انواع روش‌های جوشکاری آلومینیوم به همراه تکنیک‌ها

جوشکاری آلومینیوم امروزه در بیشتر کارگاه‌ها  استفاده می‌شود. آلومینیوم از فلزهای سبک و نازک است که در کارگاه‌های جوشکاری از آن بسیار استفاده می‌شود. برای اینکه در مواد مورد استفاده سوراخ ایجاد نشود، از این فلز در دماهای پایین جهت جوشکاری استفاده می‌شود. جوشکاری آلومینیوم از جوشکاری فولاد سخت‌تر بوده و نیاز به تجهیزات تخصصی و مراقبت دارد. در ادامه این مطلب انواع روش‌های جوشکاری آلومینیوم به همراه تکنیک‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهیم. تا پایان این مطلب همراه ما باشید.

انواع روش های جوشکاری آلمینیوم

در این مقاله انواع روش‌های جوشکاری آلومینیوم به همراه تکنیک‌ها را برای شما کاربران عزیز مورد بررسی قرار دادیم. جوشکاری آلومینیوم نسبت به فولاد بسیار مهم و با اهمیت است. این نوع جوشکاری نیاز به دقت و سرعت عمل بالایی دارد. باید افرادی که دارای تجربه و مهارت بالا هستند، جهت انجام این نوع جوشکاری اقدام کنند.

جوشکاری آلومینیوم با الکترود

الکترودهایی که جهت جوشکاری آلومینیوم مورد استفاده قرار می‌گیرند، از پوشش ضخیم برخوردار بوده و جنس آن‌ها حدود ۹۵ درصد آلومینیوم و ۵ درصد سیلیسوم است. با توجه به ضخامت قطعه کار قطر الکترود مناسب را انتخاب نمایید؛ چرا که پوشش الکترود رطوبت را جذب کرده و پس باید آن را در محل خشک نگهداری نمایید. الکترودهایی که مرطوب هستند، در درجه حرارت ۲۰۰ درجه سانتیگراد می‌توانید خشک کنید زاویه الکترون نسبت به قطعه کار را در جوش آلومینیوم باید حدود ۴۵ درجه تنظیم نمایید جهت ایجاد قوس الکترود و کارت نوک الکترود و کار را توسط برس سیمی یا کاغذ سمباده تمیز کنید. توجه داشته باشید که عنصر پایه الکترود آلومینیوم خود فلز آلومینیوم است.

با توجه به آلیاژ‌های اضافه شده خصوصیت و ویژگی‌هایی به خود می‌گیرد که در انواع مختلف تقسیم بندی می‌شود. دسته اول آن الکترود خالص است. استفاده از این نوع الکترود آلومینیوم برای جوشکاری بدنه وسایل و قطعاتی که در محیط‌های شیمیایی تولید می‌شوند، بسیار مناسب است. این نوع الکترود دارای ۹۹ درصد آلومینیوم و یک درصد آهن و سیلیسیم است. الکترود با آلیاژ آلومینیوم منگنز برای ساخت و جوشکاری لوازم آشپزخانه همچنین صنایع شیمیایی که باید در برابر خوردگی و ساییدگی از مقاومت بالا برخوردار باشند، گزینه مناسبی است. برای جوشکاری صنایع کشتی‌سازی و خودروسازی می‌توان از الکترود پایه استفاده کرد که علاوه بر آلومینیوم دارای مقدار زیادی سیلیسیم در ترکیب آن باشد. جوشکاری با الکترود آلومینیوم نیز یکی از بهترین روش ها می باشد.

طریقه جوشکاری آلومینیوم با برق

برای جوشکاری آلومینیوم همیشه باید طول قوس کوتاه باشد. برای اینکه جوشکاری به درستی و طبق اصول انجام شود، جوشکار باید سعی کند قطعاتی که از ۵ میلی‌متر ضخیم‌تر هستند، را حدود ۲۰۰ درجه گرم کنند و قطعاتی که تا ۲۰ میلیمتر ضخامت دارند، باید حدود ۴۰۰ درجه سانتیگراد گرم کنند. در زمان تعویض الکترود و کار جوشکاری حدود ۳ سانتی‌متر از تفاله‌هایی که روی جوش قرار دارند، را پاک کنید. برای جوشکاری آلومینیوم با جریان برق جوشکارها از قطب معکوس استفاده می‌کنند. قطعات آلومینیومی ریخته شده را باید قبل از اینکه جوشکاری انجام شود، حدود ۲۶۰ درجه سانتیگراد گرم نمایید. پس از پایان عملیات جوشکاری از روی گرده جوش تفاله جوش را پاک کرده و سپس آن را با آب ولرم شستشو دهید.

