آلیاژهای آلومینیوم غیرقابل جوش پذیر ( جوشکاری آنها توصیه نمی شود) :
الف)آلیاژهای آلومینیوم کار شده: ۷۰۲۱، ۷۰۲۹، ۷۰۵۰، ۷۰۷۵، ۷۰۷۹، ۷۱۲۹، ۷۱۵۰، ۷۱۷۸، ۷۴۷۵
ب)آلیاژهای آلومینیوم ریختگی: ۲۴۲.۰
همان طور که از اطلاعات بالا مشخص است، به طور کلی از بین آلیاژهای کار شده آلومینیوم در گروه غیرقابل عملیات حرارتی، سری های ۱۰۰۰، ۳۰۰۰ و ۵۰۰۰، و در گروه قابل عملیات حرارتی، سری ۶۰۰۰ به ویژه با روش های جوشکاری TIG و MIG/MAG از قابلیت جوش پذیری بالایی برخوردارست.
همچنین آلیاژهای سری ۴۰۰۰ و نیز سری ۲۰۰۰ با بهره گرفتن از تمهیدات خاص و با فرآیندهای TIG یا MIG/MAG به سختی قابل جوشکاری بوده و پس از جوشکاری، انعطاف پذیری و استحکام آن ها به شدت کاهش پیدا می کند. در حالی که آلیاژهای سری ۷۰۰۰ که از استحکام بسیار بالایی برخوردار بوده و قابل عملیات حرارتی هستند، به ویژه ۷۰۵۰، ۷۰۷۵، ۷۰۷۹، ۷۱۷۸ و ۷۴۷۵ با روش های قوس الکتریکی قابل جوشکاری نیستند، زیرا پس از جوشکاری و با گذشت ۳۰ تا ۹۰ روز، استحکام ناحیه جوش کاری شده به شدت کاهش یافته و حتی به ۷۰ الی ۹۰ درصد استحکام اولیه آلیاژ می رسد.
حرارت ناشی از جوشکاری، همان گونه که قبلاً اشاره شد، سبب پیرسخت شدن فلز جوش و منطقه HAZ می شود، و در آلیاژهای غیرقابل عملیات حرارتی، حتی با آنیل کردن پس از جوشکاری نیز، نمی توان استحکام از دست رفته را مجدداً به آلیاژ برگرداند. البته مقدار کاهش استحکام، به ویژه در منطقه HAZ، همواره به سرعت جوشکاری بستگی دارد، و هر اندازه سرعت جوشکاری بالاتر باشد، کاهش استحکام کمتر خواهد بود. در آلیاژهای قابل عملیات حرارتی مثل T4 یا T6 نیز، افزایش دمای ناشی از جوشکاری، سبب کاهش استحکام شده بنابراین استحکام فلز جوش در این آلیاژها نیز به مراتب کمتر از استحکام اولیه فلز پایه می باشد. این کاهش استحکام به نسبت، ضعف و تردی خاصی را نیز در منطقه HAZ، ایجاد می کند. این منطقه، در واقع عبارت است از ناحیه ای از فلز در مجاورت جوش که آنیل محلولی گردیده و به صورت موضعی پیرسخت شده است. به دلیل استحکام بالای فلز پایه و استحکام پایین منطقه جوش و HAZ، به ویژه در حالت T6، انعطاف پذیری و جوش پذیری این نوع آلیاژها بسیار پایین اعلام شده است. البته انجام عملیات حرارتی محلولی و پیرسازی بعد از جوشکاری، بخشی از استحکام از دست رفته را در آلیاژهای قابل عملیات حرارتی به آن ها بر می گرداند اما انعطاف پذیری از دست رفته در اثر جوشکاری در این آلیاژها، هرگز قابل برگشت نخواهد بود. اغلب آلیاژهای آلومینیوم ریختگی در صورتی که به دقت و درستی لبه سازی شده باشند، با فرآیندهای TIG و MIG/MAG قابل جوشکاری اند. عیوبی مثل، ماسه سوزی، حفره های ناشی از ریخته گری و غیره، با این روش ها به خوبی قابل تعمیر هستند. همچنین اتصال یک قطعه ریختگی به یک قطعه کار شده نیز امکان پذیر است.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
آماده سازی قطعات آلومینیومی و آلیاژهای آن برای انجام جوشکاری
قبل از جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن، باید موارد زیر را در نظر گرفت:
تمیزکاری قبل از جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن :
برای دستیابی به یک جوش با کیفیت بالا، تمیزکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن قبل از جوشکاری الزامی است. به طور کلی، در جوش های شعله ای، برای داشتن اکسید سطحی، سطح فلز پایه و مفتول جوشکاری را کاملاً به فلاکس، روانساز یا تنه کار آغشته می نمایند اما در جوش های قوس الکتریکی، چه به صورت جریان AC و چه به صورت DC مثبت، چون فلز قطعه کار از نظر الکتریکی به قطب منفی متصل می شود بنابراین لایه اکسیدی به طور خودبه خود برطرف می شود و نیازی به روانساز یا تنه کار نیست.
در هر صورت و به هر روشی، باید سطح فلز پایه از هر گونه چربی، روغن، گریس، رطوبت و لایه اکسیدی کاملاً پاک شود. همچنین لایه اکسیدی روی مفتول های جوشکاری نیز باید پاک شود.
لایه اکسیدی روی آلیاژهای آلومینیوم گروه ۱۰۰۰و ۳۰۰۰ معمولاً نازک تر و لایه اکسیدی روی آلیاژهای سری ۵۰۰۰ و ۶۰۰۰ از ضخامت بیشتری برخوردار است و به رنگ تیره دیده می شود. لایه های اکسیدی ضخیم تر، خطر افزایش حفره ها و ناخالصی ها را در جوش افزایش می دهند.
پس از شستن و پاک کردن سطح از هر گونه ناخالصی و آلودگی، خشک کردن سطح از هر گونه رطوبت نیز ضروری است. همچنین بعضی روش های مکانیکی مثل برس زدن، سنباده کاری، سوهانکاری و یا ماشینکاری هم می تواند به از بین بردن لایه اکسیدی ضخیم کمک کند. برس های سیمی مورد استفاده باید از جنس فولاد زنگ نزن و از سیم های با قطری بین ۳/۰ تا ۴/۰ میلی متر ساخته شده باشند.
اسید فسفریک و الکل، برای پاک کردن لایه های اکسیدی نازک بسیار مناسبند و پس از انجام عملیات اکسیدزدایی، قطعات باید با آب شستشو داده و سپس خشک شوند.
محلول ۵ درصد هیدروکسیدسدیم (NaOH) در دمای ۶۵ تا ۷۰ درجه سانتیگراد، اگر برای مدت ۳۰ ثانیه روی سطح آلومینیوم قرار داده شود، قادر است لایه های اکسیدی ضخیم را بر دارد. البته این عملیات اکسیدزدایی ممکن است تا حدودی موجب تیره شدن سطح فلز شود. همچنین استفاده از محلول اسید نیتریک رقیق شده در آب سرد در درجه حرارت اتاق نیز، برای برداشتن لایه های ضخیم اکسیدی موثر است. در هر صورت، پس از اتمام عملیات، شستشو با آب (تا حد امکان گرم یا داغ) و سپس خشک کردن (با هوای گرم) نیز توصیه شده است.
نکته قابل توجه دیگر این است که، عملیات تمیزکاری همواره باید قبل از مونتاژ انجام شود.
آماده سازی و طراحی اتصال و لبه سازی در جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن:
در این قسمت، فقط به بررسی اصول اصلی و کلی آماده سازی و طراحی اتصال در جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن پرداخته خواهد شد، مطالعه و معرفی مشخصات فنی دقیق در این خصوص، در مورد هر یک از فرآیندهای جوشکاری قابل استفاده، به طور جداگانه در ادامه ارائه خواهد شد. به طور کلی، روش ها و اصول طراحی اتصال برای آلومینیوم و آلیاژهای آن، بسیار شبیه به طراحی اتصال برای فولاد است.
