جوشکاری تیتانیوم | روش های جوشکاری تیتانیوم | کاربردهای آن در صنعت هواپیما، پزشکی، شیمیایی و دریایی | بررسی چالش ها

تیتانیوم، یکی از فلزات با ارزش است که خصوصیات منحصر به فردی از جمله استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی، وزن سبک و سازگاری زیستی بالا در زمینه‌های مختلف دارد. این فلز با رنگ نقره‌ای شناخته می‌شود و از معادنی مانند ایلمنیت، اسفن و روتیل استخراج می‌شود و در صنایع مختلف از جمله هوافضا، پزشکی، خودروسازی و دریایی کاربرد فراوانی دارد. با ما همراه باشید تا جوشکاری تیتانیوم را بیشتر مورد بحث قرار دهیم.

جوشکاری تیتانیوم چیست؟

جوشکاری تیتانیوم فرآیندی است که طی آن قطعات تیتانیومی به یکدیگر متصل می‌شوند و به عنوان یکی از روش‌های حساس و مهم در جوشکاری فلزات، نیازمند مهارت و دقت بالایی است.

ویژگی‌های جوشکاری تیتانیوم:

• ایجاد اتصالات قوی و بدون نقص , ساختارهای پیچیده , یکپارچه و محکم
• افزایش استحکام و مقاومت جوش در برابر تنش‌ها و بهبود خواص مکانیکی
• کاهش وزن در ساخت سازه‌ها که در صنایع مانند هوافضا بسیار اهمیت دارد.
• افزایش طول عمر قطعات به دلیل مقاومت بالای تیتانیوم
• دارای چگالی کمتری نسبت به اکثر فلزات
• دارای حالت الاستیک کمتری نسبت به سایر فلزات
• دارای نقطه ذوب بالاتر نسبت به سایر فلزات قابل جوشکاری
• دارای سرعت واکنش بالا
• نسبت به فولادهای  ضد زنگ انعطاف پذیری کمتری دارد.
• مقاومت بالا در برابر خوردگی
• کاربرد در صنایع مختلف

چالش‌های جوشکاری تیتانیوم چیست؟

جوشکاری تیتانیوم به دلیل برخی ویژگی‌های خاص این فلز، نیازمند دقت و مهارت بالایی است. برخی از چالش‌های جوشکاری تیتانیوم عبارتند از:

• واکنش‌ پذیری بالا: تیتانیوم در دمای بالا با اکسیژن، نیتروژن و سایر گازها واکنش می‌دهد که می‌تواند باعث ایجاد عیوب در جوش شود.
• هدایت حرارتی کم: هدایت حرارتی پایین تیتانیوم باعث می‌شود تا گرمای جوشکاری در منطقه کوچکی متمرکز شود و کنترل دمای جوش را دشوار کند.
• هزینه بالا: تیتانیوم فلزی گران‌قیمت است و تجهیزات مورد نیاز برای جوشکاری آن نیز هزینه بالایی دارند.
• جوش سرد و ایجاد ترک‌ها: در جوشکاری تیتانیوم، ممکن است مشکل جوش سرد ایجاد شود که باعث تشکیل ترک‌ها در ناحیه گرمایی می‌شود. برای جلوگیری از این موضوع، کنترل دقیق دمای ورودی و جلوگیری از استفاده از نرخ خنک کننده بیش از حد اهمیت دارد.
• حفاظ مناسب: خرابی محافظ می‌تواند در طول جوشکاری اتفاق بیفتد که منجر به آلودگی و کاهش کیفیت جوش می‌شود. استفاده از روش‌های محافظتی مؤثر مانند گاز بی‌اثر و حفظ منطقه جوشکاری تمیز، برای جلوگیری از مشکلات حفاظ بسیار مهم است.
• آلودگی: وجود چربی، ذرات کثیفی و روغن‌ها می‌تواند ناحیه جوش را آلوده کند و کیفیت جوش را تحت تأثیر قرار دهد. برای جوش‌های با کیفیت، تمیز کردن دقیق سطح قبل از جوشکاری در کاهش ورود آلاینده‌ها بسیار اهمیت دارد.
• تمایل به اکسیداسیون: تیتانیوم در دمای بالا به سرعت اکسید می شود، که می تواند به کیفیت جوشکاری آسیب برساند.
• حساسیت به هیدروژن: زیرا هیدروژن می تواند باعث تردی جوش تیتانیوم شود.