ورق‌های آلومینیومی که ضخامت آن‌ها از ۲ میلی‌متر کمتر است، توسط جوش اکسیژن یا استیلن باید جوشکاری شوند. توجه کنید که از گرد مخصوص جوش آلومینیومی در جوش گاز استفاده کنید؛ چرا که این کار علاوه بر اینکه محکم بوده مانع ریختن آن می‌شود، در ایجاد حوزه مذاب سریع سرعت عمل از اهمیت بالایی برخوردار است. همچنین باید شعله به صورت احیا کننده استفاده شود؛ زیرا به سرد بودن کار بسیار کمک می‌کند. توصیه می‌کنیم از آجرهای نسوز یا مواد شبیه به آن استفاده کنید.

جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود ثابت

یکی از روش‌های موثر در جوشکاری آلومینیوم، جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود ثابت است. در این روش جوشکاری بین الکترود ثابت و قطعه کار یک قوس الکتریکی ایجاد خواهد شد. در زمان اتصال از یک گاز خنثی مثل آرگون استفاده خواهد شد که مانع ذوب الکترودها و اکسید شدن آن خواهد شد؛ به همین خاطر این روش جوشکاری به نام جوشکاری آرگون نیز شناخته می‌شود. پس از پایان یافتن کار جوشکار باید به محل جوش یک مفتول آلومینیومی اضافه شود که جای خالی را پر کرده و همچنین ماده مذاب را نیز تقویت و مقاوم می‌کند. در جوشکاری آلومینیوم با آرگون از جریان متناوب AC استفاده می‌شود. این روش جوشکاری برای ورق‌هایی که دارای ضخامت ۱ تا ۶ میلی‌متر هستند، بسیار مناسب است. این روش جوشکاری بسیار دقیق و کنترل شده محسوب می‌شود؛ به همین دلیل به عنوان روشی تخصصی در صنعت دریایی و صنعت هوا و فضا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

جوشکاری قوسی با الکترودهای مصرفی

این جوشکاری به نام جوشکاری MIG نیز شناخته می‌شود که در آن از سیم جوش به عنوان الکترود استفاده خواهد شد. سیم جوش دور یک حلقه درون انواع اینورتر جوشکاری پیچیده شده که یک سر آن به تفنگ جوشکاری اتصال داده می‌شود. در این روش جوشکاری از هلیوم یا SO2 به عنوان گاز خنثی استفاده می‌شود. برای قطعاتی با ضخامت ۴ میلی‌متر این روش جوشکاری بسیار مناسب است. برای قطعه کارهایی تا ضخامت یک میلی‌متر از جریان مستقیم DC استفاده می‌شود. برای قطعات با ضخامت‌های بالاتر از جریان متناوب AC استفاده می‌شود.

جوش آلومینیوم خشک

جوش آلومینیوم خشک یک فرآیند جوشکاری است که از فشار برای ایجاد اتصال بین دو قطعه آلومینیوم استفاده می کند. در این فرآیند، دو قطعه آلومینیوم به هم فشرده می شوند و سپس با استفاده از یک دستگاه جوش، فشار اعمال می شود. این فشار باعث می شود که اتم های آلومینیوم در دو قطعه به هم بچسبند و یک اتصال محکم ایجاد کنند. جوش آلومینیوم خشک دارای مزایای زیادی نسبت به روش های جوشکاری ذوبی مانند جوشکاری قوس الکتریکی است.

این فرآیند آلومینیوم را در دمای پایین نگه می دارد، که به جلوگیری از اکسیداسیون و سایر مشکلات جوشکاری کمک می کند. جوشکاری آلومینیوم خشکه همچنین می تواند در ضخامت های ورق آلومینیوم نازک تر از روش های ذوبی استفاده شود. جوش آلومینیوم خشک برای طیف گسترده ای از کاربردها، از جمله ساخت قطعات خودرو و هوافضا گرفته تا ساخت ظروف آشپزخانه و مبلمان، استفاده می شود.

جوشکاری آلومینیوم با هوا گاز

جوشکاری آلومینیوم با هوا گاز یکی از روش‌های متداول برای اتصال قطعات آلومینیومی است که از گرمای حاصل از شعله‌ی گاز استیلن و اکسیژن برای ذوب فلز استفاده می‌کند. این روش مزایا و معایبی دارد که در ادامه به بررسی آن‌ها می‌پردازیم.