در مواردی که باید از فرآیندهای MIG/MAG با جریان DC منفی (معکوس) استفاده شود، پیشانی پخ [۳۰] ضخیم تر و شیارها[۳۱] نازک تر انتخاب گردد.
اتصال های لبه روی لبه برای جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم، بیش از سایر آلیاژها کاربرد دارند. مزیت این روش، این است که نیازی به پخ زدن نداشته و به آسانی متصل می شود اما عیب آن این است که بازرسی جوش در این نوع اتصال مشکل است.
اتصال دیگری که برای ورق های ضخیم آلومینیوم و برای کاهش احتمال تاب برداشتن جوش به کار می رود، روش جوش گوشه[۳۲] است. در این روش، اغلب نیازی به پخ زدن نیست، به جز در قطعات ضخیم و برای کاهش هزینه های جوشکاری و خطر پیچیدگی. اگر ضخامت ورق، بیش از ۵/۹ میلی متر باشد، باید لبه های آن را برای جوشکاری به صورت مربعی یا ° ۹۰ برش زد (اتصال L).
بهترین طراحی ها برای لبه سازی و اتصال قطعات آلومینیومی، بیشتر در حالت تخت و به صورت جوش اتوماتیک یا نیمه اتوماتیک است، مثلاً جوش اتوماتیک TIG برای ضخامت های کمتر از mm 3 از یک طرف با اتصال L و برای ضخامت های بیش از mm 7 از دو طرف مناسب است. به طور کلی، فاصله درز جوش برای جوشکاری آلومینیوم در هنگام مونتاژ قطعات باید در حدود mm25/0 -1/0 در نظر گرفته شود. البته باید به خاطر داشت که هر اندازه درز جوش کمتر باشد، مصرف مواد پر کننده کمتر خواهد شد. با بهره گرفتن از اتصال L با جوش MIG برای ضخامت های ۵ تا ۸ میلی متر و برای ضخامت های بیشتر پخ V با زاویه °۵۰ و درز جوش mm3-2 و یا پخ X با زاویه °۹۰ نیز از راهکارهای مناسب به شمار می رود.
در این راستا توجه به موارد زیر حائز اهمیت است.
-مونتاژکاری به طریق مکانیکی و با بهره گرفتن از ابزارهای دقیق صورت پذیرد.
-از پشت بندهای جوش استفاده شود.
-ضخامت در محل اتصال تا جایی که امکان دارد، کاهش یابد.
-طراحی فیکسچر و نگه دارنده در جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن
تغییرات ابعادی ناشی از انبساط و انقباض در اثر جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم، تقریباً دو برابر فولاد است، در حالی که نقطعه ذوب آلیاژهای آلومینیوم تقریباً فولاد می باشد، در نتیجه خطر و میزان پیچیدگی جوش و تغییر ظاهر و ابعاد آن در آلیاژهای آلومینیوم بسیار زیادتر از آهن و فولاد است. برای کاهش و محدود کردن تعداد اتصالات و در نتیجه ممانعت از بروز مشکلات گفته شده، استفاده از قطعات کمکی به صورت نگه دارنده یا فیکسچر در جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم توصیه می شود. این تدبیر را می توان در مورد اتصال قطعات نازک به ضخیم نیز به کار گرفت. چون اتصالات گوشه و لبه ای مشکل تر و دارای استحکام کمتری هستند، بنابراین برای تغییر آن به شکل های دیگر می توان از تدابیر گرفته شده استفاده نمود.
