سیر تا پیاز آموزش جوشکاری آلومینیوم

آلومینیوم فلزی نرم و سبک است که ظاهری خاکستری رنگ دارد و بعلت وزن پائین ، مقاومت خوب در برابر خوردگی و  جوش پذیری خوب ، اهمیت فروانی در صنعت دارند .  بعلاوه این آلومینیوم عنصری غیرمغناطیس ، چکش خوار و انعطاف پذیر است . کاربرد بسیار زیاد آلومینیوم سبب شده است که مهندسان روش های اتصال آلومینیوم را توسعه بدهنــد و یکی از این روش ها جوشکاری آلومینیوم می باشد . برای خرید از نمایندگی فوکس روی لینک کلیک کنید

آلومینوم بعد از فولاد پر کاربردترین ماده مهندسی میباشد و آلیــاژهای آلومینیوم دارای تنوع زیادی هستند (بیش از ۴۵۰ نوع) اگر چه آلیــاژهای آلومینیوم دارای ویژگی های منحصر به فردی هستند اما دارای خواص مشترکی مانند وزن مخصوص کم ، هدایت الکتریکی زیاد ، ضریب انتقال حرارت بالا و مقاومت بالا به خوردگی هستنــد .

کاربرد آلومینیوم در صنعت

اگرچه آلومینیوم خالص استحکام پائینی دارد امــا برخی از آلیاژهای آلومینیوم ، استحکامی در حد فولاد دارند آلومینوم و آلیاژهای آن در ساخت هواپیما ها و ماشین های مسابقه ایی و قایق های تند رو کاربرد فراوانی دارند .

برخی آلیاژهای آلومینوم برای ساخت مخازن تحت فشار استفاده می شود و علت آن استحکام بالا،قابلیت هدایت گرمایی بالا و خواص مکانیکی مطلوب در دمای پایین است . در این مقاله به بررسی آلومینیوم و آلیاز های آلومینیوم خواهیم پرداخت و مسائل پیرامون جوشکاری آلومینیوم و دستورالعمل جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم بررسی می کنیم .

جوشکاری آلومینیوم نسبت به جوشکاری فولاد ها دارای چالش های بیشتری می باشد که همین موضوع تا سال های سال باعث شده بود آلومینیوم نتواند جایگاه خود را در صنعت ثابت کند ، در گذشته مجبور بودند برای ساخت سازه های آلومینیومی از پرچ استفاده کنند اما امروزه به لطف پیشرفت تکنولوژی ما قادر هستیــــم با جوشکاری آلومینیوم قطعات مختلفآلومینیوم را به هم متصل کنیــم .

عیوب شایع در جوشکاری آلومینیوم ، ایراداتی مانند : تخلخل(porosity) ، ترک گرم (hot cracking) و ذوب ناقص (incomplete fusion defects) است . {۰ تا ۱۰۰ آشنایی با عیوب جوش } را مطالعه بفرمایید .

چالش های جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن

یکی از چالش های که برای جوشکاری آلومینیوم وجود دارد ، وجود لایه اکسیدی آلومینیوم (Al2O3)  بر روی سطح است ، آلومینیوم جزو موادی است که دارای اکسید فلز مقاوم است بطوریــکه دمای ذوب اکسید آلومینیوم حدود ۲۰۵۰ درجه سانتیگراد است درحالیکه دمای ذوب  آلومینیوم حدود ۶۶۰ درجه سانتیگراد می باشد . به هنگام جوشکاری آلومینیوم ، این لایه باید برداشته شود که ۳ راه برای آن وجود دارد .

۱) ماشینکاری

۲) استفاده مواد خورنده لایه اکسیدی

۳)استفاده از روش های جوشکاری که باعث برداشتن این لایه میشند مانند قوس تمیــزی

اگر لایه برداشته نشود در حین جوشکاری بر اثر تلاطم های مذاب لایه اکسیدی شکسته میشود و در داخل مذاب حبس میشود و ایجاد عیب ذوب ناقص (LOF) میکند .

