جوشکاری آلومینیوم چیست؟

همانطور که می‌دانید پرکاربردترین و با کیفیت ترین فلز بعد از آهن، فلز آلومینیوم است که در صنایع گوناگونی مثل جوشکاری پرسکاری، ماشین کاری و لحیم کاری سخت کاربرد دارد. در این بخش از مجله فنی پارس قصد داریم تا کاربرد آلومینیوم در صنعت جوشکاری، آلیاژ های آلومینیوم و… را مورد بررسی قرار دهیم.در همین ابتدا شاید این سوال برایتان پیش آمده باشد که جوشکاری آلومینیوم چیست؟ جوشکاری آلومینیوم توسط برق و از طریق الکترود های خاصی انجام میشود که این الکترود ها 95 درصد از آلومینیوم و 5 درصد از سیلسیم تشکیل شده است. همچنین به دو روش TIG و MIG انجام میپذیرد که انتخاب قطر الکترود آن متناسب با ضخامت قطعه می باشد.

در واقع هدف اصلی از جوشکاری آلومینیوم متصل کردن آلیاژهای آن به هم دیگر است که به دو شکل اتصال دائم و موققت صورت می پذیرد. دستگاه های مختلفی جهت جوشکاری آلومینیوم به کار می روند که برخی از آنها مانند ترانس، رکتی فایر، اینونتر و دستگاه هایی که دینام درون آن به کار رفته است از پرکاربرد ترین آنها می باشد که با پیشرفت روزانه تکنولوژی، دستگاه های جوشکاری نیز مدرن تر می شوند تا کار را برای ما آسان کنند.

یکی از موارد بسیار مهم در جوشکاری آلومینیوم، آموزش جوشکاری آن است که در ادامه بیشتر به آن خواهیم پرداخت، همچنین آلیاژ پر کننده از جمله موارد دیگری است که در واقع فضای خالی بین آلیاژ و محل جوش را پر می کند و از بروز احتمالی مشکل جلوگیری میکند که البته انتخاب درست و متناسب آن نیز بسیار مهم است. از آلیاژ های مناسب جهت جوشکاری از سری 1000 تا 7000 می‌باشد که انتخاب نوع آن بستگی به ضخامت قطعه و دستگاه مورد استفاده دارد. یکی از ایراد ها و مشکلاتی که حین جوشکاری ممکن است بوجود بیاید، نقطه ذوب پایین می‌باشد که باعث خمیدگی و ترک آلومینیوم می باشد که در ادامه راهکار برای حل این مشکل را به شما خواهیم گفت.

آشنایی با فلز آلومینیوم

قبل از اینکه مباحث جوشکاری آلومینیوم را شروع کنیم بهتر است تا با آلومینیوم و ویژگی‌های آن آشنا شویم. فراوانی فلز آلومینیوم، شکل پذیری عالی، استحکام در برابر وزن بالا و خوردگی، جوشکاری خوب موجب شده است تا این فلز مصارف زیادی داشته و از آن در صنایع مختلفی استفاده شود. استفاده از آلومینیوم در تولیدات لوازم خانگی، ساخت هواپیما، اتومبیل، کشتی و … به دلیل چگالی پایین، استفاده در بسته بندی و ساخت عایق رطوبتی از جمله کاربرد‌های فلز آلومینیوم است. رنگ سفید و نقره ای این فلز موجب شده که آلومینیوم قابلیت هدایت جریان الکتریکی و حرارتی بسیاری داشته باشد.

جوشکاری آلومینیوم چیست؟

در دنیای امروز و باتوجه به پیشرفت جوامع، شاهد ایجاد برخی مشاغل جدید در بازار کار هستیم. جوشکاری آلومینیوم نیز از جمله این مشاغل است که شاید تا به حال حتی اسم آن به گوشتان نخورده باشد. استفاده از این فلز با توجه به شرایط ساخت و سازهای امروز به یک ابزار مهم و پرکاربرد تبدیل شده است. این فلز که جزو فلزات غیرآهنی و آلیاژهای فراوان به شمار می رود، در مصارف صنعتی نیز بسیار پرکاربرد است. جوشکاری این فلز مستلزم برخی شرایط و تخصص خاصی در این زمینه است. ما در طی این مقاله قصد داریم به این موضوع پرداخته و در حد توان مطالب مفید و جامعی دراین خصوص ارائه نماییم، امید که مطالب ارائه شده مفید واقع شود.

مناسب ترین آلیاژ آلومینیوم برای جوشکاری کدام آلیاژ است؟

همانطور که مطالعه کردید آلومینیوم از فلزات رنگین محسوب می‌شود و جوشکاری این فلزات نکات و خواص خود را دارد برای انجام جوشکاری از آلیاژ های مختلف میتوان استفاده کرد. این فلزات دارای دسته بندی های مختلفی هستند که هر یک خواص مخصوص خود را دارند در ادامه به چند نمونه از خواص این آلیاژها خواهیم پرداخت.

آلیاژ‌های آلومینیوم برای جوشکاری

حتما از اهمیت آلیاژ های آلومینیوم مطلع شده اید و دانستید که از اصلی ترین بخش‌ در جوشکاری آلومینیوم انتخاب آلیاژ مناسب آن است. در ادامه انواع آلیاژ های آلومینیوم را بررسی خواهیم کرد.

سری 1000

آلیاژ های سری 1000 آلومینیوم دارای 99 درصد آلومینیوم خالص هستند که به عنوان هادی الکتریسیته و ورق منعکس کننده نور کاربرد دارند سری 1000 نرم و چکش خوار بوده و به راحتی قابلیت شکل پذیری دارند. اکثر آلیاژ های این سری برای ساخت لوله‌های ظریف آلومینیومی و صفحات خازن مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سری 2000

این سری از آلیاژ‌ها از ترکیب عنصر آلیاژی مس با آلومینیوم تولید می‌شوند که استحکام بالایی دارند در نتیجه بهتر جوش می‌خورند و مقاومت بالاتری به خوردگی دارند از دیگر ویژگی‌های این سری قابلیت تولید قطعات ظریف‌تر مثل پیچ‌های مهندسی را دارند.

سری 3000

این سری از آلیاژ‌های آلومینیوم با آلیاژ منگنز ترکیب می‌شوند از همین جهت به آلیاژ های آلومینیوم-منگنز معروف اند. از نظر استحکام در رده متوسط قرار دارند و در ساخت مخازن تحت فشار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سری 4000

سری 4000 از ترکیب سیلیسیم و آلومینیوم تولید می‌شوند این سری کاربرد کمتری نسبت به باقی آلیاژ ها داشته البته اگر با منیزیم ترکیب شوند سری 6000 را تشکیل می‌دهند.

سری 5000

منیزیوم و آلومینیوم دو عنصر اصلی سازنده آلیاژ های سری 5000 آلومینیوم هستند استحکام بالا، جوش پذیری عالی، مقاومت دربرابر خوردگی و دمای پایین و  از ویژگی آن‌ها است.

سری6000

آلیاژ های سری 6000 آلومینیوم قابلیت اکستروژن بالایی دارند. (اکستروژن روش جدیدی در فلز کاری است که با فشردن مواد درون محفظه بسته به فلزات فرم داده می‌شود.) از ویژگی های سری 6000، قابلیت عملیات حرارتی بالا و همچنین مقاومت در برابر خوردگی است. سری 6061 و 6063 برای ساخت پروفیل درب و پنجره ساختمان بسیار مناسب هستند. از سری 6009، 6010، 6053 در ساخت واگن های راه آهن و بدنه خودرو  استفاده می‌شود.

سری 7000

آلیاژ ‌های این سری متشکل از یک تا هشت درصد روی و درصد کمی منیزیوم و مس هستند. اصلی‌ترین کاربرد سری 7000 از آلیاژ‌های آلومینیوم استفاده از آن‌ها در صنایع هوایی و هواپیما سازی به دلیل استحکام بالای آن‌ها است. علی رغم استحکام بالایی که این سری از آلیاژ‌ها دارند، انعطاف پذیری و خاصیت شکل پذیری بالا نیز جزوی از خواص آن‌ها است.

