آلومینیوم به دلیل وزن سبک، مقاومت به خوردگی بالا، و هدایت حرارتی و الکتریکی خوب، یکی از پرکاربردترین فلزات در صنایع مختلف مانند خودروسازی، هوافضا و ساختمان‌سازی است. با این حال، جوشکاری آلومینیوم چالش‌های خاصی دارد که ناشی از ویژگی‌های منحصر به فرد این فلز است:
تشکیل لایه اکسید آلومینیوم:
آلومینیوم به‌سرعت با اکسیژن واکنش داده و یک لایه اکسید محافظ تشکیل می‌دهد. این لایه، با نقطه ذوب بالای حدود 2050 درجه سانتی‌گراد، جوشکاری را دشوار می‌کند. برای جوشکاری موفق، باید این لایه قبل از فرایند برداشته شود.
خواص آلیاژهای آلومینیوم و تأثیر آن بر جوشکاری
• هدایت حرارتی بالا: آلومینیوم گرما را به سرعت هدایت می‌کند، که می‌تواند باعث نیاز به توان حرارتی بالاتر و مشکلات کنترل گرما در حین جوشکاری شود.
• انبساط حرارتی زیاد: ضریب انبساط حرارتی آلومینیوم بالا است، که می‌تواند منجر به تاب برداشتن یا تغییر شکل قطعات در حین خنک شدن شود.
• عدم تغییر رنگ در دمای بالا: آلومینیوم برخلاف فولاد، هنگام گرم شدن تغییر رنگ محسوسی ندارد، که کنترل دما را در حین جوشکاری سخت‌تر می‌کند.
فرآیندهای رایج جوشکاری
1. جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود دستی (SMAW)
اگر چه این روش جوشکاری برای آلومینیوم و آلیاژهای آن روش روتین ی نمی باشد اما برخی از الکترودهای روکش دار مانند 1050، 4043 و 4047 برای جوشکاری به روش دستی در بازار موجود می باشند. باید توجه کنید مهمترین عامل در جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن تمیز بودن سطح آن می باشد.
2. جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ (GTAW/TIG)
این روش معمول‌ترین روش برای جوشکاری آلومینیوم است. از الکترود تنگستن و گاز محافظ مانند آرگون یا ترکیب آرگون و هلیوم استفاده می‌شود. به دلیل دقت بالا، برای قطعات نازک و جوشکاری‌هایی که به کیفیت بالا نیاز دارند، مناسب است.
3. جوشکاری قوس الکتریکی با سیم مصرفی (GMAW/MIG)
این روش برای قطعات ضخیم‌تر و جوشکاری سریع‌تر مناسب است. از سیم جوش مصرفی استفاده می‌شود. گاز محافظ معمولاً آرگون یا ترکیبی از آرگون و هلیوم است.
4. جوشکاری اصطکاکی (Friction Stir Welding):
این روش برای اتصال آلومینیوم بدون ذوب شدن فلز پایه به کار می‌رود. مناسب برای کاربردهایی است که به مقاومت بالا نیاز دارند، مانند هوافضا و صنایع دریایی.
نکات مهم در جوشکاری آلومینیوم:
• آماده‌سازی سطح: قبل از جوشکاری، باید سطح آلومینیوم به دقت تمیز شود تا لایه اکسید و آلودگی‌ها حذف شوند. این کار معمولاً با استفاده از برس‌های فولادی یا مواد شیمیایی انجام می‌شود.
• انتخاب گاز محافظ مناسب: آرگون برای جوشکاری با ضخامت‌های کمتر و ترکیب آرگون و هلیوم برای ضخامت‌های بیشتر به کار می‌رود.
• کنترل دما: استفاده از پیش‌گرمایش در موارد خاص و تنظیم مناسب پارامترهای جوشکاری می‌تواند از ترک‌خوردگی و تغییر شکل جلوگیری کند.
• انتخاب فیلر: انتخاب سیم جوش مناسب با توجه به نوع آلیاژ آلومینیوم و کاربرد آن اهمیت بالایی دارد.
کاربردها و مزایا:
صنایع هوافضا و دریایی: به دلیل نسبت استحکام به وزن بالا و مقاومت در برابر خوردگی.
صنایع خودروسازی: برای کاهش وزن و افزایش کارایی سوخت.
صنایع ساختمانی: در ساخت سازه‌های سبک و مقاوم.
در مجموع، جوشکاری آلومینیوم نیازمند دانش فنی، تجهیزات مناسب، و مهارت بالا است تا اتصالاتی مقاوم و با کیفیت ایجاد شود.