معرفی 8 نوع گاز جوشکاری / بررسی ویژگی‌ها، مزایا و معایب

جوشکاری یکی از فرایندهای کلیدی در صنایع مختلف از جمله فلزکاری، خودروسازی، ساخت و ساز و صنایع دریایی است. این فرآیند که برای اتصال ورق‌ها و قطعات فلزی به کار می‌رود، به عوامل متعددی وابسته است. یکی از مهم‌ترین این عوامل، استفاده از گازهای جوشکاری است. این گازها نقش مهمی در ایجاد محیط مناسب برای عملیات جوشکاری، کنترل دما، حفاظت از قطعات در برابر اکسیداسیون و افزایش کیفیت اتصال دارند. استفاده از گازهای جوشکاری با ظهور فناوری‌های مدرن مانند دستگاه‌های MIG (Metal Inert Gas) و TIG (Tungsten Inert Gas) اهمیت بیشتری پیدا کرده است. این دستگاه‌ها بدون گاز محافظ قادر به انجام عملیات جوشکاری نیستند. در این مطلب به معرفی گازهای پرکاربردی نظیر آرگون، هلیم، هیدروژن، اکسیژن، دی‌اکسید کربن، نیتروژن و ترکیبات خاص آنها خواهیم پرداخت. آشنایی با ویژگی‌ها و کاربردهای این گازها، انتخاب گاز مناسب برای هر نوع فرآیند جوشکاری را ساده‌تر می‌کند و به بهبود کیفیت و بهره‌وری عملیات جوشکاری کمک می‌کند.

بیشتر بدانید: دستگاه جوش آرگون چیست

نقش گازهای مختلف در فرایند جوشکاری چیست؟

جوشکاری، به‌ویژه در فرایندهای ذوبی، نیازمند دقت و کنترل زیادی است تا اتصالاتی با کیفیت بالا ایجاد شود. یکی از عناصر کلیدی در این فرایندها، گازهای محافظ هستند. این گازها در حفاظت از حوضچه مذاب، جلوگیری از اکسیداسیون و بهبود کیفیت جوش نقش حیاتی ایفا می‌کنند. در فرایندهای جوشکاری ذوبی مانند SMAW و TIG، گازها به عنوان یک محافظ قوی عمل می‌کنند و مانع تماس فلز ذوب شده با هوا می‌شوند. برای مثال، در جوشکاری TIG، گاز آرگون یا ترکیب آن با هلیم به کار می‌رود تا از کیفیت و پایداری حوضچه مذاب اطمینان حاصل شود. گازها وظایف متنوعی در فرایند جوشکاری دارند:

• محافظت از حوضچه مذاب: گازهای مانند آرگون و دی‌اکسید کربن از تماس فلز مذاب با اکسیژن و نیتروژن موجود در هوا جلوگیری می‌کنند و مانع اکسیداسیون و کاهش کیفیت جوش می‌شوند.
• کنترل دما: گازهایی مانند هلیم می‌توانند به عنوان منبع گرما عمل کرده یا با تنظیم دمای محیط، کیفیت جوش را بهبود دهند و از تغییرات دمایی ناخواسته جلوگیری کنند.
• ایجاد پوشش محافظ: برخی گازها مانند نیتروژن، با تشکیل لایه‌ای بر روی فلز جوش، از نفوذ آلاینده‌ها جلوگیری کرده و مقاومت اتصال را افزایش می‌دهند.
• کاهش تنش‌های داخلی: استفاده از ترکیب گازهای خاص می‌تواند تنش‌های پسماند در مواد جوشکاری را کاهش داده و اتصالات قوی‌تری ایجاد کند.

انتخاب گاز مناسب بر اساس نوع فرآیند و ویژگی‌های مواد، تأثیر زیادی بر نتیجه نهایی جوشکاری دارد و می‌تواند بهره‌وری و کیفیت محصول را به حداکثر برساند.

