โดยสรุป แม้ว่าการเชื่อมอลูมิเนียมเข้ากับเหล็กโดยตรงจะเป็นเรื่องท้าทายและมักได้แนวเชื่อมที่ไม่แข็งแรง แต่ก็มีเทคนิคพิเศษที่สามารถใช้ในการเชื่อมโลหะทั้งสองชนิดนี้ได้ ขึ้นอยู่กับประเภทของงาน ความแข็งแรงที่ต้องการ และงบประมาณ ในหลายกรณี การใช้วิธีการยึดติดทางกล (เช่น การใช้น็อต สกรู หรือหมุดย้ำ) หรือการใช้วัสดุกาว อาจเป็นทางเลือกที่ง่ายและคุ้มค่ากว่า
การเชื่อมอลูมิเนียมเข้ากับเหล็กเป็นสิ่งที่ ทำได้ยาก ด้วยกระบวนการเชื่อมแบบทั่วไป เนื่องจากความแตกต่างอย่างมากของคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของโลหะทั้งสองชนิด ได้แก่:
- จุดหลอมเหลวที่แตกต่างกันมาก: อลูมิเนียมมีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าเหล็กมาก (อลูมิเนียมประมาณ 660°C, เหล็กประมาณ 1370-1540°C) ทำให้ควบคุมการหลอมรวมของโลหะทั้งสองได้ยาก
- การไม่ละลายซึ่งกันและกัน: ในสถานะหลอมเหลว อลูมิเนียมและเหล็กแทบจะไม่ละลายเข้ากัน ทำให้เกิดแนวเชื่อมที่ไม่แข็งแรง
- การก่อตัวของสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกที่เปราะ: เมื่ออลูมิเนียมหลอมเหลวสัมผัสกับเหล็ก จะเกิดสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิก (Intermetallic Compounds – IMCs) ที่มีความเปราะและทำให้แนวเชื่อมอ่อนแอ
- ความแตกต่างของสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน: อลูมิเนียมและเหล็กมีการขยายตัวเมื่อได้รับความร้อนในอัตราที่ไม่เท่ากัน ซึ่งอาจนำไปสู่ความเค้นและการแตกร้าวในแนวเชื่อม
อย่างไรก็ตาม มีเทคนิคพิเศษบางอย่างที่สามารถใช้ในการเชื่อมอลูมิเนียมเข้ากับเหล็กได้ แม้ว่าจะต้องใช้ความระมัดระวังและวิธีการเฉพาะเจาะจง:
- การใช้แผ่นเชื่อมต่อไบเมทัลลิก (Bimetallic Transition Inserts): เป็นวิธีที่นิยมใช้ในการเชื่อมโครงสร้างที่ต้องการความแข็งแรงสูง โดยแผ่นเชื่อมต่อนี้ทำจากอลูมิเนียมด้านหนึ่งและเหล็ก (หรือสแตนเลส) อีกด้านหนึ่ง ซึ่งผ่านกระบวนการเชื่อมติดกันมาแล้ว จากนั้นจึงนำด้านอลูมิเนียมไปเชื่อมกับชิ้นงานอลูมิเนียม และด้านเหล็กไปเชื่อมกับชิ้นงานเหล็กด้วยกระบวนการเชื่อมปกติ (GMAW หรือ GTAW)
- การชุบอลูมิไนซ์ (Hot-Dip Aluminizing): เป็นกระบวนการเคลือบผิวเหล็กด้วยอลูมิเนียมก่อนทำการเชื่อม วิธีนี้ช่วยป้องกันไม่ให้เหล็กสัมผัสกับอลูมิเนียมหลอมเหลวโดยตรง อย่างไรก็ตาม แนวเชื่อมที่ได้มักไม่แข็งแรงเท่าการเชื่อมเหล็กกับเหล็ก หรืออลูมิเนียมกับอลูมิเนียม และมักใช้เพื่อการซีลมากกว่างานโครงสร้าง
- การบัดกรีแข็ง (Brazing): เป็นอีกวิธีหนึ่งที่ใช้ในการเชื่อมอลูมิเนียมกับเหล็ก โดยการเคลือบผิวเหล็กด้วยตะกั่วเงิน (silver solder) ก่อน แล้วจึงเชื่อมด้วยลวดเติมอลูมิเนียม วิธีนี้มักใช้สำหรับงานที่ไม่ต้องการความแข็งแรงทางกลสูงมากนัก และเน้นไปที่การซีล
- การเชื่อมแบบเสียดทาน (Friction Welding): โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเชื่อมแบบเสียดทานแบบหมุน (Rotary Friction Welding) เป็นกระบวนการเชื่อมแบบ Solid-State (ไม่หลอมละลาย) ที่อาจใช้เชื่อมอลูมิเนียมกับเหล็กได้ โดยอาศัยความร้อนที่เกิดจากการเสียดสีภายใต้แรงกด ทำให้เกิดการเชื่อมติดกันในระดับโมเลกุล
- การเชื่อมด้วยเลเซอร์ (Laser Welding) และการเชื่อมแบบอาร์กด้วยก๊าซคลุม (Gas Metal Arc Welding – GMAW) ร่วมกับการบัดกรี (Brazing): มีการศึกษาและพัฒนาเทคนิคการเชื่อมอลูมิเนียมกับเหล็กโดยใช้ความร้อนจากเลเซอร์หรืออาร์กภายใต้การควบคุมอย่างแม่นยำ ร่วมกับการใช้ลวดเติมพิเศษ (เช่น Al-Si) เพื่อลดการเกิดสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิก
ข้อควรระวังในการเชื่อมอลูมิเนียมกับเหล็ก:
- การป้องกันการกัดกร่อนกัลวานิก (Galvanic Corrosion): เมื่ออลูมิเนียมและเหล็กสัมผัสกันในสภาพแวดล้อมที่มีอิเล็กโทรไลต์ (เช่น น้ำเกลือ) จะเกิดการกัดกร่อน โดยอลูมิเนียมจะถูกกัดกร่อนก่อน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีมาตรการป้องกัน เช่น การเคลือบสี การใช้วัสดุฉนวน หรือการใช้น็อตและแหวนรองพลาสติก
- การควบคุมความร้อน: เนื่องจากจุดหลอมเหลวที่แตกต่างกัน การควบคุมความร้อนในการเชื่อมจึงเป็นสิ่งสำคัญเพื่อหลีกเลี่ยงการหลอมละลายมากเกินไปของอลูมิเนียมและการก่อตัวของสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิก