ما هي سبائك الألومنيوم الأفضل للحام؟

أيهما سبائك الألومنيوم هي الأفضل للحام? لقد أصبح الألومنيوم أكثر المعادن المستخدمة في الصناعات المعاصرة شيوعًا بسبب قابليته العالية للنقل ومقاومته القوية للعناصر وسهولة تصنيعه. كما أن سبائكه لا تقدر بثمن في صناعات الطيران والسيارات والصناعات البحرية وكذلك صناعات الإسكان والبناء. لكن التحديات الناتجة عن لحام الألومنيوم تختلف عن لحام المعادن الأخرى، ويرجع ذلك جزئيًا إلى الموصلية الحرارية العالية وسرعة تكوّن الأكسيد وخصائص التشويه والتشقق التي يتميز بها الألومنيوم في عملية اللحام. تعتبر معرفة خصائص وخصائص سبائك الألومنيوم المختلفة مهمة في اختيار المادة التي تناسب مهمة معينة.

ليست كل سبيكة ألومنيوم قابلة للحام بنفس القدر، ففي حين أن بعضها يتكيف جيدًا مع اللحام التقليدي، يحتاج البعض الآخر إلى بعض إجراءات اللحام الخاصة مثل اللحام بالاحتكاك. يعتمد اختيار السبيكة وطريقة اللحام على عوامل مثل القوة ومقاومة التآكل والليونة والقدرة على المعالجة الحرارية. كما يجب أيضًا إعداد الأسطح بشكل صحيح، ويجب أن تكون معادن الحشو متوافقة ويجب مراعاة معالجات ما بعد اللحام لتحقيق تقاطعات عالية الجودة.

ستقدم هذه المقالة تقريرًا متعمقًا عن أفضل أنواع سبائك الألومنيوم التي يتم لحامها، وخصائصها، والفوائد المرتبطة باستخدامها، والتوصيات التي يجب اتباعها والتحديات المتوقعة عند لحام هذه الأنواع من سبائك الألومنيوم. بناءً على هذه المعرفة، سيكون المحترفون في وضع يسمح لهم بتحقيق هياكل ملحومة متينة وموثوقة وجيدة الأداء في مختلف التطبيقات الصناعية والهيكلية.

ما هي سبائك الألومنيوم

سبائك الألومنيوم هي المواد المستخدمة عن طريق إضافة معادن أخرى إلى الألومنيوم لتعزيز خصائصه مثل القوة ومقاومة التآكل وقابلية التشغيل الآلي أو اللحام. الألومنيوم النقي ضعيف، وخفيف الوزن، وناعم، ومقاوم للتآكل بشكل جيد للغاية. من خلال خلط عناصر إضافية (مثل النحاس (Cu) أو المغنيسيوم (Mg) أو السيليكون (Si) أو المنغنيز (Mn) أو الزنك (Zn)، يمكن للمهندسين صنع سبائك مناسبة لمجموعة متنوعة من أنواع التطبيقات، بما في ذلك الفضاء وقطع غيار السيارات والهياكل البحرية وهياكل المباني.

بعض النقاط من سبائك الألومنيوم

• قوة معززة: تضفي السبائك قوة مرتفعة مقارنةً بالألومنيوم غير المخلوط.
• مقاومة التآكل: تشمل بعض السبائك المغنيسيوم وسبائك أخرى ذات سمعة طيبة في مقاومة الصدأ والتآكل الناجم عن الظروف البيئية.
• قابلية اللحام: سبائك الألومنيوم الأخرى سهلة اللحام ولكن بعضها يميل إلى التشقق.
• الفئات:
• سبائك مشغولة ميكانيكياً مشغولة ميكانيكياً: (تطبيق على) مقذوفة، ألواح، صفائح (على سبيل المثال، سلسلة 1xxx، 5xxx، 6xxx).
• سبائك الصب: يتم إنشاء هذه القوالب عن طريق صب تيار من الألومنيوم المنصهر في قوالب من أجل إنشاء أنواع معقدة.

ببساطة، تتمتع سبائك الألومنيوم بخصائص الألومنيوم خفيفة الوزن والمقاومة للتآكل مع خصائص إضافية مواتية مطلوبة لتناسب احتياجات التطبيقات الصناعية.

معرفة سبائك الألومنيوم

تنقسم سبائك الألومنيوم إلى سبائك مشغولة وسبائك مصبوبة. تُشغل السبائك المشغولة ميكانيكيًا على شكل صفائح أو ألواح أو قذفات، لكن سبائك الصب تكون على شكل ألومنيوم مصبوب مصبوب في قوالب. وتنقسم السبائك المشغولة إلى سلاسل وفقًا لعناصر السبائك:

• 1xxx Series 1xxx (ألومنيوم نقي) - تحتوي بشكل أساسي على الألومنيوم بدرجة نقاء 99 في المائة أو أعلى. هذه السبائك لينة وخالية من التآكل بدرجة كبيرة وسهلة اللحام.
• السلسلة 2xxx (سبائك الألومنيوم والنحاس) -فهي تتمتع بقوة عالية، ولكنها أقل مقاومة للتآكل، وأصعب في اللحام لأنها أكثر عرضة للتشقق.
• السلسلة 3xxx (سبائك Al-Mn) -مقاومة جيدة للتآكل، وقوة معتدلة وقابلية لحام جيدة.
• السلسلة 4xxx Series (سبائك Al-Si) -وعادةً ما يكون لها قابلية لحام متوسطة وتستخدم في تطبيقات السيارات والفضاء.
• السلسلة 5xxx Series (سبائك الألومنيوم المغنيسيوم) - مقاومة جيدة للتآكل، وقوة عالية، وقابلية لحام جيدة.
• السلسلة 6xxx (سبائك Al-Mg-Si) -قوة ومقاومة جيدة للتآكل؛ قابلية لحام معتدلة.
• السلسلة 7xxx (سبائك الزنك-الزنك-الملغ-النحاس) -قوة عالية للغاية مع قدرة لحام منخفضة وعرضة للتشقق.
• يعد اختيار السبيكة مؤثرًا رئيسيًا على قدرتها على اللحام وقدرتها على اللحام معًا مع تأثر جودة الوصلة أيضًا بهذه الطريقة.

الظروف التي تؤثر على قابلية اللحام

يمكن لحام سبائك الألومنيوم، اعتمادًا على مجموعة متنوعة من العوامل:

• عناصر السبائك: هذه العناصر مثل المغنيسيوم (Mg) والسيليكون (Si) والنحاس (Cu) والزنك (Zn) التي تؤثر على قابلية اللحام. النحاس: يمكن أن تؤدي المستويات العالية من النحاس، كما هو الحال في سبائك السلسلة 2xxx، إلى تفاقم اللحام السهل وجعل طبيعة التشقق الساخن أكثر احتمالاً.
• التوصيل الحراري ودرجة الانصهار: يقوم الألومنيوم بتوصيل الحرارة بحوالي أربعة أضعاف حرارة الفولاذ، مما يجعل الحرارة تنتشر بسهولة ويجعل من الصعب الحفاظ على حوض لحام متناسق. ومن المخاطر الأخرى التي تشكلها درجة انصهار الألومنيوم المنخفضة هي الاحتراق أثناء اللحام.
• قابلية التشقق: تميل السبائك الموجودة في 2xxx و7xxx إلى التشقق عند التصلب بسبب الضغوط التي تتركز أثناء التبريد.
• أكسدة السطح: يشكّل الألومنيوم بسهولة وتلقائيًا طبقة أكسيد شديدة الصلابة عند ملامسته للهواء. وتندمج طبقة الأكسيد هذه في نطاق درجة حرارة أعلى مقارنةً بالمعدن الأساسي وينبغي أن تكون.

أفضل سبائك الألومنيوم للحام عليها

سبيكة 5052

يعتبر الكثيرون أن سبيكة الألومنيوم والمغنيسيوم 5052 من أكثر السبائك الصديقة للحام. ويرجع ذلك إلى محتواها العالي من المغنيسيوم وبالتالي فهي تتمتع بمقاومة جيدة للتآكل، خاصةً في البيئات البحرية والتطبيقات في المعالجة الكيميائية.

التطبيقات: قوة متوسطة إلى عالية ومقاومة عالية للسحب ومقاومة للتآكل أعلى من المتوسط.

المزايا:

• قابلية لحام جيدة حقًا باستخدام تقنيات TIG أو MIG.
• غير مقاوم للتشويه والتشقق الساخن أثناء اللحام.
• تتميز بخصائص رائعة لمقاومة التآكل ومقاومة اللحام.

المواد: الهياكل البحرية والخزانات الكيميائية وألواح السيارات وألواح الأسقف والمعدات الصناعية.

سبيكة 5083

تتمتع سبيكة الألومنيوم والمغنيسيوم 5083 بقوة عالية في درجات الحرارة المنخفضة وبالتالي فهي قابلة للتطبيق في المواد البحرية والمبردة. وهي تقاوم التآكل خاصة في المياه الصناعية ومياه البحر.

الخصائص: قوة عالية، وحماية جيدة من التآكل، ومقاومة جيدة للتآكل، ومقاومة جيدة للتعب.

المزايا:

• قابلية لحام رائعة مع الحد الأدنى من التحضير بعد اللحام.
• مقاومة شديدة للتشقق الإجهادي والتآكل.
• تُستخدم في التطبيقات التي تتطلب سلامة هيكلية عالية مثل تلك المستخدمة في التطبيقات الشاقة.

التطبيقات: بناء السفن، وأوعية الضغط والخزانات، وإطارات ومعدات السيارات ومعدات النقل.

سبيكة 5754

ومن سبائك الألومنيوم والماغنيسيوم الأخرى سبيكة A-Mg 5754 التي يمكن وصفها بأنها متوسطة القوة مع مقاومة عالية للتآكل وقابلية تشكيل عالية. كما أنها تحقق قوة هيكلية، بالإضافة إلى قابلية اللحام، ولهذا السبب يشيع استخدامها حيث تكون القوة الهيكلية أساسية وكذلك قابلية اللحام.

الخصائص: قوة معتدلة وليونة عالية ومقاومة للتآكل.

المزايا:

• لحام رائع مع طرق اللحام المتاحة.
• تآكل ممتاز في الظروف البحرية والصناعية.
• يتمتع بقابلية تشكيل جيدة وقوة جيدة إلى حد معقول حتى عند اللحام.

التطبيقات: ألواح هياكل السيارات، والألواح الهيكلية، والكسوة الإنشائية، والبحرية.

سبيكة 6061

وجدت سبيكة Al-Mg-Si ذات التركيبة 6061 استخدامًا واسعًا في المجالات الإنشائية والفضائية. إنها حل وسط بين المتانة ومقاومة التآكل والفائدة.

نوع الخصائص: قوة متوسطة عالية، ومقاومة جيدة جداً للتآكل، وليونة معتدلة.

المزايا:

• يمكن لحامها بواسطة TIG أو MIG مع إمكانية التسخين المسبق اللازم على المقاطع السميكة.
• يتم استرداد الخواص الميكانيكية عن طريق المعالجة الحرارية بعد اللحام.
• ولأنه يتميز بنسبة قوة إلى وزن ممتازة، فهو مناسب للاستخدام في الأجزاء الهيكلية.

التطبيقات: هياكل الطائرات وخطوط الأنابيب ومكونات السيارات وهياكل الجسور والمنتجات الهيكلية.

سبيكة 6063

تُعد سبيكة Al-Mg-Si (6063) سبيكة أخرى من سبائك الألومنيوم المعمارية والزخرفية التي تتميز بلمسة نهائية ناعمة على سطحها وقدرتها على مقاومة التآكل.

الخصائص: قوة قوية أو معتدلة، ومقاومة جيدة للتآكل، ولمسة نهائية جيدة للسطح.

المزايا:

• يتفوق في قابلية اللحام بجميع أنواع السماكات.
• قادرة على مقاومة التآكل أيضاً، بما في ذلك التآكل الخارجي والمعماري.
• يمكن طلاء السطح الأملس بالأكسيد وتمييزه بالديكور.

التطبيقات: الهيكل المعماري، وإطارات النوافذ، والأبواب، والجدران الساترة، والستائر، والنتوءات.

سبيكة 1100

يمكن أن تبدو سبائك الألومنيوم 1100 سبيكة ألومنيوم نقية تقريبًا (إنها ألومنيوم 99%). إنها لينة وقابلة للسحب وسهلة اللحام لذا فهي مناسبة عندما تكون المقاومة هي المشكلة وليس القوة.

ليونة عالية: مقاومة ممتازة للتآكل، قوة منخفضة.

المزايا:

• قابل للحام بسهولة شديدة مع القليل من التحضير أو بدونه.
• مقاومة جيدة جداً للتآكل، حتى للمواد الكيميائية الشديدة.
• يتم ثنيها وتشكيلها وتشكيلها وتشكيلها بسهولة شديدة.
• التطبيقات: الأسطح والألواح الجانبية والمعدات الكيميائية وأغراض المطبخ والتطبيقات منخفضة القوة.

سبيكة 1350

سبيكة ألومنيوم أخرى عالية النقاء قابلة للتطبيق في الصناعات الكهربائية والكيميائية هي 1350. إنه قوي للغاية ويتميز بمقاومة كبيرة للتآكل، كما أنه قابل للحام بشكل كبير وهو معدن يمكن الاعتماد عليه للغاية عند استخدامه في إعدادات متخصصة.

المزايا: مناعة ضد التآكل، وقدرة لحام ممتازة ووزن منخفض.

المزايا:

• سهل اللحام بطريقة تقليدية.
• خفيفة الوزن وبالتالي يمكن استخدامها في الآلات القابلة للنقل.
• مقاوم للتآكل وله عمر افتراضي طويل حتى في البيئات الكيميائية أو بيئات مياه البحر.
• التطبيقات: معدات المعالجة، والقنوات، وقضبان التوصيل الكهربائية، وخزانات تخزين المواد الكيميائية.

سبائك الألومنيوم، بالإضافة إلى خواصها الرئيسية وقدرتها على اللحام

يحتوي الجدول الفني أدناه على قائمة بالأسماء الصحيحة الكاملة لسبائك الألومنيوم، بالإضافة إلى خواصها الرئيسية وقدرتها على اللحام:

هذه نسخة تستخدم أسماء السبائك المناسبة في الكتب الهندسية والمصطلحات الفضائية/الصناعية في مجال الطيران/الصناعة.

أنواع سبائك الألومنيوم

تُصنف سبائك الألومنيوم إلى مجموعتين عريضتين هما: السبائك المشغولة وسبائك المسبوكات. كل نوع له سمات واستخدامات وقابلية لحام محددة.

1. سبائك الألومنيوم، المشغولة

تُصنع الصفائح المشغولة ميكانيكياً أو الألواح أو الرقائق أو القضبان أو القضبان أو البثق من السبائك المشغولة. وتنقسم إلى سلسلتين فرعيتين من حيث تركيبها:

السبائك غير القابلة للمعالجة بالحرارة:

• لا يمكن لهذه السبائك أن تصل إلى القوة عن طريق تلك المعالجات الحرارية ولكن عن طريق العمل على البارد بدلاً من ذلك تشمل الأمثلة على ذلك، 1000، 3000 و 5000 سلسلة. وهي شديدة المقاومة للتآكل وتتمتع بقابلية لحام جيدة، وبالتالي تُستخدم في الهياكل البحرية والأسقف وأجهزة المعالجة الكيميائية.

السبائك القابلة للمعالجة الحرارية:

•  قد توفر أيضًا المعالجة بالمحلول في هذه السبائك قوة. ومن الأمثلة على ذلك سلسلة 2000 و6000 و7000. إنها قوية، ولكن قد يكون من الصعب لحامها، وفي بعض الحالات تحتاج إلى طرق خاصة. التطبيقات هي صناعة الطيران والسيارات والأطر الهيكلية.

2. سبائك الألومنيوم المسبوكة

إن صب الألومنيوم alloys are realized by pouring molten alloy into castings. They are applicable in the complex shapes which are hard to create with wrought processes. The casting alloys may be heat treatable or non treatable, and provide an even balance of strength, corrosion resistance and machinability. Typical uses include engine blocks, auto parts and machinery.

It is critical to understand the nature of aluminum alloy when choosing the appropriate material to be used in welding since this is likely to influence mechanical properties, resistance to corrosion as well as quality of joints.

أقسى سبائك الألومنيوم في اللحام

سبيكة 2024

High-strength Al-Cu material, used in the aerospace industry and similar high-tension usage.

التحديات:

• Tends to be hot crack susceptible when welded.
• Needs special methods and filler metals.
• Must be followed by post weld heat treatment to regain mechanical properties.

2219 سبيكة 2219

الخصائص: High strength Al-Cu alloy which is applicable in aerospace and rocket components.

التحديات:

• Very hard to weld as it could crack and distort.
• And demands great skill in heating and perfect welding.

سبيكة 7075

Characteristics: An Al-Zn-Mg-Cu alloy that is enormously high in strength that is usually used in aerospace and military products.

التحديات:

• Poor weldability; they are not to be welded conventionally.
• Very susceptible to stress corrosion.
• Typically friction stir-welded or other specialty processes are used.

تقنيات لحام الألومنيوم

It is imperative to choose the appropriate welding procedure just as it is to choose the appropriate alloy. The most used aluminum welding methods are:

• TIG Welding (GTAW): Fine and clean welds can be produced, however it is suitable on thin materials. It is common when dealing with alloys 1xxx, 5xxx, and 6xxx.
• MIG Welding (GMAW): Offers faster deposition rates, can be used with thicker sections and is often the weld process of choice in industry to weld aluminum alloys of the 5xxx and 6xxx series.
• Filler Metals: It is important to select the proper filler metal. As such, 5356 fillers are applicable to 5xxx alloys and 4043 to 6xxx.
• Preheating and Post: Treatment: Preheating avoids problems associated with thermal shock and cracking, particularly in thick components. Certain alloys will need artificial aging to regain strength following welding.

اقتراحات عملية في لحام سبائك الألومنيوم

Compositions of Aluminum Welding Aluminum may be easily welded, but this operation needs extra planning and technique since aluminum has high thermal conductivity, a tendency to grow oxide coatings and can be easily deformed or fractured. The right alloy and the technique can enhance the strength of the weld and the quality considerably. The following are working suggestions:

1. اختر السبيكة المناسبة للاستخدام

• In marine, chemical and corrosion prone environments: 5052, 5083 and 5754 are the perfect choice.
• Moderate strength: 6061, 6063 are mostly used in sturdy builds.
• To use in decoration or as low-strength materials: 1100, 1350 can be used.
• Avoid alloys: such as 2024, 2219 and 7075 unless specialized methods such as friction stir welding are used.

2. اختر عملية اللحام المناسبة

• TIG (GTAW): Is a precise and clean process and is often used when dealing with thin section weld. Best suited to 5052, 5083, 6061 and 1100.
• Metal inert gas (GMAW): Uses the industry standard MIG (metal inert gas, or gas-metal arc). Applies quicker where thicker metal is required; commonly applied in industrial applications. Suitable 5052, 6061 and 5754.
• Friction Stir Welding (FSW): This welding technique is most productive with the high-strength alloys such as 7075 and 2219, in which fusion welding is not suggested.

3. تحضير السطح

• Before calling forth to roost, clean the surface of the aluminum oxide either with a stainless steel brush or chemical cleaner prior to welding
• Make sure that the surface is not oily or wet, otherwise, the material may be porous and have weak links.

4. تنظيم مدخلات التدفئة

• Aluminum conducts heat too fast, and thus overheating causes distortion, burn-through or strength.
• Minimize long weld passes and improper electrode sizes and use preheating (where necessary) to ensure a uniform distribution of heat.

5. استخدام معادن الحشو المتوافقة

• To retain strength and avoid corrosion, match the filler alloy to the base metal.
• Some of the common filler alloys are the 4045, 5356, and 5556 filler alloys, depending on the foundation of the aluminum.

6. معالجات ما بعد اللحام

• In the case of alloys which require heat treatment, such as 6061 or 2024, post-weld heat treatment then should be done to restore mechanical properties.
• More corrosion resistance may be gained by anodizing or other protective coatings where marine or other corrosive environments are involved.

7. تقليل التشويه إلى الحد الأدنى

• Staggered welds, clamping and tack welding can help to cut on warping or stress.
• Backing bars or chill plates can be used to absorb the extra heat on thin sheets.
• These useful suggestions guarantee robust, tough, and corrosion-resistant welded even-handedness in aluminum, and minimize the chance of cracking, malforming, or crashing.

الخاتمة

The welding of the aluminum alloys needs some sort of equilibrium amongst material selection, procedure and post-welding thermal therapy to acquire robust, steady and corrosion resistant joints. Out of the wide variety of available aluminum alloys, 5052, 5083, 5754, 6061, 6063, 1100, and 1350 present the best characteristics in terms of corrosion resistance, ductility, and ease-of-fabrication in order to be successfully welded. This type of alloy is common to industries, such as the marine industry, the automotive company, the aerospace industry and the structural industry due to its moderate to high strength with good weldability. Conversely, at the higher end-strengths on the alloy spectrum (2024, 2219, and 7075) the high-strength alloys are particularly difficult to weld because they are prone to hot cracking, distortion, and the loss of strength properties, requiring either special weld methods (friction stir welding, controlled heat treatment), or special heat treatments.

Such practical aspects like preparation of the attachment surface, temperature, use of appropriate fillers, as well as post-weld treatments are important in ensuring optimum use of welded structures made of aluminum. Knowing the properties, benefits, and drawbacks of each alloy, engineers and fabricators can make informed decisions that will lead to adequate structural strength and long life. Finally, by selecting the correct aluminum alloy, and adhering to correct welding procedures, high quality and safety in welding can be ensured, increasing the security and efficiency of all industrial and architectural and technology products and applications.

الأسئلة الشائعة

1. ما هي أسهل سبائك الألومنيوم لحامًا؟

Alloys 5052, 5083, 5754, 6061, 6063, 1100 and 1350 are the easiest to weld. The alloys have good corrosion resistance, high ductility and have very little chance of cracking during welding making the use of the alloy suitable in the majority of industrial and structural applications.

2. لماذا يصعب لحام بعض خلائط سبائك الألومنيوم؟

Alloys like 2024, 2219, 7075 are hard to weld due to the high strength and that it can be heat treated, that they have a tendency to develop hot cracking, distortion and these are some of the risks they face during the conventional fusion welding process, the ability to lose its mechanical properties. Special joining processes, such as friction stir welding are also usually necessary to produce strong and defect-free joints.

3. ما هي أفضل الممارسات في مصادر لحام الألومنيوم؟

Best practices involve how to clean the surface properly to remove the oxide layers, careful control of the heat input, types of filler metals as compatible with each other, clamping or tack welding, to minimize any distortion, and any post-weld treatment such as heat treatment or protective coating. These practices effectively result in high, strong, and durable welds and anti-corrosion.