در مورد جوشکاری ورق نازک نیز مطالعه کنید.

رایج ترین روش‌های جوشکاری تیتانیوم

۱. جوشکاری قوسی تنگستن با گاز محافظ  (GTAW) :

این روش دقیق‌ترین و پرکاربردترین روش برای جوشکاری تیتانیوم است. در این روش از یک الکترود تنگستنی غیر مصرفی و گاز محافظ آرگون استفاده می‌شود. همچنین به دلیل توانایی در ایجاد جوش‌های با کیفیت بالا، کنترل دقیق و قابلیت استفاده برای انواع ضخامت‌ها، در صنایع مختلف از جمله هوافضا، پزشکی و دریایی کاربرد فراوانی دارد.

مزایا:

• کنترل دقیق: در این روش، حرارت ورودی به قطعه کار به خوبی کنترل می‌شود که برای تیتانیوم با هدایت حرارتی پایین بسیار مهم است.
• کیفیت بالای جوش که  معمولاً بدون تخلخل، ترک و سایر عیوب هستند.
• قابل استفاده برای جوشکاری انواع آلیاژهای تیتانیوم
• جوشکاری دقیق ورق‌های نازک تیتانیوم

مراحل جوشکاری GTAW تیتانیوم:

1. آماده‌سازی سطح: سطح قطعات باید کاملاً تمیز و عاری از هرگونه آلودگی، روغن، چربی و اکسید باشد. برای این منظور از روش‌هایی مانند برس‌زنی سیمی، سندبلاست یا تمیزکاری شیمیایی استفاده می‌شود.
2. انتخاب گاز محافظ: معمولاً از گاز آرگون خالص به عنوان گاز محافظ استفاده می‌شود. این گاز از واکنش تیتانیوم با اکسیژن و نیتروژن در حین جوشکاری جلوگیری می‌کند.
3. انتخاب الکترود تنگستن: از الکترودهای تنگستن با خلوص بالا استفاده می‌شود. نوع الکترود بسته به نوع آلیاژ تیتانیوم و ضخامت ورق انتخاب می‌شود.
4. تنظیم پارامترهای جوشکاری: جریان، ولتاژ، سرعت حرکت مشعل و قطر الکترود باید به دقت تنظیم شوند.
5. شروع قوس: قوس الکتریکی بین الکترود تنگستن و قطعه کار ایجاد می‌شود و با افزودن فلز پرکننده، جوشکاری انجام می‌شود.
6. تغذیه فلز پرکننده: فلز پرکننده با قطر مناسب و آلیاژی مشابه قطعه کار به صورت دستی یا اتوماتیک به حوضچه جوش اضافه می‌شود.

۲.جوشکاری قوسی فلزی با گاز محافظ(GMAW) :

 در این روش از یک سیم مصرفی به عنوان الکترود و گاز محافظ آرگون یا هلیوم استفاده می‌شود. این روش برای جوشکاری ورق های تیتانیوم با ضخامت بالا و درزهای طولانی در موقعیت‌های مختلف مانند افقی، عمودی و سقفی قابل استفاده است.