 تجهیزات مورد نیاز برای جوشکاری هوا گاز نسبت به سایر روش‌ها مانند TIG ارزان‌تر است. تجهیزات این روش به راحتی قابل حمل و نقل هستند و می‌توان از آن‌ها در مکان‌های مختلف استفاده کرد. اصول اولیه جوشکاری هوا گاز نسبتاً ساده است و می‌توان با کمی تمرین به مهارت کافی در این زمینه دست یافت. این روش برای جوشکاری ضخامت‌های مختلف آلومینیوم و همچنین اشکال مختلف آن مانند لوله‌ها و ورق‌ها قابل استفاده است.

کیفیت جوش آلومینیوم با هوا گاز به مهارت جوشکار و تنظیم دقیق شعله بستگی دارد. جوشکاری قطعات نازک آلومینیوم با هوا گاز می‌تواند چالش برانگیز باشد. سرعت جوشکاری آلومینیوم با گاز نسبت به روش‌های دیگر مانند TIG پایین‌تر است. جوشکاری هوا گاز با خطرات ایمنی مانند آتش‌سوزی و انفجار همراه است.

اصول جوشکاری آلومینیوم با اینورتر

یکی از نکات بسیار مهم در جوش آلومینیوم با اینورتر انتخاب نوع آلیاژ است؛ چرا که آلومینیوم از آلیاژ‌های بسیاری با خواص جوش‌پذیر متفاوت برخوردار است. مهم‌ترین اصول جوشکاری آلومینیوم که جوشکار باید بداند، این است که تمام آلیاژ‌های آلومینیوم قابلیت جوشکاری به روش قوس الکتریکی GMAW و قوس الکتریکی GTAW را ندارند. آلیاژ‌های سری‌های ۱۰۰۰ و ۳۰۰۰ و ۵۰۰۰ و ۶۰۰۰ را می‌توان توسط جوشکاری قوسی جوشکاری کرد. اما آلیاژ های سری ۲۰۰۰ و ۷۰۰۰ را نمی‌توان توسط جوشکاری قوسی جوشکاری کرد. در این بین برخی از آلیاژ‌ها استثنا هستند. به عنوان مثال آلیاژ‌های سری 2219 و ۷0۲۰ استثنا بوده و توسط جوشکاری قوسی قابلیت جوش دادن را دارند. آلیاژ‌های آلومینیوم به خاطر اکسیداسیون سریع تحت یک اتمسفر گاز محافظ به روش‌های مختلفی جوشکاری می شوند. گاز محافظ آرگون هلیم و یا مخلوطی از این دو گاز است.

انتخاب فلز پر کننده در جوشکاری آلومینیوم

انتخاب فلز پر کننده در جوشکاری آلومینیوم از اهمیت بالایی برخوردار است. خواص سیم جوش باید با خواص آلومینیوم پایه یکسان باشد. جهت کارایی بهتر جوشکار سعی می‌کند تا دمای ذوب سیم جوش و فلز پایه مشابه باشد. نکته مهمی که باید در نظر بگیرید این است که جهت ثابت ماندن مقدار منیزیم در فلز پایه باید سیم جوش نیز حدود دارای مقداری منیزیم باشد. در این صورت تغییر شکل و پیچیدگی پس از پایان عملیات جوشکاری بسیار کمتر شده و به حداقل می‌رسد. مزایای بالا همچون قیمت پایین، تنوع زیاد آلیاژ‌های آلومینیوم باعث شده است تا نسبت به دیگر مواد در فرایندهای تولیدی مزایای بسیاری داشته باشد. با این حال انتخاب آلیاژ مناسب بسیار مهم و حیاتی است. انتخاب فلز پر کننده به دو فاکتور ایجاد استحکام مکانیکی کافی و ایجاد بستر جوشی بدون ترک جوش پس از جوشکاری بستگی دارد. جهت اتصالاتی که پس از جوشکاری آندایز استفاده می‌شود، حتماً فلز پر کننده‌ای را انتخاب کنید که ترکیب آلیاژ آن نزدیک به فلز پایه بوده و به این صورت پس از آندایز تفاوت ظاهری مشاهده نمی‌کنید.

