پيشگرمي كنترل شرايط لايه اول جوش را مي تواند بخوبي انجام دهد ، در عين حال براي جوشكاري لايه هاي بعدي دماي اتصال و نواحي مجاور جوش اهميت زيادي دارد . بنابراين حد مجاز دماي ميان جوش بايد بررسي و مشخص شود . معمولا اين حداقل با حداقل پيشگرمي برابر است مگر اينكه با جوشكاري لايه اول تغييراتي در شرايط ايجاد شده باشد . بعنوان مثال ، اتصال فولادهاي آلياژ فقط 200f پيشگرم مي شود چون لايه اول جوش به روش ( gas tungsten arc welding )  GTAW انجام مي گيرد و لايه هاي ديگر با استفاده از الكترود پوشش دار E 7010 كامل مي شود . با در نظر گرفتن اينكه ميزان مهار كردن اتصال در ضمن جوشكاري لايه هاي بعدي به حداكثر مي رسد و از طرفي جوشكاري با الكترود كم هيدروژن انجام نمي شود . دماي ميان جوشي در حدود 300 – 600 F  مناسب خواهد بود . البته بررسي هاي نوع فولاد آلياژ ، قابليت جوش پذيري و طراحي اتصال ممكن است حداقل دماي ميان جوش را تغيير بدهد .
دماي ميان جوش علاوه بر تأثير بر روي آمادگي ايجاد ترك در فولادهاي سخت شونده ، بر تنش هاي باقيمانده و انقباض نيز تأثير مي گذارد . همچنين اندازه دانه بندي ها را متأثر مي سازد . اين تأثير در اجسامي كه از فولاد كربني ساخته مي شوند اهميت زيادي دارد.
الف – لايه اول تا دماي محيط سرد شده و سپس لايه دوم نشانده شده است . فقط قسمت كمي از دانه بندي هاي لايه اول در اثر حرارت لايه دوم ريزتر مي شود .
ب – لايه دوم در دماي 1000F بود كه لايه دوم بر روي آن نشانده شده ، قسمت بزرگي از لايه اول در اثر گرماي لايه دوم متأثر شده و دانه بندي آن ريزتر مي شود .
ج – پس از آنكه لايه باريك اول به دماي زير حد بحراني رسيد ، لايه سنگين دوم آنرا مجددا تا بالاي حد بحراني رسانده و تمام لايه اول را متأثر ساخته و دانه بندي ها را ريزتر مي كند .
د – قبل از اينكه لايه اول از دماي بحراني سرد شود لايه دوم بر روي آن نشانده مي شود . بنابراين دانه بنديهاي لايه اول بدون تغيير مي ماند .
ديده مي شود كه فاصله زماني بين نشاندن لايه هاي جوش بر روي ميزان دانه بندي ريز شده تأثير مي گذارد . اگر لايه هاي جوش بلافاصله بعد از لايه قبلي نشانده شوند دانه بندي هاي جوش ريز نخواهند شد  . اگر لايه جوش بعد از اينكه لايه قبلي تا دماي محيط سرد شود . نشانده شود ، نسبت به حالتي كه لايه جوش قبلي هنوز گرم بوده ولي پايين تر از دماي بحراني است و سپس لايه بعدي بر روي آن مي نشيند ، دانه بندي ها را كمتر ريز مي كند . اهميت ريزتر شدن دانه بندي هاي لايه هاي متوالي جوش در مقدار ضربه شيار مشخص مي شود . مقادير كشش از پديده ريز شدن دانه بندي لايه ها كمتر متأثر مي گردد . ريز شدن دانه بندي ها معمولا براي مقادير زياد ضربه شيار فلز جوش خصوصا در دماي پايين مناسب است .
