نحوه جوشکاری آلومینیوم ریخته گری: تکنیک ها، آماده سازی و اشتباهات رایج

بله، آلومینیوم ریخته‌گری را می‌توان جوش داد - اما نیاز به آماده‌سازی دقیق، فرآیند صحیح و درک اینکه چرا رفتار متفاوتی با آلومینیوم فرفورژه دارد دارد. قابل اطمینان ترین روش جوشکاری TIG (GTAW) با جریان متناوب با استفاده از ER4043 یا ER5356 سیم پرکننده، پس از تمیز کردن کامل و پیش گرم کردن قطعه تا دمای 150 تا 230 درجه سانتی گراد (300 تا 450 درجه فارنهایت). هر یک از این مراحل را نادیده بگیرید و در معرض خطر ترک خوردگی، تخلخل یا همجوشی ناقص خواهید بود.

چرا جوشکاری آلومینیوم ریخته گری سخت تر از آلومینیوم فرفورژه است؟

آلیاژهای آلومینیوم ریخته گری حاوی سطوح بالاتری از سیلیکون هستند (تا 12 درصد در برخی از گریدهای ریخته گری دایکاست) و اغلب دارای گازهای به دام افتاده، اجزای اکسید و تخلخل داخلی از فرآیند ریخته گری اولیه هستند. هنگامی که گرما را اعمال می کنید، این گازهای به دام افتاده منبسط شده و از حوضچه جوش خارج می شوند و باعث ایجاد حباب و حفره می شوند. ساختار دانه ناهموار همچنین باعث می شود که مواد در نزدیکی منطقه متاثر از گرما (HAZ) مستعد ترک خوردن داغ شوند.

آلیاژهای آلومینیوم ریخته گری معمولی که با آنها روبرو خواهید شد عبارتند از:

• A356 / 356.0 - سر سیلندر، منیفولدهای ورودی (بیشترین قابلیت جوشکاری)
• A380 - محفظه های دایکاست، براکت ها (بسیار دشوار، محتوای روی بالا)
• 319 - بلوک های موتور (سختی متوسط)
• 535 - قطعات دریایی (قابل جوشکاری، منیزیم بالا)

اگر آلیاژ دقیق را نمی دانید، آن را به عنوان یک کار چالش برانگیز در نظر بگیرید و در کار آماده سازی بیشتر اشتباه کنید.

آماده سازی ضروری قبل از ضربه زدن به قوس

آماده سازی تقریباً 80 درصد از جوشکاری موفقیت آمیز آلومینیوم ریختگی را تشکیل می دهد. آماده سازی ضعیف دلیل اصلی شکست جوش است.

مرحله 1 - شناسایی و حذف آلودگی

قبل از اعمال حرارت، روغن، گریس، رنگ و مواد واشر قدیمی باید حذف شوند. از استون یا یک پاک کننده آلومینیومی اختصاصی روی یک پارچه بدون پرز استفاده کنید. از حلال های مبتنی بر نفت استفاده نکنید - این حلال باقی می ماند. برای قطعات موتور، خیس کردن مخزن داغ یا شستشوی قطعات با چربی‌زدای ایمن آلومینیومی و سپس آبکشی، یک روش استاندارد در مغازه‌های حرفه‌ای است.

مرحله 2 - تمیز کردن مکانیکی لایه اکسید

آلومینیوم یک لایه اکسید آلومینیوم (Al2O3) را تقریباً بلافاصله در معرض هوا تشکیل می دهد. نقطه ذوب این اکسید تقریباً 2050 درجه سانتیگراد است که بسیار بالاتر از نقطه ذوب 660 درجه سانتیگراد خود آلومینیوم است. اگر روی آن جوش دهید، اکسید از همجوشی جلوگیری می کند. بلافاصله قبل از جوشکاری از یک برس سیمی فولاد ضد زنگ اختصاصی (هرگز بر روی فولاد استفاده نمی شود یا آلومینیوم را آلوده می کند) استفاده کنید. یک دیسک فلپ با گریت 80 روی یک آسیاب زاویه ای نیز برای مناطق بزرگتر به خوبی کار می کند.

