انواع محافظت در جوشکاری تیتانیوم

محافظت اولیه

محافظت اولیه از گودال جوش مذاب با انتخاب مشعل جوشکاری مناسب فراهم می شود. کاپ بزرگ برای تأمین محافظت کافی برای کل حوضچه مذاب تیتانیوم لازم است. لنزهای گازی مناسب نیز جریان گاز خنثای یکنواخت و غیر توربولانت (نامتلاطم) را فراهم می کنند.

در دستیابی به قوس پایدارتر در محافظت اولیه، آرگون نسبت به هلیوم بهتر عمل می کند. در صورت تمایل به ولتاژ بالاتر، قوس داغ تر و نفوذ بیشتر، می توان از مخلوط آرگون-هلیوم استفاده کرد. توجه شود که حتما باید از نرخ جریان گاز توصیه شده توسط سازنده مشعل استفاده شود.

نرخ جریان گاز در حدود 20cfh در عمل رضایت بخش بوده است. اعمال جریان بیش از حد به مشعل، ممکن است باعث تلاطم و از بین رفتن محافظت شود. به طور کلی این که محافظت اولیه اثربخش خواهد بود یا خیر را باید قبل از جوشکاری ارزیابی کرد.اعمال گاز محافظ، باید تا پس از تشکیل حوضچه مذاب، قطع شدن قوس و سرد شدن جوش ادامه یابد. جوش های غیر آلوده و به درستی محافظت شده، ظاهری براق و نقره ای خواهند داشت.

محافظت ثانویه

محافظ ثانویه وظیفه محافظت از فلز جوش داده شده تیتانیوم و مناطق HAZ مرتبط با آن را به عهده دارد. این محافظت تا رسیدن دما به 427 درجه سلسیوس یا پایین تر ادامه خواهد داشت.محافظ های ثانویه، متناسب با یک مشعل خاص و یک عمل جوشکاری خاص تولید می شوند. شرایط اعمال این گازها باید بسیار جمع و جور طراحی شود. و البته امکان توزیع یکنواخت گاز محافظ را در دستگاه فراهم کند.

همچنین نیاز احتمالی به خنک کردن با آب (خصوصا برای مقاطع بزرگ تر) باید در نظر گرفته شود. پخش کننده های برنزی متخلخل (Porous bronze diffusers) با فراهم کردن جریان یکنواخت و غیر متلاطم گاز خنثی، بهترین پیشنهاد برای اعمال محافظت ثانویه هستند.

محافظت پشتیبان (Backup Shielding)

هدف اصلی سیستم های پشتیبان، ایجاد محافظت از طریق گاز خنثی در سمت ریشه جوش و مناطق تحت تأثیر حرارت مرتبط با آن است. این سیستم ها غالباً شبیه محافظ های ثانویه هستند. همچنین ممکن است به صورت دستی، گیره ای یا دائمی نصب شوند.میله های پشتیبان مسی خنک شونده با آب (یا میله های فلزی عظیم) برای سرد کردن جوش استفاده می شوند. این میله ها اغلب دارای یک شیار هستند. این شیار درست در زیر (یا بالای) محل اتصال قرار می گیرد. برای ایجاد محافظت کافی، حدود 10cfh جریان گاز بی اثر در هر فوت خطِ شیار لازم است.

در این راستا اغلب از سیستم های محافظ Makeshift برای جوشکاری تیتانیوم در شرایط کارگاهی یا روباز استفاده می شود. این سیستم برای محصور کردن کامل قطعه کار و پر کردن آن با گاز بی اثر، از پلاستیک استفاده می کند.

به علاوه، از فویل آلومینیوم یا فولاد ضد زنگ به عنوان محافظ پشتیبان استفاده می شوند. هنگامی که از چنین تکنیک هایی استفاده می شود، بسیار مهم است که تمام هوایی که باعث آلودگی جوش تیتانیوم می شود، از سیستم زدوده شود.اعمال گاز بی اثر با حجم ده برابر حجم هوای خارج شده، یک میزان مناسب است. توجه شود که تا زمان اتمام جوشکاری، باید میزان متوسط گاز بی اثر حفظ شود.

انتخاب گاز بی اثر

میان گازهای خنثی، آرگون عموماً به دلیل هزینه کم و همچنین متراکم تر بودن، مرجح است. به دلیل داشتن این دو ویژگی، این گاز بهترین انتخاب برای استفاده در سیستم های محافظت ثانویه و پشتیبان است.گاز هلیم با تراکم کمتری که دارد، گاهی اوقات هنگام جوشکاری در مناطق بالای ابزار (Above the device) به عنوان پشتیبان استفاده می شود. فراهم کردن شرایطی که کنترل جریان جداگانه برای دستگاه های محافظ اولیه، ثانویه و پشتیبان در دسترس باشد، از اهمیت بالایی برخوردار است.

طراحی و آماده سازی اتصال

طراحی اتصال (جوینت) جوشکاری برای تیتانیوم، مشابه سایر فلزات است. با این وجود، محافظت مناسب گاز بی اثر از ریشه و روی جوش و همچنین بازرسی پس از جوشکاری از دو طرف جوش ضروری است.قبل از شروع جوشکاری، سطوح اتصال باید کاملا صاف، تمیز و عاری از هرگونه آلودگی باشد. تمام علائم سوختگی و ساییدگی باید با پر کردن زدوده شوند. به همین ترتیب، علائم برش و لبه های تیز هم باید حذف شوند. استفاده از کاغذ سنباده یا پشم استیل (Steel Wool) که ذراتی را به جا می گذارند، می تواند منبع آلودگی باشد.

یکی از نکات مهم در کنترل اتصال، تناسب یا فیت آپ (Fit Up) بودن آن است. این ویژگی میزان سوختگی را به حداقل می رساند و حد فاصل زیر لایه را کنترل می کند. عدم تناسب، احتمال آلودگی از طریق هوای محبوس شده در حدفاصل را شدیدا افزایش می دهد.مسئله مهم دیگر، نگهداری دهانه اتصال در هنگام جوشکاری است. تعبیه کردن یک قید مطمئن و همچنین محکم بستن نقطه اتصال، برای جلوگیری از حرکت اتصال در هنگام جوشکاری توصیه می شود.