جوشکاری آلومینیوم در صنایع تولیدی و هوافضا به دلیل ویژگی‌های مکانیکی منحصر به فرد آن بسیار رایج است. آلومینیوم سبک، با دوام و مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد، که آن را برای برخی کاربردها در مقایسه با سایر فلزات جذاب می‌سازد.
با این حال، جوشکاری آلومینیوم با چالش‌های منحصر به فردی روبرو است که برای دستیابی به نتیجه‌ای موفق و بدون نقص باید بر آنها غلبه کرد.
چالش های جوشکاری آلومینیوم
جوشکاری آلومینیوم یک فرآیند پیچیده است که نیاز به دانش، مهارت و تجربه دارد. فهم فرآیندهای مختلف جوشکاری مناسب برای آلومینیوم و چالش‌ها و راه‌حل‌های مربوط به این روش‌ها برای دستیابی به جوش‌های موفق بسیار مهم است.
اکسیداسیون
آلومینیوم به سرعت در معرض هوا اکسید می‌شود و یک لایه نازک اکسید با دمای ذوب بالاتر (۲۰۷۲ درجه سانتی‌گراد) نسبت به آلومینیوم (۶۶۰ درجه سانتی‌گراد) تشکیل می‌دهد. جوشکاری از طریق این لایه ممکن است سوراخ‌هایی در قطعه کار ایجاد کند.
لایه اکسید را می‌توان با استفاده از حلال‌ها یا اسیدها قبل از جوشکاری حل کرد. همچنین می‌توان آن را با تکنیک‌های ساینده مکانیکی از قبیل برس سیمی استیل ضد زنگ یا شن‌پاشی به طور فیزیکی حذف کرد.
تخلخل
آلومینیوم در حالت مذاب، مقادیر زیادی هیدروژن جذب می‌کند که منجر به تشکیل حفره‌ها یا حباب‌های کوچک در فلز جوش می‌شود. این وضعیت یکپارچگی ساختاری فلز را تضعیف کرده و آن را در برابر فشار و تنش آسیب‌پذیر می‌کند.
تخلخل با استفاده از مواد و تجهیزات تمیز، حذف روغن و گریس از سطح فلز و استفاده از گاز محافظ برای محدود کردن آلودگی به حداقل می‌رسد.
ناخالصی ها
روغن، خاک، هوا و ذرات معلق می‌توانند بر ناحیه جوش تأثیر منفی بگذارند و استحکام و ظاهر قطعه کار را تحت تأثیر قرار دهند. این ناخالصی‌ها می‌توانند از منابع مختلفی مانند محیط، تجهیزات، آماده‌سازی و نگهداری ناشی شوند. تغییر رنگ، دانه‌بندی، خوردگی و اکسیداسیون نشان دهنده وجود ناخالصی‌ها در یک جوش است.
نگهداری مناسب، تعمیر و نگهداری تجهیزات و آماده‌سازی فلز از مراحلی است که برای جلوگیری از ناخالصی‌ها باید انجام شود.
ضخامت
جوشکاری آلومینیوم معمولاً شامل جوشکاری مواد با ضخامت‌های متفاوت است. جوشکاری ترکیبی از مواد نازک و ضخیم به طور همزمان می‌تواند چالش‌برانگیز باشد. گرمای اعمال شده به قطعه کار ممکن است ماده نازک را ذوب کند یا به اندازه کافی به ماده ضخیم نفوذ نکند تا یک اتصال جوش قوی ایجاد شود.
داشتن دانش کامل از درجه‌های آلومینیوم، روش‌های جوشکاری و تکنیک‌ها برای موفقیت در جوشکاری ضخامت‌های مختلف ورق‌های آلومینیوم ضروری است. جوشکاران می‌توانند با تنظیم پارامترهایی مانند آمپراژ و ورودی حرارت به سطوح بهینه، این فلزات را به طور مؤثر جوش دهند.
