جوشکاری آلومینیوم چیست و به چه روش‌هایی انجام می‌شود؟

جوشکاری یکی از امور بسیار مهم در صنعت ساخت و ساز است و به روش‌های مختلفی انجام می‌شود. یکی از انواع جوشکاری که از اهمیت بسیار زیادی هم برخوردار است، جوشکاری آلومینیوم می‌باشد. جوشکاری آلومینیوم شرایط خاص خود را دارد و باید با استفاده از ابزارها و تجهیزات مناسبی انجام شود. در این مطلب قرار است به بررسی جوشکاری آلومینیوم بپردازیم و با روش‌های انجام آن بیشتر آشنا شویم.

آلیاژ آلومینیوم و کاربرد آن در صنعت

پیش از آنکه به سراغ جوشکاری آلومینیوم برویم، بهتر است با این آلیاژ پرکاربرد آشنا شوید. آلومینیوم جزو آلیاژهای فراوان به حساب می‌آید؛ برای همین است که جزو فلزهای پرمصرف به شمار می‌رود و در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد. این آلیاژ از رنگ سفید برخوردار بوده و هدایت الکتریکی و حرارتی زیادی دارد. زمانی که این آلیاژ در مجاورت هوا قرار می‌گیرد، روی آن را لایه‌ای از اکسید آلومینیوم پوشش می‌دهد. درجه ذوب آلومینیوم برابر با 58 درجه سانتی‌گراد و درجه ذوب اکسید آن، 2000 درجه سانتی‌گراد است. برای اینکه اکسید آلومینیوم از بین برود، از پوشش‌هایی که تولید سرباره مخصوص می‌کنند استفاده می‌شود. همچنین با استفاده از گرد جوشکاری آلومینیوم، میتوان لایه اکسید شده روی آن را برطرف کرد. البته لازم به ذکر است که اکسید آلومینیوم یک لایه محافظتی قوی بوده و از نفوذ مایعات و گاز به درون آن جلوگیری می‌کند. برای همین است که آلومینیوم در برابر نشت و نفوذ مقاومت بسیار بالایی دارد.

معرفی بهترین آلیاژهای آلومینیوم جهت جوشکاری

برای جوشکاری آلومینیوم میتوان از آلیاژهای زیادی از آلومینیوم استفاده کرد. این آلیاژها که به عنوان فیلر یا فلز پرکننده هم شناخته می‌شوند، هر کدام خصوصیات خاص خود را دارند. در اینجا به چند مورد از مناسب‌ترین آلیاژهای آلومینیوم برای جوشکاری اشاره می‌کنیم.

• آلیاژهای آلومینیوم سری 1000؛ آلومینیوم خالص

در آلیاژهای آلومینیوم سری 1000، درصد زیادی از آلومینیوم خالص استفاده شده است. این آلیاژها از سختی قابل قبولی در برابر خوردگی برخوردارند و جوش‌پذیری بالایی دارند.

• آلیاژهای آلومینیوم سری 2000؛ ترکیب آلومینیوم و مس

آلیاژهای سری 2000 ترکیبی از آلیاژهای آلومینیوم و مس هستند. این دسته از آلیاژها جوش‌پذیری پایینی دارند و شکل‌گیری و انعطاف‌پذیریشان کم است. برای همین به طور کلی آلیاژهای آلومینیوم سری 2000، در برابر خوردگی از دوام کمتری برخوردار می‌باشند. بیشتر از این دسته آلیاژهای آلومینیومی، در امور صنایع هوافضا استفاده می‌شود.

• آلیاژهای آلومینیوم سری 3000؛ ترکیب آلومینیوم و منگنز

آلیاژهای سری 3000، از ترکیب آلومینیوم و منگنز ساخته می‌شوند. ترکیب این آلیاژها باعث شده تا این سری از آلیاژهای آلومینیومی مقاومت خوبی در برابر خوردگی داشته باشند و بتوانند به راحتی شکل داده شوند. همچنین این آلیاژها از جوش‌پذیری خوبی برخوردارند. برای همین از آنها بیشتر برای ساخت سیستم‌های تهویه هوا و مبدل‌های حرارتی استفاده می‌شود.

• آلیاژهای آلومینیوم سری 4000؛ ترکیب آلومینیوم و سیلیکون

آلیاژهای سری 4000، از ترکیب آلومینیوم به همراه سیلیکون ساخته می‌شوند. از آنجایی که سیلیکون نقطه ذوب پایینی دارد، از آلیاژهای این سری بیشتر برای ساخت سیم جوش آلومینیوم استفاده می‌شود.

• آلیاژهای آلومینیوم سری 5000؛ ترکیب آلومینیوم و منیزیم

در ساخت آلیاژهای سری 5000، از آلومینیوم و منیزیم استفاده می‌شود. این دسته از آلیاژها استحکام و مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارند و شکل‌پذیری و جوش‌پذیری بالایی دارند. از آلیاژهای آلومینیوم سری 5000 نیز برای ساخت فیلر استفاده زیادی می‌شود.

• آلیاژهای آلومینیوم سری 6000؛ ترکیب آلومینیوم، سیلیکون و منیزیم

آلیاژهای سری 6000 از ترکیب آلیاژهای آلومینیوم، سیلیکون و منیزیم ساخته می‌شوند. استحکام این دسته از آلیاژها متوسط و مقاومت آنها در برابر خوردگی، بالا است. از آلیاژهای سری 6000 آلومینیومی در سازه‌های ساختمانی استفاده زیادی می‌شود.

تجهیزات جدید برای جوشکاری آلومینیوم

باتوجه‌به پیشرفت‌های فناوری، تجهیزات نوین در جوشکاری آلومینیوم باعث بهبود کیفیت و دقت می‌شوند.

در اینجا برخی از این تجهیزات معرفی می‌شوند:

• دستگاه‌های جوشکاری پیشرفته: دستگاه‌های جوشکاری میگ و تیگ که به طور خودکار تنظیمات جوش را بهینه می‌کنند و به جوشکاران کمک می‌کنند تا بهترین نتیجه را به دست آورند.
• مشعل‌های پیشرفته برای جوشکاری آلومینیوم: مشعل‌های با سیستم‌های خنک‌کننده که به پایداری دما کمک کرده و فرایند جوشکاری را راحت‌تر و دقیق‌تر می‌کنند.
• سیستم‌های جوشکاری رباتیک: این سیستم‌ها در صنایع پیشرفته برای جوشکاری آلومینیوم اتوماتیک مورد استفاده قرار می‌گیرند و عملکرد بسیار دقیقی دارند.

نحوه انتخاب الکترود برای جوشکاری آلومینیوم

در جوشکاری آلومینیوم با الکترود، انتخاب الکترود بسیار مهم است و باید حتما قطر الکترود را بر اساس ضخامت کار انتخاب کرد. الکترودهایی که برای این کار انتخاب می‌شوند، از پوشش ضخیمی برخوردارند و اغلب از 95 درصد آلومینیوم و سیلیسیم برخوردار هستند. از آنجایی که پوشش الکترودها قابلیت جذب رطوبت دارد، باید آنها را در محل خشک و به دور از رطوبت نگهداری کرد. در صورتی هم که قصد استفاده از سیم جوش در جوشکاری آلومینیوم داشته باشید، باید فیلری را انتخاب کنید که خواص آن با خواص آلومینیوم پایه یکسان باشد. همچنین بهتر است دمای ذوب سیم جوش با فلز پایه تقریبا مشابه باشد تا بهترین کارایی فراهم شود. جهت انتخاب فلز پرکننده در جوشکاری آلومینیوم، به استحکام مکانیکی کافی آن و ایجاد بستر جوش بدون ترک پس از جوشکاری توجه داشته باشید.

مزایای جوشکاری آلومینیوم

• سبک بودن آلومینیوم: یکی از مزایای اصلی آلومینیوم نسبت به سایر فلزات، سبک بودن آن است که باعث استفاده گسترده در صنایع هوافضا، خودروسازی و ساخت‌وساز می‌شود.
• مقاومت بالا در برابر خوردگی: لایه اکسید آلومینیوم از خوردگی آلومینیوم جلوگیری می‌کند و این فلز را برای استفاده در محیط‌های مرطوب و دارای رطوبت بالا مناسب می‌سازد.
• فرایند جوشکاری سریع و باکیفیت: جوشکاری آلومینیوم به روش‌های میگ و تیگ فرایندهایی سریع و با کیفیت بالا هستند که برای صنایع مختلف کاربرد دارند.