الکترود مخصوص آلومینیوم خالص در دستگاه‌ها

الکترود آما ۱۰۷۵ الکترود آلومینیوم روپوش شده برای جوشکاری آلومینیوم خالص در دستگاه‌ها مناسب است. این الکترود از جریان نرم برخوردار بوده و در تمامی حالات جوش‌پذیر است؛ زیرا نقطه ذوب آن پایین بوده و خیلی زود آب می‌شود. جهت جلوگیری از سوختن و پاشیدن طول قوس را کوتاه در نظر بگیرید. جهت به دست آوردن درز صاف و بدون سوراخ در قطعاتی که از ۸ میلی‌متر کلفت‌تر هستند، سعی کنید قطعه را تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد گرم کنید. قوس الکترود معادل ضخامت دیواره جوش دادنی باید انتخاب شود. جهت محاسبه درز جوش مقاوم در الکتروشیمی باید بقایای سرباره جوش را به خوبی پاک کنید. جنس روپوش رطوبت را جذب می‌کند؛ به همین خاطر باید الکترود را در محل خشک نگهداری کنید. الکترودهای مرطوب را می‌توان در درجه ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد دوباره خشک کرد. برای شناسایی این الکترود می‌توانید به رنگ آن توجه کنید که در انتها قهوه‌ای با خال نقره‌ای است. برای آلیاژ‌های آلومینیوم همچون  AlMn، ,MlMg ,AlMg1 ,AlMg3 AlMg5 و در وسایل نقلیه، دستگاه‌ها و مخزن سازی از الکترود روپوش دار استفاده می‌شود.

بهترین فرایند و روش برای ایجاد جوش آلومینیوم

برای جوشکاری آلومینیوم از فرایندهای مختلفی می‌توان استفاده کرد. جوشکاری با الکترود ثابت، جوشکاری با الکترودهای مصرفی، جوشکاری پرتو لیزر و جوشکاری پرتو الکترونیک، جوش مقاومت از فرایندهایی است که می‌توان جهت جوش برای جوشکاری آلومینیوم استفاده کرد. هر یک از این روش‌ها دارای خواص و ویژگی‌های خاصی است که با توجه به قطعه کار از نوع مناسب آن باید استفاده شود.

بهترین فرایند و روش برای ایجاد جوش آلومینیوم جوش قوس الکتریکی تنگستن  GTAW است. در صورتی که نتوان از این روش استفاده کرد، جوشکاری با الکترود ثابت فرایند عالی بهترین فرایند برای ایجاد جوش آلومینیوم است؛ زیرانیاز به تغذیه سیم مکانیکی نداشته و مشکلات تغذیه‌ای را ایجاد می‌کند. در عوض مواد پر کننده توسط جوشکار به درون گودال تغذیه خواهد شد. فرایند تنگستن کاملاً تمیز بوده و مانع آلودگی آلومینیوم در محیط می‌شود.

نکات مهم برای انجام جوشکاری آلومینیوم

برای انجام هر کاری باید اصول اولیه آن را فرا بگیرید. برای جوشکاری آلومینیوم نیز باید ابتدا اصول مقدماتی آن را در نظر بگیرید و نکات مهمی را مد نظر قرار دهید تا به صورت اصولی انجام شود. اطلاع از جنس و قابلیت‌های آلیاژ‌های مختلف آلومینیوم برای جوشکاری بسیار مهم است. در آلیاژ‌های مختلف قدرت حرارتی باعث انعطاف پذیری آلیاژ شده و به همین خاطر به یک روش و میزان حرارت مشترک نمی‌توان تمامی آلیاژ‌ها را منعطف کرد. معمولاً به روش قوس الکتریکی آلومینیوم را جوشکاری می‌کنند. البته ناگفته نماند که از این روش نیز برای هر آلیاژی نمی‌توان استفاده کرد. برای انتخاب نوع جوشکاری مناسب اطلاع از آلیاژ‌های آلومینیوم بسیار مهم است.

 برای جوشکاری آلومینیوم باید ابتدا تمامی مواد مورد نیاز و وسایل را پاک و تمیز نمایید. با گذشت زمان به مرور در قسمت بیرونی آلومینیوم یک لایه از اکسید آلومینیوم قرار می‌گیرد که در دمای بسیار بالاتر از آلومینیوم ذوب خواهد شد؛ به همین خاطر لازم است که قبل از عملیات جوشکاری سطح آلومینیوم را پاک نمایید. توسط مسواک زنگ زده یا پاشیدن اکسیدها می‌توانید این کار را انجام نمایید. اما در صورتی که برای تمیز کردن از برس‌های سیمی استفاده می‌کنید، حتماً نوع جدید آن باشد. اگر در پشت آن اثری از فلزات باشد که این در کیفیت جوش بسیار تاثیر دارد.

