تفاوت سیم جوش ER4043 و ER5356؛ راهنمای انتخاب سیم جوش آلومینیوم

ER4043 یک سیم جوش آلومینیوم–سیلیسیم با حدود ۵ درصد سیلیسیم است. سیلیسیم دمای ذوب را نسبت به فلز پایه پایین می‌آورد و حوضچهٔ جوش را به‌طور محسوسی سیال می‌کند؛ نتیجه، گرده‌ای صاف با پاشش کم است. در مقابل، ER5356 یک سیم آلومینیوم–منیزیم با حدود ۵ درصد منیزیم و مقدار کمی تیتانیم برای ریزدانه‌سازی است. منیزیم استحکام‌دهندهٔ محلول جامد است؛ رسوب جوش را محکم‌تر و چقرمه‌تر می‌کند، اما حوضچه کندتر حرکت می‌کند و دودهٔ سیاه اکسید منیزیم در کنارهٔ گرده ظاهر می‌شود.

هر دو سیم در استاندارد AWS A5.10 طبقه‌بندی شده‌اند و معادل اروپایی آن‌ها در EN ISO 18273 به‌ترتیب S Al 4043 (AlSi5) و S Al 5356 (AlMg5Cr(A)) است. در دستورالعمل جوشکاری یا سفارش خرید همیشه به همین طبقه‌بندی‌ها استناد کنید نه به نام تجاری؛ همین ارجاع است که جایگزین‌پذیری بین تأمین‌کنندگان مختلف را تضمین می‌کند.

قاعدهٔ اول ساده است: عنصر آلیاژی اصلی سیم را با خانوادهٔ فلز پایه هم‌خوان کنید. سیم جوش آلومینیوم ۴۰۴۳ همراه طبیعی آلیاژهای گروه 6xxx است — پروفیل‌های سازه‌ای 6061 و 6082 و مقاطع معماری 6063 — و همچنین قطعات ریختگی آلومینیوم–سیلیسیم مانند A356 و 319 که شیمی سیلیسیمی‌شان مستقیماً با سیم سازگار است.

سیم جوش ۵۳۵۶ به گروه 5xxx تعلق دارد: ورق‌های 5052، 5083، 5086 و 5754 که ستون فقرات ساخت‌وساز دریایی و حمل‌ونقل‌اند. برای اتصال‌های غیرهم‌جنس بین اعضای 5xxx و 6xxx هم انتخاب معمول همین سیم است. گروه 6xxx منطقهٔ هم‌پوشانی است؛ هر دو سیم از نظر متالورژیکی قابل قبول‌اند و آنجا عوامل ثانویه — استحکام، آنادایز، دمای کاری و تغذیهٔ سیم — تعیین‌کننده می‌شوند.

رسوب جوش ER5356 در حالت پس از جوش به‌روشنی محکم‌تر و انعطاف‌پذیرتر از ER4043 است. در جوش‌های گوشه‌ای روی 6061 که بار برشی از خود فلز جوش عبور می‌کند، این اختلاف واقعاً اهمیت دارد و در طراحی‌های استحکام‌محور معمولاً 5356 ترجیح داده می‌شود. البته به یاد داشته باشید که در جوش‌های شیاری روی ورق 6xxx-T6، اغلب ناحیهٔ متأثر از حرارت نرم‌شده است که استحکام اتصال را تعیین می‌کند، نه فلز جوش.

برگ برندهٔ ER4043 مقاومت به ترک گرم است. آلیاژهای 6xxx اگر بدون سیم یا با رقت کم جوش داده شوند به‌شدت مستعد ترک‌اند؛ افزودن ۵ درصد سیلیسیم، ترکیب فلز جوش را از محدودهٔ حساس بیرون می‌برد و به همین دلیل 4043 روی پروفیل‌ها بسیار بخشنده است. یک ترکیب را هم مطلقاً کنار بگذارید: 4043 را هرگز روی آلیاژهای پرمنیزیم گروه 5xxx مانند 5083 نزنید؛ منیزیم ورق و سیلیسیم سیم فاز ترد Mg2Si می‌سازند و جوش به‌شدت شکننده می‌شود.

اگر قرار است قطعه بعد از جوشکاری آنادایز شود، تصمیم عملاً از قبل گرفته شده است: سیلیسیم موجود در رسوب ER4043 در وان آنادایز به رنگ خاکستری تیره تا تقریباً سیاه درمی‌آید و نواری دودی روی کار باقی می‌گذارد که با هیچ پرداخت‌کاری پنهان نمی‌شود. در مقابل، ER5356 پس از آنادایز رنگی بسیار نزدیک به فلز پایهٔ 5xxx و 6xxx می‌گیرد و به همین دلیل انتخاب پیش‌فرض کارهای نما و قطعات تزئینی است.

