راهنمای جوشکاری آلومینیوم

آلومینیوم چیست؟

عنصر آلومینیوم با نماد شیمیایی Al و عدد اتمی ۱۳ در گروه بور جدول تناوبی قرارگرفته است و پس از اکسیژن و سیلیسیم به‌عنوان فراوان‌ترین عنصر شناخته می‌شود. این فلز نرم و نقره‌ای، با چگالی تقریبی 2770 کیلوگرم بر مترمکعب و با ویژگی‌هایی همچون شکل‌پذیری عالی، استحکام در برابر وزن بالا و خوردگی، قابل بازیافت بوده و با محیط‌زیست نیز سازگاری دارد و درواقع میان آلومینیوم تازه تولیدشده و بازیافتی تفاوتی وجود ندارد.

از کاربردهای آلومینیوم نیز می‌توان به صنعت حمل‌ونقل، بسته‌بندی، خطوط انتقال برق، ساختمان‌سازی و… اشاره نمود.

اما با همه این تفاسیر، جوشکاری آلومینیوم به تکنیک‌ها و فرآیندهای متفاوتی نسبت به جوشکاری فولاد نیاز دارد و دانستن این تفاوت‌ها برای انجام و تکمیل جوش‌های موفق و کار بر روی پروژه‌های مختلف بسیار مهم است. درحالی‌که جوشکاری آلومینیوم می‌تواند دشوار باشد، اما این مهارتی است که می‌توان با دانش و تمرین درست آن را توسعه داد. لذا در این مقاله سعی نموده‌ایم مختصری از نکات و مراحل جوشکاری صنعتی آلومینیوم را توضیح دهیم.

چرا جوشکاری آلومینیوم دشوار است؟

آلومینیوم یک نوع فلز رایج است که در ساخت‌وساز استفاده می‌شود. این ماده خورنده، سبک و زیبا آن را به انتخابی ایده‌آل برای انواع جوش‌ها تبدیل می‌کند. بااین‌حال، همان ویژگی‌هایی که آلومینیوم را جذاب می‌کند، می‌تواند کار با آن را نیز دشوار نماید. از دلایل دشوار بودن جوشکاری فلز آلومینیوم می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

• اکسیداسیون: در قسمت فوقانی فلز آلومینیوم، یک‌لایه اکسید وجود دارد که در دمای بالاتری نسبت به فلز آلومینیوم ذوب می‌شود. ذوب شدن فلز از طریق این لایه نیاز به کسب حرارت بالایی دارد اما بااین‌حال، جوشکار باید هنگام جوشکاری مواظب لایه زیرین آلومینیوم باشد تا ذوب نشود.
• تخلخل: در حالت مذاب، آلومینیوم هر چه بیشتر گرم شود، هیدروژن را سریع‌تر جذب می‌کند. این هیدروژن با بازگشت فلز به شکل جامد جدا شده و حباب‌هایی را در مواد باقی می‌گذارد که باعث متخلخل و ضعیف شدن فلز می‌شوند.
• ناخالصی‌ها: ازآنجایی‌که آلومینیوم فلزی بسیار حساس است، از راه‌های مختلفی همچون خاک، هوا و آب می‌تواند در طول فرآیند جوشکاری آلوده شود. همچنین این فلز ممکن است در اثر هوای واردشده به جوش به دلیل محافظ ضعیف یا قوس‌های بیش‌ازحد طولانی نیز آلوده شود. از طرفی اکسیژن می‌تواند استحکام و شکل‌پذیری آلومینیوم را کاهش داده و باعث تشکیل اکسید در جوش‌های آلومینیومی شود که بر ظاهر آن تأثیر می‌گذارد و جوشکاری چند پاسی را پیچیده می‌کند. هیدروژن نیز می‌تواند از منابع زیادی مانند رطوبت در شار الکترود، هوای مرطوب، اتصالات جوش مرطوب و غیره به وجود بیاید. به همین دلایل، تمیز کردن کامل آلومینیوم و نگهداری صحیح آن قبل از جوشکاری یکی از نکات مهم این فرایند محسوب می‌شود.
• ضخامت: جوشکاری آلومینیوم شامل کار با ضخامت‌های مختلف مواد می‌باشد. جوشکاران باید بدانند که چگونه از سوختن مواد نازک‌تر جلوگیری کرده و درعین‌حال به مواد ضخیم به اندازه کافی برای ایجاد یک جوش قوی نفوذ نمایند.

نکات جوشکاری آلومینیوم

درحالی‌که حین جوشکاری آلومینیوم با چالش‌های بزرگی مواجه می‌شویم، بااین‌حال یادگیری آن غیرممکن نیست و خوشبختانه، ابزارها و تکنیک‌هایی برای کمک به کار با خواص منحصربه‌فرد آلومینیوم وجود دارد. لذا با آگاهی از نحوه واکنش آلومینیوم و استفاده موثر از این ابزار و تکنیک‌ها، به‌خوبی بر هنر جوشکاری آلومینیوم تسلط پیدا خواهید کرد.