پیشگرمایی در جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن :
به طور کلی، با توجه به گرمای ویژه بالا و ضریب انتقال حرارت زیاد آلومینیوم و اغلب آلیاژهای آن، حرارت زیادی برای جوشکاری ذوبی لازم است. چون شدت و نرخ حرارت در جوشکاری شعله نسبت به قوس الکتریکی کم است، پیشگرم کردن قطعات بزرگ برای جوشکاری شعله ای ضروری است. البته این پیشگرم کردن، باعث کاهش شیب حرارتی در ضمن گرم و سرد شدن و در نتیجه تقلیل تنش ها و احتمال بروز ترک و پیچیدگی نیز می شود. پیشگرم کردن به ویژه در مورد قطعات ریختگی شکسته شده با طرح های پیچیده ضروری است. درجه حرارت پیشگرم کردن برای جوش های شعله ای اکسی استیلن بین ۲۵۰ تا ۴۰۰ درجه سانتیگراد توصیه شده که مقدار دقیق آن به اندازه و ابعاد و به ویژه ضخامت قطعه بستگی دارد. در مواقع جوشکاری دو قطعه با ضخامت های مختلف، می توان قطعه ضخیم تر را تا درجه حرارت بالاتری پیشگرم نمود. در تعمیرات قطعات ریختگی ترک برداشته یا کاملاً شکسته شده، پیشگرم کردن یکنواخت در درجه حرارتی بالاتر از قطعات غیرریختگی ضروری است. در روش های جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ، پیشگرم کردن به طور معمول فقط برای قطعاتی است که دمای آن ها قبل از جوشکاری کمتر از صفر درجه سانتیگراد است، یا در مواقعی که شکل، حجم و اندازه قطعه به شکلی است که انتقال حرارت آن بسیار زیاد و مشکل آفرین است. در روش فرایند TIG با جریان متناوب (AC)، پیشگرم کردن برای قطعات ضخیم تر از mm5 و در روش فرایند MIG/MAG برای قطعات ضخیم تر از ۲۵ میلی متر توصیه می شود.
البته فرایند TIG با جریان DC مثبت بیشتر برای قطعات نازک استفاده شده و اغلب نیازی به پیشگرمایی ندارد. قطعات ضخیمی که با روش TIG با جریان DC مثبت جوشکاری می شوند نیز، نباید پیشگرم شوند زیرا حرارت ورودی زیادی در قطعه ایجاد می کند. یکی از روش های پیشگرم کردن موضعی به ویژه برای مناطق اطراف لبه اتصال، استفاده از مشعل های گازی است. دمای پیشگرمایی در حدود ۹۰درجه سانتیگراد برای نفوذ کافی جوش در این فرآیندها کافی بوده و نیازی به میزان کردن مجدد شدت جریان وجود ندارد. به هر حال، درجه حرارت پیشگرمایی برای جوشکاری آلیاژهای کار شده آلومینیوم، هرگز از ۱۵۰ درجه سانتیگراد تجاوز نخواهد کرد زیرا خواص مطلوب آلیاژهای آلومینیوم با این عمل، کاهش پیدا کرده و گاهی از بین می روند.
به طور مثال، آلیاژ آلومینیوم-منیزیم با ۴ تا ۵/۵ درصد منیزیم (۵۰۸۳، ۵۰۸۶ و ۵۴۵۶) نباید بیش از ۱۰۰ درجه سانتیگراد پیش گرم شوند زیرا مقاومت به خوردگی تنشی آن به شدت کاهش می یابد.
اغلب قطعات ریختگی آلومینیوم، که از ابعاد بزرگ و پیچیده ای برخوردارند برای کاهش تنش های حرارتی، نیاز به پیشگرمایی دارند و پس از اتمام جوشکاری باید به آرامی سرد شوند. اما درجه حرارت پیشگرمایی هرگز نباید آن قدر زیاد باشد که روی خواص مقاومت به خوردگی یا حساسیت در برابر ترک خوردن تاثیر بگذارد.
