بیایید در مورد جوشکاری آلومینیوم و فاز آن که برای ایجاد جوش خوب ضروری است صحبت کنیم. انتخاب فلز پرکننده و انتخاب آلیاژ صحیح برای استفاده به عنوان فلز پرکننده.
آیا همه آلیاژهای آلومینیوم به عنوان پرکننده فلز مناسب هستند؟ آیا همه آلیاژهای آلومینیوم قابل جوش هستند؟ جوشکار باید به دنبال چه ویژگی های آلیاژی باشد؟ از چه دام هایی باید دوری کند؟ اینها برخی از سوالاتی است که با بررسی موضوع “انتخاب آلیاژ” به آنها پاسخ خواهیم داد.
بیایید با بیان این نکته شروع کنیم که بیشتر آلیاژهای آلومینیوم قابل جوش هستند و در انتخاب فیلر آلومبنبوم، ترکیب آلیاژها بسیار مهمتر از شکل آن است. عوامل مهم دیگر عبارتند از: استفاده نهایی از جوش و عملکرد مورد انتظار از آن. همچنین، اگرچه بسیاری از ترکیبات آلیاژی را می توان با استفاده از هر یک از چندین فیلر آلومبنبوم جوش داد، تنها یک آلیاژ پرکننده ممکن است برای یک کاربرد خاص بهینه باشد. در هر صورت، تعیین بهترین فیلر آلومبنبوم برای استفاده در یک موقعیت معین باید تنها پس از تجزیه و تحلیل کامل عملکرد نهایی مورد نظر از جوش انجام شود.
اکنون می خواهیم چندین اصل اساسی متالورژی آلومینیوم را مرور کنیم. به یاد دارید که به دلیل ترکیب آنها، برخی از آلیاژها نمی توانند عملیات حرارتی شوند و برخی می توانند.
مواد غیر قابل عملیات حرارتی، که دارای اعدادی هستند که با ۱، ۳، ۴ و ۵ شروع می شوند، به طور کلی می توانند با فیلر آلومبنبوم و آلیاژ پایه با همان ترکیب اولیه جوش داده شوند. مواد قابل درمان حرارتی، که دارای اعدادی هستند که با ۲، ۶ و ۷ شروع می شوند، به چیزی که ما آن را “ترک کوتاه-گرم” می نامیم، حساس تر هستند. در نتیجه، معمولاً از یک فیلر آلومبنبوم متفاوت استفاده می‌شود که اغلب با دمای ذوب پایین‌تر از آلیاژ پایه استفاده می‌شود.
چگونه فیلر آلومبنبوم مناسب را انتخاب می کنید؟ معیارها چیست؟ شش تا هست. اول، سهولت جوش یا عدم ترک خوردگی. دوم، قدرت؛ سوم، شکل پذیری؛ چهارم، مقاومت در برابر خوردگی؛ پنجم، سرویس در دمای پایدار بالای ۶۶ درجه سانتیگراد (۱۵۰ درجه فارنهایت). و ششم، تطبیق رنگ پرکننده و آلیاژ پایه پس از آندایز کردن.
اکنون به هر یک از این معیارها با جزئیات بیشتر نگاه کنید:
اولین استاندارد برای انتخاب فیلر آلومبنبوم مناسب، سهولت جوش یا عدم ترک خوردگی است. قبلاً بیان کردیم که آلیاژهای غیر قابل عملیات حرارتی نسبت به آلیاژهای قابل عملیات حرارتی حساسیت کمتری به ترک دارند. بنابراین جوشکاری غیر قابل عملیات حرارتی آسان تر خواهد بود. در آلیاژهای قابل عملیات حرارتی، جایی که پرکننده و آلیاژ پایه معمولاً باید متفاوت باشند، انتخاب پرکننده صحیح نیاز به بررسی دقیق دارد. دو آزمایش برای تعیین سازگاری فیلر آلومبنبوم با آلیاژ پایه قابل عملیات حرارتی استفاده شده است. اولین مورد یک آزمایش ساده جوش فیله پیوسته است. اگر ترک نشان نداد، می توان به تست جوش ناپیوسته حساس تر ادامه داد. آزمایش‌های آزمایشگاهی و تجربیات عملی نتایج زیر را در مورد جوش‌پذیری آلیاژهای آلومینیوم تأیید می‌کند: آلیاژهای سری ۱۰۰۰ و آلیاژ ۳۰۰۳ با خلوص بالا به راحتی با آلیاژهای پرکننده ۱۱۰۰ یا ۴۰۴۳ جوش می‌شوند.