موقعي كه الكترودهاي بدون پوشش را با الكترودهاي پوشش دار ، در زمينه تأثيري كه بر روي ريز شدن دانه بندي فلز جوش مي گذارند مقايسه كنيم ، به اين نتيجه مي رسيم كه الكترودهاي بدون پوشش نسبت به الكترودهاي پوشش دار در انرژي كمي جوشكاري مي شوند ( آمپر*ولت: ولتاژ قوس براي الكترودهاي بدون پوشش در حدود 18 و براي الكترودهاي پوشش دار 23 – 25 مي باشد ) ؛ در نتيجه الكترودهاي پوشش دار ناحيه گرما ديده پهن تري ايجاد مي كنند ( ناحيه اي كه حداقل تا دماي بحراني مي رسند ) ، بعلاوه درباره پوشش الكترودها ، سرعت سرد شدن جوش را كاهش مي دهد بطوري كه دماي ميان جوش لايه ها موقع نشستن لايه بعدي بيشتر از الكترودهاي بدون پوشش مي باشد .
اين يك قانون كلي است كه هر چه اندازه اوليه دانه بندي كوچك باشد بعد از گرم كردن مجدد آن تا بالاي دماي بحراني و سرد كردن تا پايين آن دما ، اندازه دانه بندي ها  كوچكتر خواهد شد . لايه هاي كوچك جوش عموما دندريت هاي كوچكتري نسبت به لايه هاي بزرگ از خود نشان مي دهند ، چون دندريت ها در لايه كوچك  نمي تواند باندازه لايه بزرگ رشد كنند . همچنين يك لايه كوچك خيلي سريع تر سرد مي شود . چون لايه كوچك قبل از ادامه جوشكاري دانه بندي كوچكي دارد پس از گرم شدن مجدد تا بالاي دماي بحراني نسبت به لايه بزرگ ، دانه بندي ريزتري خواهد داشت . بعلاوه ، ناحيه گرما ديده اي كه در اثر جوشكاري لايه دوم ايجاد مي شود در لايه كوچك بيشتر از لايه بزرگ گسترش عمقي خواهد داشت . بهر حال ، لايه كوچك خيلي سريع تر از لايه بزرگ سرد شده و موقع جوشكاري لايه بعدي دماي ميان جوش آن ممكن است زياد نباشد . اغلب در جوشكاري چند لايه اي سعي مي شود تا ساختارهاي با دانه بندي درشت در فلز پايه گرم شده حذف شوند . پس از آنكه شش لايه جوش در اتصال نشانده مي شود با فرض اينكه لايه هاي متوالي با دانه بندي درشت را كه بوسيله لايه ماقبل خود ايجاد شده اند تا بالاي دماي بحراني مي رساند ، ممكن است فقط در فلز مجاور لايه هاي پنج و شش دانه بندي درشت وجود داشته باشد . اگر اندازه آخرين لايه جوش و دماي كل اتصال طوري باشد كه محدوده ناحيه اي كه توسط لايه هفتم تا بالاي دماي بحراني مي رسد AA  باشد ، دانه بندي هاي درشت فلز پايه كه حاصل جوشكاري لايه هاي 5 و 6 هستند ريز نخواهند شد و مقدار ضربه شيار جوش حداكثر ميزان خود را از دست خواهد داد . در شياري كه بوسيله پاشنه جوش عرضه مي شود ساختاري با دانه بندي درشت خواهيم داشت .
آخرين لايه بايد با انرژي كافي نشانده شود ( با در نظر گرفتن پيشگرمي فاصله زماني بين لايه هاي پنج ، شش و هفت و اندازه لايه هفت ) تا بتواند ناحيه بحراني را تا BB   گسترش دهد . خاصيت عمده فلزات جوش با كربن كم آن است كه دانه بندي درست حاصل نشده و ساختار ويدمن اشتيت توليد مي شود . در اثر جوشكاري لايه هفت دانه بندي لايه هاي پنج و شش چندان درشت نخواهند شد .