معایب جوشکاری آلومینیوم

• حساسیت به دما: آلومینیوم نسبت به سایر فلزات دمای بالاتری را تجربه می‌کند، بنابراین برای جلوگیری از سوختگی آلومینیوم باید کنترل دمای دقیق انجام شود.
• نیاز به تجهیزات خاص: برای جوشکاری آلومینیوم باید از دستگاه‌های جوشکاری خاص استفاده کرد که ممکن است هزینه‌بر باشد.

6 نکته مهم در جوشکاری آلومینیوم برای مبتدیان

• گرم کردن آلومینیوم

پیش از شروع جوشکاری آلومینیوم را گرم کنید تا میزان انحنا و خمیدگی به حداقل خود برسد. این نوع جوشکاری بسیار سریع انجام می‌شود. با این حال بهتر است در ابتدا لایه اکسید را از روی آلومینیوم جدا کنید تا هم دقت بیشتری صورت بگیرد و هم سرعت کار بهبود پیدا کند. برای این کار میتوانید از یک برس سیم از جنس استیل ضد زنگ استفاده کنید و لبه‌های آلومینیوم را با یک دستگیره به خوبی تمیز نمایید.

• توجه به سرعت در جوشکاری آلومینیوم

سرعت در جوشکاری آلومینیوم بسیار مهم است و این فرآیند بهتر است خیلی سریع انجام شود. در واقع زمانی که شروع به جوشکاری کردید، باید کار را خیلی سریع پیش ببرید تا شاهد سوختگی آلومینیوم نباشید. چرا که این آلیاژ خیلی زود دچار افزایش دما می‌شود.

• دقت در جوشکاری آلومینیوم

در کنار سرعت بالا در جوشکاری آلومینیوم، باید دقت کافی هم داشت. بر این اساس بهتر است پیش از شروع جوشکاری قطعات را به درستی کنار هم قرار دهید و از درست و تمیز بودن آنها مطمئن شوید.

• جوشکاری میگ در برابر جوشکاری تیگ

بسیاری از جوشکارها بر این باورند که جوشکاری تیگ بهترین تجهیزات را برای جوشکاری آلومینیوم دارد. این فرآیند بسیار ساده است و کار خیلی سریع صورت می‌گیرد. با این حال از آنجایی که برخی از تجهیزات جوشکاری تیگ گران است، برخی روش میگ را ترجیح می‌دهند و از آن استفاده می‌کنند. بنابراین جوشکاران میتوانند با در نظر گرفتن شرایط خود، از یکی از این روش‌ها استفاده کنند.

• گاز بی اثر در جوشکاری آلومینیوم

مشعل جوشکاری در جوشکاری آلومینیوم نیاز به گاز بی‌اثر دارد. در حالت ایده آل از گاز آرگون به این منظور استفاده می‌شود. اما با این حال بسته به تجهیزات مورد نیاز خود میتوان از ترکیبی از گازهای آرگون و هلیوم هم استفاده کرد.

• هیت سینک در جوشکاری آلومینیوم

برای جوشکاری آلومینیوم میتوان از سینک حرارتی یا هیت سینک برنجی استفاده کرد. این قطعه را باید در پشت آلومینیوم قرار داده تا گرما را دریافت کرده و به جوشکار اجازه دهد که کار خود را به طور پیوسته انجام دهد. استفاده از این وسیله در نهایت منجر به کار به شکل تمیز و با کیفیت خواهد شد.

بهترین روش برای جوشکاری آلومینیوم

یکی از محبوبترین روش‌های موجود برای جوشکاری آلومینیوم، جوش قوس الکتریکی تنگستن یا در اختصار GTAW است. همچنین همانطور که اشاره کردیم، روش تیگ هم جزو روش‌های بسیار عالی برای جوش دادن آلومینیوم است. چرا که این روش نیازی به تغذیه سیم مکانیکی ندارد. فرآیند GTAW به شکل کاملا تمیزی صورت گرفته و از آلودگی آلومینیوم جلوگیری می‌کند. در رابطه با روش‌های نامناسب برای جوشکاری آلومینیوم هم باید اشاره شود که چندین فرآیند وجود دارد که برای انجام این کار مناسب نیستند. برای مثال فرآیندهایی که از شار استفاده می‌کنند، برای این عملیات ایده آل نیستند. دلیل آن هم این است که جوش‌های ایجاد شده از طریق این فرآیندها، سبب ایجاد مقدار زیادی تخلخل می‌گردد.

