگر چه تأثير آن بيشتر بر روي پهناي جوش بيشتر ديده مي‌شود تا در نفوذ جوش، سرعت پيشروي به خاطر تأثيري كه بر قيمت و هزينه دارد بيشتر مورد اهميت مي‌باشد. در بعضي موارد و كاربردها، سرعت پيشروي به عنوان يك هدف با متغيرهاي انتخاب شده ديگر، براي بدست آوردن ظاهر جوش مورد نظر در همان سرعت، تعريف شده است. در موارد ديگر پيشروي، ممكن است يك متغير وابسته باشد كه براي بدست آوردن كيفيت جوش و تناسب مورد نياز، تحت بهترين حالت ممكن با ديگر متغيرها انتخاب شود.

صرف نظر از موارد ديگر هنگامي كه ديگر متغيرها نظير جريان يا ولتاژ براي كنترل جوش تغيير مي‌كند، سرعت پيشروي عموماً در جوشكاري‌هاي مكانيزه ثابت است.

 

تغذيه سيم‌جوش

در جوشكاري دستي، نحوه اضافه كردن فلز پركننده به حوضچه مذاب بر تعداد پاسهاي مورد نياز و ظاهر تمام شده جوش تأثير مي‌گذارد.

در ماشينها و دستگاه‌هاي جوشكاري اتوماتيك سرعت تغذيه سيم مقدار رسوب فلز جوش را به ازاي طول جوش تعيين مي‌كند. كم كردن سرعت تغذيه سيم مقدار نفوذ را بالا مي برد و حدفاصل مهره‌ها را پهن و مسطح مي‌كند. تغذيه كردن بسيار كند  و ارام سيم جوش مي‌تواند باعث ايجاد خوردگي كناره جوش (under cut) ترك در خط مركزي جوش و عدم پرشدن اتصال مي‌شود. بالا بودن سرعت تغذيه سيم، نفوذ را كم نموده و گرده جوش را محدب مي‌كند.

 

تجهيزات مورد نياز

تجهيزات مورد نياز GTAW شامل منبع نيرو، مشعل، الكترود و گاز محافظ مي‌باشد. سيستم‌هاي مكانيزه ممكن است داراي كنترل‌هاي ولتاژ قوس، نوسان‌دهنده عرضي قوس و سيستم تغذيه سيم باشد.

 

شعله‌هاي جوشكاري

مشعل‌هاي تيگ، الكترود تنگستني را كه رساناي جريان الكتريكي به قوس است را در خود نگه مي‌دارد همچنين عامل رساندن گاز محافظ به منطقه قوس و حوضچه مذاب مي‌باشد.

مشعلها با توجه به ظرفيت حمل حداكثر جريان جوشكاري بدون گرم شدن زياد، سنجيده مي‌شوند و تقسيم‌بندي ظرفيت حمل جريان مشعلها در جدول آمده است.

بيشتر مشعلها با توجه به تطابق آنها با درجه و سايز الكترود در مدلها و اندازه و سايز مختلفي طراحي شده است.

بيشتر مشعلهايي كه كاربرد دستي دارند داراي زاويه سرمشعل 120 درجه (زاويه بين الكترود و دسته مشعل) مي‌باشند. همچنين مشعل‌هايي با زاويه سر قابل تنظيم و مشعل‌هاي مستقيم (مدادي) و با زاويه سر 90 نيز وجود دارند.

اغلب مشعلهاي تيگ دستي داراي كليد يا شير خروجي گاز بر روي دسته مشعل بوده و براي كنترل جريان الكتريكي و جريان گاز محافظ بكار مي‌رود.

مشعلهايي كه براي جوشكاري تيگ ماشيني يا اتوماتيك هستند معمولاً بر روي دستگاه يا ربات نصب مي‌شوند. و در مسير اتصال به مشعل حركت سولي و عرضي مي‌دهد و در بعضي موارد فاصله مشعل با سطح كار را نيز تغيير مي‌دهد.

