جوشکاری آلومینیوم (Welding Aluminum)

فلزاتی که در حالت جامد صد در صد در یکدیگر قابل حل شدن هستند بالاترین قابلیت جوشکاری در یکدیگر را دارند و فلزاتی که قابلیت انحلال آنها در حالت جامد محدود است ظرفیت جوش پذیری کمتری دارند . فلزاتی که در حالت جامد غیر قابل انحلال اند با روش های ذوبی هم امکان جوشکاری آنها فراهم نیست.

به طور کلی عوامل تعیین کننده در جوش پذیری فلزات عبارتند از:

۱-    آنالیز یا ترکیب شیمیایی فلز یا آلیاژ ( فلزات پایه وپر کننده )

۲-   عملیات حرارتی پیش گرمایی و پس گرمایی

۳-  روش های جوشکاری

۴-   سایر عوامل خارجی و محیطی

جوشکاری آلومینیوم :

آلو مینیوم  سبک و مقاوم در مقابل خوردگی و زنگ زدگی است و سبکترین فلز تجاری به حساب می رود. اگر به صورت آلیاژ در آید استحکام کششی آن می افزاید .

 

آلومینیوم انواع مختلفی دارد که ملاک این دسته بندی خلوصAl است ودرصد آلیاژ آن است . اگر Al خالص باشد راحت جوشکاری می شود اما آلیاژ –Si  Al سخت جوشکاری می شود .  آلومینیوم  در دمای ۶۰۸ ذوب می شود به همین خاطرAl را قبل از جوشکاری سطح اکسیدی اش را تمیز می کنند . الکترودی که برای جوش Al به کار می رود % ۹۵ ,Al %5 گرافیت , %۵  Si دارد که در مغزی بکار رفته است .  الکترودAl sp 1075 است . روکش آن سفید و رطوبت را سریعا جذب می کند پس باید قبلا خشک و سریعا استفاده شود . جوش اکسی استیلن انجام می شود اما TIG برای   آلو مینیوم جوشکاری راحت تری است و حتما در TIG باید جریان قطب معکوس DCRP استفاده شود .  آلو مینیوم  پس از جوشکاری سریعا تنش ها را جذب کرده و سریعا تغییر شکل می دهد پس باید از پشت بند های استفاده شود تا مانع از این امر گردد .

الکترود آلو مینیوم  در حدود  ۱۲ تا ۱۵ ثانیه ذوب می شود اما رتیلی ۲۷ ثانیه طول می کشد پس طول قوس آلو مینیوم  باید کوتاه نگه داشته شود . با توجه به ضخامت Al  می توان جریان را ۱۰۵-۷۵ آمپر انتخاب کرد . بعد از جوشکاریAl پیشنهاد شده تا آنرا در آب داغ فرو برده و تمیز کنیم یا با اسید کلریدریک تمیز گردانیم .

مشکلات اصلی در جوشکاری آلو مینیوم:

۱- نقطه ذوب آلومینیوم و آلیاژهای آن در حدود ۴۵۰ تا ۶۶۰ درجه سانتیگراد است . چون در هنگام  افزایش درجه حرارت و یا ذوب تغییر رنگ نمی دهند, از نظر چشمی برای جوشکار مشکل است که وضعیت ماده راتشخیص دهد. بنابرین ممکن است در اثر زیاد نگه داشتن منبع حرارت روی قطعه ,  حرارت فوق ذوب , افزایش سیالیت و جذب گاز اتفاق بیفتد

۲- از آنجایی که هدایت حرارتی  آلومینیوم و آلیاژهای آن ۳ تا ۶ برابر آهن است بنا برین انتقال و توزیع حرارت در زمان جوشکاری آلومینیوم به اطراف مسیر جوش بسیار سریعتر و بیشتر از فولاد است. به همین دلیل اگر منبع حرارتی به اندازه کافی قوی نباشد حرارت ایجاد شده قادر به ذوب کردن فلز پایه و جوشکاری نخواهد بود بنابراین استفاده از حرارت زیاد و روش های جوشکاری که سرعت بالا و تمرکز زیادی دارند توصیه می شود.

۳- انبساط وانقبا ض آلومینیوم در اثر جوشکاری و سرد شدن پس از آن تقریبا ۲ برابر فولاد بوده و انقبا ض حجمی ناشی از انجماد آن در حدود ۴ تا ۶ در صد است که سبب تمرکز تنش های داخلی می شود و منجر به پیچیدگی , تاب برداشتن, تغییر ابعاد و ترکیدگی خواهد شد.

