ทำไมช่างเชื่อมใช้อาร์กอน?

อาร์กอนไม่มีสีไม่มีกลิ่นและก๊าซเฉื่อยเป็นวัตถุดิบในร้านเชื่อมทั่วโลก คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของมันทำให้มันขาดไม่ได้สำหรับกระบวนการเชื่อมจำนวนมากตั้งแต่ TIG (GTAW) ไปจนถึง MIG (GMAW) และอื่น ๆ ช่างเชื่อมพึ่งพาอาร์กอนเป็นหลักสำหรับความสามารถในการป้องกันโลหะหลอมเหลวจากการปนเปื้อน, ทำให้ส่วนโค้งของเสถียรและปรับให้เข้ากับวัสดุที่หลากหลาย - ปัจจัยที่ส่งผลกระทบโดยตรงต่อคุณภาพการเชื่อมความแข็งแรงและความสม่ำเสมอ บทความนี้สำรวจเหตุผลสำคัญอาร์กอนคือไป - เพื่อป้องกันก๊าซในการเชื่อม
1. อาร์กอนคือความเฉื่อย: ปกป้องสระเชื่อมจากการปนเปื้อน​
บทบาทที่สำคัญที่สุดของอาร์กอนในการเชื่อมคือทำหน้าที่เป็นก๊าซป้องกัน - การสร้างสิ่งกีดขวางระหว่างสระเชื่อมที่หลอมเหลวและบรรยากาศโดยรอบ อากาศมีออกซิเจนไนโตรเจนและไฮโดรเจนซึ่งทั้งหมดนี้ทำปฏิกิริยากับโลหะร้อนเพื่อสร้างข้อบกพร่องที่อ่อนแอลง:
•ออกซิเจนรวมกับโลหะหลอมเหลวเพื่อสร้างออกไซด์ (เช่นเหล็กออกไซด์ในเหล็กหรืออลูมิเนียมออกไซด์ในอลูมิเนียม) นำไปสู่รอยเชื่อมที่มีรูพรุนที่มีรูพรุน
•ไนโตรเจนทำให้ไนโตรเจนเลือก - ขึ้นในการเชื่อมทำให้เกิดการแตกยาก - สารประกอบที่ลดลงซึ่งลดความเหนียว
•ไฮโดรเจน (จากความชื้นในอากาศ) ละลายในโลหะหลอมเหลวและก่อตัวเป็นฟองเมื่อเย็นลงส่งผลให้มีความพรุน (หลุมเล็ก ๆ ) ที่ลดความแข็งแรง
ธรรมชาติเฉื่อยของอาร์กอนหมายความว่ามันไม่ได้ทำปฏิกิริยากับโลหะแม้ที่อุณหภูมิสูง เมื่อไหลไปรอบ ๆ อาร์คและสระเชื่อมจะแทนที่อากาศป้องกันปฏิกิริยาเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น:
•ในการเชื่อม TIG ของอลูมิเนียมอาร์กอนป้องกันสระน้ำหลอมเหลวจากออกซิเจนหลีกเลี่ยงการก่อตัวของal₂o₃ (ออกไซด์แข็งที่จะป้องกันการหลอมรวมที่เหมาะสม)
•ในการเชื่อม MIG ของสแตนเลสอาร์กอนป้องกันโครเมียม (โลหะผสมหลักในสแตนเลส) จากการออกซิไดซ์รักษาความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะ
การป้องกันการปนเปื้อนนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมที่มีคุณภาพสูง - ในอุตสาหกรรมเช่นการบินและอวกาศซึ่งแม้แต่รูขุมขนหรือออกไซด์เล็ก ๆ ก็สามารถนำไปสู่ความล้มเหลวของส่วนประกอบ
2. อาร์กอนทำให้ส่วนโค้งสำหรับการเชื่อมที่นุ่มนวลขึ้น
โครงสร้างอะตอมของอาร์กอนทำให้เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมซึ่งช่วยให้ส่วนโค้งเชื่อม ส่วนโค้งที่เสถียรเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการป้อนความร้อนที่สอดคล้องกันการก่อตัวของลูกปัดเชื่อมสม่ำเสมอและลดลง นี่คือวิธีการทำงาน:
•เมื่ออาร์คไฟฟ้าถูกกระแทกระหว่างอิเล็กโทรด (หรือลวด) และโลหะพื้นฐานอะตอมอะตอมอาร์กอนไอออไนซ์ (รับหรือสูญเสียอิเล็กตรอน) สร้างเส้นทางการนำไฟฟ้าที่ค้ำจุนอาร์ค
•แตกต่างจากก๊าซบางชนิด (เช่นคาร์บอนไดออกไซด์) อาร์กอนไม่ได้แบ่งออกเป็นส่วนประกอบปฏิกิริยาที่อุณหภูมิอาร์คดังนั้นอาร์คยังคงคงที่แม้ในกระแสน้ำต่ำ
ความมั่นคงนี้มีค่าเป็นพิเศษสำหรับ:
•การเชื่อม TIG: TIG อาศัยส่วนโค้งที่แม่นยำและแคบไปที่โลหะละลายโดยไม่มีฟิลเลอร์ (หรือด้วยการเติมฟิลเลอร์ด้วยตนเอง) อาร์คของอาร์กอน - เอฟเฟกต์เสถียรช่วยให้ช่างเชื่อมสามารถรักษาความยาวส่วนโค้งที่สอดคล้องกันอย่างมีความสำคัญสำหรับการเชื่อมวัสดุบาง ๆ (เช่น 0.06 - แผ่นอลูมิเนียมนิ้ว) ซึ่งแม้แต่ความผันผวนเล็กน้อยอาจทำให้เกิดการเผาไหม้
•ต่ำ - การเชื่อมแอมแปร์: การเชื่อมโลหะบาง ๆ (เช่น 24 - เหล็กกล้าเกจ) ต้องใช้กระแสต่ำซึ่งสามารถทำให้อาร์คไม่เสถียรกับก๊าซอื่น ๆ อาร์กอนทำให้มั่นใจได้ว่าอาร์คยังคงอยู่และมุ่งเน้นทำให้เกิดรอยเชื่อมที่ราบรื่นและปราศจากสปา
•การเชื่อมไม่ใช่ - โลหะเหล็ก: อลูมิเนียม, ทองแดงและแมกนีเซียมเป็นตัวนำสูงและสามารถ "ขโมย" ความร้อนจากส่วนโค้ง ความเข้มข้นของอาร์คของอาร์กอนช่วยให้ความร้อนโดยตรงไปยังสระเชื่อมเพื่อให้มั่นใจว่าการหลอมละลายที่เหมาะสม
3. อาร์กอนทำงานร่วมกับวัสดุและกระบวนการที่หลากหลาย
ความเก่งกาจของอาร์กอน - ความสามารถในการปรับตัวเข้ากับโลหะและวิธีการเชื่อมที่แตกต่างกัน - ทำให้เป็นที่ชื่นชอบในหมู่ช่างเชื่อม มันถูกใช้ (เพียงอย่างเดียวหรือในส่วนผสม) ใน:
3.1 การเชื่อม TIG (GTAW)
การเชื่อม TIG อาศัยเฉพาะในอาร์กอน (หรืออาร์กอน - ผสมฮีเลียม) สำหรับการป้องกัน ความเฉื่อยชาและความมั่นคงของอาร์คทำให้เหมาะสำหรับ:
•อลูมิเนียมและแมกนีเซียม: โลหะเหล่านี้ก่อให้เกิดออกไซด์ที่ยากลำบากซึ่งต้องการความสะอาดออกไซด์ - สระเชื่อมฟรี อาร์กอนป้องกันการเกิดออกซิเดชันอีกครั้ง - ในขณะที่โฟกัสส่วนโค้งของมันจะละลายผ่านออกไซด์ที่มีอยู่
•สแตนเลส: อาร์กอนปกป้องโครเมียมจากการเกิดออกซิเดชันรักษาความต้านทานการกัดกร่อน
•ชิ้นส่วนบางหรือความแม่นยำ: TIG Welders ใช้ Argon เพื่อสร้างส่วนโค้งที่มีการควบคุมและแคบสำหรับงานที่ซับซ้อน (เช่นอุปกรณ์การแพทย์การเชื่อมหรือเครื่องประดับ)
3.2 การเชื่อม MIG (GMAW)
ในขณะที่อาร์กอนบริสุทธิ์นั้นพบได้น้อยกว่าในการเชื่อม MIG ของเหล็ก
•อาร์กอน + คาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂): 75% อาร์กอน/25% CO₂ MIX เป็น "workhorse" สำหรับ MIG Welding Mild Steel Co₂เพิ่มการเจาะในขณะที่อาร์กอนทำให้อาร์คมีความเสถียรและลดการกระเซ็น
•อาร์กอน + ออกซิเจน: มีการผสมออกซิเจนอาร์กอน 98%/2% สำหรับการเชื่อม MIG สแตนเลสสตีล ออกซิเจนช่วยสร้างตะกรันที่มีเสถียรภาพซึ่งช่วยเพิ่มรูปร่างลูกปัดในขณะที่อาร์กอนป้องกันการเกิดออกซิเดชันโครเมียม
•อาร์กอนบริสุทธิ์: ใช้สำหรับอลูมิเนียมเชื่อม MIG มันป้องกันสระว่ายน้ำเชื่อมและทำงานกับลวดอ่อนของอลูมิเนียมลดความเสี่ยงของปัญหาการให้อาหารลวด
3.3 กระบวนการอื่น ๆ
•การเชื่อมอาร์คพลาสมา: คล้ายกับ TIG แต่มีส่วนโค้งที่ จำกัด การเชื่อมพลาสมาใช้อาร์กอนเพื่อป้องกันพลาสมาเจ็ทและป้องกันการเชื่อม
•การเชื่อมจุดโค้งของแก๊สทังสเตน: กระบวนการ TIG พิเศษสำหรับการเข้าร่วมแผ่นบาง ๆ อาศัยอาร์กอนเพื่อให้แน่ใจว่าจุดที่สะอาดและแข็งแกร่ง
4. อาร์กอนเข้ากันได้กับทั้งการเชื่อม AC และ DC
กระบวนการเชื่อมจำนวนมากใช้ทั้งกระแสสลับ (AC) หรือกระแสตรง (DC) และ Argon ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือกับทั้งสอง:
•การเชื่อม DC TIG: ใช้สำหรับเหล็กและสแตนเลส, DC ต้องการส่วนโค้งที่มั่นคง ค่าการนำไฟฟ้าของอาร์กอนทำให้มั่นใจได้ว่าอาร์คยังคงมุ่งเน้นแม้กระทั่งที่กระแสน้ำสูง
•การเชื่อม AC TIG: ใช้สำหรับอลูมิเนียม (เพื่อสลายชั้นออกไซด์), AC สลับทิศทางปัจจุบันซึ่งสามารถทำให้ส่วนโค้งได้ คุณสมบัติการทำให้เป็นไอออนของอาร์กอนรักษาเสถียรภาพของอาร์คในระหว่างการสลับเหล่านี้ทำให้การเชื่อม AC ของอลูมิเนียมเป็นไปได้
ความเข้ากันได้ของ AC/DC นี้ไม่จำเป็นต้องใช้ก๊าซที่แตกต่างกันเมื่อสลับระหว่างประเภทปัจจุบันทำให้การติดตั้งง่ายขึ้นสำหรับช่างเชื่อมที่ทำงานกับวัสดุหลายชนิด
5. การผสมอาร์กอนช่วยเพิ่มประสิทธิภาพสำหรับงานที่เฉพาะเจาะจง
ในขณะที่อาร์กอนบริสุทธิ์มีประโยชน์ แต่ช่างเชื่อมมักจะผสมกับก๊าซอื่น ๆ เพื่อปรับคุณสมบัติสำหรับงานเฉพาะ:
•อาร์กอน + ฮีเลียม: ฮีเลียมเพิ่มความร้อน (ทำให้ความร้อนดีกว่าอาร์กอน) ทำให้การผสมนี้เหมาะสำหรับอลูมิเนียมหรือทองแดงหนา (โลหะที่มีค่าการนำความร้อนสูง) การผสมอาร์กอน/ฮีเลียม 50/50 เป็นเรื่องปกติสำหรับการเชื่อม½ - แผ่นอลูมิเนียมนิ้ว
•อาร์กอน + ไฮโดรเจน: ใช้ในการเชื่อมสแตนเลส, ไฮโดรเจนในปริมาณเล็กน้อย (2–5%) ปรับปรุงความเสถียรของอาร์คและลดความพรุนแม้ว่ามันจะต้องมีการควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงไฮโดรเจน - รอยแตกที่เกิดขึ้น
•อาร์กอน + CO₂ + ออกซิเจน: การผสมสามครั้ง (เช่น 90% อาร์กอน/8% CO₂/2% ออกซิเจน) สมดุลการรุกความเสถียรของอาร์คและรูปร่างลูกปัดสำหรับการเชื่อมเหล็กความแข็งแรงสูง -
สารผสมเหล่านี้ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติพื้นฐานของอาร์กอน (ความเฉื่อยความเสถียรของอาร์ค) ในขณะที่เพิ่มประโยชน์เช่นความร้อนที่เพิ่มขึ้นหรือการรุกที่ดีขึ้นทำให้พวกเขามีความหลากหลายสำหรับงานที่ซับซ้อน
6. อาร์กอนมีค่าใช้จ่าย - มีประสิทธิภาพและใช้งานง่าย
เมื่อเปรียบเทียบกับก๊าซพิเศษ (เช่นฮีเลียมบริสุทธิ์) อาร์กอนนั้นมีราคาไม่แพงและมีอยู่อย่างกว้างขวาง ความเฉื่อยชาของมันยังทำให้ปลอดภัยในการจัดการ (เมื่อใช้อย่างถูกต้อง) โดยไม่มีความเสี่ยงของการเผาไหม้หรือการผลิตควันพิษ (ไม่เหมือนกับ acetylene หรือCO₂ในบางบริบท)
อาร์กอนจะถูกเก็บไว้ในถังแรงดันสูง - และร้านค้าเชื่อมส่วนใหญ่มีหน่วยงานกำกับดูแลเพื่อควบคุมอัตราการไหล (โดยทั่วไป 10–30 ลูกบาศก์ฟุตต่อชั่วโมงขึ้นอยู่กับกระบวนการ) ความเรียบง่ายนี้ - ไม่จำเป็นต้องใช้ระบบส่งก๊าซที่ซับซ้อน - ทำให้สามารถเข้าถึงได้สำหรับทั้งมืออาชีพและมือสมัครเล่น
7. เมื่ออาร์กอนไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีที่สุด (และทำไมมันถึงยังมีความสำคัญ)
อาร์กอนไม่สมบูรณ์แบบสำหรับทุกสถานการณ์ ตัวอย่างเช่น:
•การเชื่อม MIG กลางแจ้ง: อาร์กอน (หรืออาร์กอนผสม) ถูกรบกวนด้วยลมซึ่งทำลายสิ่งกีดขวางก๊าซป้องกัน ที่นี่ฟลักซ์ - ลวด cored (ซึ่งใช้ฟลักซ์ภายในสำหรับการป้องกัน) ดีกว่า
•การเชื่อมเหล็กหนา: อาร์กอนบริสุทธิ์อาจให้การเจาะไม่เพียงพอสำหรับแผ่นเหล็กขนาด 1 นิ้ว+ การเพิ่มCO₂หรือออกซิเจนไปยังอาร์กอนแก้ปัญหานี้ตามที่เห็นใน 75/25 Argon/Co₂ Mix
แม้ในกรณีเหล่านี้อาร์กอนมักจะเป็นส่วนหนึ่งของการแก้ปัญหา (เช่นเป็นส่วนประกอบในก๊าซผสม) โดยเน้นบทบาทที่ยั่งยืนในการเชื่อม
สรุป: อาร์กอนเป็นรากฐานของการเชื่อมที่มีคุณภาพ
ช่างเชื่อมใช้อาร์กอนเพราะมันแก้ปัญหาความท้าทายหลักสามประการ: ช่วยปกป้องโลหะหลอมเหลวจากการปนเปื้อนทำให้ส่วนโค้งคงที่เพื่อผลลัพธ์ที่สอดคล้องกันและปรับให้เข้ากับวัสดุและกระบวนการเกือบทุกกระบวนการ ไม่ว่าจะใช้เพียงอย่างเดียวในการเชื่อม TIG ของอลูมิเนียมหรือเป็นส่วนหนึ่งของการผสมในการเชื่อม MIG ของเหล็กอาร์กอนมั่นใจว่ารอยเชื่อมนั้นแข็งแรงสะอาดและเชื่อถือได้ ความสามารถรอบตัวความสามารถในการจ่ายและประสิทธิภาพทำให้ไม่สามารถถูกแทนที่ได้ในการเชื่อมที่ทันสมัย ​​- "กระดูกสันหลัง" ของก๊าซป้องกันอย่างแท้จริง