 

مشعلهاي با گاز خنك شونده (هوا خنك)

حرارت توليد شده در مشعل در هنگام جوشكاري توسط سيستمهاي آب خنك يا هوا خنك دفع مي‌شود. در مشعلهاي گاز خنك (هوا خنك)، عمل خنك شدن توسط گاز محافظ خنكي كه از ميان مشعل عبور مي‌نمايد، انجام مي‌شود. ظرفيت حمل جريان الكتريكي مشعل‌هاي گازخنك پائين بوده و حداكثر تا 200 آمپر مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

 

مشعل‌هاي آب خنك

مشعل‌هاي آب خنك توسط جريان ابي كه از داخل سر مشعل جريان دارد، خنك مي‌شوند. همانطور كه در شكل نشان داده شده آب خنك‌كننده از ميان شيلنگ ورودي وارد مشعل مي‌شود. و در ميان مشعل به گردش درمي‌آيد. و از شيلنگ خروجي، خارج مي‌شود كابل جريان الكتريكي از منبع نيرو تا مشعل معمولاً از ميان شيلنگ خروجي آب خنك‌كننده مي‌گذردو مشعل‌هاي آب خنك براي استفاده با جريان‌هاي جوشكاري بالاتري نسبت به مشعلهاي هواخنك و در يك سيكل كاري مداوم طراحي شده است. بطور معمول مي‌توان از شدت جرياني تا 500 آمپر استفاده نمود. هرچند در بعضي مشعلها تا 1000 آمپر ظرفيت حمل جريان دارند. در بيشتر جوشكاري‌هاي ماشيني و اتوماتيك از مشعل‌هاي آب خنك استفاده مي‌گردد. مشعل‌هاي آب خنك، گرماي خود را به آبي كه از ميان انها جريان دارد منتقل نموده و خنك مي‌شود.

آب در يك سيستم بسته كه شامل پمپ و يك رادياتور خنك‌كننده و مخزن مي‌باشد جريان دارد و گرماي جذب شده مشعل را به محيط منتقل مي‌نمايد. ظرفيت اين سيستم تا پنجاه گالن مي‌باشد. با اضافه كردن ضديخ مي توان از يخ‌زدن و خوردگي سيستم جلوگيري نمود. ضديخ عمل روغن‌كاري پمپ را نيز فراهم مي‌كند.

 

قطعات مشعل

الكترود گير (Collet)

الكترود تنگستني توسط الكترودگير در مشعل نگه داشته مي‌شود. قطر الكترودگير بايد به قطر الكترود مصرفي برابر باشد. جنس كلتها معمولاً از الياژ مس مي‌باشد. وقتي كه دنباله (cap) مشعل در جاي خود محكم مي‌شود بر روي الكترودگير فشار وارد نموده و الكترود را محكم نگه مي‌دارد. به منظور انتقال مناسب جريان الكتريكي و خنك شدن الكترود تنگستني، اتصال خوب بين الكترود و قطر خارجي الكترودگير ضروري است.

 

 

نازل گاز

گاظ محافظ توسط نازل كه بر روي مشعل بسته مي‌شود، بر روي منطقه جوش متمركز مي‌شود. نازل گاز از مواد مختلف ضد حرارت ، در شكل‌هاي مختلف، قطر و طول‌هاي مختلف ساخته مي‌شوند. نازلها به مشعل پيچيده شده يا به روش اصطكاكي جا زده مي‌شود.

 

جنس مواد نازلها

نازلها از سراميك ، فلز، سراميك با روكش فلزي و كوارتز ساخته مي‌شوند. نازلهاي سراميكي ارزان‌ترين و پركاربردترين نازلها هستند، اما شكننده بوده و اغلب بعد از مدتي كاركردن، بايد تعويض شوند. نازلهاي كوارتزي شفاف و شيشه‌اي بوده و اجازه ديد بهتري از قوس و حوضچة مذاب را مي‌دهد. اگرچه بخاطر فلزات كه از حوضچة جوش بلند مي‌شود، مي‌تواند باعث مات شدن نازل شود. نازل‌هاي كوارتزي نيز بسيار شكننده مي باشد.

نازل‌هاي آب خنك فلزي طول عمر بيشتري دارند و بيشتر براي جوشكاري ماشيني و اتوماتيك و جائيكه جريان جوشكاري از 250 آمپر تجاوز مي‌كند، استفاده مي‌شود.

