فولادهای ضدزنگ و فولادهای کم‌کربن به دلیل ویژگی‌های مکانیکی و شیمیایی منحصر به فرد خود، در صنایع متعددی مانند نفت و گاز، خودروسازی، صنایع غذایی و پزشکی کاربرد دارند. یکی از چالش‌های اصلی در جوشکاری این فولادها، کنترل دمای منطقه متاثر از جوش (HAZ) و جلوگیری از اکسیداسیون سطح فلز است. انتخاب گاز محافظ مناسب، نقش کلیدی در کیفیت جوش، نفوذپذیری فلز، و کاهش نقص‌های ساختاری دارد.
استفاده از گازهای خالص مانند آرگون یا ترکیب آرگون با درصد اندکی اکسیژن به عنوان محیط محافظ، یکی از روش‌های رایج و مؤثر در جوشکاری فولاد ضدزنگ و کم‌کربن به شمار می‌رود. این مقاله به بررسی عملکرد، مزایا، تأثیرات و الزامات این میکس گازی در فرآیندهای جوشکاری اختصاص دارد.
نقش گازهای محافظ در جوشکاری
در جوشکاری قوس الکتریکی (GTAW یا TIG)، محافظت از حوضچه جوش و الکترود در برابر اکسیژن و نیتروژن موجود در هوا ضروری است. بدون گاز محافظ، این عناصر می‌توانند باعث اکسید شدن فلز و ایجاد عیوبی مانند تخلخل، ترک، و کاهش مقاومت مکانیکی شوند.
آرگون به دلیل چگالی بالاتر نسبت به هوا، حفاظت مناسبی فراهم می‌کند و از حوضچه جوش در برابر نفوذ اکسیژن و نیتروژن جلوگیری می‌کند. از سوی دیگر، افزودن درصد کمی اکسیژن به آرگون می‌تواند ویژگی‌های قوس الکتریکی، نفوذ جوش، و قابلیت مرطوب شدن فلز پایه را بهبود بخشد.
ترکیب آرگون و اکسیژن: درصدها و اثرات
در میکس‌های رایج، درصد اکسیژن معمولاً بین ۱ تا ۵ درصد قرار دارد و باقی گاز آرگون است. نسبت دقیق به نوع فولاد، ضخامت ورق و هدف جوشکاری بستگی دارد:
افزایش نفوذ جوش: اکسیژن با افزایش حرارت موضعی، نفوذ قوس را بهبود می‌دهد و سبب می‌شود جوش عمیق‌تر و یکنواخت‌تر شکل بگیرد.
کنترل اکسیداسیون: نسبت اندک اکسیژن باعث تشکیل یک لایه نازک اکسید محافظ می‌شود که از اکسیداسیون بیش از حد جلوگیری می‌کند.
بهبود شکل گوی جوش: حضور اکسیژن جریان مذاب را نرم و روان می‌کند و شکل جوش صاف و بدون ناصافی می‌شود.
نکته مهم این است که درصد اکسیژن نباید بیش از حد باشد، زیرا افزایش آن می‌تواند موجب اکسیداسیون شدید، تغییر رنگ و کاهش مقاومت خوردگی فولاد ضدزنگ شود.
تاثیر میکس گاز بر فولاد ضدزنگ
فولادهای ضدزنگ معمولاً حاوی کروم، نیکل و سایر عناصر آلیاژی هستند که مقاومت به خوردگی و دوام بالا را فراهم می‌کنند. جوشکاری این فولادها بدون گاز محافظ مناسب می‌تواند باعث مشکلات زیر شود:
تشکیل کاربید کروم: کاهش کیفیت سطح جوش و از دست رفتن مقاومت خوردگی.
رنگ‌پریدگی سطح جوش: ایجاد لکه‌های اکسید شده که ممکن است در مراحل بعدی فرآیند پوشش‌دهی یا پرداخت مشکل ایجاد کنند.
ترک حرارتی: تغییرات سریع دما باعث ایجاد ترک در فلز جوش و منطقه متاثر از جوش می‌شود.
استفاده از میکس آرگون و اکسیژن با درصد اندک، این مشکلات را کاهش می‌دهد و کیفیت جوش را افزایش می‌دهد. همچنین، درصد مناسب اکسیژن جریان قوس را پایدار نگه می‌دارد و مانع از چسبندگی غیر یکنواخت مذاب به الکترود و سطح فولاد می‌شود.
