آیا جوشکاری روی آلومینیوم امکان‌پذیر است؟ شرایط انجام آن چگونه است؟

آلومینیوم و آلیاژهای آن یکی از پرکاربردترین فلزات مهندسی در دنیا هستند. این فلز پس از فولاد به عنوان دومین فلز پرمصرف در صنایع گوناگون شناخته می‌شود. جرم حجمی پایین در کنار استحکام  از مهم‌ترین خواص آلومینیوم است. اما در کنار تمام مزایایی که آلومینیوم دارد، تا مدت‌ها جوشکاری آلومینیوم امری غیرممکن به نظر می‌رسید. در این مقاله به بررسی علل جوش‌پذیری نامناسب آلومینیوم و راهکارهای غلبه بر این چالش می‌پردازیم.

مشکلات جوشکاری آلومینیوم

جوشکاری آلومینیوم تا سال‌ها امکان‌پذیر نبود. آلومینیومی که به روش‌های معمولی و متداول جوشکاری در آن زمان جوش داده می‌شدند دارای عیوب متعددی بودند. افت شدید خواص مکانیکی در ناحیه جوش از مهم‌ترین این عیب‌ها به شمار می‌رفت. آلومینیوم جوش داده شده در خط جوش خود رفتار ترد و شکننده‌ای از خود نشان می‌داد و زنگ‌زدگی فلز زمینه با سرعت بیشتری اتفاق می‌افتاد. تمامی مشکلات ذکر شده موانعی بودند که مانع از ورود آلومینیوم به تکنولوژی‌های پیشرفته می‌شدند. با گذشت زمان و افزایش دانش محققان این حوزه، روش‌های مناسبی برای جوشکاری آلومینیوم پیدا شد که در ادامه با برخی از آن‌ها آشنا می‌شویم.

انواع جوش آلومینیوم

دانشمندان متوجه شدند که ریشه مشکلات جوشکاری آلومینیوم  حرارت بالای جوشکاری ذوبی که باعث تضعیف ساختار می‌شود و از بین رفتن لایه اکسیدی محافظ آلومینیوم در برابر خوردگی است. برای عبور از این مشکلات تکنیک‌های جوشکاری متنوعی بنا شده است که در یک دسته‌بندی کلی در دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند:

• جوشکاری ذوبی در پناه گاز محافظ
• جوشکاری غیر ذوبی

در روش‌های ذوبی، جریانی از گاز خنثی مانند آرگون و یا co2 به ناحیه جوشکاری دمیده می‌شود. این گازها با فلزات مذاب واکنش نمی‌دهند و مانع ورود سایر ناخلصی‌ها نیز می‌شوند. در روش‌های غیر ذوبی، هدف جلوگیری از افت خواص مکانیکی به کمک پایین نگه‌داشتن دمای فرایند است. روش‌های غیر ذوبی در زمره روش‌های جدید به شمار می‌آیند و همچنان جای پیشرفت و بهبود عملکرد را دارند.

کاربرد جوشکاری آلومینیوم

همانطور که می‌دانید، علم هوانوردی و به طور کلی صنعت هوافضا وابستگی کاملی با آلومینیوم و آلیاژهای آن دارد. به هر میزان که کاربری آلومینیوم بیشتر شود، محققین حوزه هوانوردی نیز ابتکار عمل بیشتری برای پیشرفت‌های تکنولوژیکی دارند. جوشکاری آلومینیوم به دانشمندان این فرصت را می‌دهد تا از یکی از کارآمدترین روش‌های اتصال دائم مواد به یکدیگر بهره‌مند شوند. علاوه بر آن، آلومینیوم در صنایع دیگر مانند کشتی سازی و تولید پروفیل در و پنجره نیز کاربرد دارد که امکان جوشکاری، کمک راهگشایی به آن‌ها نیز به حساب می‌آید.

جوش آلومینیوم به آهن

 جوشکاری دو فلز با جنس‌های متفاوت از دیرباز چالشی برای دانشمندان بوده است. متناسب با شرایط کاری، نیاز به اتصال فلزات غیر هم جنس الزامی است. جوش آلومینیوم به آهن نیز از این قاعده مستثنا نیست. روش‌های قدیمی جوشکاری که عمدتا روش‌های ذوبی هستند، باعث می‌شوند که در هنگام اتصال، تمایل هر فلز به برقراری پیوند با نوع خود بیش از نوع دیگر باشد. به عنوان مثال، آلومینیوم مذاب تمایل به اتصال به آلومینیوم زمینه دارد و همین اتفاق برای آهن نیز پیش می‌آید. در چنین وضعیتی در واقع نوعی جدایش فازی در ساختار به وجود می‌آید و نتیجه آن چیزی نیست جز افت خواص قطعه. روش‌های مبتنی بر استفاده از فشار برای ایجاد اتصال در این زمینه بسیار پرکاربردتر به حساب می‌آیند. به عنوان مثال، جوش سرد برای اتصال سیم آلومینیومی به آهنی می‌تواند مفید واقع شود. تکنیک جوشکاری اصطکاکی-اغتشاشی نیز می‌تواند به کمک ایجاد فشار و چرخش در ناحیه خط جوش، اتصال باکیفیتی از دو فلز زمینه را برای ما فراهم آورد.

