مقالات

با جوشکاری آلومینیوم و روش های جوشکاری آن آشنا شوید

آلومینیوم چیست؟

آلومینیوم فلزی سفید رنگ است ، قابلیت هدایت الکتریکی وحرارتی آلومنییوم زیاد بوده و در مجاورت هوا قشری به نام اکسید آلومینیوم روی آن را می پوشاند. که ضخامت آن 002/0 میلیمتر می باشد. و آلومینیوم را در مقابل بسیاری از گازها و مایعات محافظت می کند. 

درجه ذوب آلومینیوم C 658 سانتیگراد است ، درجه ذوب اکسید آلومینیوم در حدود 2000 درجه سانتی گراد می باشد. برای بر طرف کردن این اکسید که مانع عمل جوش کاری می باشد از پوشش هائی که تولید سربارهای مخصوص می نماید استفاده می کنند وگرد آلومینیوم یا گرد جوشکاری آلومینیوم بر طرف کننده قشر اکسید شده و کثافات سطحی می باشد.

مروری بر جوشکاری آلومینیوم

مهمترین پارامتر در جوشکاری آلومینیوم انتخاب آلیاژ است و به علت فراوانی آلیاژهای آلومینیوم، دانستن اطلاعاتی درباره خواص جوش پذیری این آلیاژها بسیار حائز اهمیت می باشد.

معمولا جوشکارها در حین جوشکاری آلومینیوم کمی سردرگم می شوند چرا که استحکام جوش فولاد با فلز پایه یکسان است اما در مورد آلومینیوم این مساله متفاوت است و استحکام منطقه جوش آلومینوم کم تر از ماده پایه است.

اصول مقدماتی در جوشکاری آلومینیوم

اولین نکته ای که جوش کاران باید در نظر داشته باشند این است که همه ی آلیاژهای آلومینیوم قابلیت جوشکاری به روش های قوس الکتریکی تحت گاز تنگستن (GTAW) و قوس الکتریکی (GMAW) را  ندارند.
تقریبا تمام آلیاژهای سری های ۱۰۰۰، ۳۰۰۰ ، ۵۰۰۰ ، و ۶۰۰۰ را می توان با جوشکاری قوسی ، جوشکاری کرد ولی آلیاژهای سری ۲۰۰۰ و ۷۰۰۰ را (به استثنای آلیاژهای ۲۲۱۹ و ۷۰۲۰ ) نمی توان با جوشکاری قوسی جوشکاری کرد. (۲۲۱۹ و ۷۰۲۰ استثنا می باشند.)پ

آلیاژهای آلومینیوم به دلیل اکسیداسیون سریع  ( سوختن ) تحت یک اتمسفر گاز محافظ (آرگون ، هلیم و یا مخلوطی از این دو گاز ) به روش های زیر جوشکاری می شوند.

  • جوشکاری قوس الکتریکی در یک اتمسفر گاز محافظ با الکترودهای ثابت یا جوشکاری TIG (تنگستن به عنوان گاز محافظ)
  • جوشکاری قوس الکتریکی تحت گاز محافظ با الکترود مصرفی یا جوشکاری MIG.

انتخاب الکترود برای جوشکاری آلومینیوم با برق

الکترودهائی که برای جوشکاری آلومینیوم استفاده می شود دارای پوشش ضخیم بوده و جنس آن حدود 95% آلومینیوم و 5% سیلیسیوم می باشد . قطر الکترود را مناسب با ضخامت قطعه کار باید انتخاب کرد. چون پوشش الکترود رطوبت را جذب می کند باید آن را حتماً درمحل خشک نگهداری کرد. الکترودهای مرطوب را می توان در درجه حرارت 200 درجه سانتی گراد خشک کرد. زاویه الکترود نسبت به قطعه کار در جوش آلومینیوم حدود 45 درجه می باشد. برای ایجاد قوس الکترود و کار، نوک الکترود و کار را باید با برس سیمی یا کاغذ سمباده تمیز کرد.