جوشکاری آلومینیوم به انتخاب فرآیند جوشکاری و مهارت استفاده از ابزارها و روش‌های خاص آلومینیوم بستگی دارد. همان‌طور که قبلا گفته شد آماده‌سازی مواد پیش از جوشکاری آلومینیوم بسیار مهم است. به‌عنوان‌مثال یکی از عیوب آلومینیوم این است که بیشتر از سایر فلزها در معرض ناخالصی قرار می‌گیرد، درنتیجه جوشکار می‌بایست پیش از شروع کار حتما نسبت به تمیز کردن آلومینیوم اقدام نماید.

در ادامه مطلب، چندین مرحله و نکته حائز اهمیت در جوشکاری آلومینیوم را ذکر خواهیم کرد:

1. از حلالی مانند استون یا محلول قلیایی ملایم مانند صابون قوی برای حذف هرگونه روغن، گریس و بخارآب از سطح آلومینیوم استفاده کنید.
2. برای حذف اکسیدهای سطحی از برس سیمی فولاد ضدزنگ (که منحصراً برای آلومینیوم می‌باشد) استفاده نمایید. این امر را می‌توان با یک قلیایی یا اسید قوی نیز انجام داد. حتما قبل از جوشکاری قسمت موردنظر را شسته و کاملا خشک کنید.
3. اگر نمی‌خواهید فوراً آن را جوش دهید، اتصال را جمع کرده و آن را بپوشانید. این کار از جذب آلودگی محیطی به مفصل جلوگیری می‌کند.
4. آلومینیوم تهیه‌شده باید ظرف چند روز جوش داده شود، و در غیر این صورت می‌بایست مجددا شسته و خشک شده و در دمای اتاق نگهداری شود.
5. ایمنی یکی دیگر از نکات حیاتی جوشکاری آلومینیوم یا هر ماده‌ی دیگری می‌باشد. همیشه از وسایل حفاظتی مناسب مانند عینک ایمنی، کلاه ایمنی، دستکش، کفش مناسب و… جهت محافظت از خود در برابر جرقه و پاشش فلز استفاده نمایید. همچنین وجود تهویه دود برای دور نگه‌داشتن دودهای جوش از ناحیه تنفسی جوشکار نیز ضروری می‌باشد.

نحوه جوشکاری آلومینیوم

روش‌های جوشکاری آلومینیوم بسته به تکنیک و ابزار مورداستفاده به چند دسته زیر تقسیم می‌شود:

• جوشکاری قوس الکتریکی تحت محافظت با گاز تنگستن GTAW/TIG
• جوشکاری قوس الکتریکی تحت محافظت گاز GMAW/MIG
• جوشکاری پرتوی لیزر و جوشکاری پرتوی الکترونی
• جوشکاری مقاومتی

جوشکاری قوس الکتریکی تحت محافظت با گاز تنگستن  GTAW/TIG

جوشکاری قوسی تنگستن گازی (GTAW) که به‌عنوان جوشکاری با گاز بی‌اثر تنگستن (TIG) نیز شناخته می‌شود، یکی از محبوب‌ترین فرآیندهای جوشکاری انتخاب‌شده برای آلومینیوم می‌باشد. دلیل محبوبیت این روش می‌تواند عدم نیاز آن به دستگاه تغذیه سیستم مکانیکی که عامل چالش‌های مربوط به سیستم تغذیه جوشکاری است در نظر گرفته شود.

نکات مهم جوشکاری قوس الکتریکی تحت محافظت با گاز تنگستن  GTAW/TIG

• الکترود یا میله تنگستن مناسب را انتخاب کنید، بهترین انتخاب برای آلومینیوم معمولاً یک میله تنگستن خالص است.
• زمانی را به آماده‌سازی آلومینیوم با تمیز کردن و گرم کردن آن اختصاص دهید.
• مطمئن شوید که جریان آرگون بیش‌ازحد در مشعل وجود نداشته باشد، زیرا می‌تواند باعث ایجاد قوس نامنظم شود.
• جهت جلوگیری از تاب برداشتن از هیت سینک استفاده نمایید.
• هنگام جوشکاری، الکترود یا میله پرکننده آلومینیومی مناسب را عاری از هرگونه آلاینده نگه‌داشته و آن را با مواد پایه ذوب کنید تا یک گودال جوش ثابت ایجاد شود.

جوشکاری قوس الکتریکی تحت محافظت گاز GMAW/MIG

جوشکاری قوس فلزی با گاز (GMAW)، که معمولاً به‌عنوان جوشکاری با گاز بی‌اثر فلز (MIG) نیز شناخته می‌شود، روش رایج دیگری است که برای جوشکاری آلومینیوم استفاده می‌گردد. این نوع جوش معمولاً دارای سرعت سریع‌تر و نرخ رسوب بالاتری نسبت به جوشکاری TIG می‌باشد که بر کیفیت جوش نیز تأثیر می‌گذارد. اما بااین‌حال، از یک سیستم تغذیه سیم مکانیکی استفاده می‌کند، به این معنی که جوشکار ممکن است مجبور باشد از یک تفنگ قرقره یا تفنگ فشاری برای امکان تغذیه سیم استفاده نماید.