گاهي اتفاق مي افتد كه كار جوشكاري يك جوش چند لايه اي به علت نبودن جوشكار ماهر متوقف مي شود . اگر فولاد با دماي ميان جوش كه از حداقل تعيين شده بيشتر باشد جوشكاري شود در مورد تأثير قطع شدن كار طبيعتا سؤالاتي مطرح مي شود . براي مثال آيا مي توان جوش را تا دماي محيط سرد كرد  يا آيا دماي ميان جوش بايد رعايت شود ؟ جواب دادن به اين سؤال در مورد فولادي كه بعد از اتمام جوشكاري بايد بلافاصله مورد عمليات حرارتي قرار مي گيرد مشكل است . چندي پيش موضوع قطع كردن عمليات جوشكاري و حرارتي در مورد لوله هاي فولادي كرم موليبدن توسط كميته pipingand tubing  انجمن جوشكاران آمريكا ( AWS ) مورد مطالعه قرار گرفت و نتيجه مطالعات و پيشنهادات آنها در گزارش كميته فوق تحت شماره  AWS – Dio.8  و با عنوان (( جوشكاري لوله هاي فولادي كرم موليبدن )) درج گرديده اين گزارش عوامل مهمي را كه بايد در سيكل حرارتي و موقع ساخت لوله هاي با آلياژ مخصوص و فولاد سخت شونده رعايت گردند بررسي كرده و پيشنهادات زير را ارائه نموده است :
1 – سيكل حرارتي را براي فولادهاي كرم موليبدن با كرم كمتر از 5/2 % كه با الكترودهاي كم هيدروژن جوشكاري و نصب مي شوند مي توان قطع كرد.  
2 – سيكل حرارتي را در فولادهاي كرم موليبدن با كرم كمتر و يا بيشتر از 5/2 % و با ضخامت كمتر از يك اينچ مي توان قطع نمود بشرط آنكه جوشكاري با الكترودهاي كم هيدروژن و روش كنترل شده انجام بگيرد .  
در ضخامت هاي يك اينچ و بيشتر، پيشنهادي مي شود كه جوشكاري و عمليات حرارتي بطور متوالي و بدون فاصله زماني صورت پذيرد و يا قبل از قطع عمليات، جوش اتصال  مدت كوتاهي در دماي  1200-1300 f  تابانيده شود .  
3 – براي ضخامت كمتر از يك اينچ در صورتيكه قطع سيكل حرارتي مورد نظر باشد، ضخامت جوش نشانده شده قبل از قطع عمليات نبايد از دو لايه يا از يك سوم ضخامت ( هر كدام كه بيشتر باشد ) كمتر باشد . براي لوله هاي خيلي ضخيم حداقل ضخامت جوش ( قبل از قطع سيكل حرارتي ) ممكن است ¾ اينچ انتخاب شود.  
هنگام برش فولادهاي با كربن متوسط گاهي لازم است كه از ايجاد ترك در آن جلوگيري به عمل آيد . به جاي پيشگرم كردن تمام ورق بهتر است كه پيشاپيش مشعل برش و فقط در امتداد خط برش يك شعله تعبيه شود تا خط برش را تا دماي دلخواه برساند .
اگر پسگرمي مورد نظر باشد يك مشعل چند شاخه پشت مشعل برش تعبيه مي گردد . مشعل پسگرمي بر روي سرعت گرم شدن قطعه در مقابل مشعل برش تأثير نمي گذارد .  مشعل پسگرمي با نگاه داشتن برش در دماي بالا براي مدت معين از سرد شدن سريع قطعه جلوگيري مي كند .
 پسگرمي با افزايش گرماي ورودي برش ، سرعت سرد شدن قطعه را كاهش داده و اگر مقدار آن كافي باشد از ايجاد ناحيه هاي سخت مارتنزيت جلوگيري مي كند .
 تأثيرات ديگر پسگرمي بي اهميت است البته فرق عمده اي بين پسگرمي و پيشگرمي وجود ندارد به شرطي كه پسگرمي قبل از سرد شدن قطعه تا دماي محيط انجام گيرد . اگر قطعه سرد شده باشد ممكن است مارتنزيت ايجاد شده و با ترك همراه باشد كه در آنحال پسگرمي نيز بي فايده بوده و عيب را از بين نخواهد برد .

