جوشکاری آلومینیوم چگونه است | راهنمای جامع جوش آلومینیوم

جوشکاری آلومینیوم باتوجه به مزیت‌های فراوان در صنایع مختلف کاربردهای فراوانی دارد. آلومینیوم از جمله فلزهای رایج و پرکاربرد بوده که با وزن سبک، استحکام زیاد و انعطاف بالا انتخاب بسیار خوبی برای انواع جوش‌ها به حساب می‌آید. هر چند که خواص منحصر بفرد آلومینیوم آن را تبدیل به انتخاب جذابی کرده، اما باید توجه داشته باشید که کار با این فلز چالش‌های مخصوص به خود را دارد. در این مقاله راهنمای جامع جوش آلومینیوم و هرآنچه که در مورد کار با آلومینیوم احتیاج دارید را شرح داده‌ایم.

آلومینیوم چیست و چه ویژگی‌هایی دارد؟

آلومینیوم (Aluminum) عنصر شیمیایی با عدد اتمی ۱۳ و نماد Al در جدول تناوبی عناصر است که در «گروه بور» قرار می‌گیرد. آلومینیوم یک فلز نرم، سبک به رنگ نقره‌ای و سفید بوده و فوق‌العاده انعطاف پذیر است، طوریکه می‌توان آن را به شکل‌های مختلف درآورد. این عنصر در واقع فراوان‌ترین عنصر فلزی در پوسته‌ی زمین به حساب می‌آید. در حقیقت در مقیاس کلی، عنصر آلومینیوم بعد از اکسیژن و سیلیکون، فراوان‌ترین عنصر کره زمین است.

خواص آلومینیوم از جمله جوش‌‌پذیری بسیار خوب و مقاومت بالا به خوردگی باعث شده تا بعد از آهن، به کاربردی‌ترین فلز جهان تبدیل شود. با این حال، آلومینیوم در مقیاس تجاری تنها کمی بیش از صد سال است که کاربرد دارد. سختی جدا کردن این فلز از سنگ‌ها باعث شده بود برای دوره‌ای -هرچند کوتاه- در قرن ۱۹ میلادی حتی از طلا هم گرانتر شود. دلیلش هم این بود که عنصر آلومینیوم به حالت آزاد در طبیعت بسیار نادر است. از آنجایی که کل آلومینیوم زمین به صورت ترکیب به دست می‌آمد، سخت‌ترین کار جدا کردن آن از سنگ‌های دیگر بود.

بعدها با کشف یک روش بهینه و ساده برای استخراج آلومینیوم، قیمت این فلز سقوط کرد. بازیافت آلومینیوم بعدا باعث شد تا برای صنایع مختلف به فلز جذابی تبدیل شود. نکته مهم اینکه هیچ تفاوتی به لحاظ کیفیت بین آلومینیوم بازیافتی و آلومینیوم جدید وجود ندارد. آلومینیوم توسط روش‌های مختلفی در جوشکاری مورد استفاده قرار می‌گیرد. از این فلز برای جوشکاری در دماهای پایین برای جلوگیری از ایجاد سوراخ در مواد استفاده می شود. جوشکاری آلومینیوم نسبت به جوشکاری فولاد چالش بر انگیزتر است زیرا نیاز به مراقبت، توجه و تجهیزات تخصصی بسیار بیشتری دارد.

چرا جوشکاری آلومینیوم دشوار است؟

آلومینیوم یک نوع فلز مهم بوده که در ساخت و ساز مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده خورنده، سبک و انعطاف پذیر است. همین ویژگی‌هایی که آلومینیوم را منحصر بفرد کرده، می‌تواند باعث کار با آن را نیز دشوار کند. این ماده نرم و بسیار حساس است و توسط یک لایه اکسید شده سخت عایق شده است. آلومینیوم در حالت مذاب خود مستعد ناخالصی است و می‌تواند منجر به ایجاد جوش‌ بی‌کیفیت و متخلخل شود.