مرحله 3 - شکاف را شیار V یا اریب کنید

برای ترک، یک شیار کامل V را آسیاب کنید یا به سمت پایین هدایت کنید تا فلز تمیز و سالمی داشته باشد. شیار باید حداقل 3-4 میلی متر عرض در بالا داشته باشد و به عمق کامل ترک برسد. در انتهای هر ترک، یک سوراخ 3 تا 4 میلی متری دریل کنید تا از ادامه ترک در زیر گرما جلوگیری کنید. اگر حفاری توقف را رها کنید، ترک اغلب 10 تا 15 میلی متر فراتر از جایی که در حین جوشکاری می توانید آن را ببینید گسترش می یابد.

مرحله 4 - قسمت را از قبل گرم کنید

پیش گرم کردن شوک حرارتی را کاهش می دهد و رطوبت را از بین می برد. از اجاق، تفنگ حرارتی یا مشعل پروپان استفاده کنید تا دمای قطعه را به 150 تا 230 درجه سانتیگراد (300 تا 450 درجه فارنهایت) برسانید. دما را با یک دماسنج تماسی یا میله های نشانگر دما (Tempilstik) بررسی کنید. برای ریخته گری های دیواره نازک زیر 6 میلی متر، انتهای پایینی این محدوده (150 درجه سانتی گراد) کافی است. قطعات ضخیم مانند بلوک موتور از انتهای بالاتر بهره می برند. از 260 درجه سانتیگراد تجاوز نکنید - بالاتر از این، برخی از آلیاژها برای همیشه استحکام خود را از دست می دهند.

انتخاب فرآیند جوشکاری مناسب

برای اکثریت قریب به اتفاق کارهای تعمیر - منیفولدهای ترک خورده، براکت های شکسته، قطعات ریخته گری آسیب دیده - جوشکاری TIG با AC بهترین انتخاب است. دستگاه خود را روی AC با استارت فرکانس بالا تنظیم کنید، از گاز محافظ آرگون 100% با سرعت 10 تا 15 لیتر در دقیقه استفاده کنید و یک الکترود تنگستن خالص یا زیرکونی شده (نه از نوع توری که برای فولاد استفاده می شود) انتخاب کنید.

انتخاب سیم پرکننده صحیح

دو آلیاژ پرکننده اکثر کارهای آلومینیوم ریخته گری را پوشش می دهند:

• ER4043 (4٪ سیلیکون) - رایج ترین انتخاب برای آلومینیوم ریخته گری. به خوبی جریان می یابد، ترک خوردگی را به حداقل می رساند و بخشنده است. از این برای اجزای موتور، محفظه ها و آلیاژهای ناشناخته استفاده کنید.
• ER5356 (5٪ منیزیم) - قوی تر و سخت تر، اما بیشتر مستعد ترک خوردگی داغ در ریخته گری با سیلیکون بالا است. هنگامی که استحکام پس از جوش در اولویت است و می دانید آلیاژ پایه سازگار است استفاده کنید (مثلاً ریخته گری های سری 535 یا 5xxx).

قطر پرکننده باید به طور کلی با ضخامت مواد مطابقت داشته باشد: سیم 1.6 میلی متر برای مقاطع تا 4 میلی متر، 2.4 میلی متر برای 4 تا 8 میلی متر و 3.2 میلی متر برای مقاطع سنگین تر.

TIG جوشکاری آلومینیوم ریخته گری: تنظیمات و تکنیک

انجام درست تنظیمات بسیار مهم است. از اینها به عنوان نقطه شروع استفاده کنید و ضخامت دستگاه و مواد خاص خود را تنظیم کنید:

• نوع جریان: AC (جریان متناوب)
• آمپر: تقریباً 1 آمپر در هر 0.025 میلی متر (0.001 اینچ) ضخامت - بنابراین یک ریخته گری 6 میلی متری تقریباً به 240 آمپر در اوج نیاز دارد.
• فرکانس AC: 80 تا 120 هرتز (فرکانس بالاتر قوس باریک تر و متمرکزتری ایجاد می کند)
• تعادل AC: 65-70٪ الکترود منفی (EN) - این اکسید را بدون گرم کردن بیش از حد تنگستن تمیز می کند.
• گاز محافظ: 100% آرگون، 10-15 لیتر در دقیقه
• تنگستن: 2 تا 3 میلی‌متر خالص (سبز) یا زیرکونی شده، نوک توپی روی AC