آشنایی با انواع روش های جوشکاری آلومینیوم

برای کار اتصال و جوشکاری با فلز آلومینیوم می توان به روش های مختلفی عمل نمود که در ادامه به آن اشاره خواهیم کرد:

جوشکاری آلومینیوم با قوس الکتریکی

این روش از روش های جوشکاری آلومینیوم که به جوش با برق نیز شهرت دارد، با استفاده از الکترودهای مخصوص انجام می شود. الکترودهای مورد استفاده دراین خصوص از ۹۵ درصد آلومینیوم و ۵ درصد سیلیسیم تشکیل شده است. در هنگام انتخاب این الکترودها حتماً به قطر الکترود متناسب با ضخامت کار توجه داشته باشید. لازم به ذکر است این روش از جوشکاری آلومینیوم نیز به دو نوع TIG و MIG انجام می شود که در ادامه به شرح هر دو گزینه خواهیم پرداخت:

جوشکاری TIG یا الکترودهای ثابت

این نوع از جوشکاری یکی از روش های مؤثر و پرکاربرد دراین خصوص است. جوشکاری در این شرایط به وسیله یک قوس الکتریکی در بین الکترود ثابت و قطعه مورد نظر برای جوشکاری آلومینیوم انجام می شود. استفاده از یک گاز خنثی مثل آرگون در این روش از جوشکاری بسیار مهم و حائز اهمیت خواهد بود. چرا که مانع از ذوب الکترودها شده و درعین حال از اکسیداسیون نیز محافظت خواهد کرد. در انتها باید یک مفتول آلومینیومی توسط جوشکار به محل اتصال اضافه شود تا فضای خالی را پر نموده و ماده مذاب را نیز تقویت کند.

جوشکاری MIG یا الکترودهای مصرفی

این روش از جوشکاری به دو روش دستی و نیمه اتوماتیک انجام می شود. سیم جوش یکی از مهم ترین ابزارهای جوشکاری آلومینیوم در این روش است. سیم جوش در تحت این شرایط به عنوان یک الکترود عمل می کند که به دور یک حلقه پیچیده شده و یک سر آن به تفنگ جوشکاری وارد می شود. این سیم جوش به عنوان یک فلز پرکننده در این روش از جوشکاری محسوب می شود. لازم به ذکر است که این روش برای جوشکاری با ضخامت های ۴ میلیمتر مناسب است که تا ضخامت یک میلیمتر با جریان مستقیم جوشکاری می شود. برای انجام جوشکاری با ضخامت های بالاتر، باید از جریان پالس استفاده شود. ضمن اینکه از گازهای خنثی مانند هلیوم و آرگون نیز در جوشکاری MIG از جوشکاری آلومینیوم باید استفاده شود.

• جوشکاری آلومینیوم با لیزر
• جوشکاری آلومینیوم با پرتو الکترونی
• جوشکاری آلومینیوم با جوش اصطکاکی
• جوشکاری آلومینیوم با جوش CO2

از دیگر روش های جوشکاری آلومینیوم هستند.

نحوه جوشکاری آلومینیوم به آهن

از گذشته تا به امروز جوش دو فلز غیر همجنس برای جوشکاران چالش برانگیز بوده است. جوش آلومینیوم به آهن یکی از این موارد است. روش‌های قدیمی جوشکاری که اغلب ذوبی هستند باعث می‌شود که حین اتصال دو فلز، تمایل پیوند هر فلز با هم نوع خودش از نوع دیگر بیشتر باشد، اما در این گونه روش‌ها خواص دو قطعه کاهش پیدا می‌کند در نتیجه بهتر است از این روش ها استفاده نشود. روش های دیگری نیز وجود دارد مثلا استفاده از فشار بسیار کاربردی تر است. برای مثال اتصال سیم آلومینیومی به سیم آهنی با جوش سرد کاربرد بیشتری دارد. روش دیگری نیز وجود دارد آن هم ایجاد چرخش و فشار در ناحیه خط جوش که به تکنیک جوش اصطکاکی-اغتشاشی معروف است که این روش نیز منجر به اتصال با کیفیتی می‌شود.

سیم جوش آلومینیوم

در روش ذوبی با دو مکانیزم برای سیم جوش روبه رو هستیم در روش TIG از تنگستن به عنوان الکترود استفاده می‌شود و در روش MIG سیم جوش مورد استفاده ذوبی است. سیم جوش به صورت کلاف آلومینیومی در دستگاه قرار گرفته شده و پی در پی در ناحیه جوش مصرف می‌شود.

نکته: گرید سیم جوش باید با گرید آلومینیوم تحت جوش یکسان باشد و یا اینکه با آن سازگار باشد.

