جوشکاری تیتانیوم چگونه انجام میشود؟ تیتانیوم فلزی بسیار مفید با قابلیتهای ویژه است. این ماده در حوزههایی مانند صنعت هواپیما و فضا، کشتیسازی، تولید موشک و زمینههای مشابه به طور گسترده استفاده میشود. در این نوشته میخواهیم به این پرسش پاسخ دهیم که جوشکاری تیتانیوم به چه معناست و شیوههای رایج برای انجام آن را شرح دهیم.
رونیکس را بخوانید.
جوشکاری تیتانیوم چیست؟
پیش از آنکه به سراغ شیوههای جوشکاری تیتانیوم برویم و ویژگیهای آن را بررسی کنیم، خوب است ابتدا کمی با خود فلز تیتانیوم آشنا شویم.
تیتانیوم، بیست و دومین عنصر در جدول تناوبی مندلیف است. این فلز، نهمین عنصر فراوان در لایه بیرونی کره زمین به شمار میرود. تیتانیوم در اواخر سده هجدهم میلادی توسط یک دانشمند انگلیسی به نام ویلیام گرگور شناسایی و به دنیا معرفی شد.
به طور کلی، تیتانیوم را از کانیهای مختلف موجود در زمین مانند ایلمنیت، اسفین و روتیل به دست میآورند. این فلز ظاهری براق و درخشان دارد.
در حال حاضر بیش از پنجاه نوع آلیاژ گوناگون از تیتانیوم برای استفاده در صنعت تولید شده است. تیتانیوم به سرعت با اکسیژن و هیدروژن ترکیب میشود و دگرگون میگردد.
از مهمترین خصوصیات این فلز میتوان به این موارد اشاره کرد:
چگالی کم و استحکام زیاد
تیتانیوم در مقایسه با فولاد وزن کمتری دارد. با این حال، این فلز بسیار مقاوم است و به راحتی در برابر زنگ زدگی و ضربه آسیب نمیبیند. همچنین، تیتانیوم نقطه ذوب بسیار بالایی دارد (۱۶۰۰ درجه سانتیگراد) و به همین دلیل جزء فلزاتی محسوب میشود که در برابر حرارتهای زیاد نیز مقاوم هستند.
مقاومت کششی
یک ویژگی خاص و منحصر به فرد دیگر فلز تیتانیوم، استحکام بسیار بالای آن در برابر کشش است. این فلز مهم، با وجود سبکتر بودن از فولاد، به همان اندازه در مقابل نیروهای کششی مقاومت میکند.
مقاومت در برابر اسیدهای رقیق
هنگامی که تیتانیوم در معرض اکسیژن قرار میگیرد، روی سطح آن یک پوشش محافظ تشکیل میشود. این پوشش، فلز تیتانیوم را در برابر آسیب ناشی از تماس با اسیدهای ضعیف مانند اسید سولفوریک رقیق، اسید هیدروکلریک، مایعات حاوی کلرید و همچنین بسیاری از اسیدهای آلی محافظت میکند.
شکل پذیری بالا
تیتانیوم در صنعت و کارگاهها به عنوان فلزی نرم و قابل انعطاف شناخته میشود. این ویژگی باعث میشود به راحتی بتوان آن را شکل داد. به همین دلیل است که حتی در ساخت زیورآلات و جواهرات نیز از تیتانیوم استفاده میکنند.
معرفی کاربردهای گوناگون جوشکاری تیتانیوم
در بخش پیشین گفتیم که این فلز به خاطر ویژگیهای ویژهای که دارد، در زمینهها و کارهای گوناگونی به کار میرود. برخی از این کاربردها عبارتند از:
صنایع هوا و فضا
جوشکاری تیتانیوم کاربرد زیادی در تولید بخشهای مختلف موتور هواپیما دارد. همچنین، به خاطر سبکی، استحکام زیاد و مقاومت فوقالعاده در برابر زنگزدگی و خوردگی، از این فلز در ساختن بدنه هواپیما هم استفاده میشود.
دریانوردی
یکی دیگر از زمینههایی که تیتانیوم در آن به کار میرود، صنعت کشتیسازی و دریانوردی است. این فلز به دلیل مقاومت بسیار بالایی که در برابر زنگزدگی و خوردگی در آبشور دریا دارد، گزینهای ایدهآل برای ساخت بخشهای مختلف کشتیها، مانند بدنه و پرههای پروانه موتور، به شمار میرود.