چالش ها:

• واکنش‌پذیری بالای تیتانیوم: تیتانیوم در دمای بالا به شدت با اکسیژن و نیتروژن واکنش می‌دهد و ایجاد ترکیبات شکننده‌ای می‌کند که کیفیت جوش را کاهش می‌دهند.
• هدایت حرارتی پایین تیتانیوم: این ویژگی باعث می‌شود گرما در ناحیه جوش متمرکز شده و کنترل آن دشوار باشد.
• هزینه بالای سیم جوش تیتانیوم

شرایط لازم برای جوشکاری GMAW تیتانیوم :

• گاز محافظ: از گازهای خنثی مانند آرگون یا مخلوط آرگون و هلیوم استفاده می‌شود تا از تماس تیتانیوم با هوا جلوگیری شود.
• سیم جوش: سیم جوش باید از آلیاژ تیتانیوم با ترکیب شیمیایی مشابه قطعه کار باشد.
• تنظیم دقیق پارامترهای جوشکاری مانند جریان، ولتاژ، سرعت حرکت مشعل و سرعت تغذیه سیم جوش
• آماده سازی تجهیزات مناسب مانند دستگاه جوشکاری، مشعل جوشکاری و سیستم تغذیه سیم جوش
• آماده‌سازی سطح از تمام آلودگی ها

۳. جوشکاری الکترونیکی(EBW):

این روش برای جوشکاری قطعات با ضخامت کم و دقت بالا استفاده می‌شود. در این روش، یک پرتو الکترونی با انرژی بالا، به قطعات کار تابیده شده و باعث ذوب موضعی و اتصال آن‌ها می‌شود. این جوشکاری در صنایع هوافضا , پزشکی و هسته ای کاربرد گسترده ای دارد.

مزایا :

• عمق نفوذ بالا: پرتو الکترونی قادر است تا عمق زیادی در فلز نفوذ کند و در نتیجه جوش‌های بسیار محکم و با کیفیت بالا ایجاد کند.
• حرارت ورودی کم: به دلیل تمرکز بالای انرژی در نقطه کوچک، حرارت ورودی به قطعه کار بسیار کم است که باعث کاهش اعوجاج و تغییر شکل می‌شود.
• جوش‌های بدون تخلخل
• سرعت جوشکاری بالا
• قابلیت جوشکاری آلیاژهای مختلف تیتانیوم

۴. جوشکاری لیزری:

جوشکاری لیزری یکی از پیشرفته‌ترین روش‌های اتصال فلزات است و برای تیتانیوم نیز به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد آن، بسیار مناسب است. در این روش، یک پرتو لیزر با شدت بالا به سطح قطعات تابیده می‌شود و باعث ذوب موضعی و ایجاد جوش می‌شود.

مزایا:

• دقت بسیار بالا: پرتو لیزر می‌تواند با دقت بسیار بالایی بر روی ناحیه جوش متمرکز شود و در نتیجه جوش‌های بسیار تمیز و بدون عیب ایجاد کند.
• حرارت ورودی کم: حرارت ورودی به قطعه کار در جوشکاری لیزری بسیار کم است که باعث کاهش اعوجاج و تغییر شکل می‌شود.
• سرعت جوشکاری بالا
• عمق نفوذ قابل کنترل: با تنظیم پارامترهای لیزر می‌توان عمق نفوذ را به دقت کنترل کرد.
• قابلیت جوشکاری اتوماتیک

چالش ها:

• هزینه گران تجهیزات لیزر صنعتی
• نیاز به محیط کنترل شده برای جلوگیری از تأثیر عوامل محیطی بر کیفیت جوش
• سطح قطعات باید بسیار تمیز و عاری از هرگونه آلودگی باشد.

کاربردهای جوشکاری تیتانیوم

تیتانیوم به دلیل استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی، وزن سبک و سازگاری زیستی، در ساخت قطعاتی که نیازمند مقاومت بالا در برابر شرایط سخت محیطی هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. مانند صنایع زیر :

هوافضا

• بدنه هواپیما: تیتانیوم به دلیل وزن سبک و استحکام بالا، در ساخت بدنه هواپیما، به ویژه در قسمت‌هایی که نیاز به مقاومت در برابر حرارت بالا و خوردگی دارند، استفاده می‌شود.
• موتورهای جت: پره‌های توربین و قطعات دیگر موتورهای جت که در معرض دما و فشار بسیار بالا قرار دارند، از تیتانیوم ساخته می‌شوند.
• ماهواره‌ها: به دلیل وزن کم و مقاومت در برابر شرایط سخت فضایی، تیتانیوم در ساخت ماهواره‌ها کاربرد دارد.