روش‌های جوشکاری آلومینیوم کدام اند؟

جوشکاری آلومینیوم به روش‌های مختلفی انجام می‌شود. برای اینکه بتوانید بهترین روش جوشکاری آلومینیوم را تشخیص دهید، باید این روش‌ها را بشناسید و از کاربرد هر کدام و شرایط استفاده آنها آگاهی داشته باشید. در اینجا به روش‌های انجام جوشکاری آلومینیوم اشاره می‌کنیم.

• جوشکاری آلومینیوم به روش قوس الکتریکی (میگ و تیگ)

جوشکاری قوس الکتریکی آلومینیوم، به دو روش تیگ و میگ قابل انجام است. در این جوشکاری الکترودهایی مورد مصرف قرار می‌گیرند که از 95 درصد آلومینیوم و 5 درصد سیلیسیم برخوردار هستند. لازم است بدانید بیشتر آلیاژهای سری 1000، 3000، 5000 و 6000 قابلیت جوشکاری از طریق قوس الکتریکی را دارند. اما اغلب آلیاژهای سری 2000 و 7000 را نمیتوان با این روش جوشکاری کرد.

در اینجا به بررسی جوشکاری قوس الکتریکی آلومینیوم به روش‌های میگ و تیگ اشاره می‌کنیم.

• جوشکاری میگ MIG آلومینیوم

این روش از جوشکاری، به شکل دستی و نیمه اتومات انجام می‌شود. در جوشکاری آلومینیوم به روش میگ، نیاز به استفاده از یک سیم جوش به عنوان الکترود جوشکاری است. سیم جوش در این روش، نقش فیلر یا همان پرکننده را دارد. جوشکاری آلومینیوم به شیوه میگ، برای ضخامت‌های 4 میلی‌متر بسیار ایده‌آل است.

• جوشکاری تیگ TIG آلومینیوم

یکی دیگر از جوشکاری‌های قوس الکتریکی، جوشکاری تیگ است. در این روش از جوشکاری آلومینیوم، یک قوس الکتریکی بین الکترود ثابت و قطعه مورد نظر ایجاد می‌شود. همچنین جهت حفاظت از عمل ذوب الکترودها و اکسیداسیون، از یک گاز خنثی مانند آرگون استفاده می‌شود. نکته‌ای که در روش جوشکاری تیگ باید به آن توجه داشت این است که برای آلومینیوم نیاز به جریان متناوب AC و برای ورق‌های فولادی نیاز به جریان مستقیم DC است. این روش از جوشکاری قوس الکتریکی به صورت کاملا خودکار انجام نشده و فرد اپراتور باید بر روی آن نظارت داشته باشد.

روش‌های نوین جوشکاری آلومینیوم

در این بخش به روش‌های جدید و نوین در جوشکاری آلومینیوم پرداخته می‌شود که بهبود کیفیت و افزایش بهره‌وری را فراهم می‌کنند:

• جوشکاری آلومینیوم با لیزر: جوشکاری لیزری آلومینیوم برای آلیاژهایی که نسبت به ترک‌خوردگی حساس هستند، مناسب است. این روش نیاز به گاز محافظ ندارد و جوش تمیزتری ایجاد می‌کند.
• جوشکاری آلومینیوم با پرتو الکترونی: این روش برای آلیاژهای آلومینیومی باضخامت زیاد کاربرد دارد و جوش با عمق و کیفیت عالی ایجاد می‌کند.
• جوشکاری آلومینیوم با روش اصطکاکی: در این روش، اصطکاک بین دو قطعه آلومینیومی باعث جوش‌خوردن آن‌ها می‌شود. این روش بدون نیاز به گاز محافظ انجام می‌شود.