طریقه جوشکاری آلومینیوم با برق

برای جوشکاری آلومینیوم باید طول قوس را حتی المقدور کوتاه نگهداشت . برای اینکه جوشکاری خوب انجام شود قطعات ضخیمتر از 5 میلیمتر را حدود 200 درجه و برای ضخامت های تا 20 میلیمتر را حدود 400 درجه سانتی گراد گرم می کنند. در موقع تعویض الکترود و ادامه جوشکاری بایستی حدود 3 سانتیمتر از تفاله هائی را که روی جوش بسته شده پاک کرد.

در جوش آلومینیوم با جریان برق از قطب معکوس استفاده می شود . قطعات آلومینیوم ریخته شده را باید قبل از جوشکاری تا حدود 260 درجه سانتی گراد گرم کرد. بعد از خاتمه جوشکاری باید تفاله جوش را از روی گرده جوش پاک کرد و آن را با آب نیمه گرم شست.

ورق های آلومینیوم که ضخامت آنها از 2 میلیمتر کمتر است با جوش اکسیژن یا استیلن بهتر می توان جوش داد باید توجه داشت که از گرد مخصوص جوشکاری آلومینیوم باید در جوش گازحتماً استفاده نمود و زیر کار را نیز محکم نموده تا از ریختن جلوگیری شود و نیز سرعت عمل در ایجاد حوزه مذاب سریع مورد نظر می باشد و نیز از شعله قدری احیاء کننده استفاده گردد زیرا به سرد نمودن کار کمک می نماید. بهتر است از آجرهای نسوز یا مواد شبیه آن استفاده گردد.

جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود ثابت ( جوشکاری TIG )

  • در فرآیند جوشکاری تیگ، یک قوس الکتریکی بین الکترود ثابت (از جنس تنگستن) و قطعه برقرار می شود و همزمان یک گاز خنثی مثل آرگون این قوس را احاطه کرده است و مذاب و الکترود را از اکسیداسیون محافظت می کند. یک مفتول آلومینیومی (فلز پر کننده ) که توسط اپراتور و با دست هدایت می شود به مذاب تغذیه می شود.
  • در حالی که جریان مورد استفاده برای ورقه های فولادی، جریان مستقیم می باشد، جریان مورد استفاده برای جوشکاری آلومینیوم جریان متناوب AC می باشد.
  • جوشکاری TIG برای ضخامت های ۱ تا ۶ میلی متر مناسب است. این فرآیند را می توان اتومات کرد اما نمی شود به طور کامل توسط ربات ها انجام شود. تجهیزات DC برای جوشکاری ورقه های ضخیم نیز وجود دارد اما فقط با جوشکاری اتوماتیک می توان آن را انجام داد.
  • منابع برق DC می توانند پالسی باشند. ماشین هایی وجود دارند که می توانند قطبیت متغیر ایجاد کنند. با تغییر نسبت دوره های جریان، فاز جوشکاری نیز تغییر می کند.
  • اکثر آلیاژهای سری ۱۰۰۰ و ۵۰۰۰ (۱۰۵۰و ۵۷۵۴و ۵۳۵۶ و …) را می توان با جوشکاری TIG و بدون استفاده از پر کننده جوشکاری کرد. هیچ کدام از آلیاژهای سری ۶۰۰۰ قابلیت جوشکاری به روش TIG را ندارند.

جوشکاری قوسی با الکترودهای مصرفی ( جوشکاری MIG )

حالت دستی جوشکاری MIG به عنوان جوشکاری نیمه اتوماتیک شناخته می شود.

در این فرآیند یک سیم به عنوان الکترود و فلز پر کننده مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش سیم جوش دور یک حلقه پیچیده شده است و یک سر آن به تفنگ جوشکاری وارد شده است. اتصال قوس با قطبیت معکوس ایجاد می شود.

  • جوشکاری MIG برای ضخامت های بیش تر از ۴ میلی متر مناسب است. با جریان مستقیم، می توان تا ضخامت های ۱ میلی متر را نیز جوشکاری کرد اما در این حالت باید از جریان پالسی استفاده کرد.
  • جوش کاری MIG سریع تر از جوشکاری TIG است.

