بهترین آلومینیوم برای جوشکاری، انتخاب سرنوشتساز
انتخاب بهترین آلومینیوم برای جوشکاری سریهای 1000، 3000 و 5000 می باشند که می تواند تاثیر زیادی روی روند پروژه شما داشته باشد. آلومینیوم به عنوان یکی از پرکاربردترین فلزات در صنایع مختلف به شمار میرود. در ساخت و ساز، خودروسازی، هوافضا و تجهیزات دریایی از آلومینیوم استفاده میکنند. فلز آلومینیوم به دلیل وزن سبک، مقاومت بالا در برابر خوردگی و قابلیت شکلپذیری عالی برای خیلی از پروژههای مناسب است. با این حال به دلیل تنوع در آلیاژها جوشکاری آلومینیوم با چالشهایی همراه است. برخلاف فولاد روی سطح آلومینیوم یک لایه اکسیدی سخت تشکیل میشود که نقطه ذوب آن را سه برابر بالاتر میبرد. این لایه در زمان جوشکاری آلومینیوم باعث ایجاد ناخالصی، تخلخل و شکستگی در جوش میشود. علاوه بر این چون رسانایی حرارتی در آلومینیوم بالاست به انرژی حرارتی بیشتری برای ایجاد جوش مناسب نیاز دارد. این حرارت بالا در بسیاری از مواقع باعث تاب برداشتن یا سوراخ شدن در قطعات آلومینیومی نازک میشود.
انتخاب بهترین آلومینیوم برای جوشکاری میتواند این مشکلات را در پروژههایی که نیاز به اتصال با جوش دارند برطرف کند. شرکت آلوم ارس به عنوان یکی از بزرگترین تامینکنندگان ورق آلومینیوم وارداتی و داخلی در تهران شناخته میشود. در فروشگاه آلوم ارس تمامی آلیاژ های آلومینیوم از قبیل ورق آلومینیوم ۷۰۷۵، ورق آلومینیوم ۱۰۵۰ و تسمه آلومینیومی را در اندازه ها و حجم های متفاوت خریداری کنید. برای استعلام قیمت روز ورق آلومینیوم یا دیگر مقاطع فلزی همین حالا تماس بگیرید. ۰۹۱۲۵۲۸۶۴۵۹ – ۰۲۱۶۶۸۰۶۷۷۸ – ۰۲۱۶۶۳۹۱۵۲۳
بهترین آلیاژهای آلومینیوم برای جوشکاری
نوع آلیاژ در انتخاب بهترین آلومینیوم برای جوشکاری تاثیر زیادی دارد، چون قابلیت جوشپذیری در آلیاژهای مختلف متفاوت است. سریهای 1000، 3000 و 5000 معمولا جوشپذیری مناسبی دارند. ولی سریهای 2000 و 7000 در دمای بالا دچار ترک خوردگی میشوند و جوشکاری آنها چالشبرانگیز است. برای جوشکاری سری 4000 باید حتما از مواد پرکننده مناسب استفاده شود و جوشکاری سری 6000 هم باید با تکنیکهای مناسب انجام شود. از میان آلیاژهای رایج، آلیاژ 3003 به عنوان یک آلیاژ محبوب شناخته میشود که قابلیت شکلپذیری و جوشپذیری خوبی دارد گرچه استحکام آن متوسط است. از این آلیاژ معمولا برای کارهایی مثل مهرزنی، ساخت مخازن سوخت و ظروف آشپزی و قطعات الکترونیکی استفاده میشود چون جوشپذیری خوبی دارد و در برابر خوردگی مقاوم است.
آلیاژ سری 5000
آلیاژ 5052 در این مورد از آلیاژ 3003 قویتر عمل میکند، هم جوشپذیری خوبی دارد و هم در برابر خوردگی کاملا مقاوم است. در تولید مخازن تحت فشار، لولههای هیدرولیکی، لوازم خانگی و ساخت سازههای دریایی زیاد از این آلیاژ استفاده میکنند. آلیاژ 5083 هم یکی از بهترین آلیاژها برای استفاده در پروژههای سخت و سنگین است چون هم استحکام جوش در آن بالاست و هم مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد. در دکلهای حفاری، مخازن تحت فشار و سازههای دریایی از این آلیاژ استفاده میکنند. آلیاژ 5454 هم یکی دیگر از آلیاژهای سری 5000 است که به دلیل جوشپذیری مناسب و مقاومت حرارتی بالا در کامیونهای حمل آسفالت داغ، بدنه مخازن مخصوص ذخیره مواد شیمیایی مثل هیدروژن پراکسید استفاده میشود.