              

                           

     

                               lap joint            

  

نوسان قوس در هر دو حالت جوشکاری دستی و ماشینی استفاده می شود.مزایای موجوددر جوشکاری دستی پایه و اساس کنترل جوش هنگام تنظیم تغییرات اتصال جوش و گپ موجود است.در جوشکاری ماشینی،نوسان از طریق حرکت مکانیکی تورچ جوشکاری و یا حرکت دادن پلاسمای قوس با کمک میدان مغناطیسی خارجی انجام می شود.نوسان باعث می شود که گرمای تولیدی در محل های دقیق انتقال داده شود.این وضعیت برای زمانی که جوشکاری قطعات با اشکال پیچیده انجام می شود،یک مزیت بشمار می رود.وقتی از نوسان جوش استفاده می شود،تعداد پاس ها و نیز مقدار کل گرمای تولیدی کاهش می یابد زیرا هزینه حذف انقباض ها و عیوب دیگر را از هزینه کلی جوش کم می کند.

شکل 4 اثر نوسانات مغناطیسی بر اعوجاج را نشان می دهد.در برخی از آلیاژها لازم است که از چند پاس برای ایجاد اثر برگشتی پاس های بعدی و بصورت جوش مستقیم string استفاده شود که در این صورت نوسان Oscillation  بکار نمی رود.برای پایداری قوس،کمتر کردن وزش قوس و نیز حرکت دادن پلاسمای قوس در امتداد حرکت تورچ می توان از میدان مغناطیس خارجی استفاده کرد.اینکار سبب می شود ظاهر جوش بهتر شده و سرعت جوشکاری افزایش یابد.

پارامترهای فرآیند

جریان جوشکاری: جریان جوشکاری یکی از مهمترین پارامتر های جوشکاری است که باید در هر روش جوشی کنترل شود زیرا بر عمق نفوذ،سرعت جوشکاری،کیفیت جوش و نرخ رسوب موثر است.

در کل سه نوع انتخاب برای جریان جوشکاری وجود دارد:

• جریان مستقیم الکترود منفی DCEN
• جریان مستقیم الکترود مثبت DCEP
• جریان متناوب

در شکل های 5 و6 تاثیر نوع جریان (ac,dc) بر شکل ظاهری جوش نشان داده می شوند. هم چنین نوع جریان نسبت به ماده انتخابی در جدول 2 آورده شده است.

در جریان متناوب ،در 60 Hz پولاریته بین قطعه کار و الکترود تغییر می کند. این تغییر سریع در پولاریته باعث می شود که یک نوع فرآیند کاتدی ایجاد شود که در حذف لایه های اکسیدی در سطح فلزات بالاخص فلزات آلومینوم ومنیزیم بسیار مفید است.در هر نیم سیکل که شرایط DCEP برقرار می شود، الکترودها گرم می شوند.لازمه این کار اینست که از الکترودهای با قطر بزرگ که از تنگستن خالص ساخته شده اند، استفاده شود. در فرآیند GTAW بیشتر از جریان مستقیم با الکترود منفی استفاده می شود.در این حالت، گرمای بیشتری وارد قطعه کار شده و در نتیجه نرخ ذوب افزایش می یابد.

---

ساختمان تورچ: تورچ جوشکاری الکترود را نگهداشته و جریان الکتریکی را به سمت قوس هدایت می کند و گاز لازم برای محافظت قوس و مذاب را به محل جوش انتقال می دهد. قطعات تورچ در شکل 3 نشان داده می شود.

تورچهای جوشکاری که زیر جریان 200 A بکار میروند،معمولا با هوا سرد می شوند،به عبارتی گاز خنثی از اطراف کابل حرکت میکند و سردایش لازم را فراهم می کند.اما در جوشکاری های پیوسته که با آمپراژهای بالا سروکار دارد،و نیز در روش ماشینی از تورچهایی استفاده می شود که با آب سرد می شوند.