انتخاب فلز پرکننده برای جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم :
انتخاب فلز پرکننده مناسب، یک عامل اساسی و مهم در ارتقاء سطح کیفی جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم است. برخلاف فولادهای کربنی، که یک فلز پرکننده فقط باید استحکام کششی کافی برای فلز جوش را تامین نماید، در مورد انتخاب فلز پرکننده برای آلیاژهای آلومینیوم به فاکتورهای زیادی باید توجه داشت: از این جمله اند:
سهولت جوشکاری: یک فلز پرکننده مناسب باید کلیه فاکتورهای مربوط به آسان تر شدن فرایند جوشکاری را تامین کند. فاکتورهایی مثل مقدار نرمی یا انعطاف پذیری سیم جوش که از یک طرف در فرایند TIG امکان شکل دادن به سیم مهیا باشد و از سوی دیگر در فرایند MIG امکان عبور سیم از درون انبر جوشکاری و غلتک های منبع تغذیه سیم به سهولت فراهم گردد. سیالیت مذاب ایجاد شده در حوضچه جوش، اگر بیش از حد یا کمتر از حد مورد نظر باشد، در هر دو صورت باعث بروز مشکلاتی در پروسه جوشکاری آلومینیوم می شود. بنابراین، برای سهولت جوشکاری توجه به میزان سیالیتی که در نهایت، مذاب آلومینیوم در اختلاط با مواد فلز پر کننده به دست می آورد الزامی است. عامل مهم دیگری که باید برای سهولت جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم مورد توجه قرار داد، چگونگی و سرعت سرد شدن مذاب است. انتخاب صحیح فلز پرکننده می تواند بهترین نتیجه موردنظر را در مورد سرعت سردشدن حوضچه مذاب به دست دهد.
استحکام جوش: مطالعه نمودارهای استحکام کششی و استحکام برشی در انواع اتصالات جوشی آلومینیوم، می تواند ایده مناسبی در انتخاب فلز پرکننده ارائه نماید. توجه به دو فاکتور تنش تسلیم و استحکام کششی که در مشخصات فنی هر یک از الکترودها و سیم جوش های آلومینیوم ذکر گردیده، می تواند در دستیابی به استحکام جوش مناسب تاثیر به سزایی داشته باشد. پرکننده های سری۴۰۰۰، دارای شکل پذیری و استحکام برشی پایینی هستند، در حالی که پرکننده های سری ۵۰۰۰ دارای شکل پذیری و استحکامی تا دو برابر سری ۴۰۰۰ می باشند.
شکل پذیری جوش: توجه به عدد انعطاف پذیری محاسبه شده برای هر فلز پرکننده درصد ازدیاد طول از روی مشخصات فنی ارائه شده، می تواند در دستیابی به انعطاف پذیری و شکل پذیری مناسب برای جوش، کمک موثری باشد. انعطاف پذیری فلزات پرکننده آلومینیوم بین ۱۲ تا ۳۵ درصد متغیر است. بیشترین درصد انعطاف پذیری فلزات پرکننده آلومینیومی مربوط به سیم جوش AWS A5.10-88:ER1100 یا DIN1732:SG-A199.5Ti و کمترین آن مربوط به آلیاژ AWS A5.10-88:ER4047 است.
درجه حرارت کار: سعی در انتخاب فلزات پرکننده ای که در دماهای نزدیک به نقطه ذوب فلز پایه، ذوب شده و جوشکاری نمایند نیز عامل مهمی است که باید در هنگام انتخاب فلز پرکننده مدنظر قرار گیرد.
مقاومت در برابر خوردگی: فلزات پر کننده ای که در آن ها مقادیر قابل توجهی منیزیم موجود باشد، به دلیل افزایش مقدار رسوب Al2Mg3 در بین دانه ها و جدایش منیزیم از مرزدانه ها، و در نتیجه خطر خوردگی بین دانه ای و بروز ترک تا جای ممکن نباید به کار گرفته شوند. استفاده از AWS: ER5654 بهترین مقاومت به خوردگی را در جوش ایجاد می کند.