ترک خوردگی گرم
سطوح بالای تنش حرارتی می‌تواند منجر به ترک‌خوردگی داغ یا ترک‌خوردگی انجمادی در جوش‌های آلومینیوم شود. این یکی از دلایلی است که آلومینیوم زمانی نامناسب برای جوشکاری قوسی شناخته می‌شد.
ترکیب عناصر آلیاژی مختلف و عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیوم می‌تواند به طور چشمگیری خواص مکانیکی آن را بهبود بخشد. آلیاژهای سری (Al-Cu) 2xxx و (Al-Zn) 7xxx از جمله آلیاژهای آلومینیومی هستند که قابلیت عملیات حرارتی دارند.
هدایت حرارتی
هدایت حرارتی بالای آلومینیوم باعث می‌شود که نفوذ به اتصال جوش به طور موفقیت‌آمیز چالش‌برانگیز باشد، زیرا به سرعت گرما را جذب و پخش می‌کند.
تنظیم تجهیزات جوشکاری به ورودی حرارت بالاتر باعث بهبود نفوذ می‌شود.
روش های جوشکاری آلومینیوم
چندین فرآیند جوشکاری برای آلومینیوم استفاده می‌شود که هر کدام دارای نقاط قوت و ضعف خود هستند. جوشکاران معمولاً از جوشکاری TIG و MIG استفاده می‌کنند، اما روش‌های دیگر می‌توانند نتایج منحصر به فرد و مطلوبی را ارائه دهند.
عواملی که هنگام انتخاب نوع روش جوشکاری باید در نظر گرفته شوند شامل تامین مواد، هزینه (تجهیزات، مواد پرکننده، سایر مصرفی‌ها)، عملکرد جوش، طراحی اتصال، تکرارپذیری، تحمل اعوجاج، سرعت تولید و ایمنی هستند.
جوشکاری TIG
جوشکاری قوسی تنگستن با گاز (GTAW) یا جوشکاری TIG یکی از رایج‌ترین تکنیک‌های جوشکاری برای اتصال آلومینیوم به دلیل دقت و کیفیت آن است. این روش می‌تواند با جریان متناوب (AC) کار کند، که پایداری قوس را فراهم کرده و لایه اکسید را از بین می‌برد. دستگاه جوشکاری TIG می‌تواند به طور مداوم گرمای کافی برای ذوب آلیاژهای آلومینیوم تولید کند و قادر به جوشکاری هر دو بخش نازک و ضخیم است.
گاز محافظ خنثی، که معمولاً آرگون است، به مشعل TIG تغذیه می‌شود تا حوضچه جوش را از آلودگی‌ها دور نگه دارد و از آلومینیوم حساس محافظت کند. در صورت نیاز به استفاده از میله‌های پرکننده آلومینیومی، سری 4 xxx فلز پرکننده آلومینیوم رایج‌ترین انتخاب است.
جوشکاری MIG
جوشکاری قوسی فلزی با گاز (GMAW) یا جوشکاری MIG یک تکنیک جوشکاری عالی برای ورق‌های ضخیم‌تر آلومینیوم است زیرا ورودی حرارت آن بیشتر از جوشکاری TIG است. این روش جوشکاری به طور مشابه به فرآیند TIG است، اما به جای الکترود تنگستن غیر مصرفی، جوشکاری MIG از یک سیم الکترود که به صورت خودکار تغذیه می‌شود، استفاده می‌کند. سیستم تغذیه سیم مکانیکی از تفنگ قرقره‌ای سرعت حرکت سریع‌تری را ارائه می‌دهد. گازهای محافظ برای محافظت از جوش‌ها در برابر آلودگی استفاده می‌شوند.
جوشکاری لیزری
جوشکاری لیزری یک فرآیند جوشکاری سریع است که پرتو با تراکم توان بالا را بر روی سطح آلومینیوم متمرکز می‌کند. این روش دقتی برای جوشکاری عرض‌های باریک و عمق‌های جوش بزرگ فراهم می‌کند، که منجر به نواحی جوش تمیز با استفاده از گاز محافظ می‌شود. آلیاژهای آلومینیوم سری 6xxx به طور کلی برای جوشکاری لیزری ایمن هستند و معمولاً با میله پرکننده آلومینیومی درجه 4032 یا 4047 جفت می‌شوند.