الکترودها.الکترودهای غیرمصرفی که در روش GTAW بکار می روند ، از تنگستن و یا آلیاژهای آن ساخته می شوند.متداولترین این آلیاژها،آلیاژ 2% ThO₂-W یا EWTh-2   می باشد.این آلیاژ از ویژگی های کاری خوبی برخوردار است و پایداری بهتری دارد.توریا رادیواکتیو بوده وفلذا هنگام تیز کردن آن باید مواظب بود که گرد و غبار آن استنشاق نشود.سنگ زنی می تواند خطرات جدی در پی داشته باشد و باید قوانین زیست محیطی را رعایت کرد.الکترودهای لانتانوم دار EWLa-1 و ایتریم دار الکترودهایی هستند که ویژگی های شروع خوبی داشته و پایداری قوس آنها حتی در ولتاژهای کم نیز قابل قبول و مناسب است.الکترودهای تنگستن سریم دار EWCe-2 نسبت به الکترودهای توریم دار از لحاظ پایداری قوس و نرخ ذوب کردن کمی بهترند.هرکدام از الکترودهای مذکور جوش های قابل قبولی تولید می کنند.توانایی آسان ساطع کردن الکترون در ولتاژ پایین الکترودهای لانتالوم دار ازعلل اصلی کارکرد خوب آنهاست.

تنگستن خالص در جوشکاری ac  استفاده می شود وبالاترین نرخ مصرف را دارند.گاهی اوقات از الکترودهای زیرکنی نیز استفاده میشود.الکترودهای تنگستن براساس ترکیب شیمایی شان طبقه بندی می شوند.(جدول1)شرایط لازم برای این الکترودها در AWS A5.12 ذکر می شود.شکل نوک الکترودها بر شکل حوضچه مذاب موثر است.الکترودهایی که زاویه 60-120° دارند،پایدارترند و عمق نفوذ خوبی را دارند.الکترودهای با زاویه کمتر 5-30° برای جوش شیاری مناسب هستند تا از ایجاد قوس بین دیواره های محل اتصال جلوگیری کند.

سیستم تغذیه سیم:از تعدادی قطعه تشکیل شده است که از سیستم ساده تا پیجیده را در بردارند.سیستم اصلی آن درواقع وسیله ای است که سیم را با قلاب گرفته و سپس آن را از قرقره کشیده و بعد آنرا از طریق لوله راهنما به سمت محل جوشکاری انتقال می دهد.برای حرکت موتور و نیز کنترل آن از کنترل و سوئیچ های الکترونیکی استفاده می شود.

کابل،شلنگ و رگولاتورها برای انتقال جریان الکتریکی،آب و گاز خنثی به محل جوشکاری لازم می باشند.

---

جوشکاری قوسی با الکترود تنگستنی و در پناه گاز محافظ که گاهی اوقات Heliarc و یا جوش تیگ TIG(جوشکاری با تنگستن و گاز خنثی) نیز نامیده می شود، در سال 1930 برای جوشکاری فلز منیزیم اختراع شد.Russell Meredith  از الکترود تنگستنی همراه با گاز خنثی هلیوم برای جوشکاری فلز منیزیم استفاده کرد.این روش جایگزین روش پرچ برای اتصال قطعات هواپیما از جنس آلومینوم و منیزیم شد.روش جوشکاری Heliarc در طی این مدت تا کنون اصلاح زیادی یافته است ولی مکانیسم اصلی آن همان است که مردیت آن را بکار برده بود.

درجه حرارت ذوب برای اتصال از نگهداری قوس بین الکترود تنگستن و قطعه کار فراهم می شود.(شکل1)دمای حوضچه مذاب تا 2500 C میرسد.گاز خنثی حوضچه مذاب را احاطه می کند وآنرا در مقابل آلودگی های اتمسفری محافظت می کند.معمولا گاز خنثی آرگون،هلیوم و یا مخلوطی از آن دو است.