آلیاژ سری 6000
ورق آلومینیوم 6061 یک آلیاژ همهکاره است که به دلیل جوشپذیری مناسب برای ساخت واگنهای راهآهن، خطوط لوله، ساخت بدنه هواپیما و قطعات خودرو به کار میرود. این آلیاژ بعد از جوشکاری حدود 35 درصد از خواص خود را از دست میدهد ولی به اعمال عملیات حرارتی بعد از جوشکاری میتوان این خواص را دوباره تقویت کرد. آلیاژ 6063 از این سر استحکام متوسطی دارد و در برابر خوردگی هم مقاوم است. جوشپذیری این آلیاژ مناسب است و برای ساخت قطعاتی مثل نردههای لوله، مبلمان، نماهای معماری و تجهیزات پزشکی به کار میرود.
ویژگیهای آلومینیوم مناسب برای جوشکاری
ویژگیهای بهترین آلومینیوم برای جوشکاری برای انتخاب آلیاژ مناسب اهمیت زیادی دارد. در ادامه به بعضی از مهمترین ویژگیهای بهترین آلومینیوم مناسب جوشکاری اشاره میکنیم:
رسانایی حرارتی بالا: آلومینیوم به دلیل رسانایی حرارتی بالا حرارت را خیلی سریع پخش میکند و این موضوع کمی جوشکاری را چالشبرانگیز میکند. به همین دلیل برای رساندن آلومینیوم به نقطه ذوب باید انرژی حرارتی بیشتری اعمال شود و این موضوع قطعات نازک آلومینیومی را تغییر فرم میدهد. به همین دلیل بعضی آلیاژها را باید قبل از جوشکاری با حرارت آماده کرد تا جوش مناسب ایجاد شود. این کار باعث میشود تمرکز حرارت روی یک نقطه کم شود.
نقطه ذوب پایینتر نسبت به فولاد: آلومینیوم در مقایسه با فولاد نقطه ذوب پایینتری دارد، که فرآیند جوشکاری را سریعتر میکند. با این حال، این ویژگی نیاز به کنترل دقیق حرارت دارد تا از سوراخ شدن یا سوختن قطعات نازک جلوگیری شود. برای رسیدن به یک جوش تمیز و یکنواخت باید پارامترهای جوش مثل جریان و سرعت دقیق تنظیم شود.
ترکیب آلیاژی مناسب: ترکیبات آلیاژی در سریهای 5000 و 6000 باعث میشود جوشپذیری بهتر شود. این سریها مقاومت خوبی در برابر خوردگی و استحکام دارند و جوش حاصل از آنها مقاوم است. به همین دلیل برای استفاده در محیطهای مرطوب مناسب هستند.
حساسیت به ترکخوردگی: آلیاژهایی که مس و روی بالایی دارند در دمای بالا دچار ترک خوردگی میشوند و باید حتما از مواد پرکننده مناسب در آنها استفاده شود. در عوض آلیاژهایی که سیلیکون یا منیزیم دارند جلوی تشکیل فازهای شکننده را میگیرند و جوش محکمتری ایجاد میکنند.
خواص مکانیکی پس از جوش: آلیاژهای سری 5000 مثل 5083 استحکام کششی خوبی دارند و این استحکام بعد از جوشکاری هم حفظ میشود و برای استفاده در محیطهای سخت مناسب است. ولی آلیاژهای سری 6000 مثل 6061 تا 35 درصد از استحکام خود را از دست میدهند و حتما باید بعد از جوشکاری تحت عملیات حرارتی قرار بگیرند تا این خواص تقویت شوند.
شکلپذیری بالا: شکلپذیری بالای آلومینیوم، به ویژه در سریهای 1000 و 5000، فرمدهی در پروژههای سخت را راحتتر میکند. این ویژگی یعنی اتصالات پیچیده بدون خطر شکستگی ایجاد میشوند ولی برای جوشکاری این سریها باید با دقت بالایی انجام شود.
حذف لایه اکسیدی: لایه اکسیدی روی سطح آلومینیوم باید قبل از جوشکاری کاملا پاک شود چون این لایه نقطع ذوب را تا سه برابر بالاتر میبرد. این لایه باعث ایجاد ناخالصی، تخلخل و شکستگی در جوش میشود. وقتی سطح آلومینیوم قبل از جوشکاری آماده شود کیفیت جوش تا حد قابل توجهی بهبود پیدا میکند.