توضیح آنادایز: آنادایز به فرآیند ایجاد لایه اکسیدی مقاوم بر روی فلز با استفاده از برکافت گویند ، آنادایز آلومینیوم و آلیاز های آلومینیوم بسیار متداول است و باعث بهبود خواص خوردگی آنها و براق شدن سطح شان میشود .

راه حل های توسعه یافته برای انجام جوشکاری آلومینیوم

همانطور که اشاره شد در برخی از روش های جوشکاری ما نیاز نداریم که لایه اکسیدی آلومینیوم را برداریم بلکه این لایه اکسیدی در حین فرآیند جوشکاری حذف میشود . در روش جوشکاری التراسونیک آلومینیوم ، چون ارتعاشات فراصوت باعث برداشته شدن این لایه میشود و در روش جوشکاری با گاز محافظ (MIG)  و جوشکاری تیگ (TIG) پدیده قوس تمیزی سبب برداشته شدن این لایه میشود .

اما با این حال تحقیقات و تجربه نشان داده است که برداشتن لایه اکسیدی قبل از جوشکاری بهتر است زیرا :

۱) سبب کاهش تخلخل (porosity) میشود

۲) سب پایداری قوش در روش های جوشکاری قوسی میشود.

۳) بصورت چشمگیــری سبب کاهش عیب ذوب ناقص (LOF) میشود .

لایه اکسیدی را نیز میتوان با روش شیمیایی ، نیز برداشت برای این در این روش قطعه مورد نظر داخل محلول شیمیایی به مدت زمان مشخص قرار میگیرد تا لایه اکسیدی حل شوند ، سپس قطعه با آب شسته میشود و پس از خشک شدن آماده جوشکاری است در این روش معمولاً از مواد خورنده شیمیایی مانند : اسید نیتریک ، سدیم هیدروکسید ، اسید سولفور کرومیک و اسدید فسفر کرومیک استفاده میشود .

دومین چالش در جوشکاری آلومینیوم

دومین چالش مهم برای جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن ، ضریب انتقال حرارت بالا در آلومینیوم میباشد ، بطوریکه گرما بسرعت در داخل قطعه پخش میشود و برای این منظور جوشکاری با روش های که تناوب گرمایی بالایی دارند مانند جوشکاری اکسی استیلن ، نمیتوانیم برای جوشکاری آلومینیوم استفاده کنیم و باید سراغ روش هایی با تمرکز بالای انرژی جوش مانند ، جوشکاری تیگ و جوشکاری با گاز محافظ (میگ) برویم .

تاثیر گاز محافظ بر جوشکاری آلومینیوم

گاز محافظ در جوشکاری وظیفه محافظت از حوضچه مذاب را دارد و گاز محافظ درجوشکاری آلومینیوم بسیار اهمیت دارد چرا که درجوشکاری آلومینیوم فلز مذاب تمایل زیادی دارد که با اتمسفر هوا مانند اکسیژن و نیتروژن ترکیب شود .

معمولاً  برای جوشکاری آلومینیوم با روش های  جوشکاری تیگ و جوشکاری با گاز محافظ (میگ) از گازهای خنثی مانند آرگون و هلیوم یا ترکیب این دو استفاده میشود ، معمولاً استفاده از گاز آرگون بعلت قیمت کمتر و ایجاد قوس آرام تر بیشتر استفاده میشود .

گازمحافظ آرگون چون دمای قوس کمتری نسبت به هلیوم ، ایجاد میکند باعث کاهش سرعت جوشکاری میشود و در جوشکاری قطعات ضخیم آلومینیوم استفاده از گازمحافظ آرگون میتواند باعث به وجود آمدن عیب ذوب ناقص (LOF)  بشود .

 تقسیم بندی آلیــاژهای آلومینیوم بر اساس استاندارد

به زبان مشترک دنیای صنعت و مهندسی ، استاندارد گفته میشود . استفاده از استــانداردها باعث تسهیل در انتــقال اطلاعات میشود ، متـــداول ترین استاندارد در تقسیم بندی آلیــاژهای آلومینیوم ، استاندارد AA که مخفف کلمه انگلیسی Aluminum Association میباشد ، است .