در صورت تمایل می توان آلیاژهای با خلوص بالا را با پرکننده آلیاژ پایه جوش داد. آلیاژهایی که دارای ۱% تا ۲٫۵% منیزیم هستند، مانند ۳۰۰۴ و ۵۰۵۲، هنگام استفاده از پرکننده آلیاژی پایه، به ترک خوردگی بسیار حساس هستند. آلیاژهای با ۳٫۵ درصد منیزیم و بیشتر حساسیت کمی به ترک خوردگی جوش دارند. استفاده از پرکننده حاوی ۵ درصد منیزیم مانند ۵۳۵۶ برای جوش ۵۰۵۲ می تواند درصد منیزیم بالاتری را در فلز جوش رقیق ایجاد کند و حساسیت به ترک خوردگی جوش را کاهش دهد. هر چه آلیاژ منیزیم آلومینیوم حاوی منیزیم بیشتری باشد، احتمال ترک خوردن آن کمتر است. بنابراین، پرکننده های ۵۳۵۶، ۵۱۸۳ و ۵۵۵۶ با محتوای بالای منیزیم معمولاً برای جوشکاری آلیاژهای پایه منیزیم آلومینیومی فرفورژه و ریخته گری استفاده می شوند.
آلیاژهای سری ۶۰۰۰ که قابل عملیات حرارتی هستند، همگی جوش پذیری نسبی یکسانی از خود نشان می دهند. اگر با پرکننده آلیاژ پایه جوش داده شود، تمام آلیاژهای سری ۶۰۰۰ به ترک خوردگی جوش بسیار حساس هستند. این آلیاژها نباید بدون افزودن پرکننده آلیاژی متفاوت ذوب شوند، مگر اینکه بتوان یک بار فشاری روی جوش اعمال کرد. یک بار فشاری اعمال شده توسط بستن دو مسیر بشکه آبجو کشیده شده در ماشین تراش می تواند برای غلبه بر تنش های انقباضی انجماد جوشکاری استفاده شود تا امکان جوشکاری بدون افزودن پرکننده فراهم شود. آلیاژهای سری ۶۰۰۰ را می توان با پرکننده های سری ۵۰۰۰ با محتوای منیزیم بالا یا آلیاژهای پرکننده آلومینیوم سری ۴۰۰۰ با محتوای سیلیکون بالا جوش داد.
آلیاژهای سیلیکون آلومینیوم کمترین حساسیت را نسبت به ترک خوردگی جوش دارند و با هر یک از انواع پرکننده باید در طراحی اتصال برای رقیق‌سازی کافی فیلر پیش‌بینی شود.
برای هر آلیاژ آلومینیوم حساس به ترک ترجیح داده می شود که ترکیب فلز جوش حداقل ۷۰ درصد از فیلر آلومبنبوم باشد. کاهش درصد پرکننده، همانطور که در اتصالات لبه مربعی به دست می‌آید، عموماً منجر به ترک خوردن در طول انجماد جوش می‌شود.
آلیاژهای مس آلومینیوم سری ۲۰۰۰ آلیاژهای قابل عملیات حرارتی هستند و طیف وسیعی از حساسیت به ترک خوردگی جوش را نشان می دهند. آلیاژ ۲۲۱۹ بهترین جوش پذیری را دارد و می توان آن را با فیلر آلومبنبوم ۲۳۱۹ قابل عملیات حرارتی و همچنین با آلیاژهای پرکننده سیلیکون آلومینیوم جوش داد. آلیاژهای ۲۰۱۴ و ۲۰۳۶ ویژگی‌های جوشکاری مناسبی را با این پرکننده‌ها نشان می‌دهند، اما نقطه ذوب پایین‌تر و محدوده ذوب وسیع‌تر آنها را نسبت به ترک‌خوردگی کوتاه داغ در ناحیه انتقال جوش حساس‌تر می‌کند.