مطالعه مقاله: مقایسه دستگاه جوش لیزری و دستگاه جوش CO2

انواع گاز جوشکاری: گازهای خنثی

گازها در فرایند جوشکاری بر اساس نقش و عملکرد آن‌ها در فرایند جوشکاری به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. در ادامه به بررسی دسته‌ بندی متداول گازها در جوشکاری می‌پردازیم: گازهای خنثی گازها به دلیل داشتن لایه الکترونی کامل در مدار خارجی، از نظر شیمیایی غیرفعال یا خنثی بوده و بر فرایندهای متالورژیکی حوضچه جوش تاثیری ندارند. این گازها،عناصر فلز مذاب را نمی‌سوزانند، گرما ایجاد نمی‌کنند و باعث تغییر ترکیب شیمیایی فلز جوش نخواهند شد و هیچ عنصر نامطلوبی را در جوشکاری ایجاد نمی‌کنند. از مهم‌ترین گازهای خنثی در جوشکاری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

گاز هلیم

هلیم، گازی خنثی است که توسط فشرده‌سازی هوا و تفکیک عناصر تشکیل‌ دهنده تهیه می‌شود. این گازغیرقابل احتراق و بدون بو است و به علت سنگین‌تر بودن نسبت به هوا، خروج آن از کپسول نیاز به فشار بالاتری دارد. هلیم برای جوشکاری آلومینیوم، آلیاژهای آن، منیزیم و مس استفاده می‌شود و غالبا شدت جریان هلیم دو تا سه برابر آرگون است. این گاز به خصوص برای جوشکاری قطعات ضخیم و فلزاتی که از انتقال حرارت بالاتری برخوردارند، توصیه می‌شود. گاز هلیم به عنوان گاز مناسب برای افزایش نفوذ عمق و گرمای ورودی در جوشکاری مورد استفاده قرار می‌گیرد و زمانی که با آرگون ترکیب شود می‌تواند عملکرد خوبی را از خود نشان دهد. در هنگام استفاده از هلیم، مقدار پاشش و جرقه جوش بسیار بیشتر از گاز آرگون است؛ زیرا حوضچه مذابی داغ، فعال و جوشان تولید می‌کند. به دلیل خصوصیت هدایت حرارتی بالای هلیم، عرض گرده جوش پهن‌تر و عمق آن بیشتر از آرگون است. با این حال، به دلیل هزینه بالای هلیم، معمولا از مخلوط هلیم و آرگون برای جوشکاری استفاده می‌شود و کاربرد آن نسبت به آرگون محدودتر است.

بیشتر بخوانید: روش های جوشکاری لیزری

گاز آرگون

گاز آرگون یک گاز غیر قابل احتراق و بدون بو است که هیچگونه واکنش شیمیایی با اتمسفر و مواد موجود در حوضچه جوش ندارد. این گاز به عنوان یک گاز غیرفعال شناخته می‌شود و به دلیل سنگین‌تر بودن نسبت به هوا، نیاز کمتری به فشار دارد و می‌توان آن را از هوای اتمسفر نیز به دست آورد. گاز آرگون، به عنوان یک گاز محافظ، قابلیت کاهش واکنش حوضچه مذاب را دارد و برای بدست آوردن شدت جریان و طول قوس مناسب، نیاز به ولتاژ کمتری دارد. گاز آرگون برای جوشکاری TIG و MIG و همچنین برای جوشکاری فولاد ضد زنگ و آلومینیوم استفاده می‌شود. این گاز همچنین قدرت پاک‌کنندگی و شکنندگی قوس را در مواجهه با اکسیدها در جوشکاری با جریان متناوب AC و جوشکاری آلومینیوم و منیزیم افزایش می‌دهد. هزینه تهیه آرگون نسبت به هلیم ارزان‌تر است و شروع قوس با آرگون نسبت به هلیم بسیار آسان‌تر است. به دلیل ویژگی‌های فوق، آرگون به عنوان یک گزینه مناسب برای جوشکاری ورق‌های نازک شناخته می‌شود. این گاز به دلیل سنگین‌تر بودن نسبت به هلیم، برای جوشکاری در حالت‌های تخت و افقی، به خصوص در جوش‌های گوشه، بسیار مناسب است. همچنین، استفاده از آرگون به عنوان گاز محافظ نسبت به سایر گازهای محافظ تفاوت‌های مهمی دارد. این گاز نیاز کمتری به ولتاژ برای برقراری قوس دارد و حوضچه جوش در مجاورت آن از حرارت کمتری برخوردار است.