انتخاب فلز پر کننده ( فیلر ) در جوشکاری آلومینیوم

در جوشکاری آلومینیوم، انتخاب آلیاژ مناسب فلز پرکننده بسیار اهمین دارد. خواص سیم جوش می بایست با خواص آلومینیوم پایه یکسان باشد. برای کارآیی بهتر، دمای ذوب سیم جوش و فلز پایه باید تقریبا مشابه باشد. باید این نکته را در نظر گرفت که مثلا برای ثابت ماندن مقدار منیزیم در فلز پایه، سیم جوش نیز باید دارای منیزیم باشد. در این صورت تغییر شکل و پیچیدگی پس از جوشکاری به حداقل می رسد.

آلیاژهای آلومینیوم به دلیل قیمت پایینشان و همچنین تنوع زیادشان مزایای زیادی نسبت به سایر مواد در فرآیندهای تولیدی دارند. با این وجود، انتخاب آلیاژ مناسب بسیار حائز اهمیت می باشد.

انتخاب فلز پرکننده بستگی به دو فاکتور زیر دارد :

  • ایجاد بستر جوشی بدون ترک جوش پس از جوشکاری.
  • استحکام مکانیکی کافی ایجاد کنند.

برای اتصالاتی که پس از جوش کاری آندایز می شوند، پیشنهاد می شود فیلری استفاده شود که ترکیب آلیاژ آن به فلز پایه نزدیک باشد تا تفاوت ظاهری پس از آندایز پیدا نشود.

در زیر خلاصه ای از خواص اصلی سری آلیاژ های مختلف و الکترودهای مناسب برای جوشکاری آلومینیوم آورده شده است آورده شده است:

آلیاژهای ۱۰۰۰

این آلیاژها معممولا از ۹۹ درصد آلومینیوم خالص تشکیل شده اند. ساختار ضعیفی دارند. داکتیلیته و مقاومت به خوردگی بسیار بالایی دارند . این آلیاژها به راحتی جوش داده می شوند و عموما از پرکننده های فلزی ۱۱۰۰ برای جوش دادن آن ها استفاده می شوند.

آلیاژهای ۲۰۰۰

آلیاژ های آلومینیوم-مس می باشند که قابلیت جوشکاری بسیار پایینی دارند. قابلیت ماشین کاری خوبی دارند. شکل پذیری بسیار کمی دارند (به استثنای حالت آنیل شده). نسبت به سایر آلیاژ ها مقاومت به خوردگی کم تری دارند (به همین دلیل به صورت کلد دار یا آندایز استفاده می شوند). معمولا در صنایع هوافضا استفاده می شوند. فیلر ها: ۲۳۱۹ و ۴۰۴۳٫

آلیاژهای ۳۰۰۰

آلیاژهای آلومینیوم-منگنز می باشند. این آلیاژها خواص استحکامی بالا، مقاومت به خوردگی، شکل پذیری و جوش پذیری بسیار خوبی را یکجا در خود دارند. عموما در مبدل های حرارتی و سیستم های تهویه هوا استفاده می شوند. فیلرها: ۴۰۴۳ و ۵۳۵۶ .

آلیاژهای ۴۰۰۰

آلیاژهای آلومینیوم-سیلیکون می باشند. به خاطر وجود سیلیکون در این سری، نقطه ی ذوب پایین تر است به همین به دلیل در ساخت سیم جوش ها کاربرد دارد. خودشان معمولا به عنوان فیلر استفاده می شوند اما اگر به عنوان فلز پایه استفاده شوند از فیلر فلزی ۴۰۴۳ استفاده می شود.

آلیاژهای ۵۰۰۰

آلیاژهای آلومینیوم-منیزیوم می باشند. مجموعه ای از خواص استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی، شکل پذیری و جوش پذیری خوبی دارند. فیلرها: ۵۳۵۶ ، ۵۱۸۳ ، ۵۵۵۶ .

آلیاژهای ۶۰۰۰

آلیاژهای آلومینیوم-منیزیوم-سیلیکون می باشند. استحکام متوسط ، مقاومت به خوردگی بالا و سهولت در شکل پذیری از خواص این سری می باشد. معمولا در سازه های ساختمانی استفاده می شوند. معمولا در اکستروژن مورد استفاده قرار می گیرند. تمایل شدیدی به ترک خوردن در دماهای بالا دارند اما با فیلرهای ۴۰۴۳ یا ۵۳۵۶ می توان آن ها را جوش داد.

