جوشکاری ورق آلومینیوم؛ همه چیز در مورد جوش ورق آلومینیومی

ورق آلومینیوم یکی از متریال‌های کلیدی در صنایع مختلف است که به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، مانند استحکام بالا در عین سبکی، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت شکل‌پذیری به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. از صنایع دریایی تا هوافضا، آلومینیوم به دلیل خواص برجسته‌ای مانند رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا و قابلیت بازیافت، نقشی بی‌بدیل در پروژه‌های مدرن ایفا می‌کند. این ویژگی‌ها جوشکاری ورق آلومینیوم را در محیط‌های خاص و شرایط سخت ممکن می‌سازند. برای آنکه با نحوه صحیح جوش این نوع ورق آشنا بشوید، ابتدا باید بدانید ورق آلومینیوم چیست و چه خصوصیاتی دارد.

معرفی خصوصیات ورق آلومینیوم

ورق آلومینیوم یک ورق سبک، نرم و مقاوم در برابر خوردگی است. این ورق به دلیل خواص ویژه‌ای مثل وزن کم، انعطاف‌پذیری بالا و مقاومت در برابر زنگ‌زدگی در صنایع مختلف مثل خودروسازی، ساختمان‌سازی و حتی لوازم خانگی کاربرد دارد. عوامل زیر در قیمت ورق آلومینیوم، نقش موثری دارند و باید در هنگام خرید به این موضوع دقت داشته باشید:

1. گرید آلیاژ: میزان خلوص آلومینیوم را مشخص می‌کند و انواع رایج آن شامل 1050، 2024، 3105، 6061 و 7075 هستند. گرید آلیاژ از عوامل مهم در قیمت پروفیل آلومینیوم ورقه‌ای است.
2. نوع پرداخت سطح: مشخص‌کننده صافی و زبری سطح است که می‌تواند شامل پرداخت نشده، آنودایز شده، رنگ شده و بوروس خورده باشد.
3. خواص مکانیکی: شامل اطلاعاتی مثل استحکام برشی، مقاومت تسلیم و مدول الاستیسیته ورق آلومینیوم است که بسته به گرید ورق متفاوت میزان متفاوتی دارد.
4. میزان مقاومت در برابر خوردگی: ورق‌های آلومینیوم به دلیل تشکیل یک لایه اکسیدی محافظ بر روی سطح خود، در برابر خوردگی بسیار مقاوم هستند. این ویژگی ورق آلومینیوم را برای استفاده در محیط‌های مرطوب، ساحلی یا صنعتی که در معرض مواد شیمیایی و آب قرار دارند، بسیار مناسب می‌سازد.
5. میزان رسانایی حرارتی: آلومینیوم یکی از بهترین مواد برای انتقال گرما است. این خصوصیت برای کاربردهایی که نیاز به تبادل حرارتی دارند، مانند سیستم‌های خنک‌کننده، رادیاتورها و حتی در صنایع الکترونیک و هوافضا بسیار مناسب است.

انواع روش های جوشکاری ورق آلومینیوم

جوشکاری ورق‌ آلومینیوم به روش‌های متفاوتی قابل انجام است تا امکان جوش انواع ورق آلومینیوم را ممکن سازد. در ادامه این روش‌ها را با هم بررسی می‌کنیم:

جوشکاری با قوس تنگستن گازی یا TIG

این روش که به عنوان جوشکاری GTAW نیز شناخته می‌شود، برای اتصال انواع ورق آلومینیوم بسیار محبوب است. در این روش، از الکترود غیر مصرفی تنگستن به همراه گاز محافظ (معمولاً آرگون) برای محافظت از جوش ورق آلومینیوم استفاده می‌شود.

جوشکاری با قوس فلزی گازی یا MIG

در این روش معروف به جوشکاریGMAW، از الکترود مصرفی و گاز محافظ برای ایجاد جوش آلومینیوم استفاده می‌کنند. این روش برای آلومینیوم‌های ضخیم‌تر به دلیل سرعت بالا و کنترل مناسب بر قوس جوش بسیار کاربردی است.

جوشکاری اصطکاکی (Friction Stir Welding – FSW)

این روش پیشرفته از گرمای تولید شده توسط اصطکاک یک ابزار چرخشی برای جوش ورق آلومینیوم استفاده می‌کند. این روش بسیار مناسب برای ایجاد اتصالات قوی و بدون نقص است.

جوشکاری مقاومتی (Resistance Welding)

این روش جوش آلومینیوم، شامل انتقال جریان الکتریکی از میان دو سطح است که باعث گرم شدن و ذوب شدن فلز در محل اتصال می‌شود. این روش بیشتر برای قطعات کوچک آلومینیومی استفاده می‌شود.

جوشکاری با پرتو لیزر (Laser Beam Welding – LBW)

این روش از لیزر برای ذوب و جوش آلومینیوم استفاده می‌کند. دقت بالا و سرعت زیاد از مزایای اصلی این روش است، اما هزینه بالای آن مانعی برای استفاده گسترده از آن در صنایع مختلف است.

جوشکاری با پرتو الکترون (Electron Beam Welding – EBW)

در این روش، از پرتوهای الکترونی متمرکز برای ایجاد حرارت استفاده می‌شود. این روش بیشتر در صنایع هوافضا و ابزار دقیق استفاده می‌شود.

جوشکاری اولتراسونیک (Ultrasonic Welding)

این روش از امواج صوتی با فرکانس بالا برای ایجاد اتصال بین قطعات استفاده می‌کند و برای اتصال قطعات نازک آلومینیومی مناسب است.

جوشکاری انفجاری (Explosion Welding)

این روش از انرژی انفجاری برای اتصال ورق‌های آلومینیوم به فلزات دیگر استفاده می‌کند و تنها برای کاربردهای خاص مانند ساخت مخازن فشار بالا از آن بهره می‌برند. 

مقایسه روش‌های جوشکاری ورق آلومینیوم

برای انتخاب بهترین روش جوشکاری آلومینیوم، بهترین راه مقایسه انواع روش‌های جوشکاری ورق آلومینیوم و بررسی مزایا و معایب هر کدام است. این اطلاعات به شما کمک می‌کنند نه‌تنها مناسب‌ترین تکنیک را بر اساس نیازهای پروژه خود انتخاب کنید، بلکه با یک انتخاب اصولی در هزینه تعمیر و نگهداری پروژه نیز صرفه‌جویی کنید.

روش جوشکاری	مزایا	معایب	استفاده در صنعت	توضیحات
(GTAW) TIG	دقت بالا، مناسب برای آلومینیوم نازک، کنترل کامل بر پارامترها	سرعت پایین، نیاز به مهارت بالا	گسترده	برای جوشکاری دقیق و تمیز آلومینیوم، به‌ویژه در ضخامت‌های نازک، مناسب است.
(GMAW) MIG	سرعت بالا، مناسب برای آلومینیوم ضخیم‌تر	هزینه بیشتر تجهیزات، نیاز به تنظیم دقیق	گسترده	این روش به دلیل سرعت بالا و سهولت استفاده، در پروژه‌های صنعتی بزرگ مانند خودروسازی و کشتی‌سازی محبوب است.
Resistance Welding	سرعت بالا، مناسب برای تولید انبوه	محدود به قطعات کوچک، نیاز به تجهیزات خاص	محدود	برای اتصالات خاص مانند قطعات کوچک و نازک آلومینیومی استفاده می‌شود.
Friction Stir Welding	اتصالات قوی و بدون نقص، بدون نیاز به مواد مصرفی	هزینه بالا، نیاز به تجهیزات خاص	گسترده	این روش برای جوشکاری آلیاژهای سخت‌تر و ضخیم‌تر آلومینیوم کاربرد دارد. در صنایع هوافضا و خودروسازی محبوب است.
Laser Beam Welding	دقت بالا، سرعت زیاد	هزینه بسیار بالا، حساسیت به شرایط محیطی	موارد خاص	برای پروژه‌های با دقت بالا و نیاز به کیفیت عالی، به‌ویژه در صنایع هوافضا و الکترونیک، استفاده می‌شود.
Electron Beam Welding	مناسب برای صنایع پیشرفته، دقت فوق‌العاده	هزینه تجهیزات و نگهداری بسیار بالا	محدود	برای کاربردهای خاص در صنایع هوافضا و نظامی مناسب است.
Ultrasonic Welding	مناسب برای قطعات نازک، سرعت بالا	محدود به ضخامت کم، نیاز به تجهیزات خاص	استفاده برای قطعات کوچک	برای اتصالات کوچک آلومینیوم، به‌ویژه در صنایع الکترونیک و باتری‌ها، کاربرد دارد. این روش گرما ایجاد نمی‌کند و برای مواد حساس به حرارت مناسب است.
Explosion Welding	خطرناک، نیاز به محیط کنترل‌شده	مناسب برای اتصال فلزات ناهمگون	استفاده محدود و خاص	برای اتصال مواد غیرهمجنس (مانند آلومینیوم به فولاد) استفاده می‌شود. این روش به دلیل نیاز به تجهیزات خاص و پیچیدگی بالا، به‌ندرت در صنایع رایج استفاده می‌شود.

نکات لازم در حین جوش ورق آلومینیوم

خواص ویژه ورق آلومینیوم مانند رسانایی حرارتی بالا، میل به تشکیل اکسید و حساسیت به تغییرات دما، جوشکاری ورق آلومینیوم را به فرآیندی چالش‌برانگیز تبدیل کرده است. پس بهتر است با رعایت نکات زیر می‌توانید نه تنها کیفیت جوش ورق آلومینیوم و دوام قطعات را بهبود ببخشید، بلکه از بروز مشکلاتی مانند ترک‌خوردگی، شکستگی و خوردگی نیز جلوگیری نمایید:

1. پاکسازی سطح ورق آلومینیوم:

   به مرور زمان روی سطح ورق آلومینیوم لایه‌ای از اکسید ایجاد می‌شود. پیش از آنکه اقدام به جوش دادن ورق آلومینیوم کنید لازم است سطح ورق با استفاده از برس سیمی و محلول‌های مخصوص شست‌وشو پاکسازی شود تا مواردی مثل ترک خوردن جوش اتفاق نیفتد.