۴- آلیاژهای آلومینیومی که در اثر عملیات حرارتی سختی بالایی پیدا کرده اند در اثر حرارت ناشی از جوشکاری در مناطق مجاور خط جوش نرم می شوند.

۵- حرارت ناشی از جوشکاری باعث کاهش مفاومت به خوردگی آلومینیومی و آلیاژهای آن در منطقه مجاور خط جوش نیز می گردد زیرا تغییرات دما سبب بروز تغییر در اندازه دانه ها و یا رسوب بعضی ترکیبات و فازهای بین فلزی و یا ناخالصی در مرزدانه ها می شود که همگی در کاهش مقاومت به خوردگی آلیاژ نقش به سزایی دارند.

۶- هیدروژن در آلومینیوم مذاب کاملا فابل حل است و از طریق هوا در حین جوشکاری لایه اکسیدی در سطح و لبه ها که جاذبه الرطوبه هستند چربی و کثافت و روغن هایی که برای سهولت عبور سیم در روش MIG به کار می برند و نیز از طریق رطوبت موجود در روانسازها می تواند به سهولت وارد حوضچه مذاب جوشکاری گردد اما با کاهش درجه حرارات قابلیت انحلال هیدروژن در آلومینیوم کم شده و در امتداد خطوط مرزدانه به صورت حباب پس زده می شود . به دلیل انتقال حرارت بالای مذاب آلومینیوم انجماد لایه سطحی در گرده جوش به سرعت انجام پذیرفته و امکان خروج حباب های گاز هیدروژن ازبین خواهد رفت . حباب های هیدروژن در داخل مذاب به هم وصل شده و یک تونل گازی در درون جوش ایجاد می کند که پس از سرد شدن موجبات کاهش استحکام جوش و افزایش تجمع تنش و در نهایت شکست ماده خواهد شد . 

۷- در آلیاژهای –Si  Alبا اضافه شدن مقداری سیلیسیم خطر بروز ترکهای گرم بیشتر می شود و پس از ۰٫۵ درصد این خطر کاهش می یابد. برای رفع این عیب باید از مفتول های جوشکاری با مقدار سیلیسیم بالا استفاده کرد همچنین وجود تا ۱ درصد منیزیم در آلیاژهای آلومینیوم منیزیم نیز عامل بروز ترک در این آلیاژ است .

۸- ایجاد ترک در منطقه مجاور جوش به علت ایجاد لایه مذاب بعضی ترکیبات بین فلزی در این مناطق است . برای کاهش این نوع ترک ها باید از مفتول های جوشکاری با نقطه ذوب پایین استفاده کرد سرعت جوشکاری را افزایش داد و از فرایند جوشکاری استفاده نمود  تا حداکثر تمرکز حرارت را در یک نقطه ایجاد کند (TIG).

9- آلومینیوم و آلیاژهای آن به سرعت با اکسیژن هوا ترکیب و به شدت اکسیده می شود و لایه اکسید آلومینیوم نازکی همواره بر سطح این آلیاژ وجود دارد . لایه  اکسید آلومینیوم بسیار به هم چسبیده محکم و خلل ناپذیر بوده و به سختی به سطح آلیاژ می چسبد و اگر با تلاش بسیار و روشهای مکانیکی یا شیمیایی برداشته شود مجددا در زمان کوتاه تشکیل خواهد شد . ضخامت این قشر اکسیدی پیوسته با بالا رفتن درجه حرارت بیشتر می شود . نقطه ذوب این لایه در حدود  ۱۹۵۰ تا ۲۰۵۰ درجه سانتیگراد بوده ودر آلومینیوم جامد یا مذاب حل نمی شود. به همین دلیل از ذوب شدن لبه های اتصال جلوگیری می کند.  در نتیجه قطره مذاب به صورت گلوله ای روی این لایه قرار گرفته و اتصال برقرار نمی شود .لایه اکسیدی همچنین از برقراری اتصال الکتریکی در فرایند نقطه جوش نیز جلوگیری به عمل آورده یک عایق الکتریکی به حساب می آید. بنابراین باید به روش های مکانیکی یا شیمیایی لایه اکسیدس را قبل شروع جوشکاری یا به طور هم زمان برداشت .

در روش قوس الکتریکی با جریان DC مثبت و یا جریان AC با فرایندهای TIG و MIG/MAG که از قدرت پاک کنندگی قوس بالایی برخوردارند لایه اکسیدی در حین جوشکاری توسط قوس الکتریکی برداشته می شود و وجود گاز محافظ مثل آرگون یا هلیوم از تشکیل لایه اکسیدی بعدی جلوگیری می کند.