کاربردها:

روش جوشکاری با الکترود تنگستن و گاز محافظ برای جوشکاری فولادهای زنگ نزن ،آلومینوم ،منیزیم،مس و فلزات فعال(مثل تیتانیوم و تانتالوم) ونیز فولادهای کربنی و آلیاژی استفاده می شود.در جوشکاری فولادهای کربنی معمولا برای جوشکاری پاس های ریشه کار می رود.

مزایا و محدودیت ها

مزایای روش GTAW عبارتند از:

·         جوش با کیفیت بالا و اعوجاج کم تولید می کند.

·         پاشش مذاب در مقایسه با روش های دیگر در این روش وجود ندارد.

·         در هر دو حالت با و بدون فلزپرکننده می توان استفاده کرد.

·         منابع نیروی مختلفی رامی توان بکار گرفت.

·         انواع مختلفی از فلزات حتی فلزات غیرمشابه را می توان با این روش جوشکاری کرد

·         کنترل دقیقی بر روی میزان گرمای تولیدی و ورودی می توان دشات.

روش GTAW زمانی استفاده می شود که به جوش با کیفیت بالا نیاز باشد.همانطوریکه در بالا اشاره شد، گرمای تولیدی که میتواند اثر منفی بر فلز داشته باشد،بدقت کنترل می شود و نیز حوزه دید جوشکار بوسیله دودهای حاصله محدود نمی شود.

محدودیت های این روش در زیر آمده اند:

·         نرخ رسوب آن در مقایسه با جوشکاری با الکترودهای مصرفی پایین تر است.

·         به جوشکار ماهر نیاز دارد.(نسبت به SMAW,GMAW)

·         برای جوشکاری ضخامت های بیشتر از 9.5 mm مقرون به صرفه نمی باشد.

·         در وضعیت های جوشکاری غیر تخت جوشکاری مشکل است زیرا حفاظت قوس کامل نیست.

علاوه بر مشکلات یادشده می توان به برخی از مشکلات این روش نیز در ذیل اشاره کرد:

·         در صورتیکه الکترود تنگستنی با حوضچه مذاب تماس داشته باشد، آخالهای تنگستن می تواند وارد فلز جوش شود.

·         اگر حفاظت قوس و مذاب توسط جریان مداوم گاز خنثی انجام نشود و یا مختل شود،فلز مذاب آوده می شود.

·         آلودگی یا حفره در مذاب تحت تاثیر نشتی آب از تورچها سرد شونده با آب

·         وزش و یا انحراف قوس مثل روش های دیگر

منابع نیرو  برای GTAW از نوع جریان ثابت همراه با منحنی ولتاژ – آمراژ منفی می باشند.راکتورهای قابل اشباع و نیز واحدهای کنترل شده با تریستور نیز مرسوم هستند.پیشرفت هایی که در صنایع الکتریکی اتفاق افتاده است،در این حوزه نیز موثر بوده وباعث شده است که منابع نیروی با کارایی بیشتر و با وزن کمتر تولید شوند.امروزه منابع نیروی ترانزیستوری با جربان مستقیم نیز بسیار استفاده می شوند و  منابع نیرو یکسوکننده –مبدل ها بسیار پیچیده تر هستند.مبدل های نیرو شامل سه نوع تبدیل هستند:

·         جریان متناوب اولیه 60 mHz به جریان مستقیم تبدیل می شود.

·         جریان مستقیم به جریان متناوب با فرکانس بالا تبدیل می شود.

·         این جریان متناوب به جریان مستقیم تبدیل می شود.

مبدل ها را می توان از حالت جریان مستقیم به جریان متناوب برای جوشکاری GMAW تغییر داد و بکار برد که این سبب کاهش هزینه و صرفه جویی در آن خواهد شد.منابع نیرو که با مبدل کنترل می شوند در مقایسه با منابع سیلیکونی SCR زمان های پاسخ سریعتری دارند.در شکل 2 رفتار دو نوع ماشین جوشکاری با کنترل مبدلی و با کنترل تریستوری نشان داده می شود.