آلومینیوم و آلیاژهای آن تمایل زیادی به ترکیب شدن با اکسیژن دارند. آلومینیوم خالص در دمای 650 درجه سانتیگراد ذوب شده و اکسیدی که از فلز محافظت می‌کند در دمای 2037 درجه سانتیگراد ذوب می‌شود. اکسید در دمای تقریباً 1370 درجه سانتیگراد بالاتر از خود آلومنیوم ذوب می‌شود، به همین دلیل باید قبل از شروع جوشکاری، اکسید به خوبی از سطح فلز پاک شود. از آنجایی که آلومینیوم دارای رسانای حرارتی بالا و نقطه ذوب پایینی است، ممکن است هنگام کار با آن، فلز دچار سوختگی شود. به طور خلاصه در اینجا برخی از رایج‌ترین عوامل چالش برانگیز برای جوشکاری ذکر شده است:

• اکسیداسیون: در بالای آلومینیوم یک لایه اکسید آلومینیوم قرار دارد که در دمای بسیار بالاتری نسبت به آلومینیوم ذوب می‌شود. ذوب شدن از طریق این لایه نیاز به حرارت بالایی دارد.
• تخلخل: در حالت مذاب، آلومینیوم هر چه بیشتر گرم شود، هیدروژن را سریعتر جذب میکند. این هیدروژن با بازگشت فلز به شکل جامد جدا می‌شود که می‌تواند حباب‌هایی در مواد باقی بگذارد و باعث متخلخل شدن و ضعیف شدن فلز شود.
• وجود ناخالصی: از آنجایی که آلومینیوم بسیار حساس است، راه‌های مختلفی وجود دارد که می‌‎تواند توسط خاک، آب و هوا و شرایط محیطی در طول فرایند جوشکاری آلوده شود. آلومینیوم ممکن است در اثر هوای وارد شده به جوش به دلیل محافظ ضعیف یا قوس‌های بیش از حد طولانی آلوده شود. اکسیژن میتواند استحکام، شکل پذیری آلومینیوم را کاهش داده و باعث تشکیل اکسید روی جوش های آلومینیومی شود که بر ظاهر آن تأثیر می‌گذارد. هیدروژن می‌تواند از منابع زیادی مانند رطوبت در شار الکترود، هوای مرطوب، انقباضات جوش مرطوب و… بدست آید. به همه این دلایل، تمیز کردن کامل آلومینیوم و نگهداری صحیح آن قبل از جوشکاری اهمیت فراوانی دارد.
• ضخامت: ضخامت جوش یکی از مهم‌ترین نکات جوشکاری آلومینیوم است. یک جوشکار ماهر باید بدانند که چگونه از سوختن مواد نازک تر جلوگیری کنند و در عین حال به مواد ضخیم، به اندازه کافی برای ایجاد یک جوش قوی نفوذ کند.

در حالی که مطمئنا در جوشکاری آلومینیوم چالش‌هایی وجود دارد، یادگیری آن غیرممکن نیست. جوشکاری آلومینیوم شامل مزایا و معایب فراوانی است که شناخت آن‌ها ضروری است.

نکات مهم برای جوشکاری آلومینیوم

جوشکاری آلومینیوم با توجه به حساسیت این فلز نیاز به دقت و مهارت بالایی دارد. حتی پیش از شروع جوشکاری، باید آلومینیوم را کاملا تمیز کنید. این فلز عموما در معرض ناخالصی‌ها قرار می‌گیرد. از این رو، برای شروع کار بهتر است مراحل آماده‌سازی را کاملا درست انجام دهید. برای این منظور بهتر است این چند گام را دنبال کنید:

• از حلالی مانند استون یا یک محلول قلیایی ملایم مانند صابون قوی استفاده کنید تا هرگونه روغن، گریس و بخار آب را از روی سطح آلومینیوم بردارید.
• برای برداشتن اکسیدهای سطحی هم می‌توانید از یک بُرس از جنس فولاد ضدزنگ که معمولا برای کار با آلومینیوم ساخته می‌شوند استفاده کنید. می‌توانید بُرس کشیدن را همراه با یک محلول قلیایی یا اسید قوی انجام دهید.
• اگر قصد ندارید بلافاصله شروع به جوشکاری کنید، بهتر است قطعه کار را جمع‌آوری کنید و روی آن را بپوشانید. با این کار می‌توانید جلوی هرگونه آلودگی را بگیرید.
• بهتر است آلومینیوم را همواره در محل خشک و دمای اتاق نگهداری کنید. قطعه کار را هم باید ظرف چند روز جوشکاری کنید. در غیر این صورت، بهتر است آن را دوباره تمیز کنید.
• در هر کاری ایمنی مهم است، جوشکاری می‌تواند خطرات مخصوص به خود را داشته باشد. سعی کنید همیشه تجهیزات محافظت شخصی مناسب را به کار ببرید. برای این منظور همواره از تجهیزات مناسب مانند کلاه و ماسک جوشکاری، عینک مخصوص با شماره عدسی مناسب، دستکش برای محافظت از جرقه و پاشش فلز، کفش مناسب و نهایتا یک هواکش مناسب برای تهویه دود استفاده کنید تا دچار مشکلات تنفسی ناشی از دودهای جوش نشوید.

بهترین روش جوشکاری آلومینیوم

1. ایمنی و آماده سازی: رعایت نکات ایمنی جوشکاری ضروری است. پوشیدن وسایل حفاظتی (عینک، کلاه ایمنی، دستکش و…) مانند هر روش جوشکاری دیگری از اهمیت زیادی برخوردار است. دانستن و درک چگونگی اجرای پروژه از قبل، یک راه عالی برای آماده شدن فرایند جوشکاری است.
2. تمیز کردن آلومینیوم: قبل از اینکه جوشکاری را انجام دهید، آلومینیوم باید بدون لک باشد. باید سطح فلز را از هرگونه اکسید تمیز کنید و سطح آن را از کثیفی، خاک و سایر آلودگی‌ها پاک کنید. برای تمیز کردن آلومینیوم از یک برس سیمی فولادی ضد زنگ برای پاک کردن اکسید آلومینیوم استفاده کنید. هنگام پاک کردن هرگونه آلودگی، هرگز از حلال های کلردار استفاده نکنید. این حلال‌ها ممکن است که گازهای خطرناکی تولید کنند زیرا به قوس الکتریکی واکنش نشان میدهند و به گازهایی مانند فسژن تبدیل میشوند که میتواند کشنده باشد.
3. انتخاب مواد پرکننده مناسب: انتخاب نوع جوش مناسب برای آلومینیوم کافی نیست. اگر مواد پرکننده مناسبی را انتخاب نکنید، به نتیجه دلخواه نخواهید رسید. عوامل متعددی برای در انتخاب مواد پرکننده مختلف وجود دارد. به عنوان مثال پرکننده جوشکاری میگ، الکترود جوشکاری MIG/MAG است.
4. انتخاب گاز محافظ: برای جوشکاری آلومینیوم انتخاب گاز محافظ بسیار مهم است. گاز محافظ، جوش را در برابر تغییرات جوی محافظت کرده و روی قوس، انتقال حرارت و نفوذ آن تأثیر میگذارد. استفاده از دستگاه جوش CO2 و MIG یکی از متداول ترین راه ها برای گاز محافظ است. در شرایط خاص باید از مخلوط گاز هلیوم/ آرگون استفاده کرد. بطور کلی هلیوم را برای مواد ضخیم تر و سرعت جوش بالاتر اتخاب میشود
5. انتخاب روش جوشکاری آلومینیوم: روش های جوشکاری متنوع بوده و به انواع مختلفی تقسیم میشود که به بررسی آنها خواهیم پرداخت.

روش‌های جوشکاری آلومینیوم

جوشکاری آلومینیوم کار کاملا تخصصی است که به مهارت و دقت بالایی احتیاج دارد. برای جوش آلومینیوم می‌توان از روش‌های مختلفی استفاده کرد که در ادامه به‌ اختصار هرکدام از این روش‌ها می پردازیم.

جوشکاری با قوس الکتریکی

در این روش جوشکاری از الکترودهای ویژه‌ای که ۹۵ درصد آلومینیوم و ۵ درصد از جنس سیلسیم هستند به کار گرفته می‌شود. در روش قوس الکتریکی ضخامت قطعه کار با قطر الکترود رابطه کاملا مستقیمی دارد. در واقع، هرچقدر که ضخامت قطعه‌ کار بیش‌تر باشد، باید به همان نسبت از قطر الکترودی که استفاده می‌شود بالاتر باشد.