برای قطعاتی که رنگ می‌شوند یا با همان سطح کارخانه باقی می‌مانند، معادله تا حدی برعکس است: حوضچهٔ سیال 4043 گرده‌ای صاف‌تر و براق‌تر با پاشش و تمیزکاری کمتر تحویل می‌دهد.

برای آب دریا و اتمسفر ساحلی، توصیهٔ استاندارد ER5356 است؛ رفتار خوردگی آن با بدنه‌ها، عرشه‌ها و مخازن 5xxx که معمولاً به هم جوش می‌شوند هم‌خوانی دارد. ER4043 هم در اتمسفر معمولی روی کارهای 6xxx مقاومت خوردگی قابل قبولی نشان می‌دهد.

محدودیت حیاتی در جهت دیگر است: آلیاژهای آلومینیوم–منیزیم با بیش از حدود ۳ درصد منیزیم — و 5356 حدود ۵ درصد دارد — اگر به‌طور پیوسته در دمای بالاتر از حدود ۶۵ درجهٔ سانتی‌گراد کار کنند دچار «حساس‌شدن» می‌شوند: فاز بتا در مرز دانه‌ها رسوب می‌کند و راه خوردگی بین‌دانه‌ای و ترک‌خوردگی تنشی باز می‌شود. پس ER5356 را هرگز برای قطعاتی که گرم کار می‌کنند — پایه‌های موتور، اتصالات مبدل حرارتی، خطوط روغن داغ — مشخص نکنید؛ آن قلمرو متعلق به ER4043 است.

استحکام‌دهی محلول جامد منیزیم، ER5356 را سیمی سفت‌تر می‌کند و در تغذیهٔ MIG سفتی یک مزیت است: 5356 از تورچ‌های معمولی push و لاینرهای نسبتاً بلند بی‌دردسر عبور می‌کند. ER4043 نرم است و سیم نرم آلومینیومی مقصر کلاسیک گره‌خوردن و جمع‌شدن سیم پشت غلتک است. اگر ناچارید 4043 را با تورچ push بزنید، غلتک شیار U بگذارید، فشار غلتک را متعادل نگه دارید، لاینر را تا حد ممکن کوتاه و مستقیم انتخاب کنید و در صورت ادامهٔ مشکل سراغ اسپول‌گان یا سیستم push-pull بروید.

در TIG سیم به‌صورت شاخه‌ای و با دست تغذیه می‌شود و سفتی سیم اهمیتی ندارد. اینجا 4043 روی ریختگی‌ها و مقاطع نازک 6063 می‌درخشد، چون در آمپر پایین‌تر به‌خوبی خیس می‌خورد؛ 5356 را برای استحکام بالاتر و هم‌رنگی پس از آنادایز انتخاب می‌کنند و دودهٔ خاکستری کم‌رنگ کنار گرده با 5356 طبیعی است و با برس استیل از بین می‌رود.

زوج 4043/5356 همهٔ نیازها را پوشش نمی‌دهد. وقتی جوش دریایی 5xxx باید به حداقل استحکام فلز پایهٔ 5083 برسد، باید یک پله بالاتر بروید و ER5183 را انتخاب کنید که منیزیم بیشتری به‌همراه منگنز دارد و استحکام پس از جوش بالاتری می‌دهد. برخی آلیاژهای عملیات‌حرارتی‌پذیر گروه‌های 2xxx و 7xxx هم با هیچ‌یک از این دو سیم به‌طور قابل اعتماد جوش‌پذیر نیستند و سیم مخصوص یا روش اتصال دیگری می‌خواهند.

• قبل از هر چیز آلیاژ پایه (و در اتصال غیرهم‌جنس، هر دو آلیاژ) را مشخص کنید.
• پروفیل‌های 6xxx، ساخت عمومی و ریختگی‌های Al-Si: ER4043.
• ورق 5xxx، سازه‌های دریایی و حمل‌ونقل، جوش گوشه‌ای استحکام‌محور: ER5356.
• قطعه بعد از جوش آنادایز می‌شود: ER5356.
• سرویس پیوسته در دمای بالاتر از حدود ۶۵ درجهٔ سانتی‌گراد: ER4043 — هرگز 5356.
• فلز پایهٔ پرمنیزیم 5xxx مانند 5083: هرگز 4043؛ از 5356 یا 5183 استفاده کنید.
• جوش باید به حداقل استحکام 5083 برسد: ER5183.
• مسیر تغذیهٔ بلند با 4043 مشکل می‌سازد: سخت‌افزار تغذیه را اصلاح کنید یا اسپول‌گان بگیرید.
• خرید را به طبقه‌بندی استاندارد — AWS A5.10 یا EN ISO 18273 — و گواهی بچ گره بزنید.