۳ نکته طلایی در مورد جوشکاری لیزری آلیاژهای آلومینیوم

در جوشکاری لیزری آلیاژهای آلومینیوم چه نکاتی را باید رعایت کرد؟ آلیاژهای آلومینیوم سبک وزن هستند، هدایت حرارتی و الکتریکی خوبی دارند و کار با آنها نسبتاً آسان می ­باشد. بنابراین، جای تعجب نیست که آنها با فرکانس افزایش یافته در کاربردهای تولید محصول از باتری ­ها و بسته بندی­ های الکترونیکی گرفته تا قطعات خودرو و بسته بندی کالاهای مصرفی استفاده می ­شوند. با این حال، جوشکاری لیزری آلومینیوم به سه دلیل اصلی ذیل دشوارتر از جوشکاری فولادها می ­باشد:

• • بازتاب بالا
  • لایه اکسید سطحی
  • عناصر آلیاژی فرار

جوشکاری لیزری آلیاژهای آلومینیوم با بازتاب یا انعکاس پذیری بالا

آلومینیوم نسبت به لیزرهای Nd:YAG و فیبر با طول موج ۱۰۶۴ یا ۱۰۷۰ نانومتر منعکس کننده بالایی دارد، به این معنی که برای غلبه بر این انعکاس و توانمندسازی لیزر برای رساندن گرما به قطعه، چگالی توان بالایی لازم است.

لایه اکسید سطحی

 برداشتن لایه اکسیدی با روش­ های مکانیکی یا شیمیایی تضمین می کند که کثیفی و آلاینده هایی که ممکن است در لایه اکسید وجود داشته باشند پاک شوند. توجه داشته باشید که باید از آبکاری در ناحیه جوش اجتناب شود زیرا معمولاً باعث ترک خوردن جوش می­ گردد.

عناصر آلیاژی فرار

انتخاب مواد برای جلوگیری از عناصر آلیاژی فرار که می­ توانند باعث تخلخل و ترک بیش از حد شوند، کلیدی است، انتخاب مواد خوب معمولا ۱۰۵۰، ۲۲۱۹، ۳۰۰۳، ۵۰۵۲، ۶۰۶۱ و ۴۰۴۷ می ­باشد. توجه داشته باشید که ۶۰۶۱ فقط در ترکیب با ۴۰۴۷ قابل جوش است (البته  ۴۰۴۳ نیز  قابل استفاده می­باشد). آلیاژ ۴۰۴۷ به دلیل محتوای سیلیکونی از ترک خوردن جلوگیری می­ نماید.

چالش­ های جوشکاری آلومینیوم

امروزه جوشکاری آلومینیوم به یکی از رایج ترین روش­ های جوشکاری در صنعت به خصوص در بخش خودروسازی تبدیل شده است. از آنجائی که کار با این ماده آسان نمی­ باشد، یافتن راهی مناسب برای جوشکاری موفقیت آمیز آلومینیوم دشوار می ­باشد و دارای چالش‌هایی مانند آماده‌سازی و تکنیک‌های جوشکاری صحیح، استفاده از تجهیزات خاص برای کمک به اجرای یکنواخت عملیات می ­باشد. به همین دلیل، آلومینیوم نیاز به توجه خاصی دارد تا اطمینان حاصل گردد که کارهای جوشکاری شما با حداقل مشکلات و سهولت با موفقیت صورت پذیرد.

حتما مطالعه کنید : ۳ روش جوشکار ورق فلز ، به کدام نیاز دارید؟

آلومینیوم خواص خاصی دارد که جوشکاری آن را نسبت به سایر فلزات چالش برانگیزتر می­ نماید. هدایت حرارتی نسبتاً بالا (تقریباً ۲۰۹ وات بر متر کلوین) و نقطه ذوب پایین (۶۶۰ ~ ۶۷۰ درجه سانتیگراد) آن را به گونه ای ساخته است که فقط از فرآیندهای جوشکاری ذوبی می توان برای جوشکاری آن استفاده نمود. از جمله چالش­ های جوشکاری آلومینیوم می­ توان به موارد ذیل اشاره نمود.