چالش‌های جوشکاری آلومینیوم

• نحوه کنترل دما در جوشکاری آلومینیوم: دمای بالا می‌تواند باعث سوختگی آلومینیوم شود. برای جلوگیری از این مشکل، باید از دستگاه‌های جوشکاری با سیستم‌های خنک‌کننده پیشرفته استفاده کرد.
• پوشش اکسیدی آلومینیوم: قبل از شروع جوشکاری، باید لایه اکسید آلومینیوم از سطح آن برداشته شود تا جوش به‌درستی برقرار شود.

راهکارها

• استفاده از مشعل‌های خنک‌کننده: مشعل‌های پیشرفته که به حفظ دما کمک می‌کنند، می‌توانند عملکرد جوشکاری آلومینیوم را بهبود بخشند.
• تمیزکاری سطح آلومینیوم: تمیزکردن سطح با استفاده از فرچه سیمی یا سمباده باعث ایجاد اتصال مقاوم و جوش باکیفیت می‌شود.

جهت جوشکاری آلومینیوم به روش قوس الکتریکی، به این نکات توجه داشته باشید

اگر قصد داشتید از روش قوس الکتریکی برای جوشکاری آلومینیوم استفاده کنید، به موارد زیر توجه داشته باشید. با توجه به این نکات می‌توانید جوشکاری را به بهترین شکل ممکن انجام دهید.

• برای جوشکاری آلومینیوم با برق، به تمیزی سطح کار و الکترود توجه داشته باشید. برای تمیز کردن این بخش‌ها می‌توانید از سمباده یا فرچه‌های سیمی مخصوص استفاده نمایید. تمیز شدن سطوح باعث می‌شود تا اتصال و جوش شکل گرفته از مقاومت و استحکام زیادی برخوردار شود.
• از آنجایی که پوشش الکترود قادر به جذب رطوبت است، آن را در مکان مناسبی نگهداری کنید.
• به زاویه جوشکاری توجه داشته باشید. بهترین زاویه الکترود نسبت به صفحه آلومینیومی، 45 درجه برآورد شده است.
• طول قوس انتخاب شده باید کوتاه باشد و بر اساس آلیاژهای آلومینیومی انتخاب گردد.

• جوشکاری آلومینیوم به روش پرتو الکترونی

جوشکاری به روش پرتو الکترونی، یکی دیگر از روش‌های جوشکاری آلومینیوم است. این جوشکاری در خلا انجام شده و برای انجام آن نیازی به گاز محافظ نمی‌باشد. از روش پرتو الکترونی بیشتر برای آلیاژهایی استفاده می‌شود که ضخامت زیادی دارند. نحوه انجام جوش در این روش به این صورت است که پرتوها باعث ایجاد حوضچه‌های کوچکی می‌شوند که به عمق آلیاژ نفوذ کرده و سبب ایجاد جوش بهتر می‌شوند.

• جوشکاری آلومینیوم به روش لیزری

جوشکاری با لیزر یکی دیگر از انواع جوشکاری آلومینیوم است که برای آلیاژهایی که در برابر ترک‌خوردگی مقاومت کمی دارند، مناسب می‌باشد. در این روش از جوشکاری آلومینیوم، یک حوضچه مذاب عمیق با عرض کم ایجاد شده و دو قطعه در آن به هم متصل می‌شوند.

• جوشکاری آلومینیوم توسط جوش اصطکاکی

این روش بدون نیاز به گاز محافظ انجام شده و در آن آسیبی به بخش جوش وارد نمی‌شود. در جوش اصطکاکی، آلیاژها به وسیله اصطکاک صورت گرفته بین دو قطعه بهم جوش می‌خورند. از انواع جوشکاری اصطکاکی میتوان به نوع اغتشاشی و چرخشی (دورانی) اشاره کرد.

جهت جوشکاری آلومینیوم، نیاز به تجهیزات خاصی چون دستگاه جوش مناسب است. جوشکاری آلومینیوم با دستگاه جوش معمولی، سبب افزایش استحکام جوش و مقاومت آن خواهد شد.