انتخاب فلز پرکننده (فیلر)

یکی از مسائل بسیار مهم در جوشکاری آلومینیوم مربوط به فلز پرکننده آن است. برای این منظور بهتر است در هنگام انتخاب فیلر از نمودارهای انتخاب آن بهره بگیرید. این نمودار با توجه به ویژگی های جوش مورد نظر شما ترکیبی از عناصر آلومینیومی را برای پرکنندگی فلز به شما ارائه می کند. این نمودار شامل ۸ ویژگی کاربردی در جوشکاری است که شامل حساسیت به ترک، استحکام، انعطاف پذیری، مقاومت در برابر خوردگی، کارکرد در درجه حرارت بالا، مطابق با رنگ بعد از آندیزاسیون، عملیات حرارتی بعد از جوش و مقاومت و تجزیه و تحلیل نیازهای مولفه نهایی است. به کمک هر یک از ویژگی های ذکر شده در جوشکاری آلومینیوم، می توان اقدام به انتخاب یک فلز پرکننده با بهترین شرایط و ویژگی های آن نمود که بیشترین تطابق را با کار داشته باشد.

مشکلات جوشکاری آلومینیوم

مانند بسیاری از مشاغل رایج در بازار کار، افراد مشغول به کار در این زمینه نیز با چالش ها و مشکلات خاص خود روبرو خواهند بود. در ادامه به مشکلات رایج در مقوله جوشکاری با فلز آلومینیوم اشاره خواهیم کرد:

·  قابلیت تغذیه

به توانایی و مداومت سیم جوش حلقه شده در فرایند جوشکاری، قابلیت تغذیه گفته می شود. این مسئله یکی از رایج ترین و متداول ترین مشکلات جوشکاری آلومینیوم محسوب می شود که در هنگام جا به جایی از جوشکاری MIG فولاد به جوشکاری MIG آلومینیوم اتفاق می افتد.

·   تخلخل

به عمل گیر افتادن گاز هیدروژن در داخل آلومینیوم در هنگام جوشکاری، تخلخل گفته می شود. این مشکل باعث به وجود آمدن حفره در جوش تکمیل شده می شود که به عوامل بسیاری بستگی دارد.

·   ترک خوردگی

یکی از مشکلات رایج در جوشکاری آلومینیوم، ترک خوردگی جوش جامد یا مشکل ترک خوردگی گرم است. علت بروز این مشکل ترکیبی از ضعف ها در فلز جوش است. این ضعف در ترکیب ها حاصل مخلوط اشتباه آلیاژ پرکننده و آلیاژ پایه است.

·   انتخاب آلیاژ پرکننده

همان طور که در طول مقاله اشاره شد، آلیاژ پرکننده در جوشکاری، فضای خالی بین آلیاژ و محل جوش را پر می کند. عدم استفاده درست این پرکننده یکی از مواردی است که باعث بروز مشکل در جوشکاری آلومینیوم خواهد شد.

·   نقطه ذوب پایین

پایین بودن نقطه ذوب آلومینیوم در موقع جوشکاری، باعث خم شدن و ترک خوردگی خواهد شد. تحت این شرایط جوشکار باید با استفاده از فرایند GMAW برای تنظیم دمای مناسب در جوشکاری، مانع از بروز این مشکل شود.

کلام پایانی

آلومینیوم به عنوان یکی از فلز های پرکاربرد در صنعت و ساختمان سازی طی سال های اخیر شناخته شده است. به طوری که مراکز و کارگاه های بسیاری خدمات مربوط به جوشکاری آلومینیوم و کارهای مربوط به آن را انجام می دهند. آلومینیوم به عنوان یک آلیاژ کششی به طور معمول در معرض لایه اکسید قرار می گیرد. به همین منظور قبل از عملیات جوشکاری این فلز باید به وسیله یک برس سیمی سطح مورد نظر را از لایه اکسید پاک کنید تا عملیات اتصال و جوش به بهترین حالت انجام شود. لازم به ذکر است که جوشکاری فلز آلومینیوم به نسبت سایر فلزات و آلیاژ ها شامل قانون خاصی خواهد بود؛ لذا برای انجام خدمات این چنینی نیاز به افراد خبره و باتجربه در این زمینه را دارد. توصیه می شود در دوره آموزش جوشکاری ، co2 و برق شرکت کرده و مهارت خود را به صورت کاربردی و اصولی فرا بگیرید.