• اکسیداسیون آلومینیوم

یکی دیگر از چالش­ های جوشکاری آلومینیوم، تشکیل لایه اکسید روی سطح کار است. نقطه ذوب اکسید آلومینیوم تقریباً ۳ برابر نقطه ذوب آلومینیوم خالص است که می ­تواند منجر به آلودگی ذرات اکسید آلومینیوم جوش و مشکلات تخلخل گردد. در بیشتر موارد، فیلم اکسید باید قبل از جوشکاری با روش­ های مکانیکی یا شیمیایی حذف شود. اکسید آلومینیوم می‌تواند بر جوشکاری لیزر تأثیر بگذارد: فیلم‌های اکسیدی می‌توانند انعکاس سطح قطعات را تغییر دهند، که بر میزان انرژی لیزری که آن را به فلز پایه می‌سازد تأثیر منفی می‌گذارد.

• آلودگی هیدروکربنی

آلودگی هیدروکربنی آلومینیوم در هنگام ذخیره سازی و آماده سازی مواد می تواند باعث ایجاد مشکلاتی در هنگام جوشکاری گردد. قطعات آلومینیومی غالباً قبل از عملیات جوشکاری تشکیل، برش، اره و ماشینکاری می ­شوند. اگر در طی هر یک از این عملیات پیش از جوش از روان کننده استفاده شود، قبل از جوشکاری برای جلوگیری از جوش بد حذف کامل روان کننده ضروری است.

• آماده سازی قبل از جوش

مقدار آماده سازی پیش  از جوش تا حد زیادی به وضعیت قطعات آلومینیومی بستگی دارد. برای جلوگیری از آلودگی فیلم ­های اکسیدی و هیدروکربنی، آلومینیومی که قرار است با لیزر جوش داده شود باید کاملا تمیز گردد. این امر اغلب به صورت مکانیکی با استفاده از برس­ های سیمی فولادی ضد زنگ، آسیاب کردن، سوهان کردن یا خراش دادن برای حذف هر گونه اکسید به دست می ­آید،. روش دیگر، روش­ های تمیز کردن شیمیایی با استفاده از غوطه وری در محلول ­های سوزاننده و آب وجود دارد که در حذف اکسید آلومینیوم موثر است.

بقایای هیدروکربن روی قطعات آلومینیومی را می توان با استفاده از حلال های مبتنی بر استون یا الکل حذف نمود. استفاده از حلال ­های کلردار در محل جوش خودداری کنید زیرا ممکن است هنگام گرم شدن گازهای سمی ایجاد نماید. قبل از ساییدن سطح برای حذف اکسید آلومینیوم، آلودگی هیدروکربنی باید حذف گردد.

 جوشکاری لیزری

با توجه به چالش ­هایی که به آنها اشاره نمودیم برای جوش آلومینیوم بهترین روش استفاده از لیزر می ­باشد. برای جوشکاری لیزری به یک اتصال نسبتاً دقیق نیاز است تا شکاف و عدم تطابق مجاز را حفظ نماید. در ادامه به بررسی جوشکاری لیزری مناسب برای جوش آلومینیوم خواهیم پرداخت.

Laser Stir Welding – Laser Wobble Welding

جوشکاری اغتشاشی لیزری فرآیندی است که در آن یک لیزر پرتوی پیوسته با فرکانس نسبتاً بالایی نوسان یا تکان می‌خورد که باعث ایجاد یک عمل هم‌زن در حوضچه جوش مذاب می‌گردد، از این رو اصطلاح “جوشکاری به هم زدن یا جوشکاری لرزشی” به آن گفته می‌شود. این نوع جوشکاری نتیجه دستکاری حفره بخار/حفره جوش است که برخی از ویژگی های کلیدی جوش را تغییر می ­دهد. از جمله فواید این نوع جوشکاری می­توان به موارد ذیل اشاره نمود:

• • جوشکاری لرزشی لیزری منجر به ایجاد اتصالات بدون نقص و بدون ترک داغ، تخلخل یا ترک انجماد می­ گردد.
  • کنترل دقیق ­تر حوضچه جوش برای افزایش پایداری سوراخ کلید.
  • بهبود کنترل پروفیل و هندسه جوش – به عنوان مثال، اتصالات را می­توان با عرض بیشتری در ریشه جوش طراحی کرد که می تواند برای جوش های Lap/Thru-/Blind بسیار مفید باشد.
  • پروفیل ­های جوش را می ­توان به صورت عدم تقارن دستکاری کرد، مانند افزایش نفوذ در یک طرف اتصال جوش.
  • الگوها را می­توان برای جبران شکاف ­های بزرگ در اتصالات جوش و سایر مشکلات هندسه جوش بالقوه مشکل ساز برنامه ریزی نمود.
  • نسبت به روش های لیزر پالسی می توان به نرخ های تغذیه بالاتری دست یافت.
  • نیاز به مواد پرکننده نمی ­باشد.