پزشکی

• ایمپلنت‌های پزشکی: تیتانیوم به دلیل سازگاری زیستی بالا و مقاومت در برابر خوردگی، در ساخت ایمپلنت‌های پزشکی مانند مفصل ران، زانو و دندان استفاده می‌شود.
• ابزارهای جراحی: برخی از ابزارهای جراحی از تیتانیوم ساخته می‌شوند تا استحکام و دوام بیشتری داشته باشند.

صنایع شیمیایی

• مخازن و لوله‌ها: تیتانیوم به دلیل مقاومت بسیار بالا در برابر خوردگی، در ساخت مخازن و لوله‌هایی که در معرض مواد شیمیایی خورنده قرار دارند، استفاده می‌شود.

صنایع دریایی

• زیردریایی‌ها: تیتانیوم به دلیل استحکام بالا و مقاومت در برابر فشار آب، در ساخت زیردریایی‌ها استفاده می‌شود.
• قطعات کشتی: برخی از قطعات کشتی مانند پروانه‌ها و شفت‌ها از تیتانیوم ساخته می‌شوند.

معرفی دستگاه جوش در رابطه با جوشکاری تیتانیوم :

دستگاه جوش آرگون دیجیتالی 200 آمپر پالسی AC/DC وینر مدل 8850

ویژگی ها :

• دستگاه جوش آرگون دیجیتالی 200 آمپر پالسی AC/DC وینر مدل 8850 قابلیت جوشکاری تخصصی آلومینیوم و انواع فلز استیل، آهن، مس و چدن با الکترود و سیم فیلر را دارد.
• دارای تورچ آرگون، انبر جوش و انبر اتصال
• تکنولوژی PWM و کنترل خروجی ثابت در هنگام جوشکاری و قابلیت کنترل جریان دقیق در جوشکاری
• جوشکاری در حالت‌های مختلف Pluse TIG /DC TIG/MMA
• حفاظت خودکار در جریان بالا برای جلوگیری از کمبود ولتاژ و فرمول ساده تکنولوژی عالی با دوام، تعمیر و نگهداری راحت
• شروع قدرتمند جوشکاری با قوس ثابت، صدای کم و توان بالا

دستگاه جوش آرگون دیجیتالی 315 آمپر پالسی AC/DC وینر مدل 1850N

ویژگی ها:

• کارکرد با برق سه فاز
• دستگاه جوش آرگون دیجیتالی 315 آمپر پالسی AC/DC وینر مدل 1850N مناسب برای جوشکاری تیگ DC و تیگ پالسی، تیگ AC و تیگ AC پالسی و جوشکاری الکترود می باشد.
• عملکرد در حالت پایدار به علت دارا بودن کنترلر
• مجهز به سیستم های حفاظتی اضافه ولتاژ، اضافه جریان و اضافه گرمایی
• سهولت کنترل دستگاه با دقت بالا به وسیله نمایشگر دیجیتالی
• سهولت کنترل دستگاه در مسافتهای طولانی با شاسی 4T

برای مشاهده سایر محصولات دستگاه جوش آرگون TIG کلیک کنید.

کلام وینر

امیدواریم توانسته باشیم در این مقاله در مورد جوشکاری تیتانیوم اطلاعات مفید و کاربردی در اختیارتان قرار داده باشیم. در این جوشکاری نیز رعایت نکات ایمنی , تمیزی سطوح قطعات و استفاده از گاز محافظ مناسب و تجهیزات امنیتی بسیار حائز اهمیت است.