جوشکاری ذوبی

جوشکاری ذوبی یا جوشکاری حالت مایع ‌یکی از روش‌های جوشکاری است که بر طبق تعریف AWS به هر فرایند جوشکاری که از ذوب‌کردن فلز پایه به منظور ایجاد جوش استفاده کند، گفته می‌شود.^‌ در جوشکاری ذوبی برای اتصال دو فلز به یکدیگر، نقاط اتصال را ذوب کرده و به یکدیگر می‌چسبانند تا هنگام سرد شدن در اثر انجماد، اتصال برقرار شود. در عین حال ممکن است یک فلز دیگر (معمولاً در الکترود) نیز برای کنترل ضخامت محل اتصال مورد استفاده قرار بگیرد.

جوشکاری یکی از فرایندهای اتصال دائمی قطعات (فلزی یا غیرفلزی)، به روش ذوبی یا غیر ذوبی، با بکارگیری یا بدون بکارگیری فشار، با استفاده یا بدون استفاده از ماده پرکننده است. فرایندهای جوشکاری به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند.

1. فرایندهای جوشکاری ذوبی
2. فرایندهای جوشکاری غیر ذوبی

روش‌های جوشکاری ذوبی

جوشکاری با گاز اکسیژن و سوخت

• در این روش برای ذوب کردن فلز از گاز اکسیژن و سوختی که همراه آن می‌سوزد استفاده می‌شود.

جوشکاری با قوس الکتریکی

• در این روش برای ذوب کردن فلز از قوس الکتریکی استفاده می‌شود.

جوشکاری مقاومتی

• در این روش برای ایجاد گرمای ذوب از مقاومت الکتریکی استفاده می‌شود، در حالی که دو فلز در کنار یکدیگر زیر فشار قرار دارند.

جوشکاری حالت مذاب

امروزه استفاده ا‌ز آلیاژهای آلومینیوم در صنایع مختلف از جمله هوافضا، دریایی و ساخت مخازن تحت فشار افزایش پیدا کرده‌ که ناشی از ویژگی‌های این آلیاژها از جمله نسبت استحکام به وزن بالا،‌ مقاومت به خوردگی مناسب، جوش‌پذیری خوب هستند. به علت خصوصیات مکانیکی نسبتاً خوب کاربرد بسیاری پیدا کرده‌اند.

آلومینیوم و آلیاژهای آن اغلب با بیشتر فرایندهای جوشکاری ذوبی قابل جوشکاری هستند اما در برخی از آلیاژهای آلومینیوم به علت حساسیت به ترک انجمادی‌، ناشی از استحکام بالا، در بعضی موارد جوشکاری با مشکلاتی همراه می‌شوند. همچنین تخلخل نیز در بعضی شرایط می‌تواند به عنوان مشکل در جوشکاری این آلیاژها به شمار رود.

آلیاژهای آلومینیوم دارای خصوصیات ویژه حرارتی و متالورژیکی هستند که تاثیر بسازی بر روی رفتار جوش‌پذیری این آلیاژها می‌گذارد. از جمله خصوصیات مهم آلیاژهای آلومینیومی هدایت حرارتی بالا، ضریب انبساط حرارتی بالا و دمای ذوب پایین بوده که بسیاری از خصوصیات جوش‌پذیری آلیاژهای آلومینیوم از این ویژگی‌های خاص تاثیر می‌پذیرد.

مشکلات اصلی در جوشکاری ذوبی آلومینیوم و آلیاژهای آن، بسیاری از مشکلات جوشکاری ذوبی آلیاژهای آلومینیومی از خصوصیات فیزیکی، حرارتی و متالورژیکی این آلیاژها ناشی می‌شوند که در زیر اشاره به هر یک از این خواص و تاثیر آنها بر روی جوش‌پذیری آلیاژهای آلومینیوم می‌شود.

‌هدایت حرارتی بالای آلیاژهای آلومینیوم

هدایت حرارتی آلومینیوم و آلیاژهای آن حدوداً ۳ تا ۶ برابر آهن و آلیاژهای آن است و این باعث می‌شود که انتقال حرارت در زمان جوشکاری به اطراف جوش بسیار سریع تر و بیشتر از فولادها باشد. بنابراین نیاز به منبع حرارت به اندازه کافی قوی بوده تا حرارت ایجاد شده قادر به ذوب نمودن فلز پایه و جوشکاری باشد. بنابراین نیاز به جوشکاری با سرعت بالا و تمرکز بالا است.

‌ضریب انبساط و انقباظ بالای آلیاژهای آلومینیوم

انبساط و انقباض آلومینیوم و آلیاژهای آن، در اثر جوشکاری و سرمایش پس از آن، تقریباً دو برابر فولاد بوده که منجر به تمرکز تنش‌های داخلی می‌شود که باعث پیچیدگی، تاب برداشتن و تغییر ابعادی و ترکیدگی خواهد شد. برای رفع این نقیصه می‌توان از فیکسچر و نگه دارنده مناسب استفاده کرد.

‌نرم شدگی مجاور خط جوش

آلیاژهای آلومینیوم که در اثر عملیات حرارتی، سختی بالاتری پیدا کرده‌اند، در اثر حرارت ناشی از جوشکاری در مناطق مجاور خط جوش نرم می‌شوند.

‌حلالیت هیدروژن در آلومینیوم مذاب

‌هیدروژن در آلومینیوم مذاب کاملاً قابل حل است که از طرق مختلف می‌تواند وارد حوضچه جوش شود چه از طریق هوا در حین جوشکاری و چربی و آلودگی‌ها می‌تواند به سهولت وارد حوضچه مذاب جوشکاری شود اما با کاهش درجه حرارت، قابلیت انحلال هیدروژن در آلومینیوم کم شده و به صورت حباب در امتداد مزر دانه‌ها پس زده می‌شوند. درحقیقت به دلیل انتقال حرارت بالای آلومینیوم، لایه سطحی در گرده جوش به سرعت منجمد شده و امکان خروج حباب‌های گاز هیدروژن وجود نخواهد داشت.حباب‌های هیدروژن در داخل مذاب، به هم وصل شده که پس از سرد شدن منجر به کاهش استحکام جوش و افزایش تجمع تنش و در نهایت شکست را در پی خواهد داشت.

سوختگی یا بریدگی کنار جوش

شیاری را که در فلز پایه مجاور ریشه جوش دیده می‌شود، سوختگی یا بریدگی می‌گویند. این عیب موجب تمرکز یا تشدید تنش می‌شود و غالباً مربوط به جریان زیاد است سایر عوامل موثر در بروز این عیب به شرح زیر است.

• طول قوس بسیار زیاد
• شدت جریان بسیار زیاد
• سرعت جوشکاری کم
• نامناسب بودن زاویه دست جوشکار نسبت به قطعه کار

روش‌های رفع عیبوب احتمالی در جوشکاری ذوبی آلیاژهای آلومینیوم

• ‌حرارت دهی با تمرکز بالا یا پیش‌گرم نمودن قطعه تا دماهای ۱۲۰ درجه سانتیگراد جهت کاهش اتلاف حرارت ناشی از هدایت حرارتی بالای آلیاژهای آلومینیوم.
• استفاده از نگهدارنده برای جلوگیری از اعوجاج و تابیدگی قطعات پس از جوشکاری
• حصول اطمینان از تمیزی قطعه تحت جوشکاری قبل از انجام جوشکاری و استفاده از گاز محافظ خنثی جهت جلوگیری از تشکیل حفره، تخلخل و آخال در فلز جوش.
• از بین بردن لایه اکسیدی مقاوم تشکیل شده در محل جوشکاری‌ جهت ایجاد اتصالی مناسب
• انتخاب پارامترهای مناسب جوشکاری از جمله شدت جریان، ولتاژ و سرعت مناسب جوشکاری

‌عیوبی که بیشتر در فلز جوش آلیاژهای آلومینیوم مشاهده می‌شود شامل خلل و فرج و حفرات در فلز جوش، کشیدگی و جمع شدگی فلز جوش، ترک‌های انجمادی در فلز جوش و سوختگی کناره فلز جوش هستند که از جمله پارامترهای مهم جهت رفع این عیوب تمیزی قطع کار قبل از جوشکاری، پیش‌گرم نمودن قطعه و انتخاب پارامترهای مناسب جوشکاری است.