آرگون یکی از شناخته شده ترین گازهای بیاثر در صنایع مدرن است؛ گازی که برخلاف سادگی ظاهری، نقشی کلیدی در فرآیندهای دقیق و تخصصی ایفا میکند. آرگون با نماد Ar و عدد اتمی ۱۸، عضوی از گروه گازهای نجیب بوده و همین ویژگی سبب شده که تقریباً هیچ واکنش شیمیایی از خود نشان ندهد. این گاز بیبو، بیطعم، بیرنگ و غیرقابل اشتعال است و به طور طبیعی حدود ۰٫۹۳ درصد از هوای تنفسی ما را تشکیل میدهد. ویژگی مهم دیگر آرگون این است که نسبت به هوا سنگینتر بوده و در محیطهایی که تهویه نامناسب دارند، میتواند در لایههای پایین جمع شود؛ موضوعی که در عین بیخطری شیمیایی، از لحاظ ایمنی نیازمند توجه است.
خاصیت اصلی آرگون که آن را در مرکز توجه صنایع قرار داده، اینرسی شیمیایی است؛ یعنی حتی در دماهای بسیار بالا مانند قوس الکتریکی جوشکاری ، باز هم تمایلی به واکنش با فلز مذاب نشان نمیدهد. این ویژگی باعث میشود که آرگون یک سپر محافظ ایدهآل برای جلوگیری از ترکیب شدن فلز داغ با اکسیژن، نیتروژن یا بخار آب باشد. از آنجا که بسیاری از فلزات در دمای بالا با گازهای محیط واکنش داده و اکسید یا نیترید تولید میکنند، نیاز به یک گاز کاملاً بیطرف و پایدار اهمیت بسیار زیادی در کنترل کیفیت دارد. آرگون دقیقاً پاسخ این نیاز است.
چرا آرگون محبوبترین گاز حفاظتی در جوشکاریهای حساس شده است؟
برای درک بهتر اینکه چرا آرگون به «استاندارد طلایی» در جوشکاریهای دقیق تبدیل شده، باید به چالشهای اصلی جوشکاری مدرن نگاه کرد. در فرآیندهایی مانند جوشکاری تیتانیوم، آلومینیوم، اینکونل، فولاد ضدزنگ و آلیاژهای حساس، کوچکترین تغییر در ترکیب شیمیایی یا ورود ناخالصیها میتواند باعث شکست جوش، کاهش استحکام ، ایجاد تخلخل ، تغییر ساختار کریستالی یا افت مقاومت خوردگی شود. در این میان ، آرگون با فراهم کردن یک محیط پایدار و بدون واکنش، مانع ورود اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن به مذاب میشود و رشد دانهها، نفوذ ناخالصیها و ایجاد ترکهای هیدروژنی را به حداقل میرساند.
یکی از دلایل مهم انتخاب آرگون، ولتاژ یونش پایین آن است. به بیان ساده، آرگون نسبت به بسیاری از گازها راحتتر یونیزه شده و مسیر قوس الکتریکی را پایدارتر نگه میدارد. قوس پایدار به معنی نفوذ بهتر، شروع آسانتر و کنترل دقیقتر بر عرض و عمق جوش است. همین موضوع باعث شده آرگون بهترین انتخاب برای فرآیندهای جوشکاری TIG و بسیاری از کاربردهای MIG باشد. علاوه بر این، آرگون باعث ایجاد قوس متمرکزتر و باریکتر میشود که برای کارهای ظریف مثل جوشکاری قطعات پزشکی، قطعات هوافضا یا ساخت تجهیزات خلأ مناسب است.
نقش آرگون در جوشکاری TIG و دلایل برتری آن نسبت به گازهای دیگر
جوشکاری TIG (Tungsten Inert Gas) دقیقترین روش جوشکاری قوسی است و برای اینکه عملکرد صحیح داشته باشد، نیازمند یک گاز کاملاً خنثی و پایدار است. اگر گاز مورد استفاده حتی مقدار کمی فعال باشد، نوک الکترود تنگستن دچار اکسیداسیون شده و کیفیت قوس از بین میرود.