خواص شیمیایی انواع آلیاژهای آلومینیوم
خواص شیمیایی آلیاژهای آلومینیوم روی خاصیت جوشپذیری تاثیر زیادی دارد. مثلا آلیاژهایی که منیزیم و سیلیکون بالایی دارند برای جوشکاری بهتر هستند. در ادامه میتوانید خواص شیمیایی آلیاژهای مختلف آلومینیوم را ببینید:
| سری آلیاژ | عناصر اصلی (درصد تقریبی) | خواص کلیدی |
| 1000 | آلومینیوم خالص (≥99%)، مقادیر ناچیز آهن (Fe: 0.7-1%) و سیلیکون (Si: 0.5-0.7%) | این سری با خلوص بالای آلومینیوم، شکلپذیری بسیار بالا و استحکام پایین دارد. جوشپذیری عالی به دلیل فقدان عناصر آلیاژی پیچیده، آن را برای کاربردهای غیرساختاری مانند ورقهای تزئینی یا ظروف مناسب میکند. مقاومت خوب در برابر خوردگی، اما حساسیت به حرارت زیاد ممکن است باعث نرم شدن بیش از حد شود. |
| 2000 | مس (Cu: 2-6%)، منیزیم (Mg: 0.5-2%)، مقادیر کم منگنز (Mn: 0.3-1%) و سیلیکون (Si: 0.5%) | استحکام بالا به دلیل حضور مس، مناسب برای کاربردهای هوافضا. جوشپذیری پایین به دلیل حساسیت به ترکخوردگی گرم ناشی از مس. نیاز به پرکنندههای خاص و پیشگرمایش برای کاهش ترک دارد. مقاومت خوردگی متوسط و نیاز به پوشش محافظ. |
| 3000 | منگنز (Mn: 1-1.5%)، آهن (Fe: 0.5-0.7%)، سیلیکون (Si: 0.6%) | جوشپذیری خوب و مقاومت متوسط در برابر خوردگی، مناسب برای مخازن و ورقهای عمومی. منگنز استحکام را بدون کاهش شکلپذیری افزایش میدهد. حساسیت کم به ترک، اما استحکام پس از جوش ممکن است کمی کاهش یابد. برای کاربردهای عمومی مانند ظروف آشپزی مناسب است. |
| 4000 | سیلیکون (Si: 5-12%)، مقادیر کم منیزیم (Mg: 0.2-1%) و آهن (Fe: 0.8%) | نقطه ذوب پایین به دلیل سیلیکون بالا، آن را به عنوان ماده پرکننده برای جوشکاری سریهای دیگر (مانند 6XXX) ایدهآل میکند. جوشپذیری متوسط و مناسب برای اتصال آلیاژهای حرارتپذیر. مقاومت خوردگی خوب، اما استحکام پایینتر در مقایسه با سریهای دیگر. |
| 5000 | منیزیم (Mg: 2-5%)، منگنز (Mn: 0.3-1%)، کروم (Cr: 0.1-0.3%)، آهن (Fe: 0.4%) | مقاومت عالی در برابر خوردگی، به ویژه در محیطهای دریایی، و استحکام خوب پس از جوش. جوشپذیری عالی با حداقل حساسیت به ترک. منیزیم استحکام و دوام را افزایش میدهد، اما مقادیر بالای آن ممکن است در جوشهای ضخیم نیاز به کنترل دقیق داشته باشد. مناسب برای مخازن و سازههای دریایی. |
| 6000 | سیلیکون (Si: 0.4-1.2%)، منیزیم (Mg: 0.8-1.2%)، منگنز (Mn: 0.15-0.5%)، آهن (Fe: 0.7%) | تعادل بین استحکام و جوشپذیری، مناسب برای اکستروژنها مانند نردهها و قطعات معماری. حساس به ترکخوردگی، اما با پرکنندههای مناسب (مانند 4043 یا 5356) جوشپذیری خوبی دارد. کاهش 30-35% استحکام T6 پس از جوش، قابل جبران با عملیات حرارتی. مقاومت خوردگی خوب. |
| 7000 | روی (Zn: 4-8%)، منیزیم (Mg: 1-3%)، مس (Cu: 1-2%)، کروم (Cr: 0.2%) | استحکام بسیار بالا، مناسب برای کاربردهای هوافضا و نظامی. جوشپذیری ضعیف به دلیل حساسیت شدید به ترک گرم ناشی از روی و مس. نیاز به تکنیکهای خاص و پرکنندههای تخصصی. مقاومت خوردگی متوسط و نیاز به پوششهای محافظتی برای دوام طولانی. |
خواص مکانیکی این جدول نشان میدهد که آلیاژهای سری 5000 و 6000 به دلیل وجود منیزیم و سیلیکون برای جوشکاری مناسبتر هستند و سریهای 2000 و 7000 هم در صورت استفاده از تکنیکهای ویژه میتوانند جوشپذیری خوبی داشته باشند.
