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.

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

فلزات غیر آهنی مانند آلومینیوم به رعایت نکات خاصی نیاز دارند. برای مثال هنگامی که این فلز حرارت می‌بیند لایه ای مقاوم به نام اکسید آلومینیوم با درجه ذوب 2000 درجه سانتی گراد ایجاد می‌شود که مانع انجام جوشکاری می‌شود و باید قبل از انجام جوشکاری با کمک یک برس سیمی سطح مورد نظر را آماده کرد و آن لایه اسیدی را حذف کرد.

برای انجام جوشکاری می‌توان از آلیاژ های زیادی از آلومینیوم استفاده کرد. اولین نکته ای که جوشکاران باید مد نظر قرار دهند این است که تمامی آلیاژ‌های آلومینیوم را نمی‌توان به روش قوس الکتریکی GTAW و GMAW جوش داد. به طور کلی تقریبا تمامی آلیاژ‌های سری1000 ،3000 ، 5000 و 6000 را میتوان به روش جوشکاری قوس الکتریکی جوش داد اما آلیاژ های سری 7000 و 2000 (به غیر از 2219 و 7020) را نمیتوان با جوشکاری قوس الکتریکی جوشکاری کرد. بیشتر آلیاژ‌های سری 1000 و 5000 را می‌توان با جوشکاری تیگ و بدون فلز پرکننده اتصال داد اما هیچ کدام از آلیاژ‌های سری 6000 این قابلیت را ندارند.

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.

بهترین روش برای جوش آلومینیوم

از فرایند های مختلف جوشکاری میتوان برای جوش آلومینیوم استفاده کرد مثلا جوشکاری TIG ،MIG، پرتو لیزر و جوش مقاومت. اما بهترین فرایند برای انجام جوشکاری آلومینیوم، جوشکاری به روش قوس الکتریکی تنگستن GTAW است البته جوشکاری به روش TIG نیز از این جهت کاربردی است که به تغذیه سیم مکانیکی نیازی نداشته و در این روش مشکلاتی از جهت تغذیه ایجاد نخواهد شد. فرایند GTAW نیز ظرافت خاص خودش را دارد و از آلودگی آلومینیوم جلوگیری می‌کند.

جوشکاری آلومینیوم به روش TIG

در این روش از یک قوس الکتریکی از جنس تنگستن برای جوش الکترود و قطعه مورد نظر استفاده می‌شود. در جوشکاری TIG وظیفه محافظت از مذاب جوش و الکترود بر عهده گاز آرگون است، در این روش مفتولی آلومینیومی به عنوان فیلر یا پر کننده با دست جوشکار هدایت و مذاب را تغذیه می‌کند. درصورتی که علاقه مند به یادگیری جوشکاری آرگون هستید می‌توانید در دوره‌های آموزشی مجتمع فنی پارس شرکت کنید.

جوشکاری آلومینیوم به روش MIG

یکی دیگر از روش ها برای انجام جوشکاری آلومینیوم جوشکاری به روش MIG است که با کمک سیم جوش و فیلر انجام می‌شود، که به این روش جوشکاری نیمه اتوماتیک نیز می‌گویند. در این روش از یک سیم به عنوان الکترود و فلز پر کننده استفاده می‌شود. سیم جوش دور حلقه پیچیده شده و یک سر آن وارد تفنگ جوشکاری می‌شود. این روش جوشکاری برای ضخامت‌های بالای 4 میلی متر توصیه می‌شود. البته در جوشکاری برای ضخامت های 1 میلی متر میتوان از جریان مستقیم استفاده کرد.

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.

جمع بندی

در این بخش از مجله فنی پارس به بررسی جوشکاری آلومینیوم، روش های انجام آن و انواع آلیاژ های آلومینیومی پرداختیم از آنجایی که آلیاژ های آلومینیوم خواص و ویژگی‌های خاص خود را دارند میتوان با شناخت انواع روش‌های جوشکاری آلومینیوم بهترین آن‌ها را استفاده کرد. بنابراین برای انجام صحیح جوشکاری آلومینیوم باید به نوع آلیاژ توجه کرد تا بتوان روش مناسبی برای انجام جوشکاری برگزید.