چگونه الکترود تنگستن مناسب را انتخاب کنیم؟

جوشکاری TIG یکی از پیچیده‌ترین فرایندهای جوشکاری است که به تمرین زیادی نیاز دارد، اما نتیجه آن، جوش‌هایی باکیفیت و زیبایی بالا است. یکی از چالش‌های اساسی برای دستیابی به بهترین نتیجه، انتخاب صحیح الکترود تنگستن است.

اگر به‌تازگی وارد این حوزه شده‌اید، ممکن است صحبت‌هایی از جوشکاران باتجربه درباره الکترودهای تنگستن قرمز یا طلایی شنیده باشید و اینکه کدام‌یک برای فولاد یا آلیاژهای آلومینیوم مناسب‌تر است. به همین دلیل، تصمیم گرفتیم تا انواع الکترودهای تنگستن را برای شما توضیح دهیم و نکاتی را برای انتخاب الکترود مناسب باتوجه‌به کاربردتان ارائه کنیم.

نقش تنگستن در جوشکاری TIG

جوشکاری TIG مخفف Tungsten Inert Gas است، بنابراین همان‌طور که می‌توانید حدس بزنید، این فرایند به‌شدت به الکترودهای تنگستن وابسته است. تنگستن یک عنصر فلزی کمیاب با بالاترین نقطه ذوب در میان فلزات است. به همین دلیل، الکترودهای تنگستن می‌توانند گرمای قوس جوشکاری را بدون ذوب‌شدن تحمل کنند.

الکترودهای تنگستن در اندازه‌ها، طول‌ها و ترکیبات متنوعی در دسترس هستند. در بازار، می‌توانید الکترودهای TIG با قطرهایی از 1 میلی‌متر تا 2.4 میلی‌متر، ساخته شده از تنگستن خالص یا تنگستن با اکسیدهای افزوده، و طول‌هایی حداکثر 178 میلی‌متر یا کمتر پیدا کنید.

هر یک از این ویژگی‌ها می‌تواند بر نتایج جوشکاری تأثیر بگذارد، به همین دلیل بسیاری از مبتدیان نمی‌دانند از کجا شروع کنند. ازآنجاکه انتخاب صحیح تنگستن در جوشکاری TIG برای دستیابی به بهترین نتایج روی انواع مختلف فلزات ضروری است، ما به شما کمک می‌کنیم ویژگی‌ها و نحوه آماده‌سازی این الکترودها را بهتر بشناسید.

انواع الکترودهای تنگستن در جوشکاری TIG

انجمن جوشکاری آمریکا (AWS) سندی با عنوان “مشخصات الکترودهای تنگستن و تنگستن با اکسید پراکنده برای جوشکاری و برش قوسی” منتشر کرده است تا اطمینان حاصل شود که هر جوشکار به الکترودهایی با ترکیب مشخص دسترسی پیدا می‌کند.

سند AWS A5.12M/A5.12:2009 همچنین جدولی ارائه می‌دهد که کدگذاری رنگی الکترودها را در ایالات متحده، اروپا و ژاپن (که بیشترین سهم بازار فروش تنگستن را دارند) مشخص می‌کند. به دلیل سهولت در شناسایی، بسیاری از جوشکاران امروزه الکترودهای TIG را بر اساس رنگ آنها می‌شناسند، نه نام اصلی‌شان.

در ادامه به بررسی انواع رایج الکترودهای تنگستن و ویژگی‌های آنها می‌پردازیم.

الکترود تنگستن خالص – کد رنگ: سبز

الکترودهای تنگستن خالص حاوی 99.50%  تنگستن هستند و در دسته‌بندی AWS با علامت EWP  شناخته می‌شوند. این نوع الکترود یکی از قدیمی‌ترین انتخاب‌ها برای جوشکاری است و به طور مستقیم با کشف فرایند جوشکاری قوس تنگستن گاز (TIG) مرتبط است. در ابتدا، جوشکاری TIG برای جوشکاری آلومینیوم و منیزیم توسعه یافت و این الکترودها همچنان در همین کاربردها استفاده می‌شوند.

الکترودهای سبزرنگ بهترین نتایج را در جوشکاری با جریان متناوب (AC) ارائه می‌دهند، زیرا با گرم‌شدن نوکی کروی و تمیز ایجاد می‌کنند. این الکترودها در جوشکاری با موج متقارن و موج سینوسی یک قوس پایدار فراهم می‌کنند، اما با مصرف بالا همراه هستند. بااین‌حال، قیمت پایین آنها تا حدی این مصرف بالا را جبران می‌کند.