جمع بندی

در این مطلب به بررسی جوشکاری آلومینیوم و روش‌های انجام آن پرداختیم و با انواع آلیاژهای آلومینیومی آشنا شدیم. از آنجایی که آلیاژهای آلومینیوم هر کدام دارای خصوصیات و ویژگی‌های خاصی هستند، باید با شناخت انواع روش جوشکاری، از بهترین آن برای آنها استفاده کرد. از مهمترین روش‌های جوشکاری آلومینیوم میتوان به روش قوس الکتریکی از طریق تیگ یا میگ، پرتو الکترونی، لیزری، جوش اصطکاکی و جوش CO2 اشاره کرد. نکته نهایی این که تمامی آلیاژهای آلومینیوم از قابلیت جوشکاری به روش قوس الکتریکی برخوردار نیستند و تنها چند سری از آنها را میتوان با این روش جوشکاری کرد. بنابراین برای جوشکاری آلومینیوم، به نوع آلیاژ توجه داشته باشید تا بتوانید از روش مناسبی برای جوشکاری آن استفاده نمایید.

سؤالات متداول درباره جوشکاری آلومینیوم

1. چرا جوشکاری آلومینیوم سخت‌تر از جوشکاری سایر فلزات است؟

جوشکاری آلومینیوم نسبت به سایر فلزات مانند فولاد دشوارتر است به دلیل حساسیت بالای این فلز به دما. آلومینیوم به سرعت گرم می‌شود و در صورتی که دما کنترل نشود، ممکن است دچار سوختگی یا آسیب‌های دیگر شود. علاوه بر این، لایه اکسید آلومینیوم که بر سطح آن قرار دارد، می‌تواند مانع از جوش شدن شود، بنابراین باید قبل از جوشکاری از سطح تمیز و بدون آلودگی اکسیدی استفاده کرد.

2. آیا آلومینیوم را می‌توان با روش‌های میگ و تیگ جوشکاری کرد؟

بله، آلومینیوم را می‌توان با استفاده از روش‌های جوشکاری قوس الکتریکی میگ (MIG) و تیگ (TIG) جوشکاری کرد. در این روش‌ها از الکترودهایی استفاده می‌شود که به شکل سیم جوش و فلز پرکننده عمل می‌کنند. این دو روش برای جوشکاری آلومینیوم رایج هستند و هریک مزایای خاص خود را دارند. برای ضخامت‌های کمتر از 4 میلی‌متر، جوشکاری میگ معمولاً بهترین گزینه است، در حالی که برای قطعات دقیق‌تر و نازک‌تر، جوشکاری تیگ مناسب‌تر است.

3. چگونه می‌توان از سوختگی آلومینیوم هنگام جوشکاری جلوگیری کرد؟

برای جلوگیری از سوختگی آلومینیوم در حین جوشکاری، باید دما به دقت کنترل شود. استفاده از مشعل‌های پیشرفته با سیستم‌های خنک‌کننده و تنظیمات دقیق دما می‌تواند به جلوگیری از سوختگی کمک کند. همچنین، استفاده از گاز آرگون یا ترکیب آرگون و هلیوم برای حفاظت از جوش و جلوگیری از اکسیداسیون بسیار موثر است.

4. چه آلیاژهایی از آلومینیوم برای جوشکاری مناسب‌ترند؟

آلیاژهای آلومینیوم سری 1000، 3000، 5000 و 6000 معمولاً برای جوشکاری مناسب‌تر هستند. این آلیاژها دارای جوش‌پذیری خوب و مقاومت بالا در برابر خوردگی هستند. به‌ویژه آلیاژهای سری 5000 که از آلومینیوم و منیزیم تشکیل شده‌اند، استحکام بالا و مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارند و برای ساخت فیلر جوش بسیار مناسب هستند.

5. آیا جوشکاری آلومینیوم نیاز به گاز محافظ دارد؟

بله، جوشکاری آلومینیوم معمولاً نیاز به گاز محافظ دارد. در جوشکاری تیگ، از گاز آرگون به عنوان گاز محافظ برای جلوگیری از اکسیداسیون و حفظ کیفیت جوش استفاده می‌شود. در برخی موارد، ترکیب آرگون و هلیوم نیز برای بهبود کیفیت جوش و افزایش سرعت فرآیند جوشکاری به کار می‌رود. این گازها کمک می‌کنند تا محیط جوشکاری محافظت شود و جوش بدون آلودگی باقی بماند.