بیشتر بدانید: عیوب جوشکاری

انواع گاز جوشکاری در جدول: گازهای فعال

گازهای فعال مانند اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن و دی اکسید کربن، بر خلاف گازهای خنثی مانند آرگون و هلیم و … به صورت شیمیایی فعال‌تر و واکنش‌پذیرتر عمل می‌کنند. این گازها با حوضچه جوش واکنش داده و نقش احیای یا اکسیدی خود را اجرا می‌کنند. از جمله ویژگی‌های گازهای فعال این است که می‌توانند به صورت شیمیایی با جوش و مواد جوشکاری واکنش نشان دهند و نقش مهمی در فرایند جوشکاری ایفا می‌کند. در ادامه به معرفی گازهای فعال و واکنش پذیر در جوشکاری می‌پردازیم:

گاز اکسیژن (O₂)

اکسیژن یکی از گازهای مهم در جوشکاری است که به دلیل واکنش‌پذیری بالا و توانایی ترکیب با بسیاری از عناصر، کاربرد گسترده‌ای دارد. این گاز برای فرآیندهای برش اکسی‌استیلن و افزایش دمای جوشکاری استفاده می‌شود. افزودن اکسیژن به گازهای خنثی مانند آرگون باعث بهبود پایداری قوس و کاهش کشش سطحی حوضچه مذاب می‌شود و در نتیجه سرعت و کیفیت جوشکاری افزایش می‌یابد.

گاز هیدروژن (H₂)

هیدروژن یک گاز سبک و اشتعال‌پذیر است که در ترکیب با گازهای دیگر به افزایش دمای جوشکاری کمک می‌کند. این گاز عمدتاً برای جوشکاری فولادهای زنگ‌نزن و فرآیندهای برش پلاسما کاربرد دارد. با این حال، به دلیل امکان ایجاد ترک‌های هیدروژنی، استفاده از آن برای مواد حساس محدود است​.

گاز نیتروژن (N₂)

نیتروژن به عنوان یک گاز اقتصادی برای افزایش پایداری قوس و دمای جوشکاری به کار می‌رود. این گاز در جوشکاری مس و آلیاژهای آن کاربرد دارد و با افزایش ولتاژ، دمای قوس و بازدهی حرارتی را بهبود می‌بخشد. با این حال، تجهیزات مقاوم‌تر برای استفاده از این گاز لازم است​.

گاز کربن دی اکسید (CO₂)

کربن دی‌اکسید به عنوان یکی از گازهای رایج در جوشکاری MIG و FCAW شناخته می‌شود. این گاز با افزایش عمق نفوذ و کاهش هزینه‌ها، گزینه مناسبی برای جوشکاری فولادهای کربنی است. استفاده از ترکیب CO₂ و آرگون برای بهبود کیفیت و کاهش جرقه پیشنهاد می‌شود​. (عوامل تاثرگذار بر کیفیت جوشکاری لیزری)

گاز استیلن (C₂H₂)

استیلن با دمای شعله بالا برای جوشکاری و برش فلزات استفاده می‌شود. این گاز عمدتاً در فرآیندهای اکسی‌استیلن به کار می‌رود و به دلیل واکنش‌پذیری بالا، در برش دقیق فلزات کاربرد دارد​. بیشتر بدانید: دستگاه جوش لیزری چیست

گاز پروپیلن و پروپان

پروپیلن نیز یک گاز قابل اشتعال است که با اکسیژن مخلوط شده و در حرارت بالاتر از پروپان و اکسیژن سوزاننده است. در جوشکاری، پروپیلن برای جوشکاری ذوبی غیر ساختاری، لحیم‌کاری و گرمایش مناسب است و برای این کاربردها استفاده می‌شود.

گاز پروپان

پروپیلن و پروپان به عنوان گازهای سوختی در لحیم‌کاری و گرم کردن فلزات قبل از جوشکاری استفاده می‌شوند. پروپان برای عملیات پس از جوشکاری، مانند لحیم‌کاری، بسیار مناسب است​.