علاوه بر مصرف بالا، الکترودهای تنگستن خالص در جریان‌های بالا تمایل به پاشش (spitting) دارند؛ بنابراین، اگرچه می‌توان از آنها در جوشکاری با جریان مستقیم (DC) استفاده کرد، اما در ارائه شروع قوس روان و نتایج تمیز در کاربردهای جریان بالا عملکرد ضعیفی دارند.

به دلیل معایب شناخته‌شده الکترودهای تنگستن خالص، تولیدکنندگان با افزودن اکسیدها عملکرد آنها را در پایداری قوس، شروع قوس و کارایی بهبود داده‌اند. بااین‌حال، برخی از جوشکاران به دلیل قیمت پایین‌تر، همچنان استفاده از الکترودهای سبز را برای جوشکاری آلومینیوم و منیزیم ترجیح می‌دهند.

الکترودهای تنگستن توریم دار

الکترودهای توریم دار یکی از چندکاره‌ترین گزینه‌های موجود در بازار هستند که این ویژگی باعث شده است آنها به یکی از پرکاربردترین الکترودهای تنگستن در جوشکاری تبدیل شوند. این الکترودها شامل 97.30% تنگستن و 1.70 تا 2.20% اکسید توریم هستند. شروع قوس پایدار در جوشکاری DC، عمر طولانی و نرخ فرسایش متوسط، دلایلی است که بسیاری از جوشکاران باتجربه استفاده از این الکترودها را ترجیح می‌دهند.

افزودن اکسید توریم به تنگستن، دمای کاری الکترود را به زیر نقطه ذوب کاهش می‌دهد که این امر آلودگی حوضچه جوش و مصرف الکترود را به حداقل می‌رساند. به همین دلیل، الکترودهای توریم دار در جوشکاری DC با قطبیت منفی (الکترود منفی) روی فولاد کربنی، فولاد ضدزنگ، آلیاژهای نیکل و آلیاژهای تیتانیوم نتایج بسیار عالی ارائه می‌دهند.

نقاط ضعف و کاربردها

الکترودهای توریم دار در مقایسه با الکترودهای سبز (تنگستن خالص) در جوشکاری با جریان متناوب (AC) عملکرد خوبی ندارند. علاوه بر این، نگه‌داشتن نوک کروی (که برای جوشکاری فلزات غیرآهنی مناسب است) دشوار است.

انواع الکترودهای توریم دار

AWS  سه نوع الکترود توریم دار را شناسایی می‌کند: زرد، قرمز و بنفش. اما تنها دو نوع از آنها به طور تجاری اهمیت دارند:

• الکترودEWTh-1 (کد رنگ: زرد)

این الکترود حاوی 0.8–1.2% اکسید توریم است که به‌طور یکنواخت در سراسر طول آن پراکنده شده است. الکترود زرد به خوبی شکل نوک تیز خود را حفظ می‌کند، که آن را به گزینه‌ای عالی برای جوشکاری فولاد، آلیاژهای مس، تیتانیوم و آلیاژهای نیکل تبدیل می‌کند.

• الکترودEWTh-2 (کد رنگ: قرمز)

این الکترود شامل 1.7–2.2% اکسید توریم است که ویژگی‌های عملکردی آن را بهبود می‌بخشد. با قوس پایدار و شروع آسان، مصرف کم و نتایج عالی در جوشکاری DC، الکترود قرمز گزینه‌ای ایده‌آل برای جوشکاری TIG فولاد است.

معایب و نگرانی‌های ایمنی

بزرگ‌ترین نقطه‌ضعف الکترودهای توریم دار، وجود توریم در ترکیب آنها است که ماده‌ای رادیواکتیو محسوب می‌شود. به همین دلیل، هنگام سنگ‌زنی این الکترودها باید نهایت دقت را به خرج دهید. نگرانی‌های ایمنی یکی از دلایل اصلی است که بسیاری از جوشکاران به استفاده از جایگزین‌هایی مانند الکترودهای لانتانیوم‌دار یا سریوم‌دار روی آورده‌اند.