جوشکاری پرتو الکترونی
جوشکاری پرتو الکترونی آلومینیوم یک گزینه برای بخش‌های ضخیم است زیرا حوضچه جوش کوچک و دقیقی تولید می‌کند. این روش جوشکاری در داخل یک محفظه خلاء انجام می‌شود، که جوش را بدون نیاز به گازهای محافظ اضافی از ناخالصی‌ها محافظت می‌کند.
جوشکاری مقاومتی
جوشکاری مقاومتی آلومینیوم شامل اعمال فشار و جریان برای ایجاد ذوب است. جوشکاری نقطه‌ای و درز جوش اغلب برای اتصال ورق‌های آلومینیومی استفاده می‌شود. یکی از معایب این تکنیک ممکن است چالش‌های موجود در مواجهه با هدایت حرارتی و الکتریکی بالا باشد.
جوشکاری اصطحکاکی
جوشکاری اصطکاکی یک فرآیند جوشکاری حالت جامد است که در آن اصطکاک مکانیکی بین فلزات آلومینیوم گرما تولید می‌کند. طبیعت این فرآیند نیاز به افزودن عامل محافظ برای محافظت از حوضچه جوش را از بین می‌برد. جوشکاری اصطکاکی در تمامی درجات آلیاژ آلومینیوم، از جمله سری 2xxx و 7xxx که جوشکاری آنها دشوار است، استفاده می‌شود.
فرآیند هایی که باید در جوشکاری آلومینیوم اجتناب کرد
فرآیندهایی که از فلاکس (مواد پرکننده حاوی فلاکس، فلاکس دانه‌ای یا سایر اشکال) استفاده می‌کنند، برای جوشکاری آلومینیوم مناسب نیستند زیرا با خطر بالای تخلخل مواجه هستند.
جوشکاری قوسی با هسته فلاکسی
جوشکاری قوسی محافظت شده با فلز
جوشکاری قوسی زیر پودری
نکات جوشکاری آلومینیوم
ایمنی و آماده‌سازی: پوشیدن تجهیزات حفاظتی (عینک، کلاه ایمنی، دستکش و غیره) ضروری است، همانطور که در هر روش جوشکاری دیگر. شناخت و درک چگونگی اجرای پروژه قبل از شروع یک روش عالی برای آماده‌سازی برای فرآیند جوشکاری است. برخی از آماده‌سازی‌ها ممکن است شامل حذف لایه اکسید فلز از طریق مواد شیمیایی یا برس استیل و اطمینان از تمیز بودن تجهیزات باشد.
درک جزئیات دقیق: جوشکاران با تجربه ارزش زیادی در درک چگونگی اجرای پروژه دارند. جزئیات دقیقی مانند فرآیندهای جوشکاری، پارامترهای تجهیزات و رویکردها، موفقیت پروژه را تضمین می‌کنند. جوشکاری مجموعه‌ها توسط ارائه‌دهندگان خدمات جوشکاری با تجربه به جلوگیری از مشکلات در طولانی مدت کمک می‌کند.
صبر: زمان لازم است تا یک کار جوشکاری بی‌نقص انجام شود، بنابراین صبر کردن و به طور مداوم آزمایش پارامترها مهم است. نتایج تکرارپذیر با کیفیت جوش بالا هنگام جوشکاری چندین قطعه متوالی کلیدی است.
نگهداری: آلومینیوم باید در محیط داخلی با دمای اتاق نگهداری شود و خشک بماند. بهتر است این فلزات را در صورت امکان انباشته نکنید (مثلاً ورق‌های آلومینیومی) بلکه آنها را به صورت عمودی نگهداری کنید، زیرا فلز نرم است.
پروفایل جوش: در بیشتر موارد، در جوشکاری آلومینیوم از پروفایل جوش به صورت مستقیم (Stringer bead) استفاده می‌شود، برخلاف جوشکاری فولاد که از تکنیک بافت (Weaving) استفاده می‌کند.