نازل‌هاي سراميكي كه داراي يك حلقه الومينيومي در انتهاي سطح بيروني مي‌باشند حرارت را سريعتر به محيط منتقل نموده و نسبت به نازل‌هاي سراميكي معمولي داراي طول عمر بيشتري مي‌باشند. قطر نازل با توجه به حجم گاز و پوشش گازي نياز انتخاب مي‌شود. يك رابطه بين قطر نازل و مقدار جريان گاز وجود دارد.

اگر مقدار جريان نسبت به قطر نازل مصرفي بيشتر باشد، باعث اغتشاش و تلاطم در گاز خروجي شده و راندمان محافظت كم مي‌شود. مقدار جريان گاز بالا بدون اغتشاش و تلاطم به نازل با قطر بزرگتري نياز دارد. مقدار گاز خروجي زياد براي شدت جريان‌هاي بالا و وضعيت‌هاي غير از حالت تحت ضروري مي‌باشد.

انتخاب سايز و اندازه نازل، به قطر الكترود، شكل اتصال، جنس فلز پايه، نوع گاز مصرفي و آمپر مصرفي دارد. اندازه قطر نازل مناسب با توجه به قطر الكترود در جدول نشان داده شده است. استفاده از نازل كوچك‌تر براي اتصالات شيار باريك، ديد بهتري از حوضچه جوش را مهيا مي‌نمايد. اگر چه استفاده از نازلهاي خيلي كوچك ممكن است باعث تلاطم و آشفتگي و فشار گاز خروجي شود. همچنين استفاده از نازل‌هاي خيلي كوچك، در اثر حرارت قوس الكتريكي مي‌تواند باعث ذوب و خوردگي لبه نازل شود. نازل‌هاي بزرگ حفاظت و پوشش گاز محافظ بهتري را نتيجه مي‌دهد. مخصوصاً براي جوشكاري فلزات فعال نظير تيتانيم بايستي از نازلهاي بزرگتر استفاده شود.

نازلها از نظر طول به شكل هندسي اتصال جوش و فاصله مورد نياز بين نازل و جوش بستگي داشته و در اندازه‌هاي مختلفي در دسترس مي‌باشند. نازلهاي بلندتر عموماً جريان گاز محافظ خروجي بهتري بدون تلاطم و متمركزي ايجاد مي‌نمايد. اكثر نازلهاي گاز، بشكل استوانه‌اي بوده و در بعضي از نازلها در مقطع انتهايي بصورت مخروطي مي‌باشد. براي به حداقل رساندن آشفتگي و تلاطم گاز محافظ، نازلهايي كه در قسمت مياني بصورت كروي مي‌باشد، وجود دارد. همچنين نازل‌هايي وجود دارد كه دهانه انتهايي آن به صورت صاف و كشيده بوده كه براي جوشكاري تيتانيم مناسب مي‌باشد.

 

الكترودها

در فرايند GTAW واژه تنگستن دلالت دارد بر عنصر خالص تنگستن و انواع آلياژهاي آن كه بعنوان الكترود مورد مصرف قرار مي‌گيرند. از آنجا كه اين نوع الكترودها در روند كار ذوب نمي‌شوند يا انتقال پيدا نمي‌كنندف چنانچه فرايند بنحو احسن اجرا گرددف الكترود در طول كار مصرف نمي‌شود. در ساير فرايندهاي جوشكاري مانند SMAW، GMAW و SAW الكترود، فلز پركننده است.

وظيفة الكترود تنگستن، تأمين گرماي مورد نياز جوشكاري بعنوان يكي از ترمينال‌هاي الكتريكي قوس است. نقطه ذوب الكترود تنگستن 6170 درجه فارنهايت (3410 درجة سانتيگراد) مي‌باشد. با رسيدن به اين درجه حرارت بالا، تنگستن حالت ترمويونيك(يون حرارتي) پيدا كرده و تبديل به منبع غني الكترون مي‌شود. مقاومت حرارتي ، عامل بالارفتن دما تا اين حد است. نوك الكترود سريعاً ذوب مي‌شود. در واقع نوك الكترود از بخشي كه بين نوك الكترود و قسمت بيروني و خنك الكترودگير قرار دارد، خنك‌تر مي‌باشد.