آرگون در جوشکاری TIG چهار کار حیاتی انجام میدهد:
۱. ایجاد حوضچه مذاب تمیز و محافظتشده
آرگون مانند یک پوشش شفاف و نامرئی، اطراف حوضچه مذاب را احاطه کرده و اجازه نمیدهد اکسیژن یا نیتروژن هوا وارد منطقه شود. در نبود این حفاظ، سطح جوش اکسید میشود، حفرههای گازی تشکیل شده و مقاومت جوش به شدت کاهش پیدا میکند.
۲. پایدارسازی الکترود تنگستن
الکترود تنگستن در برابر نیتروژن یا اکسیژن حساس است و به سرعت دچار خوردگی حرارتی میشود. گاز آرگون بهدلیل کاملاً بیاثر بودن، از این آسیب جلوگیری میکند و عمر الکترود را افزایش میدهد.
۳. روشن شدن سریع و بدون شوک قوس
خاصیت یونشپذیری آرگون باعث میشود قوس بهسرعت برقرار شده و نیاز به ولتاژهای اولیه بالا نباشد. این موضوع برای کاری که نیاز به دقت میلیمتری دارد بسیار مهم است.
۴. افزایش کیفیت ظاهری جوش
جوشکاری با آرگون، سطحی تمیز، براق و بدون لکه ایجاد میکند؛ چیزی که در جوشکاری قطعات زینتی، صنایع غذایی، تجهیزات پزشکی و سازههای ظریف به شدت مهم است.
آرگون در جوشکاری MIG؛ کنترل نفوذ، پایداری قوس و افزایش کیفیت
در جوشکاری MIG نیز آرگون نقش بسیار مهمی دارد، البته اینبار معمولاً در ترکیب با گازهای دیگر مانند CO₂ یا هلیوم. در فلزاتی مثل آلومینیوم، مس و آلیاژهای نیکل، استفاده از آرگون خالص بهترین نتایج را ایجاد میکند؛ زیرا این فلزات نسبت به اکسیداسیون بسیار حساساند و نیاز به محیطی کاملاً خنثی دارند.
در فولادهای ساده کربنی نیز مخلوطهای Ar + CO₂ یا Ar + O₂ عملکرد بهتری دارند چون آرگون قوس را متمرکز و تمیز نگه میدارد، در حالی که CO₂ یا اکسیژن باعث بهبود نفوذ و انتقال فلز پرکننده میشوند.
ویژگیهای کلیدی آرگون در MIG عبارتاند از:
کاهش پاشش (spatter)
ایجاد قوس یکنواخت
تشکیل گرده جوش صاف و یکنواخت
کنترل بهتر بر اندازه حوضچه
کاهش خطر اکسیداسیون فلزات پرانرژی مانند آلومینیوم
چرا آرگون برای جوشکاریهای فوقحساس مانند هوافضا، پزشکی و صنایع خلأ ضروری است؟
وقتی صحبت از صنایع بسیار حساس مانند هوافضا یا تجهیزات پزشکی میشود، کنترل کیفیت جوش باید در بالاترین سطح ممکن باشد. کوچکترین نقصی در جوش میتواند سبب ترک، تخلخل یا تغییر خواص مکانیکی قطعه شود. در چنین شرایطی، آرگون هنوز هم یکی از برترین گزینههاست.
۱. عدم ایجاد هرگونه واکنش جانبی
در صنایعی که مواد فعال مانند تیتانیوم و زیرکونیوم استفاده میشوند، حتی ppm چند ده اکسیژن میتواند ساختار فلز را تخریب کند. آرگون با خلوص ۹۹٫۹۹۹٪ (۵۹) بهترین محافظ برای چنین شرایطی است.
۲. مناسب برای جوشکاری در محیطهای کنترلشده
در بسیاری از پروژههای حساس، جوشکاری در محفظه خلأ یا گلنباکس انجام میشود. آرگون جزو معدود گازهایی است که در این شرایط کاملاً پایدار است و رفتار غیرقابل پیشبینی نشان نمیدهد.
۳. تأثیر مثبت بر خواص متالورژیکی
برخلاف گازهایی مثل دیاکسیدکربن که میتوانند باعث افزایش کربن سطحی یا اکسیدهای ناخواسته شوند، آرگون هیچ اثری بر ترکیب شیمیایی فلز نمیگذارد و ساختار دانهای را حفظ میکند.
