مروری بر جوشکاری آلومینیوم

مروری بر جوشکاری آلومینیوم

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

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.)

 

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.

 

  • جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود ثابت ( جوشکاری TIG )
  • در این فرآیند، 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.

جدول زیر جوش پذیری آلیاژهای مختلف آلومینیوم با روش های مختلف را نشان می دهد :

جوش پذیری آلیاژهای آلومینیوم

جوش پذیری آلیاژ های مختلف آلومینیوم

           انتخاب فلز پر کننده ( فیلر ) 

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 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 آن ها 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.

آلیاژ آلومینیوم ۱۰۵۰

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٫

آلیاژ آلومینیوم ۲۰۲۴

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 .

آلیاژ آلومینیوم ۳۱۰۵

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 .

آلیاژ آلومینیوم ۵۷۵۴

آلیاژ آلومینیوم ۵۰۸۳

 

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.

آلیاژ آلومینیوم ۶۰۶۱

آلیاژ آلومینیوم ۶۰۶۳

 

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.

آلیاژ آلومینیوم ۷۰۷۵

 

جدول زیر راهنمایی برای انتخاب الکترود مناسب می باشد.

فیلر آلومینیوم

راهنمای انتخاب فیلر در جوشکاری آلومینیوم

 

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

سیستم تعریف 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.

آماده سازی لبه ها برای جوشکاری

آماده سازی باید مطابق با جدول زیر انجام شود. لبه ها باید با دقت کنار هم قرار گیرند و با هم همخوانی داشته باشند.

به خاطر هدایت حرارتی بالای آلیاژهای آلومینیوم ، اگر لبه ها منطبق بر هم نباشند، ناهمسانی دمایی در ورق های آلومینیوم ایجاد می شود که باعث ایجاد پچش در ورق ها خواهد شد.

 

آماده سازی لبه در جوشکاری آلومینیوم

ملزومات آماده سازی لبه برای جوشکاری

 

 در ورق های نازک، تمرکز حرارت در یک نقطه می تواند منجر به سوراخ شدن قطعه شود.

عیوب جوشکاری

عیوب جوش در استاندارد BS EN 26520 طبقه بندی شده اند.

دو دسته بندی کلی برای عیوب جوش می توان انجام داد:

  • عیوب هندسی مثل نا هم ترازی، انحنا
  • عیوب داخلی مثل ناخالصی، تاول، اتصال ضعیف.

بعضی عیوب جوش در بارگذاری های استاتیک، با کاهش سطح مقطع موثر اتصال، استحکام مکانیکی را تحت تاثیر قرار می دهند. سایر عیوب در بارگذاری های دینامیک تاثیر منفی اشان نمایان می شود.

 در جدول زیر  تعدادی از این عیوب را مشاهده می کنیم.

عیوب جوش در جوشکاری آلومینیوم

عیوب جوش در جوشکاری آلومینیوم

 

 

تحقیق و توسعه شرکت عصر صنعت اشراق

دیدگاهتان را بنویسید

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