تأثیر میکس گاز بر فولاد کم‌کربن
فولادهای کم‌کربن، به دلیل درصد پایین کربن، حساسیت کمتری به ترک‌های حرارتی دارند، اما جوشکاری آنها نیز بدون کنترل صحیح می‌تواند مشکلاتی ایجاد کند:
نفوذ ناکافی جوش: استفاده از آرگون خالص ممکن است حوضچه جوش خیلی محدود باشد و نفوذ به فلز پایه کم شود.
تجمع گاز در جوش: بدون افزودن درصد کمی اکسیژن، ممکن است تخلخل و حفره‌های ریز ایجاد شود.
بنابراین، استفاده از میکس آرگون و اکسیژن باعث می‌شود که فلز مذاب روان‌تر باشد و جوش یکنواخت و با کیفیتی ایجاد شود. این روش همچنین رنگ جوش را بهبود می‌بخشد و نیاز به عملیات پس از جوشکاری مانند پاکسازی اکسید سطح را کاهش می‌دهد.
روش‌های استفاده و تنظیمات
برای دستیابی به بهترین نتیجه در جوشکاری فولاد ضدزنگ و کم‌کربن با میکس آرگون و اکسیژن، چند عامل مهم باید مد نظر قرار گیرد:
انتخاب درصد اکسیژن: بسته به ضخامت ورق و نوع فولاد، معمولاً بین ۱ تا ۳ درصد اکسیژن اضافه می‌شود. درصد بیشتر فقط در شرایط خاص و تحت نظارت دقیق کاربرد دارد.
تنظیم جریان گاز: نرخ جریان باید به گونه‌ای باشد که حوضچه جوش کاملاً محافظت شود و از نفوذ هوا جلوگیری شود. معمولاً بین ۱۰ تا ۲۰ لیتر بر دقیقه بسته به قطر الکترود و شرایط جوشکاری توصیه می‌شود.
کنترل قوس الکتریکی: اضافه کردن اکسیژن باعث پایدار شدن قوس می‌شود، اما باید ولتاژ و جریان مناسب انتخاب شود تا از پراکندگی زیاد مذاب جلوگیری شود.
زاویه و فاصله الکترود: رعایت زاویه صحیح الکترود و فاصله بین الکترود و سطح فلز، کیفیت جوش و نفوذ آن را افزایش می‌دهد.
مزایا و محدودیت‌های میکس آرگون و اکسیژن
مزایا
حفاظت موثر از حوضچه جوش در برابر اکسیژن و نیتروژن موجود در هوا
افزایش نفوذ و یکنواختی جوش
بهبود شکل و سطح جوش و کاهش ناصافی‌ها
کاهش نیاز به عملیات پس از جوشکاری
کنترل بهتر رنگ و جلوگیری از تشکیل اکسیدهای مزاحم
محدودیت‌ها
حساسیت به درصد دقیق اکسیژن: افزایش بیش از حد، آسیب به مقاومت خوردگی فولاد ضدزنگ
هزینه بالاتر نسبت به گازهای خالص در برخی موارد
نیاز به تنظیم دقیق تجهیزات جوشکاری برای دستیابی به بهترین نتیجه
بررسی عملیاتی در صنایع مختلف
در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی، جوشکاری خطوط لوله و تجهیزات با فولاد ضدزنگ و کم‌کربن، کیفیت جوش اهمیت حیاتی دارد. میکس آرگون و اکسیژن با درصد کم، این امکان را فراهم می‌کند که:
جوش بدون تخلخل و ترک حرارتی باشد
مقاومت خوردگی فلز حفظ شود
سطح جوش نیاز به عملیات تکمیلی حداقلی داشته باشد
در صنایع خودروسازی و ساخت تجهیزات پزشکی نیز، استفاده از این میکس باعث می‌شود جوش‌های ظریف و با کیفیت بالا تولید شود که به زیبایی و استحکام محصول کمک می‌کند.
نکات ایمنی و نگهداری تجهیزات
کار با میکس‌های گازی نیازمند رعایت اصول ایمنی است:
ذخیره‌سازی سیلندرها در مکان خشک و تهویه مناسب
جلوگیری از نشتی و تماس مستقیم با شعله یا حرارت
استفاده از تجهیزات حفاظتی فردی مانند دستکش، عینک و ماسک مناسب
بررسی مداوم فشار گاز و وضعیت تجهیزات اتصال
همچنین، میکس آرگون و اکسیژن باید به دقت تنظیم و ترکیب شود تا از ایجاد نقص در جوش و خطرات ناشی از اکسیداسیون جلوگیری شود.