روش‌های جوش آلومینیوم

همانطور که گفته شد، روش‌های جوشکاری آلومینیوم به دو دسته ذوبی و غیر ذوبی تقسیم می‌شوند که در ادامه با آن‌ها آشنا می‌شویم:

جوشکاری ذوبی در پناه گاز محافظ

تکنیک‌های جوش آلومینیوم با کمک گاز محافظ در واقع تلاش می‌کنند تا با ایجاد محیطی خنثی در ناحیه خط جوش و در هنگام جوشکاری، از ورود اکسیژن موجود در هوا و یا هرگونه ناخالصی جلوگیری کنند. با وقوع این اتفاق، مشکل زنگ زدگی آلومینیوم تا حد مناسبی مرتفع می‌شود. جوشکاری CO2 از معروف‌ترین جوشکاری‌های این دسته به شمار می‌رود.

جوشکاری غیر ذوبی آلومینیوم ( جوش آلومینیوم خشک)

اگرچه استفاده از گاز محافظ برای رفع مشکل خوردگی مناسب بود اما کماکان فلز جوشکاری شده خواص مکانیکی غیر قابل قبولی داشت. جوش آلومینیوم خشک در واقع تکنیکی است که در آن اتصال بین فلزات به کمک فشار (و نه حرارت) ایجاد می‌شود. آلومینیوم به دلیل نقطه ذوب پایین نسبت به فولاد، گزینه مناسبی برای این نوع از جوشکاری به حساب می‌آید.

دستگاه جوش آلومینیوم

دستگاه جوش آلومینیوم بسته به ذوبی یا غیر ذوبی بودن آن می‌تواند کاملا متغیر باشد. در روش‌های ذوبی عموما از دستگاه جوش MIG و یا TIG برای برقراری اتصال استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها تجهیزات نسبتا به روزی دارند و علاوه بر آلومینیوم برای جوشکاری سایر فلزات همانند فولاد نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. روش TIG بر پایه الکترود غیر ذوبی و غیر مصرفی است که از تنگستن به عنوان الکترود و منبع انتقال حرارت استفاده می‌شود. اما اساس روش‌های غیر ذوبی مثل جوش سرد اعمال فشار است. به عنوان مثال در تکنیک جوشکاری اصطکاکی-اغتشاشی (FSW) تجهیزاتی مانند دستگاه فرز برای ایجاد فشار و چرخش مورد نظر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سیم جوش آلومینیوم

همانطور که گفته شد، در روش‌های ذوبی با دو مکانیزم برای سیم‌جوش مواجهیم. در روش TIG تنگستن به عنوان الکترود مورد استفاده قرار می‌گیرد ولی در روش MIG سیم‌جوش آلومینیوم مورد استفاده از نوع ذوبی است. در این روش، سیم‌جوش به صورت کلاف آلومینیومی در دستگاه قرار می‌گیرد و همزمان با جوشکاری، به صورت مداوم به ناحیه جوش شارژ شده و مصرف می‌شود. نکته حائز اهمیت در مورد سیم جوش آلومینیوم این است که باید گرید سیم‌جوش با گرید آلومینیوم تحت جوشکاری یکسان باشد و یا سازگاری مناسبی با آن داشته باشد. به عنوان مثال، برای جوشکاری آلومینیوم سری 6000 از سیم‌جوش سری 6000 و یا 4000 استفاده می‌شود.

جمع‌بندی

در این مقاله ابتدا به بیان مشکلات پیش‌ رو برای جوشکاری روی آلومینیوم پرداختیم و پس از آن، راهکارهای عبور از این چالش مورد ارزیابی قرار گرفت. سیم‌جوش‌ها و دستگاه‌های جوشکاری مناسب برای کار روی آلومینیوم نیز معرفی شد. برای مطالعه سایر مقالات مشابه به قسمت مقالات فولادینو مراجعه کنید. همچنین؛ شما عزیزان می‌توانید برای آگاهی از قیمت روز مقاطع آهنی موجود در بازار آهن و فولاد ایران روی دکمه زیر کلیک کنید و وارد وبسایت رسمی فولادینو شوید.