آلومینیوم ها طبق این استاندارد به ۸ گروه اصلی تقسیم بندی میشود  و نام گذاری آنها با ۴ رقم انجام میشوند که بصورت 1xxx،2xxx،3xxx،4xxx،5xxx،6xxx،7xxx،8xxx نوشته میشوند که معمولاً سری هزار ، دو هزار ، سه هزار و ….. خوانده میشوند که در ادامه آنها را بررسی خواهیم کرد .

۱) آلیاژهای آلومینیوم سری 1xxx

آلومینیوم سری هزارکه بصورت (1xxx) نوشته میشود ، آلومینیوم تقریباً خالص است ، و استحکام پائینی دارد و کاربرد آن در ساخت وسایل تزئینی ساختمان و ساخت مدارهای الکترونیکی است . آلیاژهای آلومینیوم سری 1xxx دارای شکل پذیری بالایی است و مقاومت به خوردگی خوبی هستند و به راحتی قابل جوشکاری میباشند .

۲) آلیاژهای آلومینیوم سری 2xxx

آلیاژهای آلومینیوم سری 2xxx دارای عنصر مس در ترکیبشان هستند که در صنایع هوا و فضا و قطعات ماشین کاربرد دارد . آلیاژهای آلومینیوم سری 2xxx دارای قابلیت خوب ماشینکاری هستند و جوشکاری بسیار ضعیفی دارند بطوریــکه توصیه میشود از جوشکاری آنـــها پرهیز شود و در مقایسه با سایر آلیاژهای آلومینیوم مقاومت به خوردگی کمی دارند که در صنعت معمولاً بصورت آندایز شده مورد استفاده قرار میگیرند .

۳) آلیاژهای آلومینیوم سری 3xxx

آلیاژهای آلومینیوم سری 3xxx دارای عنصر منگنز در ترکیبشان هستند و دارای ویژگی هایی مانند مقاومت بالا به خوردگی و استحکام بالا هستــند . و در ساخت مخازن تحت فشار و سیستم های تهویه هوا از آنها استفاده میشود و نیز جوش پذیری بسیار خوبی دارند .

۴) آلیاژهای آلومینیوم سری 4xxx

آلیاژهای آلومینیوم سری 4xxx دارای عنصر سیلیسیم در ترکیبشان هستند و بخاطر وجود عنصر سیلیسیم نسبت به سایر آلیاژهای آلومینیوم نقطه ذوب پائین تری دارند که از آنها در ساخت سیم جوش استفاده می شود .

۵) آلیاژهای آلومینیوم سری 5xxx

آلیاژهای آلومینیوم سری 5xxx دارای عنصر منیزیم در ترکیبشان هستند ، که دارای استحکام بالا ، مقاومت به خوردگی خوبی و مقاومت به خستــگی بالایی هستند از این آلیاژ در صنایع دریایی و ساخت قایق های تند رو استفاده میشود و جوش پذیری خوبی دارند .

۶) آلیاژهای آلومینیوم سری 6xxx

آلیاژهای آلومینیوم سری 6xxx دارای دو عنصر منیزیم و سیلیسیم در ترکیبشان هستند و در صنایع هوایی، دریایی ، لوله سازی  و ساخت رینگ خودرو کاربرد دارند و مقاومت به خوردگــی بالا دارند و شکل پذیری خوبی دارند .

۷) آلیاژهای آلومینیوم سری 7xxx

آلیاژهای آلومینیوم سری 7xxx دارای عنصر روی در ترکیبشان هستند ، و بیشتر در صنایع هوا و فضا کاربرد دارند و استحکام بالایی دارند و مقاومت به خوردگی شان بالا است .

۸) آلیاژهای آلومینیوم سری 8xxx

آلیاژهای آلومینیوم سری 8xxx ، سری جدید آلیاژهای آلومینیوم میباشند که دارای بعضی از عناصر در ترکیبشان هستند و مقاومت به خوردگـــی و قابلیت ماشین کاری بالایی دارند.