جوشکاری تیتانیوم چگونه انجام میشود؟ تیتانیوم فلزی بسیار مفید و با قابلیتهای ویژه است. این ماده در حوزههای مختلفی مانند ساخت هواپیما و فضاپیما، صنایع دریایی، تولید موشک و زمینههای مشابه دیگر استفاده فراوانی دارد. در این مطلب میخواهیم به این پرسش پاسخ دهیم که جوشکاری تیتانیوم به چه صورت است و روشهای معمول برای انجام آن را شرح دهیم.
رونیکس را مطالعه کنید.
جوشکاری تیتانیوم چیست؟
پیش از آن که به سراغ شیوههای جوشکاری تیتانیوم برویم و ویژگیهای آن را بررسی کنیم، خوب است ابتدا کمی با خود فلز تیتانیوم آشنا شویم.
تیتانیوم، با شماره ۲۲ در جدول مندلیف جای دارد. این فلز، نهمین عنصر فراوان در لایه بیرونی کره زمین است. تیتانیوم در پایان 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، سطحی براق و درخشان دارد.
در حال حاضر بیش از پنجاه نوع آلیاژ گوناگون از تیتانیوم برای استفاده در صنعت وجود دارد. تیتانیوم به سرعت با اکسیژن و هیدروژن ترکیب میشود و دگرگون میگردد.
از ویژگیهای کلیدی 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 زنگ نمیزند یا در برابر ضربه آسیب نمیبیند. همچنین تیتانیوم نقطه ذوب بسیار بالایی دارد (۱۶۰۰ درجه سانتیگراد) و به همین دلیل جزو 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 محکم و مقاوم است.
مقاومت در برابر اسیدهای رقیق
واکنش تیتانیوم با اکسیژن هوا، یک پوشش محافظ روی سطح آن ایجاد میکند. این لایه محافظ، فلز تیتانیوم را در برابر خوردگی توسط اسیدهای ضعیف مانند اسید سولفوریک رقیق، اسید هیدروکلریک رقیق، محلولهای حاوی کلرید و همچنین بسیاری از اسیدهای آلی، مقاوم میسازد.
شکل پذیری بالا
تیتانیوم در صنعت و کارگاهها، نرم و قابل انعطاف محسوب میشود! به این معنی که به راحتی میتوان آن را شکل داد. به همین دلیل است که حتی در ساخت زیورآلات و جواهرات نیز از این فلز استفاده میکنند.
معرفی کاربردهای گوناگون جوشکاری تیتانیوم
در بخش پیشین گفتیم که این فلز به خاطر تواناییهای ویژهای که دارد، در زمینهها و کارهای گوناگونی به کار میرود. برخی از این کاربردها عبارتند از:
صنایع هوا و فضا
جوشکاری فلز تیتانیوم کاربرد زیادی در تولید بخشهای مختلف موتور هواپیما دارد. همچنین، به خاطر سبکی، استحکام زیاد و مقاومت بالای آن در برابر زنگزدگی و خوردگی، از این فلز در ساخت بدنه هواپیما هم استفاده میشود.
دریانوردی
یکی دیگر از زمینههایی که تیتانیوم در آن کاربرد دارد، صنعت کشتیسازی و دریانوردی است. این فلز به دلیل مقاومت بسیار خوبی که در برابر آب شور دریا دارد و زنگ نمیزند، برای ساخت قسمتهای مختلف کشتیها مانند بدنه و پرههای پروانه موتور مورد استفاده قرار میگیرد.
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 میشود. این ترکیب در مقایسه با طلای خالص، مقاومتر و بادوامتر است.
همچنین از تیتانیوم در تولید ایمپلنتهای پزشکی مانند پروتزهای زانو و لگن و نیز در ساخت لوازم آرایشی استفاده میشود. این فلز برای بدن انسان بیضرر است و به مقدار بسیار اندک در برخی گیاهان نیز یافت میشود.
در ادامه به بررسی دو روش رایج جوشکاری میپردازیم و تفاوت اصلی آنها را به زبان ساده بیان میکنیم.
**تفاوت کلیدی بین جوشکاری TIG و MMA چیست؟**
اساساً، مهمترین فرق این دو روش در نوع الکترود و نحوه محافظت محل جوش است. در جوشکاری TIG از یک الکترود غیرمصرفی (معمولاً از جنس تنگستن) استفاده میشود و برای ایجاد حوضچه مذاب، یک میله اضافی به صورت جداگانه وارد کار میگردد. در این روش، برای محافظت ناحیه جوش از گاز خنثی (مانند آرگون) بهره میبرند.
اما در جوشکاری MMA الکترود، هم نقش ایجاد قوس و هم نقش ماده پرکننده را دارد. یعنی خود الکترود ذوب میشود و به عنوان فلز پرکننده درز عمل میکند. پوشش روی این الکترود، با تولید گاز، از منطقه جوش در برابر هوا محافظت میکند.