الکترودهای سریوم‌دار – کد رنگ: خاکستری (قبلاً: نارنجی)

الکترودهای سریوم‌دار شامل 97.30% تنگستن و 1.80 تا 2.20% اکسید سریوم (CeO2) هستند که به آن سریا نیز گفته می‌شود. اگرچه درجات مختلفی از الکترودهای سریوم‌دار وجود دارد، تنها نوع EWCe-2 که دارای کد رنگ خاکستری در نوک خود است، اهمیت تجاری دارد.

ویژگی‌ها و کاربردها

الکترودهای EWCe-2 در جوشکاری DC با آمپراژ پایین عملکرد بسیار خوبی ارائه می‌دهند. در مقایسه با الکترودهای سبز (تنگستن خالص)، الکترودهای خاکستری شروع قوس بهتر، پایداری قوس بالاتر، و نرخ تبخیر کمتری دارند. اگرچه این الکترودها ویژگی‌های قوسی مشابه الکترودهای توریم‌دار دارند، اما در شرایط آمپراژ پایین بهتر عمل می‌کنند. این امر آنها را برای جوشکاری ورق‌های نازک، ساخت لوله‌ها و اتصال فلزات ظریف مناسب می‌کند.الکترودهای خاکستری را می‌توان در جوشکاری با جریان متناوب (AC) نیز استفاده کرد، اما عملکرد بهتری در جوشکاری با فولاد کربنی، فولاد ضدزنگ، آلیاژهای نیکل و تیتانیوم، مشابه الکترودهای قرمز (توریم‌دار) دارند. مزیت بزرگ سریا این است که برخلاف توریم، ماده‌ای غیررادیواکتیو است.

محدودیت‌ها

بااین‌حال، الکترودهای سریوم‌دار در جوشکاری DC با آمپراژ بالا عملکرد ضعیفی از خود نشان می‌دهند. اکسیدهای سریوم به سمت نوک الکترود (جایی که حرارت متمرکز است) مهاجرت کرده و پراکنده می‌شوند. با ازدست‌دادن اکسید سریوم، این الکترودها ویژگی‌های مثبت خود را نیز از دست می‌دهند.

الکترودهای زیرکونیوم دار – کد رنگ: قهوه‌ای

الکترودهای تنگستن زیرکونیوم دار حاوی 99.10%  تنگستن و 0.15 تا 0.40% اکسید زیرکونیوم هستند. این الکترودها رنگ قهوه‌ای در نوک خود دارند و در دسته‌بندی AWS با نام EWZr-1 شناخته می‌شوند. الکترودهای TIG قهوه‌ای به عنوان جایگزینی برای تنگستن خالص توسعه یافته‌اند که از محتوای بالای تنگستن آنها قابل تشخیص است.

ویژگی‌ها و کاربردها

الکترودهای تنگستن زیرکونیوم دار عمدتاً برای جوشکاری با جریان متناوب (AC) استفاده می‌شوند، از جمله جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم با استفاده از فرایند TIG. محتوای بالای تنگستن باعث ایجاد قوس پایدار و حفظ نوک کروی می‌شود. علاوه بر این، افزودن اکسید زیرکونیوم به بهبود شروع قوس کمک کرده، میزان پاشش را کاهش داده و عملکرد بهتری در آمپراژهای بالا نسبت به الکترودهای تنگستن خالص دارد.

الکترودهای قهوه‌ای گران‌تر از الکترودهای تنگستن سبز هستند، اما در کاربردهای جوشکاری با موج سینوسی AC که به تمیزی نیاز دارند، ضروری هستند. همچنین به دلیل کاهش پاشش، این الکترودها نسبت به الکترودهای تنگستن خالص آلودگی و مصرف کمتری دارند.

محدودیت‌ها

اگرچه الکترودهای تنگستن زیرکونیوم دار ظرفیت حمل جریان مشابهی با الکترودهای توریم‌دار دارند، اما نباید از آنها در جوشکاری DC روی فولاد کربنی استفاده کرد.

الکترودهای تنگستن لانتانیوم‌دار

الکترودهای تنگستن لانتانیوم‌دار حداقل 97.80% تنگستن دارند و حاوی 0.8–1.7% اکسید لانتانیوم (La2O3) هستند که به آن لانثانا نیز گفته می‌شود. افزودن اکسید لانتانیوم باعث بهبود شروع قوس، پایداری و عملکرد در جوشکاری با جریان متناوب (AC) و مستقیم (DC) می‌شود. علاوه بر این، این الکترودها نوک‌تیز خود را برای جوشکاری فولاد حفظ می‌کنند و برای جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم و فلزات غیرآهنی با جریان متناوب (AC TIG) نوک کروی دارند.

