کاربرد گاز هلیوم در جوشکاری

مصارف گاز هلیوم در جوشکاری چیست؟

از گاز هلیوم در جوشکاری فولاد ضد زنگ استفاده می شود. البته هلیوم در دنیا با کمبود مواجه است و قیمت بالای آن سبب شده است که افراد به دنبال جایگزینی برای آن در صنعت جوشکاری باشند. برای مثال در مواردی از لیزر CO2 برای جوشکاری استفاده می شود و یا ترکیبات هلیوم-هیدروژن یا هلیوم–نیتروژن و هلیوم-آرگون نیز برای کم کردن مصرف این گاز عرضه می شوند.

مزایا و معایب هلیوم برای جوشکاری

گاز هلیوم ویژگی های عالی برای استفاده در صنعت جوشکاری دارد. این گاز بی اثر کیفیت جوش را بی اندازه بالا می برد و مانع از اکسایش در محل جوش خواهد شد و خطر آفرینی برای کارکنان نیز نخواهد داشت. اما مسئله آزار دهنده قیمت بالاتر هلیوم نسبت به گاز های دیگر است که سبب می شود از هلیوم کمتر استفاده شود و یا به صورت ترکیب با گاز های دیگر مورد استفاده قرار بگیرد که در ادامه ی متن در این رابطه بیشتر توضیح داده خواهد شد.

اهمیت گاز هلیوم برای جوشکاری

برای بسیاری از افراد نام هلیوم تداعی گر بادکنک های شناور در هواست. شادی آفرینی هلیوم در مجالس به حیات آفرینی هلیوم در جوشکاری تبدیل می شود. زیرا هلیوم در موارد بسیاری می تواند مانع از ایجاد انفجار گردد. عنصر هلیوم به طرز شگفت انگیزی پایدار و واکنش ناپذیر است. به همین دلیل افرادی که با مواد واکنش پذیر و محترقه کار می کنند برای ایمنی بیشتر می توانند از این گاز به عنوان گاز محافظ استفاده کنند. از هلیوم برای جوشکاری فلزات با هدایت حرارتی بالا مثل مس، منیزیم و آلومینیوم یا آلیاژ آن ها استفاده می شود. گاز هلیوم به جوشکاران کمک می کند تا سرعت جوشکاری بیشتری داشته باشند.

مشخصات فنی گاز هلیوم برای جوشکاری

هلیوم یک گاز بی اثر است. گاز های بی اثر با قرار گرفتن در معرض مواد دیگر دچار تغییرات شیمیایی نشده و وارد واکنش با آن ها نمی شوند. این ویژگی در دنیای گاز های محافظ جوشکاری بسیار حائز اهمیت است. هلیوم یکی از گاز های محافظی است که می توان از آن برای انواع جوشکاری فولاد و آلومینیوم و … بهره گرفت.

هلیوم همچنین هدایت حرارتی خوبی نیز از خود نشان می دهد. به دلیل داشتن این ویژگی، هلیوم در جوشکاری هایی که نیاز به حرارت بالاتر دارند از آن استفاده می شود. این گاز برای افزایش سرعت سیر نیز مناسب است.

ترکیب هلیوم با گازهای دیگر برای جوشکاری

معمولاً از هلیوم در جوشکاری در ترکیب با گاز نجیب دیگری به نام آرگون به عنوان گاز محافظ جوشکاری استفاده می شود تا از ویژگی های هر دو گاز بهره ببرند. برای مثال هلیوم در نفوذ بیشتر و آرگون در تمیزکاری بهتر نقش دارند و در ترکیب با هم منجر به جوشکاری بهتر می شوند. به همین دلیل در صنعت جوشکاری ترکیب گاز هلیوم-آرگون طرفداران بیشتری دارد. برای جوشکاری قوس فلزی، هلیوم بین 25 تا 75 درصد از ترکیب گازی با آرگون را تشکیل می دهد.

کاربرد گاز هلیوم و آرگون در جوشکاری

کاربرد گاز هلیوم و آرگون در جوشکاری

با تنظیم ترکیب گاز محافظ آرگون و هلیوم در جوشکاری می توان توزیع گرما در محل جوش، سرعت جوشکاری و شکل مقطع جوش را تحت کنترل داشت. برای جوشکاری قوس الکتریکی تنگستن (GTAW)، آرگون خالص به عنوان گاز محافظ کاربرد بیشتری دارد. مخلوط هلیوم-آرگون برای کاربردهایی که نیاز به انتقال حرارتی بیشتر دارند استفاده می شود که البته کاربرد های گسترده ای نیستند. برای جوشکاری درزها هلیوم خالص یا مخلوط گازی با درصد بالایی از هلیوم بیشتر استفاده می شود.

مقایسه گاز های مورد استفاده در جوشکاری

گزینه های متعددی از گاز های محافظ چه به صورت خالص و چه به صورت مخلوط برای جوشکاری وجود دارند. انتخاب از بین این گازها منحصر به نوع کاربردی است که در آن بناست مورد استفاده قرار بگیرند. معمولاً از گاز هلیوم برای جوشکاری قطعات با ضخامت بیشتر استفاده می شود. گاز آرگون خالص از جمله گزینه هایی است که برای جوشکاری آلومینیوم انتخاب می شود. چگالی گاز هلیوم از آرگون بیشتر است و نرخ جریان بالاتری ایجاد خواهد کرد. به همین دلیل استفاده از هلیوم یا مخلوط های حاوی هلیوم سرعت جوشکاری را بالا می برند. از این منظر به علت سرعت بالاتری که در تولید ایجاد خواهد شد می توان از قیمت بالاتر هلیوم در برابر آرگون چشم پوشی کرد.

هلیوم برای جوشکاری لیزری

هلیوم برای جوشکاری لیزری

جالب این جاست که در جوشکاری با لیزر نیز استفاده از گاز هلیوم به عنوان گاز محافظ جوشکاری ارجح است. گاز هلیوم ظرفیت یونش بالایی دارد و می تواند انرژی بسیار بالایی را جذب کند و سپس یونیده شود. در جوشکاری لیزری به ویژه در لیزر گاز کربن دی اکسید، ابر پلاسمایی بالای محل جوش تشکیل داده می شود. هلیوم با جذب انرژی مانع از تشکیل این ابر پلاسمایی می شود.

مصرف هلیوم در جهان

میدان های گازی غنی از هلیوم در الجزیره، استرالیا و قطر تمرکز بیشتری دارند. البته منابع زیادی از  کپسول گاز هلیوم نیز در روسیه قرار دارند.

مصرف گاز هلیوم در جهان چیزی در حدود 6 میلیارد فوت مکعب در سال تخمین زده می شود. که سالانه بین 2 تا 4 درصد رشد دارد. مسلماً این مقدار مصرف گاز هلیوم در جهان مربوط به مصارف تفریحی و پر کردن بادکنک های مهمانی نیست و محل های مهمتری برای مصرف این گاز مانند خنک سازی دستگاه ام آر آی و … وجود دارد. مصرف گاز هلیوم در جوشکاری و کاربرد های پزشکی و آزمایشگاهی روز به روز رو به افزایش است.