**هرکدام بیشتر در چه مواردی استفاده میشوند؟**
– **جوشکاری TIG:** زمانی به کار میرود که به دقت و کیفیت بسیار بالایی نیاز باشد. این روش برای جوشکاری فلزات نازک، فولادهای زنگنزن، آلومینیوم و آلیاژهای حساس ایدهآل است. نتیجه کار بسیار تمیز و با جزئیات دقیق است.
– **جوشکاری MMA:** به دلیل سادگی و قابل حمل بودن تجهیزات، بسیار همهکاره و پرکاربرد است. از این روش اغلب در کارهای ساختمانی، ساخت اسکلتهای فلزی، لولهکشی و در محیطهای باز یا موقعیتهای دشوار استفاده میشود. این روش برای جوشکاری قطعات ضخیمتر و در شرایطی که ممکن است سطح کار کمی آلوده یا زنگزده باشد، مناسبتر است.
روش جوشکاری تیتانیوم چیست؟
جوشکاری تیتانیوم کار سادهای نیست و باید با دقت و مهارت بالا انجام شود. این فلز ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی ویژهای دارد و برای جوش دادن آن باید از روشهای خاصی استفاده کرد تا نتیجه مطلوب به دست آید. در ادامه، به بررسی روشهای گوناگون جوشکاری تیتانیوم 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 TIG از یک الکترود دائمی و گاز محافظ استفاده میشود، اما در روش MIG الکترود مصرف میشود و از سیم جوش بهره میبرند. هر دو روش برای اتصال تیتانیوم در اندازهها و ضخامتهای گوناگون کاربرد دارند.
در فرآیند جوشکاری TIG معمولاً از مشعلی با سیستم خنککننده آبی استفاده میکنند که دارای این مشخصات است:
**کاپ سرامیکی:** قطر این قطعه ۳.۴ اینچ (معادل ۸.۶ سانتیمتر) است و کار آن هدایت گاز محافظ و ایجاد محیطی بدون اکسیژن در ناحیه جوش است.
**لنز گازی:** این لنز باعث متمرکز شدن قوس الکتریکی شده و دقت عمل جوشکاری را بالا میبرد.
در روش جوشکاری MIG نیز مشعل مورد استفاده قطری برابر ۱ اینچ (۲.۵ سانتیمتر) دارد. به دلیل اندازه کوچکتر، این مشعل برای جوشکاری صفحات نازکتر تیتانیوم مناسبتر است.
گاز آرگون به دلیل اینکه به راحتی در دسترس است و همچنین هزینه کمی دارد، گزینه خوبی برای محافظت از محل جوش در هنگام جوش دادن تیتانیوم با این دو روش است.
جوشکاری تیتانیوم با لیزر
در این شیوه، پرتو لیزر به بخشهایی که قرار است به هم متصل شوند تابیده میشود و باعث میگردد آن نواحی ذوب شوند. معمولاً از جوشکاری لیزری برای قطعات نازکتر استفاده میکنند و انجام آن به ابزارهای ویژه و مهارت زیادی نیاز دارد.
جوشکاری تیتانیوم با الکترون
این شیوه جوشکاری با بهرهگیری از ذرات ریزی به نام الکترون انجام میشود که با سرعت و انرژی بسیار بالا به سطح قطعه برخورد میکنند. برخورد این ذرات پرانرژی، گرمای زیادی تولید کرده و موجب ذوب شدن موضعی قطعه میگردد. از این روش در برخی زمینههای صنعتی برای اتصال قطعات 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 در هنگام جوشکاری مقاومتی تیتانیوم، سطح قطعه باید کاملاً تمیز باشد. هرگونه اکسید، آلودگی، رنگ، چربی یا روغن باید از روی آن پاک شود.
کاربرد جوشکاری تیتانیوم
پس از آشنایی با شیوه و مشخصات این روش جوشکاری، این پرسش مطرح میشود که جوشکاری تیتانیوم در کجاها استفاده میشود. همانطور که پیشتر بیان شد، این فلز بهصورت گسترده در حوزههایی مانند صنعت هواپیماسازی، ساخت کشتی، تولید اعضای مصنوعی بدن، ساخت زیورآلات و مواردی از این دست به کار میرود.
به همین دلیل، لازم است فعالان صنعتی بتوانند با بهرهگیری از فرآیندهای جوشکاری و همچنین 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 ضعیف
علاوه بر این، به ابزار و لوازم خاصی برای این کار نیاز دارید که شامل این موارد است: گاز آرگون، الکترود تنگستن، دستگاه جوش سازگار، لوازم محافظت فردی و سیم جوش پرکننده.
به گزارش پایگاه خبری فولاد حامیران درباره این فرآیند جوشکاری آمده است:
„یکی از فلزات بسیار فعال از نظر شیمیایی، تیتانیوم است. تیتانیوم فلزی با ویژگیهای خاص و بینظیر 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 موارد مشابه به کار میرود. دیگر کاربردهای تیتانیوم شامل ساخت کشتی، تولید اعضای مصنوعی بدن (پروتز)، ساخت جواهرات و زمینههای دیگر است.