آلیاژهای  ۷۰۰۰

آلیاژهای آلومینیوم-روی-منیزیوم و آلومینیوم-روی-مس می باشند. استحکام بسیار بالایی دارند که به همین دلیل شکل دادن آن ها  بسیار مشکل است. معمولا در صنایع هوافضا استفاده می شوند. به خاطر تمایل شدید به ترک خوردن و  خوردگی بالا، معمولا جوش داده نمی شوند اما در آلیاژهای این سری سه مورد استثنا وجود دارد، آلیاژهای ۷۰۰۳، ۷۰۰۵ و ۷۰۳۹ را می توان با فیلر فلزی ۵۳۵۶ جوش داد.

چرا تنها بعضی از آلیاژهای آلومینیوم جوش پذیرند؟

باید بدانیم که آلیاژهای آلومینیوم به دو دسته ی کلی عملیات حرارتی پذیر و غیر قابل عملیات حرارتی تقسیم می شوند. آن دسته از آلیاژهایی را که نمی شود عملیات حرارتی کرد، تنها به وسیله ی کار سرد سخت سازی می شوند.

جدول سری های آلومینیوم

از طرف دیگر، آلیاژهای عملیات حرارتی پذیر در دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد تحت عملیات قرار گرفته اند. طبیعتا هنگام جوش کاری دما بسیار بیش تر از ۲۰۰ درجه سانتی گراد می رسد که این باعث کاهش خواص مکانیکی می شود. بنابراین اگر اپراتور عملیات حرارتی ثانویه پس از جوش کاری را اعمال نکند، ناحیه ی اطراف جوش (HAZ  ) نسبت به سایر نقاط آلومینیوم بسیار ضعیف تر می شود.

هنگامی که به دنبال انتخاب آلیاژی برای جوش کاری هستیم، انتخاب های زیادی پیش رویمان قرار دارد. همانطور که قبلا هم اشاره شد، آلیاژهای سری ۷۰۰۰ معمولا در کاربردهای حساس و نیاز به کارآیی بالا مورد استفاده قرار می گیرند مثل صنایع هوافضا، خودروهای نظامی و تجهیزات ورزشی. آلیاژهای سری ۲۰۰۰ اغلب در کاربردهای هواپیماسازی و هوافضا کاربرد دارند. آلیاژهای سری ۵۰۰۰، نسبت به سایر سری ها، بسیار راحت تر جوش می پذیرند. معمولا در کاربردهای سازه ای از جمله پل سازی، کشتی سازی و بدنه ی خودروها استفاده می شوند. سری های ۶۰۰۰، راحت ترین گروه آلیاژی برای اکسترود می باشند، بنابراین علاوه بر کاربرد در جوشکاری، برای تولید شکل های اکسترود شده نیز مورد استفاده قرار می گیرند.

الکترود مخصوص آلومینیوم خالص در دستگاهها

در ایران معروف به نام آما 1075
رنگ شناسائی : انتها- قهوه ای باخال نقره ای
الکترود آلومینیوم روپوش شده برای جوشکاری آلومینیوم خالص در مخازن و دستگاهها می باشد. این الکترود دارای جریان نرم است و در تمام حالات به خوبی جوش می خورد و چون نقطه ذوب آن پایین است خیلی زود آب می شود. برای جلوگیری از سوختن و پاشیدن باید طول قوس را حتی المقدور کوتاه نگهداشت.

برای به دست آوردن درز صاف و بدون سوراخ در قطعات کلفت تر از 8 میلیمتر بهتر است قطعه تا 200 درجه سانتیگراد گرم شود. قطر الکترود را معادل ضخامت دیواره جوش دادنی انتخاب می کنند. برای به دست آوردن درز جوش مقاوم در الکتروشیمی لازم است که بقایای سرباره جوش را خوب پاک کنند.

جنس روپوش رطوبت جذب می نماید و باید الکترودها را حتماً در محل خشک نگهداری کنند. الکترودهائی که مرطوب شده باشند می تواند در حرارت 200 درجه سانتیگراد دوباره خشک شوند.