به دلیل ویژگی‌های مطلوب خود، الکترودهای تنگستن لانتانیوم‌دار به‌عنوان جایگزینی مناسب برای الکترودهای تنگستن توریم‌دار شناخته می‌شوند. همچنین اکسید لانتانیوم رادیواکتیو نیست که این ویژگی باعث شده این الکترودها گزینه‌ای محبوب برای بسیاری از جوشکاران امروزی باشند.

انواع الکترودهای تنگستن لانتانیوم‌دار

AWS الکترودهای تنگستن لانتانیوم‌دار را به سه درجه مختلف طبقه‌بندی می‌کند که بسته به میزان افزودن لانثانا متفاوت هستند:

• الکترودهای EWLa-1

این الکترودها حاوی 0.8–1.2 درصد وزن اکسید لانتانیوم هستند و نوک آن رنگ سیاه دارد. این الکترودها مشابه الکترودهای تنگستن آبی هستند و ویژگی‌هایی مانند شروع قوس در جوشکاری DC، پایداری قوس، نرخ فرسایش پایین، محدوده آمپراژ وسیع و عدم پاشش دارند.

• الکترودهای EWLa-1.5

این الکترودها به دلیل توانایی خوب در کارکرد با هر دو نوع جوشکاری AC و DCEN (جوشکاری با جریان مستقیم و قطبیت منفی) یکی از متنوع‌ترین الکترودها هستند. آنها شامل 1.3–1.7 درصد وزنی اکسید لانتانیوم هستند و نوک آنها طلایی است.

• الکترودهای EWLa-2

این الکترودها حاوی 1.8–2.2 درصد وزنی اکسید لانتانیوم هستند که یکی از بالاترین مقادیر اکسیدها در بین انواع الکترودهای مشخص‌شده AWS است. مقدار بالای اکسیدها باعث می‌شود الکترودهای تنگستن آبی در برابر پالس‌های شدید و بارهای آمپراژی بالا مقاومت کنند و در عین حال عملکرد عالی در شروع قوس و نرخ مصرف پایین داشته باشند.

الکترودهای تنگستن نادر خاکی

الکترودهای تنگستن نادر خاکی حاوی اکسیدهای نادر خاکی هستند که در طبقه‌بندی‌های موجود مشخص نشده‌اند. AWS این الکترودها را به‌عنوان الکترودهای EWG طبقه‌بندی می‌کند و سازندگان باید از هر رنگی غیر از رنگ‌های استاندارد شده (قرمز، آبی، طلایی، قهوه‌ای و غیره) برای این الکترودها استفاده کنند. افزودن اکسیدهای نادر خاکی باعث بهبود پایداری قوس، ویژگی‌های شروع قوس و عملکرد کلی جوشکاری می‌شود. علاوه بر این، اکسیدهای اضافه‌شده می‌توانند ویژگی‌هایی برای جوشکاری خاص با جریان متناوب (AC) یا جریان مستقیم (DC) فراهم کنند.

اگرچه الکترودهای نادر خاکی می‌توانند حاوی هر نوع اکسید باشند، سازندگان باید هر افزودنی و درصد آن را به‌وضوح روی بسته‌بندی ذکر کنند. به‌این‌ترتیب، می‌توانید الکترودی خاص تهیه کنید که کاملاً مناسب نیازهای جوشکاری TIG شما باشد. بااین‌حال، به‌عنوان یک مبتدی، شما به‌ندرت به استفاده از این الکترودها نیاز خواهید داشت.

جمع‌بندی

ممکن است رنگ‌های قرمز، آبی، طلایی یا سبز تنگستن برای شما به‌عنوان یک مبتدی گیج‌کننده به نظر برسد، اما درک این که هر کدام چگونه بر عملکرد قوس جوش تأثیر می‌گذارند، برای دستیابی به بهترین نتایج بسیار مهم است. خوشبختانه، طبقه‌بندی AWS به شما این امکان را می‌دهد که هر نوع تنگستن را از طریق رنگ آن شناسایی کرده و ترکیب آن را بدانید.

با درک ویژگی‌های هر نوع الکترود TIG، انتخاب الکترود مناسب برای کاربرد خود باید کار ساده‌ای باشد. امیدواریم مقاله ما به شما کمک کرده باشد تا بخش کوچکی از معمای پیچیده‌ای که به نام جوشکاری TIG شناخته می‌شود را درک کنید.