آلیاژ ۲۰۲۴ انتخاب بسیار ضعیفی برای جوشکاری است و به ترک خوردگی با آلیاژهای پرکننده استاندارد بسیار حساس است. AlcoTec توصیه می کند که آلیاژ ۲۰۲۴ به دلیل حساسیت آن به ترک خوردگی ناشی از تنش جوش داده نشود. فیلر آلومبنبوم ۴۱۴۵، یک آلیاژ غیر استاندارد، که یک آلیاژ مس سیلیکون آلومینیومی با کمترین نقطه ذوب در بین تمام آلیاژهای پرکننده آلومینیوم است، هنگام استفاده با آلیاژهای پایه ۲۰۱۴ و ۲۰۳۶ و همچنین با آلومینیوم سری ۳۰۰ کمترین ترک خوردگی جوش را ایجاد می کند. آلیاژهای ریخته گری مس سیلیکون. آلیاژهای آلومینیوم روی بدون مس، مانند ۷۰۰۵، در برابر ترک خوردگی جوش مقاومت بهتری دارند و عملکرد اتصال بهتری نسبت به آلیاژهای روی آلومینیوم با مس، مانند ۷۰۷۵ ارائه می‌دهند. افزودن مس نقطه ذوب را کاهش می‌دهد و محدوده ذوب را افزایش می‌دهد تا حساسیت به آن افزایش یابد. ترک خوردگی گرم کوتاه آلیاژ ۷۰۷۵ برای جوشکاری قوس الکتریکی مناسب نیست.
دومین استاندارد برای انتخاب درست فیلر آلومبنبوم، استحکام است. می دانیم که گرمای جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم را در ناحیه متاثر از گرما در مجاورت جوش نرم می کند. بنابراین، در اکثر جوش های لب به لب، ناحیه متاثر از حرارت آلیاژ پایه، استحکام اتصال را تعیین می کند. اغلب بسیاری از فلزات پرکننده می توانند این نیاز مقاومتی را برآورده کنند. از طرف دیگر، استحکام جوش فیله به ترکیب فیلر آلومبنبوم و اندازه فیله بستگی دارد.
آلیاژهای پرکننده با محتوای منیزیم بالا، بالاترین مقاومت برشی را برای جوش های فیله ایجاد می کنند، در حالی که پرکننده آلومینیوم خالص ۱۱۰۰ کمترین مقاومت برشی را ارائه می دهد. از آنجایی که چندین پرکننده استحکام جوش لب به لب عرضی را برای ترکیب آلیاژ پایه ایجاد می‌کنند، مقایسه رتبه‌بندی مقاومت مورد استفاده در راهنمای انتخاب پرکننده بر اساس مقاومت برشی توسعه‌یافته است. اگر پرکننده مقاومت کششی جوش لب به لب مورد نیاز را ایجاد نکند، رتبه بندی نمی شود.
از آنجایی که مقادیر مقاومت برشی طولی کمتر از برش عرضی است، در تعیین حداقل های مجاز از مقادیر طولی استفاده می شود. بیایید نگاهی به معنای انتخاب پرکننده بیندازیم. اگر در جوشکاری آلیاژ ۶۰۶۱ به مقاومت برشی ۵۰۰۰ پوند بر اینچ نیاز باشد، می توان از پرکننده های ۴۰۴۳ یا ۵۵۵۶ استفاده کرد.
اندازه فیله تک پاس ۱/۴ اینچ با ۵۵۵۶ مناسب است، در حالی که اندازه فیله ۷/۱۶ اینچ با ۴۰۴۳ مورد نیاز است. جوش ۱/۴ اینچی با ۵۵۵۶٫ علاوه بر این، افزایش اندازه فیله باعث انقباض بیشتر انجماد جوش می شود تا باعث افزایش اعوجاج جوش و نیاز احتمالی به عملیات صاف کردن شود. چند سنت به ازای هر پوند اضافی که برای پرکننده قوی‌تر پرداخت می‌شود، می‌تواند باعث صرفه‌جویی دلاری در هزینه‌های ساخت واقعی شود.
مایلیم توجه شما را به عامل مهم دیگری جلب کنیم که می تواند بر استحکام اتصال جوش تأثیر بگذارد. آلیاژهای غیر قابل عملیات حرارتی و قابل عملیات حرارتی واکنش متفاوتی به فرآیند جوشکاری دارند. همانطور که می دانید، هنگامی که حرارت مشعل یا قوس را روی آلومینیوم اعمال می کنید، یک ناحیه تحت تاثیر حرارت ایجاد می کنید، ناحیه کوچکی در دو طرف جوش که در آن فلز مقداری استحکام را از دست می دهد. در یک آلیاژ غیر قابل عملیات حرارتی، سخت یا H- Temper که در اصل توسط نورد سرد تولید می‌شود، با گرمای فرآیند جوشکاری به حالت آنیل شده یا صفر تغییر می‌کند.
این آلیاژها با حرارت دادن به ۶۵۰-۷۰۰ درجه فارنهایت آنیل می شوند و زمان در دما بی اهمیت است، بنابراین قسمت مجاور جوش که تا دمای آنیل گرم می شود کاملاً نرم می شود. چندین ساعت در دمای بازپخت برای نرم شدن کامل آلیاژهای قابل عملیات حرارتی لازم است. هنگام جوشکاری یک آلیاژ قابل عملیات حرارتی، ناحیه تحت تاثیر حرارت فقط تا حدی آنیل می شود. درجه اثر بازپخت هم به زمان و هم دما در این آلیاژها بستگی دارد.
هر چه روش جوشکاری و اتلاف حرارت از قطعات سریعتر باشد، اثر گرما کمتر و استحکام جوشکاری بیشتر می شود. جوشکاری خودکار در یک دستگاه نگهدارنده می تواند سرعت حرکت سریع و سرد شدن سریع را با بستن برای تولید استحکام جوشی بالا در آلیاژهای قابل عملیات حرارتی فراهم کند. در هر حالت، عرض ناحیه تحت تأثیر حرارت به فرآیند جوشکاری مورد استفاده، سرعت جوشکاری و نوع اتصال یا پشتیبان برای دفع گرما بستگی دارد.
د – شکل پذیری
سومین معیار برای انتخاب فیلر آلومبنبوم، شکل پذیری است. آلیاژهای آلومینیوم غیر قابل عملیات حرارتی در هنگام استفاده از آلیاژهای پرکننده مشابه، انعطاف پذیری جوش عالی را نشان می دهند. بالاترین شکل‌پذیری، به ترتیب ۶۰% کشیدگی، با آلیاژهای آلومینیوم نسبتا خالص مشاهده می‌شود. آلیاژهای سری ۵۰۰۰ نیز بسیار انعطاف پذیر هستند و زمانی که با پرکننده های سری ۵۰۰۰ جوش داده می شوند، ۳۰ تا ۴۰ درصد ازدیاد طول جوش را نشان می دهند. این شکل‌پذیری هنگام انجام آزمایش‌های خمش هدایت‌شده برای واجد شرایط بودن روش‌های جوشکاری و اپراتورها آشکار می‌شود.
جوش در آلیاژهای قابل عملیات حرارتی معمولاً به اندازه آلیاژهای غیر قابل عملیات حرارتی شکل پذیری ایجاد نمی کند. آلیاژهای سری ۶۰۰۰ را می توان با سیلیکون آلومینیوم یا پرکننده آلیاژ منیزیم آلومینیوم جوش داد و شکل پذیری متوسطی از خود نشان داد. پرکننده های سری ۵۰۰۰ ۵۰ درصد شکل پذیری بیشتری نسبت به ۴۰۴۳ در حالت جوش داده شده ارائه می دهند.
هنگام جوشکاری آلیاژهای سری ۲۰۰۰، فیلر آلومبنبوم مس آلومینیوم ۲۳۱۹ شکل پذیری خوبی را ارائه می دهد، دو برابر نسبت به ۴۰۴۳٫ شکل پذیری جوش عالی هنگام جوشکاری آلیاژهای کم مس سری ۷۰۰۰ با فیلر آلومبنبوم سری ۵۰۰۰ با محتوای منیزیم بالا، نتیجه می دهد. آلیاژهای قابل عملیات حرارتی را می توان پس از جوشکاری عملیات حرارتی تفکیک پذیری و پیری کرد. اگرچه می توان استحکام را به طور قابل ملاحظه ای بهبود بخشید، اما شکل پذیری جوش در نتیجه عملیات حرارتی پس از جوش کاهش می یابد.