2. انتخاب مواد پرکننده یا فیلر مناسب:

   درمورد فیلر مناسب برای ورق‌های آلومینیومی، لازم است که گرید آلیاژ، نوع پرداخت و همچنین کاربرد و نوع جوشکاری در نظر گرفته شود. انتخاب فیلر نامناسب سبب ایجاد شکستگی و خوردگی در جوش می‌شود و به مرور زمان ممکن است قطعات جوش داده شده از هم جدا شوند.

3. کنترل دما و جریان الکتریکی:

   از آنجا که آلومینیوم رسانایی حرارتی بالایی دارد و در حین فرایند جوشکاری نیز دمای محل جوش بالا می‌رود و به سایر بخش‌های ورق منتقل می‌شود، لازم است هم میزان جریان و ولتاژ انتقالی کنترل شود و هم میزان حرارت. چرا که انتقال این موارد به ورقه و بالا رفتن بیش از حد دما احتمال ذوب ناخواسته و تغییر شکل ورق و انقباضات را افزایش خواهد داد.

4. تشخیص روش مناسب جوشکاری:

   برای جوشکاری ورق‌ آلومینیوم، علاوه بر نوع ورق و خواص مکانیکی آن، باید محیطی که قرار است ورق در آن استفاده شود نیز بررسی شود و براساس همه‌ی این‌ها، روش مناسب و سرعت جوشکاری، زاویه مشعل و فشار الکترود مشخص شود.

5. پیش گرمایش ورق آلومینیوم:

   برای جلوگیری از ایجاد ترک و سایر مشکلات در ورق آلومینیوم، در برخی مواقع لازم است که ورق آلومینیوم را از پیش گرم کنید. دمای پیش گرمایش معمولا بین 150 تا 200 درجه‌ی سانتی‌گراد است.

6. محافظت از جوش در برابر اکسیداسیون:

   برای آنکه هوا به منطقه‌ی در حال جوش وارد نشود و جوش با کیفیت بهتری انجام شود، در ناحیه‌ی در حال جوش از گازهای بی‌اثری همچون آرگون استفاده می‌کنند.

7. رعایت نکات ایمنی:

   جوشکاری ورق آلومینیوم منجر به تولید گازهای سمی می‌شود. به همین دلیل مناسب‌بودن تهویه محیط کار و استفاده از تجهیزات ایمنی مانند ماسک و عینک جوشکاری، دستکش و لباس مناسب پیش از شروع فرایند جوشکاری به منظور محافظت از خود ضرورت دارد.

روش های جوشکاری ورق آلومینیوم که توصیه نمی‌شود؟

هنگام انتخاب روش جوشکاری برای ورق‌های آلومینیوم، بهتر است از روش‌های جوشکاری زیر به دلیل آسیب‌هایی که به قطعه وارد می‌کنند، استفاده نکنید:

• جوشکاری با قوس زیر پودری(SAW): این روش به دلیل عدم توانایی در کنترل دقیق گرمای ورودی و حساسیت بالای آلومینیوم به حرارت، منجر به ذوب ناخواسته و کاهش کیفیت جوش آلومینیوم می‌شود.
• جوشکاری با شعله گاز معمولی(OFW): به دلیل انتقال حرارت بیش از حد به ورق آلومینیوم، این روش می‌تواند منجر به ذوب ناخواسته، اکسیداسیون زیاد و ترک‌خوردگی در محل جوش شود..
• جوشکاری با قوس پلاسما (PAW): اگرچه این روش دقت بالایی دارد، اما هزینه‌ی تجهیزات آن بسیار زیاد است و معمولاً برای پروژه‌های آلومینیومی مقرون‌به‌صرفه نیست.
• جوشکاری با قوس کربنی(CAW): این روش گرمای زیادی تولید می‌کند که برای آلومینیوم بسیار مخرب است.

جمع بندی

جوشکاری ورق آلومینیوم به طور معمول با استفاده از روش‌های مختلفی نظیر TIG، MIG و FSW انجام می‌شود که هرکدام مزایای خاص خود را دارند. برای جوشکاری موفق، باید سطح ورق به‌طور کامل پاکسازی شود، دما و جریان کنترل گردد و روش مناسب با توجه به ضخامت و کاربرد ورق آلومینیوم انتخاب شود. همچنین، استفاده از گاز محافظ و رعایت نکات ایمنی در جوش ورق آلومینیوم امری ضروری است.