جواهرسازی
تیتانیوم در ساخت زیورآلات و جواهرات هم کاربرد دارد. این فلز به خاطر دوام بالا در برابر زنگزدگی و آسیب، گزینهای ایدهآل برای تولید وسایل تزئینی محسوب میشود. حتی آلیاژ تیتانیوم و طلا نیز در بازار وجود دارد که با نام طلای ۲۴ عیار عرضه میگردد؛ با این ویژگی که نسبت به طلای خالص، مقاومتر و بادوامتر است.
همچنین از تیتانیوم در تولید ایمپلنتهای پزشکی مانند پروتزهای زانو و لگن استفاده میشود. این فلز در ساخت لوازم آرایشی نیز به کار میرود. تیتانیوم برای بدن انسان بیضرر است و به طور طبیعی مقدار اندکی از آن در برخی گیاهان یافت میشود.
برای درک بهتر تفاوت بین دو روش رایج جوشکاری، یعنی TIG و MMA، ابتدا باید هر کدام را به زبان ساده بشناسیم.
در روش جوشکاری MMA، از یک الکترود مصرفی استفاده میشود. این الکترود هم نقش ایجاد قوس الکتریکی را دارد و هم با ذوب شدن، ماده پرکننده برای اتصال دو قطعه را فراهم میکند. این روش بسیار همهکاره است و میتوان از آن روی فلزات مختلف، حتی در محیطهای باز یا شرایطی که باد میوزد، استفاده کرد. به دلیل سادگی تجهیزات و قابل حمل بودن، این روش در کارگاههای کوچک، ساختوسازهای ساختمانی و برای پروژههای تعمیراتی در محل بسیار محبوب است.
در مقابل، روش جوشکاری TIG از یک الکترود غیرمصرفی از جنس تنگستن بهره میبرد. در این روش، قوس الکتریکی بین این الکترود و قطعه کار ایجاد میشود. اگر نیاز به اضافه کردن ماده پرکننده باشد، به صورت جداگانه یک میله فلزی وارد حوضچه مذاب میکنند. بزرگترین مزیت این روش، دقت و کنترل بسیار بالای جوشکار بر روی فرآیند است. این کنترل بالا منجر به ایجاد جوشهایی بسیار تمیز، با کیفیت عالی و با جزئیات دقیق میشود. به همین دلیل، از روش TIG بیشتر برای جوشکاری فلزات ظریف مانند آلومینیوم و استیل ضدزنگ، در صنایعی مانند هواپیماسازی، ساخت تجهیزات غذایی و شیرآلات بهداشتی استفاده میگردد.
به طور خلاصه، اگر به دنبال روشی ساده، قابل اعتماد و مناسب برای شرایط متنوع هستید، MMA انتخاب خوبی است. اما اگر پروژه شما نیازمند جوشهایی با کیفیت بسیار بالا، ظریف و بدون عیب است، روش TIG گزینه مناسبتری خواهد بود.
روش جوشکاری تیتانیوم چیست؟
جوشکاری تیتانیوم کار سادهای نیست و باید با دقت و مهارت بالا انجام شود. این فلز ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی دارد و برای جوش دادن آن باید از روشهای ویژهای استفاده کرد تا نتیجه مطلوب به دست آید. در ادامه، به بررسی شیوههای گوناگون این نوع جوشکاری میپردازیم:
جوشکاری تیتانیوم با قوس الکتریکی (تیگ و میگ)
هر دو روش جوشکاری با ایجاد یک قوس الکتریکی بین الکترود و قطعه کار انجام میشوند. در روش تیگ، از یک الکترود همیشگی و گاز محافظ استفاده میشود، اما در روش میگ، الکترود مصرف میشود و از سیم جوش بهره میبرند. هر دو روش برای اتصال قطعات تیتانیوم در اندازهها و ضخامتهای گوناگون کاربرد دارند.
در جوشکاری تیگ، از یک مشعل مجهز به سیستم خنککننده آبی استفاده میشود که دارای این اجزاست:
**کاپ سرامیکی:** قطر این قطعه ۳.۴ اینچ (معادل ۸.۶ سانتیمتر) است. کار آن هدایت گاز محافظ و ایجاد یک محیط بدون اکسیژن در ناحیه جوش است.