رنگ شناسائی : انتها – قهوه ای 
الکترود روپوش دار برای آلیاژهای آلومینیوم مثل AlMn,MlMg,AlMg1,AlMg3,AlMg5 و در وسایل نقلیه – دستگاهها و مخزن سازی – جوشکاری های مقاوم در آب دریا و در کشتی سازی به کار می رود. این الکترود دارای جریان نرم است و در تمام حالات به خوبی جوش می خورد و چون نقطه ذوب آن پایین است خیلی زود آب می شود.

برای جلوگیری از سوختن و پاشیدن زیاد باید طول قوس را حتی المقدور کوتاه نگه داشت. برای به دست آوردن درز صاف و بدون سوراخ در قطعات کلفت تر از 8 میلیمتر بهتر است قطعه تا 200 درجه سانتیگراد گرم شود. قطر الکترود را معادل ضخامت دیواره جوش دادنی انتخاب می کنند. برای به دست آوردن درز جوش مقاوم در الکتروشیمی لازم است که بقایای سرباره جوش را خوب پاک کنند.

جنس روپوش رطوبت جذب می نماید و باید الکترودها را حتماً در محل خشک نگهداری کنند. الکترودهائی که مرطوب شده باشند می توانند درحرارت 200 درجه سانتی گراد دوباره خشک شوند.

روانسازها در جوشکاری آلومینیوم با برق

درجه ذوب اکسید آلومینیوم در حدود 2000 درجه سانتی گراد بود و تقریباً سه برابر درجه ذوب آلومینیوم می باشد. خمیرهای جوشکاری آلومینیوم بیشتر دارای کلرید و فلورید و سولفات سدیم و فلزات قلیائی و کلرورپتاسیم می باشند که باید کار را به وسیله آن آغشته کرد.گرد جوش اندکی قبل از فلز اصلی ذوب شده و اکسید آلومینیوم را حل می کند و به صورت تفاله در می آید و در سطح فلز گرم شده پخش می شود و از اکسیداسیون بیشتر جلوگیری می نماید.

توجه فرمائید: برای جوشکاری آلومینیوم باید حتماً روانساز مخصوص آن را به کار برد. در جوشکاری آلومینیوم دو نوع گرد جوشکاری به کار می رود که یکی از آنها در آب حل شده و به شکل خمیر در می آید. و نباید مقدار زیادی گرد را در آب حل کرد زیرا بعداً فاسد می شود و گرد خمیر، خشک و فاسد می گردد.

نوعی دیگر روانساز وجود دارد که در آب حل نشده و بیشتر در جوشکاری درزهای گونیائی به کار می رود و پس از آن باقیمانده را می توان به سادگی از روی کار پاک کرد.

نباید بیش از اندازه از روانساز استفاده کرد زیرا مضر است و از لحاظ کم بودن سیالیت آلومینیوم در موقع ذوب تغییر رنگ نمی دهد یا خیلی کم سرخ می شود لذا تشخیص زمان ذوب برای مبتدیان جوشکاری سخت است و اتفاق می افتد که حرارت مشعل در یک نقطه متمرکز شده و کار را سوراخ می نماید. آزمودگی جوشکار در آن است که لحظه دقیق جوشکاری را از ذوب شدن روانساز و پراکنده گشتن روانساز در روی فلز یا قطعه کار تشخیص دهد. هر چه اجزاء آلیاژ بیشتر باشد جوشکاری دشوارتراست.شیشه عینک جوشکاری آلومینیوم بایستی آنقدر روشن باشد که بتوان به وسیله آن مطالعه کرد و جوشکاری از راست به چپ در مورد فلزات سبک متداول است. در مورد ورقهای ضخیمتر از 4 میلیمتر جوشکاری از چپ به راست انجام می گیرد . زاویه مشعل با سیم جوش از زاویه جوشکاری آهن بیشتر است و مخصوصاً توجه شود که مخروط داخلی شعله باید روی حوضچه مذاب قرار گیرد. مشعل را نباید نوسان داد بلکه در امتداد خط جوش به طور مستقیم حرکت داد.

 

از اینکه این مقاله را مطالعه نمودید متشکریم، اگر انتقاد و پیشنهادی در پیرامون این مقاله دارید در قسمت دیدگاه بنویسید.

برچسب ها
نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *