پایان نامه بررسي عيوب ناشي از روشهاي مختلف جوشكاري Al
مقدمه:
تقريبا 5/7 درصد كل پوسته زمين از آلومينيم و 8/25 درصد از سيليسيوم تشكيل شده است. فلز آلومينيم با وجود فراواني هيچ وقت بصورت آزاد درطبيعت يافت نمي شود بلكه بيشتر درتركيب با سايرعناصر وبخصوص اكسيژن آنهم به دليل پائين بودن سطح انرژي وجود دارد.
آلومينيم امروزه پس از فولاد پرمصرفترين فلز دنيا محسوب مي شود. آلومينيم و آلياژهاي آن نقش تعيين كننده اي در صنعت معاصر دارند. مجموعه ويژگي هاي جالب و حيرت انگيز اين فلز چنان است كه باعث گشته تا درطي حدود صد سال ميزان مصرف آن پيشرفتي خارق العاده داشته باشد. بدون آلومينيم ساخت هواپيما وماهواره امكان پذير نبود امكان حفظ مواد غذايي براي مدت طولاني وجود نداشت صرفه جويي درانرژي وروش هاي اقتصادي سازه دربسياري از زمينه ها ، تنها به خاطر وجود آلومينيم ميسر شده است. آلومينيم درصنايع بسته بندي نقش مهمي را ايفا مي كند وپوشش حفاظتي قابل اطميناني براي مواد غذايي ودارويي محسوب مي شود. محكم ونفوذ پذير درمقابل رطوبت است . از تاثير نور وحرارت برمواد بسته بندي شده جلوگيري مي كند. غيرسمي و سبك وزن است وهمين نكته باعث كاهش هزينه هاي حمل ونقل مي شود. درصنايع اتومبيل سازي، استفاده از آلومينيم توانسته است وزن خودرو را تا حد بسيار زيادي كاهش دهد. درنتيجه ميزان مصرف سوخت كاهش يافته وراهي جهت حفظ محيط زيست گشوده است. مهندسي برق درعصر ما بدون وجود آلومينيم نمي توانست آن چيزي باشد كه اكنون است.
امروزه هادي ها وكابل هاي برق آلومينيمي الكتريسيته را به منازل منتقل مي كند. استفاده از آلومينيم درسازه ها عمركارآنها را تقريبا نامحدود مي كند وشكل ها ورنگ هاي متفاوت ونيزمزاياي صنعتي زيادي به آنها مي بخشد. درعايق بندي حرارتي كه معيار اصلي درارزشيابي مواد ساختماني محسوب مي شود ساخت وتهيه پروفيل ها ورق هاي آلومينيمي عايق شده بسيار رواج دارد. ساخت پنجره ، نما ، در و سقف ساختمان هاي ادراي ، بيمارستان ها ، كارخانه ها ومنازل نمونه هايي از ميليون ها موارد مصرف آلومينيم به عنوان ماده ساختماني براي صرفه جويي درانرژي است.
استفاده ازآلومينيم دراتومبيل هاي سواري باعث مي شود كه حدود يك ميليارد ليتر سوخت درسال صرفه جويي شود. نمونه هاي بسيار ديگري از مصرف اين فلز درصنايع مختلف وجود دارد. بنابراين آلومينيم فلز مهمي است كه بدون آن دنياي صنعتي امروز غيرقابل تصوراست دراين زمان كه مسئله انرژي به عنوان بحران جهاني محسوب مي شود بكارگيري مواد مناسب مي تواند راهي جهت حفظ منابع كاهش آلودگي ها و صرفه جويي درانرژي باشد.
مجموعه اين قابليت ها مربوط به فلزي است كه با علامت AL مشخص مي شود. آلومينيم با چگالي حدود 7/2 گرم برسانتي مترمكعب درمقايسه با منيزيم با 8/1 روي و قلع با حدود 1/7، مس با 9/8 وطلا با 3/19 گرم بر سانتي متر مكعب عنصرسبك محسوب مي شود كه پس از فولاد حجم توليد آن از حجم توليد فلزات غيرآهني بيشتر است. ويژگي وخواص اين فلز چنان است كه لقب فلز جادويي را به خود گرفته است مجموعه اين خواص كه دريك فلز جمع شده اند راه تازه اي فراروي صنايع مختلف باز كرده تا بتواند تكنولوژي راهرچه بيشتر بارور سازند. درادامه به گوشه اي از خواص آلومينيم اشاره مي شود.
1-1-1 وزن مخصوص كم :
يكي از مهم ترين مزيت هاي آلومينيم سبكي آن است كه درساخت قطعات مختلف صنايع خودرو، حمل ونقل، ساختمان سازي وهوانوردي محسوب مي شود.
1-1-2 بالا بودن استحكام :
نسبت استحكام به وزن بالاي اين فلز باعث گشته تا بتواند جايگزين بسياري از قطعات فولادي گردد. آلياژهاي اين فلز را با اعمال عمليات حرارتي مي توان به استحكامي
نظير فولاد رساند.
1-1-3 مقاومت دربرابرخوردگي :
لايه اكسيدي كه درسطح آلومينيم وجود دارد عامل اصلي مقاومت به خوردگي اين فلز محسوب مي شود اين لايه كه همواره بر سطح آلومينيم وجود دارد وحتي درصورت تخريب مجددا تشكيل مي گردد . غيرمتخلخل بوده وبا ضخامت كم در حد ميكرون به عنوان سدي محكم دربرابرانواع مواد خورنده محسوب مي شود.
1-1-4 هدايت الكتريكي وحرارتي :
داشتن چنين خصوصياتي باعث شده كه درصنايع الكتريكي وحرارتي مورد استفاده قرارگيرد ، بطوري كه درتهيه كابل ها وظروف آشپزخانه مصرف مي شود. آلومينيم بعداز نقره مس وطلا بيشترين هدايت حرارتي را دارد ولذا درساخت وسايل آشپزخانه بسيار مفيد است.
1-1-5 غيرسمي بودن آلومينيم
اين خاصيت موجب گريده درتوليد فويل ، ورق، وسايل پزشكي وجراحي وجعبه
وقوطي هاي بسته بندي به كاربرود.
1-1-6 قابليت شكل پذيري :
آلومينيم را مي توان به راحتي از طريق نورد، اكستروژن، فورج وسايرروش هاي فرمدهي ، تغيير شكل داد.
1-1-7 قابليت بازيافت :
يكي از مهمترين مزاياي آلومينيم قابل برگشت بودن است. ضايعات آلومينيمي را مي توان بدون آنكه كمترين تغييري درخواص آن ايجاد شود بازيافت نمود. كه اين خود عامل بسيارمهمي درحفظ منابع ، عدم توليد آلودگي وحفظ محيط زيست وصرفه اقتصادي جهت بازيافت است. به همين دليل است كه قراضه آلومينيمي نيزازقيمت بالايي برخورداراست واين خود مزيتي بزرگ محسوب مي شود. چنان كه ديده شد آلومينيم و خواص آن توانسته است قابليت ها وتوانائي هاي جديدي را براي طراحان مهندسين عمران وآرشيتكت ها درطراحي وساخت انواع سازه وساختمان ايجاد كند.
1-1-8 قابليت جوشكاري :
يكي ديگراز مزيت هاي آلومينيم قابليت جوشكاري اين فلز با انواع روش هاي جوشكاري است كه دراين پروژه به تفصيل ازاين روش ها وچگونگي اتصال آلياژهاي آلومينيم به يكديگربحث شده است.
1-2 تقسيم بندي آلياژهاي آلومينيم :
الف ) آلياژهاي كارپذير ( نوردي)
ب ) آلياژهاي ريختگي
1-2-1 ساختار(ساختمان) آلياژهاي كارپذير (نوردي) :
ريزساختار آلياژهاي كارپذير درمقايسه با آلياژهاي ريختگي علاوه برتركيب شيميايي به سرعت انجماد شمش وعمليات حرارتي بستگي دارد . آلياژهاي كارپذير معمولا حاوي مقادير كمتري عناصر آلياژي نسبت به آلياژهاي ريختگي هستند واين عناصر عموما درحد حلاليت حالت جامد درآلياژهاي كارپذير مي باشند. آلياژهاي كارپذير AL آلياژها هستند كه از طريق كارمكانيكي به شكل مورد نظردرمي آيند برخي از اين آلياژهايي هستند كه از طريق كارمكانيكي به شكل مورد نظردرمي آيند ، برخي از اين آلياژها را مي توان توسط عمليات حرارتي خاص تقويت نمود ( آلياژهاي قابل عمليات حرارتي ) وبرخي ديگرقابل عمليات حرارتي نيستند . آلياژهاي كارپذير براساس عنصر اصلي آلياژي خود به 8 گروه تقسيم وهريك از آلياژهاي هرگروه توسط AA ( جامعه AL) با يك عدد چهار رقمي نامگذاري گرديده اند كه نحوه نامگذاري آنها به شرح ذيل مي باشد :
رقم اول از سمت چپ نشاندهنده گروه اصلي آلياژو دومين رقم از سمت چپ تغيير آلياژ را نسبت به آلياژ اول نشان مي دهد سومين وچهارمين رقم به ترتيب مقدار خلوص آلياژوميزان غلظت مهمترين عنصر آنرا نشان مي دهد.
جدول 1- تركيب شيميايي آلياژهاي عمليات حرارتي پذير وناپذير
آلياژهاي عمليات حرارتي پذير | آلياژهاي عمليات حرارتي ناپذير |
Al-Mg-Si | Ai-Fe-Si |
Al-Cu-Mg | Al-Mn |
Al-Zn-Mg | Al-Si |
Al-Mg |
مهمترين مشخصات آلياژهاي فوق الذكربه اين شرح مي باشد :
گروه 1000 : مقاومت به خوردگي بالا هدايت الكتريكي وحرارتي بالا خواص مكانيكي پايين.
گروه 2000 : خواص مكانيكي بالا مقاومت به خوردگي پايين.
گروه 3000 : استحكام پايين ( اين آلياژ جهت مصارف عمومي ساختماني مورد استفاده قرارمي گيرد.)
گروه 4000 : استحكام خوب ومقاومت به ضربه مناسب مقاومت به خوردگي متوسط.
گروه 5000 : استحكام متوسط قابليت جوشكاري خوب مقاومت به خوردگي بالا به خصوص درآب دريا.
گروه 6000 : قابليت فرم پذيري عالي مقاومت به خوردگي خوب استحكام بالا.
گروه 7000 : استحكام بالا قابليت جوش پذيري مناسب.
گروه 8000 : استحكام بالا مقاومت به خوردگي متوسط تا عالي كه بستگي به عنصر آلياژي مورد مصرف دارد.
بررسي جدول 1-1 نشان مي دهد كه آلياژهاي كارپذير Al به دو دسته عمده عمليات حرارتي پذير وناپذير قابل تفكيك مي باشند. مهمترين عمليات حرارتي قابل انجام برروي آلياژهاي Al عمليات حرارتي رسوب سختي مي باشد كه بروي گروههاي 2000، 6000 و 7000 قابل اجراست.
2-2-1 آلياژهاي ريختگي Al :
آلياژهاي ريختگي Al آلياژهايي هستند كه از طريق ريخته گري به شكل مورد نظر
درآورده مي شوند . اين آلياژها نيز برخي قابل عمليات حرارتي وبعضي غيرقابل عمليات حرارتي هستند. هريك از اين آلياژها نيزتوسط AA ( جامعه Al) با يك عدد چهار رقمي كه بين ارقام چهارم وسوم از سمت چپ يك نقطه قرار گرفته واين نقطه مشخص كننده آلياژ ريختگي Al مي باشد ، نامگذاري شده اند. نحوه نامگذاري اين نوع آلياژها به شرح زيرمي باشد :
اولين رقم از سمت چپ نشان دهنده گروه آلياژي مي باشد دو رقم بعدي مشخص كننده نوع آلياژ وهمچنين خلوص آن مي باشد. رقم آخراز سمت چپ بعد از نقط روش توليد قطعه را نشان مي دهد كه يا عدد صفراست ويا عدد يك S باشد عدد صفر براي قطعات ريختگي وعدد يك براي شمش ها به كار مي رود ، درصورتي كه برروي آلياژعمليات خاصي انجام شود از حروف انگليسي دركنار عدد چهارم استفاده مي شود. دسته بندي اين آلياژها در جدول 2 مشخص شده است .
حروفي كه بعداز عدد چهارم مي آيند تعاريف خاصي دارند كه مهمترين انها بصورت زير است :
F : عمليات حرارتي اضافه لازم نيست.
جدول 2
مهمترين عناصرآلياژي | شماره گروه |
Al خالص
Cu Si ( مقدارCu يا Mg) Si Mg ــــ Zn Sn ساير عناصرآلياژي بويژه نيكل |
0/100
0/200 0/300 0/400 0/500 0/600 0/700 0/800 0/900 |
: مقدار كمي كار سخت شده ( كار سختي موضعي )
H : عمليات حرارتي محلولي ( پيرسختي شده )
T : عمليات حرارتي محلولي انجام شده ودرمقايسه با W از ناپايداري بيشتري برخوردار است ( پيرسختي بصورت كامل انجام شده )
: عمليات حرارتي محلولي پس از كارسرد مكانيكي انجام شده است.
دربين آلياژريختگي Al آلياژهاي گروه 0/300، 0/400 و0/500 متداولترين آلياژهاي ريختگي مي باشد و آلياژهاي گروه 0/400 به سيلومن مشهور بوده واز آنها براي ساخت قطعات بسيارنازك با استحكام مناسب استفاده مي گردد. اين آلياژعمدتا به روش ريخته گري دستي يا ريخته گري تحت فشار توليد مي گردد.
آلياژهاي گروه 0/300 معمولا همان آلياژهاي گروه 0/400 مي باشند كه مقدار كمي Mg يا Cu به ان اضافه شده ومقدار افزودن اين عناصر از 02/0 بيشترنمي باشد.
اضافه نمودن يكي از اين دو عنصر ، باعث افزايش مقاومت به خوردگي آلياژدرمقابل آب شيرين مي گردد واز آنها براي ساخت تلمبه تصويه خانه ها استفاده مي گردد.
آلياژهاي گروه 0/500 حداكثر 5/1 درصد Mg داشته واين آلياژدرمقابل خوردگي درمقابل آب شور مقاومت خوبي نشان مي دهد و از آن براي ساخت اجزاء تصويه خانه هاي آب شوربهره مي گيرند.
2- فرايندهاي جوشكاري آلومينيم وآلياژهاي آن :
2-1 تعريف جوش ورده بندي فرآيندهاي جوشكاري :
جوش ايده آل را مي توان به محل اتصالي اطلاق نمود كه نتوان آن موضع را از قسمت هاي ديگر قطعات جوش داده شده تشخيص داد. با وجود دست نيافتن به اين چنين مشخصات مي توان خواص محل اتصال را چنان بالا برد كه درعمل كاملا رضايتبخش باشد. نكته حائزاهميت از نظر كارشناس، تشخيص نوع فلزي است كه جوشكاري برروي آن انجام مي گيرد. نوع اتصال وكاربرد قطعه نيزبه منظور انتخاب روش جوشكاري مواد لازم ونكات جنبي ديگرنيز ازاهميت زيادي برخوردار هستند زيرا هرنوع جوش نمي تواند درتمام شرايط، خواص مورد نظررا تامين نمايد.
2-2- انواع روش هاي جوشكاري :
2-2-1 جوشكاري به روش TIG [1]
عملا از سال 1940 توجه برروي استفاده از گازهاي خنثي براي محافظت قوس الكتريكي با الكترود تنگستن بيشترشد. دستگاه ابتدايي شامل الكترود تنگستن وژنراتور جريان يكنواخت بود كه قوس الكتريكي توسط مالش الكترود برروي قطعه كارشروع مي شد. اما اين عمل سبب ورود ناخالصي تنگستن به داخل مذاب فلز جوش ( درنقطه شروع ) مي گرديد ، بعدها جرقه فركانس[2] بالا به مدار ژنراتور اضافه شد تاقوس بدون نياز به اصطكاك الكترود وكاردرلحظه معين آغاز شود.
استفاده از الكترودهاي مثبت ويا منفي دربدو پيدايش متداول بود ولي الكترودهاي منفي به دليل ايجاد حرارت كمتربرروي سطح آن، ترجيح داده مي شدند. براي جوشكاري ورق هاي ضخيم نياز به شدت جريان بالاتراز100 آمپراست كه درصورت استفاده از الكترود مثبت خود الكترود ذوب شده وباعث آلوده شدن مذاب جوش مي شود. درصورتيكه از الكترود منفي استفاده شود ، سيستم سرد كننده آبگرد براي الكترود تنگستن لازم مي باشد. از طرف ديگر تا آن تاريخ اين فرآيند براي جوشكاري ورق منيزيم وبعضي فولادهاي زنگ نزن استفاده مي شد درحاليكه براي ورق هاي آلومينيمي نيازمند به فلاكس است. ضمن كاربا الكترود مثبت متوجه شدند كه قوس الكتريكي نقش فلاكس را هم انجام داده ولايه اكسيدي را مي شكند بدين ترتيب درسال 1944 نقش بيشترقطب مثبت ( درجريان دائم يا نيم سيكل از جريان متناوب ) شناخته شد. البته درجريان متناوب اگر مينيمم « ولتاژ مداربازموجود نباشد قوس درهرنيم سيكل خاموش شده وادامه جوشكاري مشكل مي گردد. بعدا توسط تغييراتي درمدار نيرو پايداري قوس با جريان متناوب نيز تامين شد.درادامه پيشرفت وتكامل اين فرآيند ها مشخص شد كه گاز آرگون نسبت به هليوم برتري دارد چون تغييرات ولتاژ قوس دراثر تغييرات طول قوس كمتر بوده كه از نظر جوشكارنكته قابل توجهي است. همچنين موفق به بالا بردن درجه خلوص گازآرگون مصرفي شدند كه براي جوشكاري فلزات فعال حائزاهميت است.
دركاربرد اين روش با شدت جريان هاي بالا ، نازل ( افشانك ) گرم مي شد ازاين جهت آنرا از نوع سراميكي ساختند. بعدا متوجه شدند كه عمرنازل هاي سراميكي محدود و كوتاه است ازاين جهت ساخت نازل فلزي با مبردهاي آبي وهوائي متداول گرديد. سبكي وانعطاف پذيري مشعل درهنگام كارنيز همواره مورد توجه بوده وپيشرفت هايي دراين زمينه حاصل شده است.
2-2-1-1 تجهيزات جوشكاري TIG :
درمقدمه بالا به تاريخچه واصول اين فرايند اشاره شد . تجهيزات وقسمت هاي مختلف سيستم عبارتند از:
الف : نگهدارنده الكترود كه خود شامل : عبور دهنده گاز، نازل براي هدايت گازومكانيسم گيره اي براي نگاه داشتن الكترود تنگستن مي باشد.
ب : منبع تامين كننده گازمحيط.
ج : منبع قدرت يا مولد نيرو.
د : فلومتر وتنظيم كننده فشارگاز.
ه : سيستم سرد كننده آبي براي نازل كه دربعضي از انواع دستگاه ها بسته ودربرخي ديگربه لوله كشي آب متصل مي شود.
انواع واقسام نگهدارنده الكترود دربازارموجود است كه هريك درشرايط خاصي كاربرد دارند ولي بطوركلي سعي براين است كه نگهدارنده ها سبك وبه راحتي قابل استفاده بوده همچنين تعويض نازل والكترود وحتي تغيير زاويه الكترود ساده باشد.
ممكن اسن به نظربرسد كه از ديگرمواد نسوزهم بتوان به عنوان الكترود استفاده نمود اما درعمل مناسب نيستند. درموارد استفاده صحيح، تلفات تنگستن بسياركم است ولي هيچگاه به صفرنمي رسد.
2-2-2 جوشكاري به روش MIG[3] با گازمحافظ خنثي :
درسال 1948 براي رفع بعضي محدوديت هاي روش جوشكاري با الكترود تنگستن فرايند ديگري از قوس محفوظ در گاز اختراع شد كه در آن بجاي الكترود تنگستن « غير مصرفي » از الكترود فولادي يا آلومينيمي واصولا « آلياژ مصرفي » استفاده مي شد. كه در حين جوشكاري همراه با ايجاد قوس بطورمداوم الكترود ذوب شده وبه محل جوش اضافه مي شود. اين سيم به طورمداوم ازيك كلافه متناسب با نرخ ذوب بطرف جوش هدايت شده باعث پرنگهداشتن حوضچه ميشود. تحقيقات بعدي نشان داد كه به جاي گاز آرگون وهيليوم از نيز مي توان استفاده كرد . درآنصورت فرايند جوشكاري به « جوش » شناخته مي شود.
درسيستم MIG ابتدا سيم از يك لوله انعطاف پذير به مشعل پيستولي شكل هدايت شده وجريان الكتريكي توسط يك اتصال كننده به سيم متصل مي شود. آرگون از نازل عبور كرده واطراف سيم پركننده را احاطه مي كند وبدين ترتيب نوك سيم وحوضچه جوش از اتمسفرمحافظت مي گردد. اگرچه مشعل با دست نگهداشته مي شود اما خصوصيات قوس شبيه قوس خودكار خود- تنظيمي[4] » است. ( ضرورت براي قوس خود – تنظيمي ولوله انعطاف پذيربه مشعل استفاده ازسيم الكترود باريك با قطري حدود 106 ميلي مترمي باشد ).
استفاده آرگون براي جوشكاري فولاد معمولا مقرون به صرفه نيست وپس از چندين سال تحقيق استفادهاز گاز جايگزين آن شد كه اين فرايند را از نظر اقتصادي قابل رقابت با فرايندهاي ديگر نمود. اخيرا بيشترازمخلوط آرگون و استفاده مي شود.
[1]-Tungsten Inert Gas ARC Welding
[2]-High – Frequency Spark
[3]-MIG : Metal Inert Gas-Arc Gas-Arc Welding
[4]-Self – Adjustion
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.