مزایای فنی و مهندسی استفاده از آرگون در جوشکاریهای حساس
برای جمعبندی دلایل انتخاب آرگون، میتوان مزایای زیر را ذکر کرد:
بیاثر کامل (Inert) و فاقد هرگونه واکنش شیمیایی
پایداری بالا در قوس الکتریکی
ایجاد سطح جوش صاف، براق و فاقد آخال
جلوگیری از اکسیداسیون، نیتریداسیون و هیدروژناسیون
مناسب برای جوشکاری فلزات غیرآهنی مانند آلومینیوم، تیتانیوم و مس
بهبود شروع قوس و کنترل حوضچه
کاهش مصرف الکترود و افزایش طول عمر تجهیزات
ایجاد دمای قوس یکنواخت و کاهش خطر اعوجاج
این مزایا در کنار قابلیت ذخیرهسازی ایمن و حمل نسبتاً آسان، سبب شده آرگون به اولین گزینه برای هر کارگاهی تبدیل شود که با فلزات حساس یا عملیات دقیق سروکار دارد.
اهمیت خلوص آرگون و تفاوت درجههای مختلف آن در کیفیت جوش
خلوص آرگون شاید مهمترین عامل در تعیین کیفیت نهایی جوش باشد. آرگون صنعتی معمولاً خلوص ۹۹٫۹٪ دارد و برای بسیاری از کاربردهای عمومی مناسب است. اما برای جوشکاری TIG فولادهای ضدزنگ، آلومینیوم یا فلزات سخت، استفاده از آرگون ۹۹٫۹۹٪ یا بالاتر توصیه میشود.
در جوشکاری تیتانیوم، زیرکونیوم، مولیبدن یا قطعات خلأ، تنها گزینه قابل قبول آرگون ۴۹ یا ۵۹ (۹۹٫۹۹۹٪) است؛ زیرا حضور اکسیژن یا رطوبت حتی در حد ppm میتواند باعث شکنندگی یا تغییر رنگ شدید جوش شود.
تولید، ذخیرهسازی و تأمین آرگون برای کارگاههای جوشکاری
گاز آرگون عمدتاً از طریق تقطیر کریوژنیک هوا تولید میشود. در این روش، هوا تا دماهای بسیار پایین سرد شده و سپس بر اساس تفاوت نقطه جوش، گازهای تشکیلدهنده از یکدیگر جدا میشوند. آرگون بهدلیل غلظت نسبتاً کم در هوا، استخراج پیچیدهتری نسبت به اکسیژن و نیتروژن دارد. همین موضوع سبب شده قیمت آن نسبت به دو گاز دیگر بالاتر باشد.
برای جوشکاری، آرگون معمولاً در سیلندرهای ۱۰، ۴۰ و ۵۰ لیتری با فشار ۱۵۰ تا ۲۰۰ بار عرضه میشود. شیر سیلندرها استاندارد DIN6 یا BS3 بوده و برای جوشکاری TIG قابل استفاده است. همچنین در کارگاههای بزرگ استفاده از تانکهای کرایوجنیک یا پکهای چندتایی (مانوفول شده) رایج است.
نکات مهم برای افزایش کیفیت جوش با استفاده از آرگون
برای اینکه آرگون بهترین نتیجه را ارائه دهد، رعایت چند نکته فنی ضروری است:
۱. فاصله نازل تا قطعه
اگر نازل بیش از حد دور باشد، گاز به خوبی محیط را پوشش نمیدهد و جوش آلوده به اکسیژن میشود. استفاده از گازلنس و اکستند نازل برای تیتانیوم ضروری است.
- نرخ جریان گاز
معمولاً ۶ تا ۱۲ لیتر بر دقیقه برای TIG مناسب است. جریان خیلی کم باعث آلوده شدن جوش و جریان خیلی زیاد سبب ایجاد آشفتگی و ورود هوا میشود.
- تورچ تمیز و نازل سالم
آلودگیهای کوچک در اطراف نازل میتوانند توزیع گاز را مختل کنند.
- استفاده از گاز پسجوش (Post Flow)
در تیتانیوم و فولاد ضدزنگ ، چند ثانیه ادامه جریان آرگون پس از خاموش شدن قوس برای جلوگیری از اکسید شدن ضروری است.
- تست نشتی سیستم گاز
هرگونه نشتی در شیلنگ یا اتصالات میتواند باعث ورود هوا و از بین رفتن کیفیت جوش شود.
بدون دیدگاه