سرعت سفر را ثابت نگه دارید و به اندازه کافی سریع حرکت کنید تا از تجمع گرما در یک منطقه جلوگیری کنید. اگر مشاهده کردید که حوضچه شل می شود یا فلز اطراف بیش از حد تغییر رنگ می دهد، مکث کنید و اجازه دهید قطعه به دمای پیش گرم برسد. به جای روی هم قرار دادن چندین پاس در یک خط، از یک حرکت بافتن عقب و جلو روی شیارهای پهن تر استفاده کنید.

درمان پس از جوش

پس از اتمام جوشکاری، قطعه را در آب خاموش نکنید یا آن را با هوای فشرده به سرعت خنک نکنید. اجازه دهید به آرامی در هوای ساکن خنک شود یا آن را در پتوهای جوشی بپیچید تا سرعت خنک شدن آن کاهش یابد. سرد شدن سریع دوباره تنش حرارتی را وارد می کند و می تواند جوش یا ریخته گری مجاور را ترک کند.

پس از خنک شدن، جوش را با ماده نافذ رنگ (PT) بررسی کنید تا ترک های سطحی را بررسی کنید. برای قطعات تحت فشار (معابر خنک کننده، سیستم های سوخت)، آزمایش فشار در فشار کاری 1.5× قبل از بازگرداندن قطعه به سرویس توصیه می شود.

اگر ریخته گری پس از جوشکاری ماشین کاری می شود، اجازه دهید به مدت 24 ساعت بماند تا هرگونه تنش باقیمانده بتواند قبل از برش های نهایی دوباره توزیع شود.

علل رایج شکست جوش در آلومینیوم ریخته گری

• تخلخل - تقریباً همیشه ناشی از رطوبت، آلودگی یا پوشش ناکافی گاز است. اطمینان حاصل کنید که فلز پایه استخوانی خشک است، سیم پرکننده را با استون تمیز کنید، و پیش نویس هایی را که گاز محافظ را مختل می کند بررسی کنید.
• ترک داغ - زمانی اتفاق می افتد که حوضچه جوش تحت تنش کششی جامد می شود. در صورت امکان، مهار قطعه را کاهش دهید، از ER4043 (مقاومتر در برابر ترک) استفاده کنید و اجازه دهید خنک‌تر شود.
• عدم فیوژن - معمولاً ناشی از گرمای ناکافی یا لایه اکسیدی است که برداشته نشده است. آمپر را کمی افزایش دهید و مفصل را دوباره تمیز کنید.
• سوزاندن از طریق - رایج ترین مشکل در مقاطع نازک زیر 3 میلی متر. از یک میله پشتی استفاده کنید (یک صفحه پشتی مسی یا ضد زنگ در پشت مفصل گرما را دفع می کند) و آمپر را کاهش دهید.

زمانی که جوشکاری گزینه مناسبی نیست

برخی از آلیاژهای آلومینیوم ریخته گری - به ویژه گریدهای ریخته گری با روی بالا مانند A380 - اساساً با روش های معمولی قابل جوش نیستند. محتوای روی بدون در نظر گرفتن تکنیک باعث ایجاد ترک شدید داغ و تخلخل می شود. در این موارد در نظر بگیرید:

• لحیم کاری یا لحیم کاری آلومینیوم - برای تعمیرات آرایشی یا کم استرس در دمای کمتر از 450 درجه سانتیگراد
• دوخت فلزی (قفل-ن-دوخت) - یک تکنیک تعمیر سرد که از پین ها و شاخه های فلزی به هم پیوسته استفاده می کند. بدون نیاز به گرما، خواص آلیاژ اصلی را حفظ می کند
• ترکیبات تعمیر اپوکسی - مانند JB Weld KwikWeld یا Belzona 1111، مناسب برای تعمیرات غیر سازه ای که فشار و دما پایین است.
• ریخته گری جایگزین - اگر قالب اصلی به شدت تخریب شده باشد یا از نظر ساختاری به خطر بیفتد