نکات مهم جوشکاری قوس الکتریکی تحت محافظت گاز GMAW/MIG

• تغذیه سیم فشاری را آماده و آلومینیوم را تمیز کنید و لبه‌هایی که به هم متصل می‌شوند را نیز سوهان بکشید.
• در حین جوشکاری از کشیدن خودداری نموده و به‌جای آن، با زاویه 10 تا 15 درجه فشار وارد کنید.
• جهت بهبود ظاهر کلی جوش و کمک به جلوگیری از عیوب، از مهره‌های مستقیم چندگانه استفاده نمایید.
• از یک هیت سینک استفاده کنید تا گرمای اضافی را جذب کرده و سرعت جوش را کندتر کند.

جوشکاری پرتوی لیزر و جوشکاری پرتوی الکترونی

روش‌های جوشکاری پرتو معمولاً برای آلومینیوم استفاده می‌شود. جوشکاری پرتوی الکترونی دارای یک ناحیه متاثر از حرارت بسیار دقیق می‌باشد که به‌راحتی قابل‌کنترل بوده و برای آلومینیوم ایده‌آل است. جوشکاری پرتو لیزر نیز برای مواد حساس به ترک‌خوردگی مانند آلومینیوم و ایجاد جوش‌هایی سریع و تمیز عالی می‌باشد.

جوشکاری مقاومتی

در این نوع روش جوشکاری، فلزات را با اعمال فشار و عبور جریان از نواحی فلزی در حال اتصال به یکدیگر متصل می‌کنند. هنگام استفاده از جوشکاری مقاومتی برای فلز آلومینیوم جوشکار باید از هدایت حرارتی و الکتریکی بالای این فلز آگاه باشد.

درنهایت لازم به ذکر است که هر نوع روش جوشکاری که در آن از جریان شار استفاده شود مانند جوشکاری چسبی، جوشکاری قوسی و جوشکاری قوسی غوطه‌ور به دلیل ایجاد تخلخل، برای آلومینیوم مناسب نمی‌باشد.

مواردی که هنگام جوشکاری آلومینیوم باید از آنها اجتناب کرد

اکنون که انواع روش‌های جوشکاری آلومینیوم را به‌طور کامل توضیح دادیم حال نوبت به توضیح اشتباهات رایجی می‌رسد که هنگام جوشکاری آلومینیوم باید از آنها دوری نمود:

1. استفاده از تکنیک‌های یکسان: وقتی صحبت از جوشکاری آلومینیوم می‌شود، جوشکار باید رویکردی کاملاً متفاوت با موادی مانند فولاد داشته باشد. در جوشکاری آلومینیوم باید از روش‌های منحصربه‌فرد این فلز استفاده کرد زیرا در غیر این صورت شاهد به وجود آمدن خطراتی اجتناب‌ناپذیر خواهیم بود.
2. عدم استفاده از تجهیزات حفاظت فردی (PPE): برای جوشکاری آلومینیوم و یا هر ماده دیگری باید استفاده از تجهیزات حفاظت فردی به‌عنوان اولین مرحله و گزینه در نظر گرفته شود.
3. آماده نبودن جوشکار و مواد: هم جوشکار و هم مواد نیاز به آماده‌سازی اولیه دارند. جوشکار باید مطمئن شود که با فرایند و مراحل جوش آلومینیوم آشنایی کامل داشته باشد و سپس نسبت به تمیز کردن آلومینیوم و ایجاد شرایط نگهداری آن اقدام نماید.
4. نادیده گرفتن جزئیات: موفق‌ترین جوشکاران به شما خواهند گفت که جزئیات همه‌چیز است. در این صنعت، کوچک‌ترین اشتباه مخصوصا در مورد جوشکاری آلومینیوم می‌تواند منجر به ایجاد خطای پیچیده‌ای شود. درنتیجه همیشه به جزئیات کار توجه کرده و مجددا آن را بررسی نمایید.
5. عدم مهارت کافی: آموختن و کسب مهارت در جوشکاری آلومینیوم فرایندی زمان‌بر می‌باشد درنتیجه تا از میزان مهارت خود مطمئن نشدید، دست به انجام آن نزنید.

کلام آخر

میزان کیفیت جوش یکی از مهم‌ترین نکات جوشکاری می‌باشد و قطعا همان‌طور که می‌دانید استفاده از مواد باکیفیت، اولین عامل موثر در ایجاد یک جوش قوی محسوب می‌شود. به همین دلیل انتخاب یک ارائه‌دهنده مطمئن مواد مصرف جوشکاری یکی از مراحل مهم این فرایند بشمار می‌رود. شرکت بازرگانی پاشا جوش صنعت با بیش از دو دهه تجربه درزمینه واردات و توزیع انواع مواد مصرفی جوشکاری می‌تواند گزینه‌ی مناسبی برای تهیه مواد اولیه جوشکاری و همراه شما در این زمینه باشد.