انواع روش های جوشکاری آلومینیوم
جوشکاری آلومینیوم با روشهای متنوعی انجام میشود که هر کدام بر اساس ضخامت ماده، هدف قطعه و نوع آلیاژ انتخاب میشود. روش گاز خنثی فلزی (MIG) یکی از رایجترینهاست که با استفاده از سیم پرکننده و گاز محافظ مانند آرگون انجام میشود. این روش برای قطعات ضخیم مناسبتر است ولی باید برای جوشکاری به این روش از یک ترکیب پر کننده خوب استفاده شود تا هم خواص مکانیکی حفظ شود و هم مقاومت آن تحت تاثیر قرار نگیرد. روش گاز خنثی تنگستن یکی از دقیقترین روشهاست که جوشهای نازک و ظریفی ایجاد میکند.
جوشکاری اصطکاکی همزن (FSW) یک روش حالت جامد است که بدون ذوب ماده پایه و به کمک ابزارهای خاص آلومینیوم را نرم کرده و بافت سخت آن را با هم مخلوط میکند. جوشی که به روش اصطکاکی ایجاد میشود کاملا مقاوم است. این روش جوش را برای اتصال لبه به لبه به کار میبرند و نیاز به دقت بالا و تجهیزات تخصصی دارد. جوشکاری پرتو لیزر (LBW) کمتر استفاده میشود و بیشتر در صنایع خاصی که دقت و سرعت بالا نیاز دارند به کار میرود. در تمام این روشها پاک کردن سطح آلومینیوم از لایه اکسید و مدیریت دقیق حرارت اهمیت زیادی دارد تا از ایجاد تخلخل و ترک جلوگیری شود.
جوشکاری آلومینیوم با الکترود
جوشکاری آلومینیوم با الکترود، اغلب به صورت قوس الکتریکی با الکترود روکشدار (SMAW) یا الکترود تنگستن انجام میشود. در روش SMAW، الکترود روکشدار حرارت را تولید میکند و فلاکس محافظ جلوی اکسید شدن آلومینیوم را میگیرد ولی این روش برای کار با آلومینیوم کمی سخت است چون به دلیل رسانایی حرارتی بالا نیاز به جریان قویتری دارد. جوشکاران باید الکترودهای خاص آلومینیومی با روکش مناسب انتخاب کنند تا ذوب یکنواخت باشد و در قطعات ضخیم حتما باید آلومینیوم را از قبل گرم کنند. از این روش بیشتر برای تعمیرات استفاده میکنند ولی چون کنترل دقیق حرارت سخت است زیاد در محیطهای صنعتی از این روش استفاده نمیکنند. این روش برای جوشکاری آلیاژهای سری 5000 و 6000 مناسب است ولی نیاز به مهارت و تخصص بالای جوشکار دارد.
جوشکاری آلومینیوم با اینورتر
اینورتر یکی از دستگاههای ایدهآل برای انجام جوشکاری با آلومینیوم است. در این روش جریان پایدار است و ولتاژ و آمپر دقیقتر کنترل میشوند. اینورترها سبک و قابل حمل هستند و برای روشهای MIG یا TIG استفاده میشوند. جوشی که با اینورتر ایجاد میشود تمیزتر و دقیقتر است چون نوسانات حرارتی را کم میکند. در جوشکاری آلومینیوم، اینورتر با تنظیم پالس جریان، حرارت ورودی را مدیریت میکند و اجازه نمیدهد آلومینیوم تاب بردارد. این ویژگی در آلیاژهای حساس مثل سری 6000 مهم است چون کنترل دقیق اینورتر اجازه ترک خوردن را به آلومینیوم نمیدهد. اینورترها برای کاربردهای صنعتی مانند ساخت لوله یا قطعات خودرو مفید هستند، اما پارامترهای آنها باید بر اساس ضخامت و آلیاژ تنظیم شوند. در مقایسه با ترانسفورمرهای سنتی، اینورترها سرعت جوش را بالا میبرند و جوش مقاومتر و با کیفیتتری ایجاد میکنند.