**لنز گازی:** این بخش، قوس الکتریکی را متمرکز میکند و باعث افزایش دقت در فرآیند جوشکاری میشود.
در روش جوشکاری میگ نیز از یک مشعل با قطر ۱ اینچ (۲.۵ سانتیمتر) استفاده میگردد. به دلیل اندازه کوچکتر، این مشعل برای جوشکاری ورقهای نازکتر تیتانیوم مناسبتر است.
گاز آرگون به خاطر در دسترس بودن آسان و همچنین هزینه کم، گزینه خوبی برای محافظت از منطقه جوش در این دو شیوه اتصال تیتانیوم به حساب میآید.
جوشکاری تیتانیوم با لیزر
در این شیوه، پرتو لیزر به بخشهایی از کار که باید به هم متصل شوند، تابانده میشود و باعث میشود آن قسمتها ذوب شوند. معمولاً از جوشکاری با لیزر برای قطعات نازکتر استفاده میگردد و انجام آن به ابزارهای ویژه و مهارت زیادی نیاز دارد.
جوشکاری تیتانیوم با الکترون
این شیوه جوشکاری با پرتاب الکترونهای پرانرژی به سطح قطعه کار انجام میگیرد. برخورد این الکترونها باعث گرم شدن و ذوب شدن فلز میشود. از این روش در برخی زمینههای صنعتی استفاده میشود.
جوشکاری مقاومتی تیتانیوم
روشهای جوشکاری مقاومتی که برای فلزات دیگر به کار میروند، برای تیتانیوم هم قابل استفاده هستند. این روشها شامل جوشکاری نقطهای مقاومتی، جوشکاری درزی و جوشکاری لبه به لبه میشوند. نکته مهم این است که هنگام انجام این نوع جوشکاری، سطح قطعه تیتانیوم باید کاملاً تمیز باشد. هرگونه آلودگی مانند اکسید، گرد و غبار فلزی، کثیفی، رنگ، چربی یا روغن باید از روی آن پاک شود.
کاربرد جوشکاری تیتانیوم
پس از آشنایی با شیوه و خصوصیات این روش جوشکاری، این پرسش مطرح میشود که جوشکاری تیتانیوم در کجاها استفاده میشود. همانطور که پیشتر بیان شد، این فلز کاربردهای فراوانی در حوزههایی مانند صنعت هواپیماسازی، ساخت کشتیها، تولید اعضای مصنوعی بدن، ساخت زیورآلات و مواردی از این دست دارد.
به همین دلیل، لازم است فعالان صنعتی بتوانند با بهکارگیری روشهایی مانند جوشکاری و لحیمکاری، بیشترین بهره را از قابلیتهای تیتانیوم ببرند.
بیشتر بخوانید: انواع الکترود جوشکاری؛ جدول، مشخصات و کاربرد انواع سیم جوش
برای جوشکاری تیتانیوم باید نکات مهمی را رعایت کنید، مانند:
تمیز بودن سطح قطعه، محیط کار و سیم جوش
استفاده از محافظ گازی مناسب
پرهیز از ایجاد جوش ناقص و سرد
علاوه بر این، به ابزار و لوازم مخصوصی نیاز دارید که شامل این موارد است: گاز آرگون، الکترود تنگستن، دستگاه جوش سازگار، لوازم محافظت فردی و ماده پرکننده یا سیم جوش.
به گزارش پایگاه خبری فولاد حامیران درباره این فرآیند جوشکاری آمده است:
„یکی از فلزات بسیار واکنشپذیر تیتانیوم میباشد. تیتانیوم فلزی با ویژگیهای ویژه است که برای جوشکاری آن باید با دقت و حساسیت زیادی عمل کرد.”
سوالات متداول
چگونه میتوان تیتانیوم را جوش داد؟ روشهای معمول برای جوش دادن تیتانیوم شامل جوشکاری TIG، جوشکاری MIG، جوشکاری با لیزر، جوشکاری با پرتو الکترونی و جوشکاری مقاومتی است. هر یک از این روشها برای نوع خاصی از آلیاژ تیتانیوم و ضخامتهای مختلف این فلز مناسب هستند.
تیتانیوم در چه زمینههایی استفاده میشود؟ این فلز ارزشمند به طور گسترده در صنایع هوافضا مانند ساخت هواپیما، موشک و … به کار میرود. دیگر کاربردهای تیتانیوم شامل ساخت کشتی، تولید اعضای مصنوعی بدن، ساخت زیورآلات و … میباشد.