جوشکاری زیرکونیوم

زیرکونیم برای تهیه ساختمان اصلی و قطعات نیروگاه‌های هسته‌ای، محفظه‌های خلاء، لامپ‌های فلاش، تجهیزات آزمایشگاه شیمیایی، ابزارهای جراحی مانند پیچ و مهره، و ورق‌هایی که در صورت لزوم به جای جمجمه در سر انسان قرار داده می‌شوند، قابل استفاده است. از مهمترین خواص زیرکونیم، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

جوش‌پذیری 
زیرکونیم، هافنیوم و آلیاژهای آن‌ها را می‌توان با در نظر گرفتن و رعایت کردن تمهیداتی به سادگی جوشکاری کرد. جوشکاری با روش تیگ بهترین فرآیند برای جوشکاری قطعات نازک و فرآیند جوش الکترونی (EBW=Electron Beam Welding) مناسب‌ترین روش برای جوشکاری قطعات ضخیم آن‌ها به شمار می‌رود. از آن‌جایی که فلزات و آلیاژهای مذکور به شدت فعال بوده و دمای مورد نیاز برای جوشکاری آن‌ها نیز بسیار بالاست، باید محیط جوشکاری را از ورود انواع گازهای مضر مثل اکسیژن، نیتروژن و CO2 محافظت نمود. به همین دلیل در جوشکاری این مواد به کارگیری محفظه‌های مناسب و یا استفاده از تورچ‌های مخصوص و گاز پشت‌بند توصیه شده‌است. زیرا آلودگی ناشی از جوشکاری و ورود ناخالصی‌ها مقاومت به خوردگی و انعطاف‌پذیری آلیاژ را به شدت کاهش می‌دهد. همان‌طور که گفته شد، زیرکونیم در درجه حرارت‌های پایین دارای فاز آلفا با ساختار CPH بوده و در درجه حرارت C°۸۶۲ به فاز بتا با ساختار BCC استحاله می‌یابد. افزایش عناصر آلیاژی علاوه بر سایر خواص، سبب تغییر دمای استحاله نیز می‌شود. همچنین هافنیوم در دمای محیط دارای ساختار CPH بوده و ساختار آن در °C۱۷۶۰ به BCC تغییر شکل می‌دهد. زیرکونیم و آلیاژهای آن به طور معمول به صورت تجاری یا فعال در دسترس است. نوع تجاری آن معمولاً از خواص مکانیکی بالایی برخوردار نبوده، اما نوع فعال آن که در ساخت تجهیزات نیروگاه‌های اتمی کاربرد دارد و اغلب زیرکالوی (zircaloy) نامیده می‌شود، از خواص مکانیکی بالاتری برخوردار بوده و در انواع مقاطع به صورت ورق، میله‌گرد و لوله ساخته می‌شود. در جدول زیر چهار نوع از معروف‌ترین آلیاژهای تجاری زیرکونیم که در ASTM شمارۀ ۵۵۰ استاندارد شده‌اند، همراه با ترکیب شیمیایی نشان داده شده‌است:

آلیاژهای فعال زیرکونیم معمولاً مقدار کمتری هافنیوم داشته و مقدار سایر عناصر آلیاژی آن‌ها نیز کنترل‌شده است. جدول زیر ترکیب شیمیایی سه نوع از معروف‌ترین آلیاژهای زیرکالوی را که در ASTM شماره B۳۵۱ استاندارد شده نشان می‌دهد:

هافنیوم نیز معمولاً در ساخت تجهیزات نیروگاه‌های اتمی و در مکان‌هایی که در مقابل خوردگی حساس هستند به صورت غیر آلیاژی کاربرد دارد. فرآیندهای جوشکاری هافنیوم نیز بسیار شبیه فرآیندهای جوشکاری زیرکونیم است. مهمترین مواردی که باید در جوشکاری زیرکونیم، هافنیوم و آلیاژهای آن‌ها مدنظر قرار داد به قرار زیر است:

 قبل از شروع جوشکاری سطح قطعه کار باید کاملاً تمیز و از هرگونه آلودگی چربی و لایه اکسیدی پاک شود.

 پس از جوشکاری معمولاً نیازی به عملیات حرارتی نمی‌باشد. زیرا هر دو فلز از انعطاف‌پذیری خوبی برخوردارند. اما عملیات تنش‌زدایی در °C۶۸۰ به مدت ۲۰ تا ۱۵ دقیقه و سپس سرد کردن در هوا برای زیرکونیم و تنش‌زدایی در °C۵۴۰ برای هافنیوم توصیه شده است.

 زیرکونیم و هافنیوم را فقط می‌توان به خودشان، آلیاژهای‌شان و فلزات فعال مثل تیتانیوم، نیوبیوم و تانتالیوم جوشکاری کرد. چنانچه این فلزات به فلزات غیر فعال جوشکاری شود، به دلیل تشکیل فازهای بین فلزی محل جوشکاری شده به شدت تُرد و شکننده می شود. 

در استاندارد 79-AWS :A5.24 سه نوع سیم جوش آلیاژی زیرکونیم معرفی شده که در جدول زیر ترکیب شیمیایی آنها آمده است.

سیم‌جوش نوع ERZr2، اغلب برای جوشکاری زیرکونیم خالص نوع تجاری استاندارد ۶۰۷۰۲  R، سیم جوش ERZI3 برای جوشکاری آلیاژ ZR1/5Sn (استاندارد R60704) و سیم جوش ERZr4 برای جوشکاری آلیاژی Zr-2/5Nb (استانداردهای R60705 و R60706) کاربرد دارد. آلیاژهای هافنیوم را نیز باید با مفتول‌هایی مشابه خودشان جوشکاری کرد.

 همانند سایر فلزات فعال در جوشکاری زیرکونیم، هافنیوم و آلیاژهای آن‌ها، استفاده از گازهای آرگون یا هلیوم و یا مخلوطی از این دو توصیه شده است.

 فرآیند TIG بهترین روش برای جوشکاری این آلیاژهاست. جریان مورد صورت DCEN و الکترود تنگستن با ۲ درصد توریوم (2-EWTh) توصیه شده است. جدول (۱۰-۴) پارامترها و دستورالعمل‌های جوشکاری TIG را نشان می‌دهد.

جستارهای وابسته 

 فهرست عناصر جدول تناوبی
 جوشکاری تیگ
 جوشکاری با قوس الکتریکی
 لحیم کاری
 لحیم کاری سخت
 جوشکاری ذوبی

منابع 

 مهرداد معینیان، کلید جوشکاری (جلد1)، انتشارات آزاده 1380

پیوند به بیرون 
مسعود فکوری حسن‌آبادی، کارگاه جوشکاری و ورق‌کاری، انتشارات پارسیان کتاب، ISBN: 9786226324267
جوشکاری
زیرکونیم
مهندسی مواد
مهندسی مکانیک
اتصال دادن