مراحل انجام جوشکاری آلومینیوم

جهت انجام اصولی فرایند جوشکاری آلومینیوم لازم است که مراحل فرایند جوشکاری را به درستی و طبق اصول پیش بروید. تمیزکاری اولیه، انتخاب روش صحیح جوشکاری همگی در نتیجه نهایی یک جوش با کیفیت و سالم تاثیر دارند. مراحل جوشکاری آلومینیوم به شرح ذیل است:

تمیزکاری سطح و انواع روش‌های

با توجه به اینکه آلومینیوم به اکسیژن تمایل زیادی دارد، روی سطح آن همیشه اکسید آلومینیوم قرار می‌گیرد. این اکسید باید قبل از انجام هر عمل جوشکاری یا لحیم کاری باید از بین برود؛ همچنین از تشکیل اکسید در طول فرایند اتصال نیز باید بتوانید جلوگیری کنید. اگر اکسید آلومینیوم به صورت کامل از روی سطح آلومینیوم حذف نشود، باعث می‌شود تا ذرات کوچک اکسید ذوب نشده و در حوضچه جوش به دام می‌افتند که به این صورت شکل پذیری کاهش پیدا کرده و همچنین احتمال ترک خوردگی جوش وجود دارد. توسط روش‌های مکانیکی شیمیایی یا الکتریکی می‌توانید اکسید آلومینیوم را از بین ببرید. خراش دادن با ابزار تیز، کاغذ سنباده، برس سیمی، سوهان کردن از روش‌های مکانیکی محسوب می‌شود. استفاده از محلول‌های پاک کننده از روش‌های شیمیایی است که می‌توان توسط آن اکسید آلومینیوم را از بین برد. اگر از غوطه ورکردن برای پاک کردن اکسید استفاده می‌کنید، شستشوی سرد و گرم توصیه می‌شود.

پیش گرم کردن

آلومینیوم از هدایت حرارتی بالا و دمای ذوب پایین برخوردار است. با توجه به آلیاژ خاص ۳ تا ۵ برابر از فولاد گرما را سریعتر انتقال می‌دهد. به همین دلیل گرمای بیشتری باید به آلومینیوم وارد کنید؛ حتی اگر دمای ذوب آلومینیوم از نصف دمای فولاد کمتر باشد. به خاطر هدایت حرارتی بالاتر این آلومینیوم پیش گرما برای جوشکاری قطعات ضخیم‌تر استفاده خواهد شد. در صورتی که دما خیلی بالا باشد، استحکام اتصال جوش در آلیاژ‌های عملیات حرارتی و سخت کاری شده امکان دارد کمتر شود و قطعات نباید از حد لازم در این دما نگهداری شوند. رسانای حرارتی بالای آلومینیوم بسیار مفید است؛ زیرا حرارت اگر بسیار سریع از جوش خارج شود، خیلی سریع‌تر جامد خواهد شد. انبساط حرارتی آلومینیوم نسبت به فولاد دو برابر است. علاوه بر این در جوش‌های آلومینیوم در زمان انجماد از حالت مذاب حدود ۶ درصد از حجم آن کمتر می‌شود که این تغییر ابعاد باعث می‌شود تا در شکل نهایی خطه اوجاج و ترک ایجاد شود .

انتخاب مواد پر کننده و الکترودهای مناسب

برخی از آلیاژ‌های آلومینیوم را بدون مواد پر کننده نمی‌توان جوش داد. آلیاژ‌هایی مثل 6061 در صورتی که بدون مواد پر کننده جوش داده شوند، دچار ترک خوردگی خواهند شد. برای جوشکاری اصولی باید نوع مناسب مواد پر کننده را انتخاب نمایید.

انتخاب روش جوشکاری آلومینیوم

یکی از فاکتورهای بسیار مهم انتخاب روش مناسب برای جوشکاری آلومینیوم و آلیاژ‌های آن است؛ زیرا برخی از فرایندها برای جوشکاری آلومینیوم اصلا مناسب نیستند. در صورت اطلاع نداشتن از روش‌های مناسب امکان ایجاد یک جوش معیوب بسیار بالا است.

سخن پایانی

بهتر است قبل از جوشکاری حتماً سطح آلومینیوم را تمیز کرده، چرا که اکسید آلومینیوم موجود روی سطح آلومینیوم مانع جوشکاری مناسب و اصولی آن می‌شود. انتخاب روش مناسب جوشکاری با توجه به قطعه کار بسیار مهم و حیاتی است. در صورتی که روش جوشکاری مناسبی انتخاب نشود، نتیجه نهایی چندان رضایت بخش نخواهد بود و امکان دارد قطعه دچار ترک خوردگی و شکستگی شود. به همین دلیل باید با توجه به نوع قطعه کار نوع روش مناسب را انتخاب کنید.