جوشکاری‌ با قوس الکتریکی به دو روش اصلی تیگ (TIG) و میگ (MIG) انجام می‌گیرند:

جوشکاری آرگون (TIG)

جوشکاری آرگون TIG، یک روش جوشکاری است که گازِ آرگون نقش گاز محافظ را برای حفاظت از قطعه در برابر حرارت، اکسیداسیون و خنک‌کننده تورچ ایفا می‌کند. جوش آرگون به‌خصوص برای جوشکاری فلزات حساس به اکسیداسیون  (استنلس استیل) بسیار مناسب است.

جوشکاری میگ (GMAW)

جوشکاری میگ (GMAW) با استفاده از گاز محافظ بی‌اثر انجام می‌گیرد. گرمای حاصل از جوشکاری با استفاده از قوس الکتریکی و الکترود مصرفی ایجاد می‌شود. این الکترود از جنس فلز است و به‌صورت خوکار در اینورتر جوشکاری تفنگی شارژ می‌شود. گازی هم که در جوش میگ به کار می‌رود از گازهای بی‌اثر مانند هلیوم و آرگون است. این گازها در پیرامون محل جوشکاری یک پوشش به وجود می‌آورند تا از اثرگذاری محیط جلوگیری کنند.

جوشکاری با لیزر

جوشکاری با لیزر روشی است که نیاز به گرمای ورودی کمی برای اتصال فلزات دارد. این روش به خصوص برای قطعاتی که به انرژی ورودی حساس هستند مانند ورق‌های نازک فولادی می‌تواند روش مناسبی باشد. علاوه بر این، جوشکاری با لیزر می‌تواند برای آن دسته از آلیاژهایی که مقاومت کمی در مقابل ترک‌خوردگی دارند بسیار مناسب باشد.

جوشکاری با پرتو الکترونی

جوشکاری با پرتو الکترونی شبیه به جوش با لیزر است، با این حال در خلاء انجام می‌شود و نیازی به گاز محافظ ندارد. جوشکاری با پرتو الکترونی باتوجه به اینکه حوضچه‌ مذاب کوچک، اما نفوذ بالا به عمیق آلیاژ دارد و جوش خوبی به وجود می‌آورد، می‌تواند برای آلیاژهای آلومینیومی با ضخامت بالا مناسب باشد.

جوشکاری با جوش اصطکاکی

جوشکاری اصطکاکی از جمله روش‌های پرکاربرد در صنایع مختلف است. این روش از جمله‌ جوشکاری‌های حالت جامد به حساب می‌آید که در آن قطعات کار با استفاده از حرارت و فشار بدون ذوب به یکدیگر اتصال پیدا می‌کنند. در واقع، در این روش برای اتصال فلزات، حرارت و گرمای ناشی از اصطکاک و فشار به کار گرفته می‌شود. اصطکاک در این نوع جوش بر اثر تماس سطحی که بین فلز متحرک و قطعه ثابت به وجود می‌آید.

سخن پایانی

در این مقاله، راهنمای جامع جوشکاری آلومینیوم را شرح دادیم؛ از خواص و ویژگی های آلومینیوم تا راهکارها، نکات ایمنی، مسائل فنی، انواع جوشکاری و موارد دیگر. امیدواریم این مطلب برای شما عزیزان مفید بوده باشد.
فراموش نکنید انجام جوشکاری بی‌عیب و نقص معمولا زمان‌بر است، اما با تمرین و ممارست می‌توانید مهارت کافی برای جوشکاری را به دست بیاورید. جوش آلومینیوم به سبب کاربردهای فراوان در سازه‌های مختلف به‌خصوص اهمیت زیادی دارد، اما برای این کار باید به چالش‌های کار با این فلز غلبه کنید. در پایان حتما نظرات، پیشنهادات و انتقادات خود را با ما در میان بگذارید.

سوالات متداول

منابع:

Metal Supermarkets – Universal Technical Institute