آلیاژهای تیتانیوم و سوپرآلیاژهای پایه نیکل (مانند اینکونل، هستلوی) به دلیل خواص استثنایی خود (مقاومت در برابر دمای بالا، استحکام عالی و مقاومت به خوردگی) در صنایع حیاتی مانند هوافضا، پزشکی و انرژی هسته‌ای کاربرد دارند. با این حال، جوشکاری این مواد چالش‌های متالورژیکی فراوانی دارد؛ به ویژه حساسیت شدید به آلودگی (اکسیداسیون) و تشکیل ساختارهای دانه درشت که به شکنندگی منجر می‌شود.
جوشکاری TIG پالسی ( GTAW-P or Pulsed TIG) یکی از مؤثرترین تکنیک‌ها برای غلبه بر این چالش‌ها است. این روش به اپراتور اجازه می‌دهد تا ورودی حرارتی (Heat Input) را به طور دقیق کنترل کند و خواص مکانیکی و متالورژیکی منطقه تحت تأثیر حرارت را حفظ کند.
۱. مکانیسم و اصول فنی
جوشکاری پالسی، به جای جریان ثابت، از دو سطح جریان به صورت متناوب استفاده می‌کند:
جریان اوج (Peak Current): سطح بالای جریان که مسئول نفوذ (Penetration) و ذوب سریع فلز است.
جریان پایه (Background Current): سطح پایین جریان که برای حفظ قوس، جلوگیری از انجماد حوضچه مذاب، و کاهش دما بین پالس‌ها استفاده می‌شود.
فرکانس پالس (Pulse Frequensy): تعداد چرخه‌های پالس در ثانیه (Hz).
عرض پالس ( Duty Cycle or Pulse Width): درصد زمانی که جریان در سطح اوج قرار دارد.
مزیت کنترل ورودی حرارتی
مزیت اصلی این روش در توانایی آن برای کنترل مجموع انرژی حرارتی وارد شده به قطعه کار است. در طول فاز جریان پایه، زمان کافی برای دفع گرما به ناحیه اطراف فراهم می‌شود، که این امر اندازه دانه را کوچک نگه داشته و تنش‌های پسماند را کاهش می‌دهد.
۲. تکنیک‌های تخصصی برای سوپرآلیاژهای پایه نیکل
سوپرآلیاژهای نیکل (مانند اینکونل 625و718 ) به دلیل وجود عناصر آلیاژی مانند مولیبدن، کروم و نیوبیوم، مستعد ترک‌خوردگی مجاور جوش (Liquation Cracking) و رسوب سخت‌کننده فاز ثانویه هستند.
الف) بهینه‌سازی فرکانس برای آلیاژهای نیکل
فرکانس پایین ( 0.5 - 3 Hz ): در این حالت، اثر پالسی بیشتر به عنوان یک تکان‌دهنده متالورژیکی عمل می‌کند. هر پالس قوی، حوضچه مذاب را هم می‌زند و به خروج گازها و جلوگیری از تشکیل ساختارهای دانه درشت (Dendrites) کمک می‌کند.
هدف: کاهش تشکیل فازهای شکننده در HAZ و کنترل اندازه گودال مذاب.
ب) استفاده از سیم جوش (Filler Metal)
برای سوپرآلیاژهای نیکل، استفاده از سیم جوشی که درصد عناصر سخت‌کننده و رسوب‌دهنده کمتری نسبت به فلز پایه دارد (مانند سیم‌های ErNiCrMo-3 for Inconel 625)، می‌تواند به کاهش حساسیت به ترک در طول انجماد کمک کند.
۳. ملاحظات حیاتی برای جوشکاری تیتانیوم
تیتانیوم و آلیاژهای آن در دمای بالا با اکسیژن و نیتروژن هوا واکنش می‌دهند و یک لایه اکسیدی بسیار شکننده (آلفا کیس - Alpha Case) ایجاد می‌کنند. این امر مقاومت به خوردگی و استحکام اتصال را از بین می‌برد.
الف) مدیریت آلودگی و گاز محافظ
گاز محافظ: استفاده از آرگون با خلوص بسیار بالا (High-Purity Argon) در سه ناحیه حیاتی است:
محافظت اصلی : اطراف قوس.
محافظت پشتی : برای محافظت از ریشه جوش.
محافظت دنباله‌ای : یک کلاهک بزرگ که روی مشعل نصب می‌شود تا جوش داغ را تا زمانی که دمای آن به زیر دمای حساس به اکسیداسیون ( 800 فارینهایت یا 427 سلسیوس) می‌رسد، از هوا جدا کند.
کنترل بصری: کیفیت جوش تیتانیوم با رنگ سطح آن مشخص می‌شود. جوش باید نقره‌ای براق باشد. رنگ‌های کاهی، آبی یا خاکستری نشان‌دهنده آلودگی و رد شدن جوش است.
ب) بهینه‌سازی فرکانس برای تیتانیوم
فرکانس بالا ( 10 تا 100 Hz): در این رنج فرکانس، ارتعاش مکانیکی حوضچه مذاب افزایش می‌یابد.
هدف: این ارتعاش، به شکستن هرگونه لایه اکسیدی ضعیف (که ممکن است زیر آرگون تشکیل شود) کمک کرده و پایداری قوس را در طول فرآیند بهبود می‌بخشد. همچنین نفوذ را با جریان پالسی بسیار یکنواخت‌تر می‌کند.
۴. جدول پارامترهای بهینه‌سازی TIG پالسی
بهینه‌سازی پارامترها باید به گونه‌ای باشد که نسبت جریان اوج به پایه () به درستی تنظیم شود:
| پارامتر | آلیاژ نیکل (ضخیم) | تیتانیوم (نازک) | تأثیر عملیاتی |
| جریان اوج | بالا (برای نفوذ) | متوسط تا بالا | تعیین‌کننده عمق نفوذ و سرعت پیشروی. |
| جریان پایه | 30 تا 40 درصد | 10 تا 20 درصد | حفظ پایداری قوس و خنک‌کاری. |
| فرکانس پالس | 0.5 تا 3 هرتز | 10 تا 100 هرتز | کنترل اندازه دانه و تثبیت حوضچه مذاب. |
| عرض پالس | 40 تا 60 درصد | 30 تا 50 درصد | تعیین نسبت زمان ذوب به زمان خنک‌کاری. |
نتیجه‌گیری: TIG پالسی ابزاری ضروری برای جوشکاری آلیاژهای حساس به حرارت و واکنش‌پذیر است. برای آلیاژهای نیکل، تمرکز بر فرکانس‌های پایین و کنترل حرارت برای جلوگیری از ترک‌خوردگی و تشکیل فازهای شکننده است. برای تیتانیوم، کلید موفقیت در فرکانس بالاتر برای پایداری قوس و مدیریت بی‌نقص گاز محافظ در سه نقطه (قوس، ریشه و دنباله) برای جلوگیری از آلودگی است. این تکنیک، امکان دستیابی به اتصالات با خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی مشابه فلز پایه را فراهم می‌آورد.