جوشکاری آلومینیوم با سرپیک
جوشکاری آلومینیوم با سرپیک، معمولا در روش اکسیاستیلن (OAW) یا TIG با مشعل به کار میرود و در آن از شعله برای ذوب استفاده میکنند. سرپیک اکسیاستیلن حرارت متمرکز تولید میکند و باید از فلزات پرکننده استفاده شود ولی این روش برای آلومینیوم خیلی استفاده نمیشود چون شعله لایه اکسید را تقویت میکند و باعث ایجاد تخلخل میشود. این روش برای تعمیرات کوچک یا جوشهای نازک مناسب است، اما کنترل حرارت در این روش راحت نیست و برای مقاطع ضخیم بیشتر به کار میرود. این روش برای کار با آلیاژهای 3000 و 5000 ایدهآل است. سرپیک باید تمیز باشد تا نقطه اتصال دچار آلودگی نشود.
کدام آلیاژ برای جوشکاری بهتر است؟
انتخاب بهترین آلیاژ برای جوشکاری به کاربرد بستگی دارد. جوشکاری سری 5000 جوشهای محکمی ایجاد میکند و حساسیت کمتری به ترک خوردن دارد. آلیاژ 6061 از سری 6000 هم جزو آلیاژهای مناسب است ولی خواص آن باید با عملیات حرارتی خواص آن را بعد از جوشکاری تقویت کنند. برای سازههای دریایی جوشکاری با آلیاژ 5052 مناسب است و برای کارهای سادهتر و پروژههای سبکتر آلیاژ 3003 جوشپذیری خوبی دارد. جوشکاری آلیاژهای 2000 و 7000 باید با دقت بالا انجام شود. در نهایت این بررسیها نشان میدهد سری 5000 و 6000 بهترین آلومینیوم برای جوشکاری هستند.
کلام پایانی
بهترین آلومینیوم برای جوشکاری آلیاژهای سری 5000 و 6000 هستند که هم اتصالات محکمی ایجاد میکنند و هم مقاومت خوبی در برابر حرارت دارند. به طور کلی در جوشکاری آلومینیوم باید به از بین بردن لایه اکسید دقت کرد. از بین روشهای متنوع جوشکاری روشهای MIG و TIG بهترین جوشها را تولید میکنند.
در صورتی که قصد خرید ورق آلومینیومی را دارید میتوانید به آلوم ارس مراجعه کنید. در آلوم ارس تمامی مقاطع آلومینیومی از قبیل ورق آلومینیوم ۳۱۰۵، میلگرد آلومینیوم 7000، لوله آلومینیوم، لوله و تسمه آلومینیومی و انواع مقاطع فلزات رنگین با قیمت و کیفیت مناسب به بازار عرضه میشود. ۰۹۱۲۵۲۸۶۴۵۹ – ۰۲۱۶۶۸۰۶۷۷۸ – ۰۲۱۶۶۳۹۱۵۲۳
سوالات متداول
چرا جوشکاری آلومینیوم سخت است؟
لایه اکسیدی با نقطه ذوب بالا و رسانایی حرارتی زیاد باعث ناخالصی، تخلخل و تاب برداشتن میشود و این کار جوشکاری را سخت میکند.
بهترین روش جوشکاری آلومینیوم کدام است؟
MIG برای قطعات ضخیم و TIG برای جوشهای دقیق؛ FSW برای استحکام بالا.
چرا سری 2000 و 7000 سخت جوش میخورند؟
به دلیل مس و روی بالا در دمای بالا دچار ترک خوردگی میشوند.
بهترین آلیاژ برای سازههای دریایی چیست؟
آلیاژهای سری 5000 مقاومت بسیار بالایی در برابر محیطهای مرطوب و خوردگی دارند و به همین دلیل به عنوان بهترین آلیاژها برای ساخت سازههای دریایی معرفی میشوند.
چگونه کیفیت جوش را بالا ببریم؟
برای بالا بردن کیفیت جوش باید حتما لایه اکسید را پاک کنید، مواد پرکننده باید ترکیبات دقیق داشته باشند و همینطور جریان و سرعت دستگاه جوش باید به درستی تنظیم شود.
