Bölüm 2.23 Al ü min y um ve alaşımlarının kaynağı

1

Bölüm 2.23Alüminyum ve alaşımlarının kaynağı

2

Alüminyum’un Özellikleri

• 1950’den bu yana büyüyen kullanım oranı (6 kat)• Yaygın metal – yer kabuğunun % 8’i• Hafif ağırlık - Özgül ağırlık = 2.7 • Orta ila yüksek dayanım (alaşım türüne bağlı)• Yüksek iletkenlik (saf metal ve düşük alaşımlar)

• Korozyona dirençli (Al2O3 kaplama)

• Yansıtma özelliği yüksek• Anti-manyetik

3

Alüminyum’un Eldesi

• Bayer prosesi ile boksit’ten Al2O3 elde edilir

• Alüminyum yapmak üzere Hall-Heroult prosesiyle Al2O3 elektrolitik olarak indirgenir

Bu proses için büyük enerji ihtiyacı, ucuz enerji kaynakları kullanılsa dahi, alüminyum üretiminin ana kısmını oluşturur.


Bayer prosesinin prensibi

4


Alüminyum oksit’in erimiş curuf elektrolizinin prensibi 5


• Hall ve Heroult tarafından geliştirilen prensibin esası, alüminyum oksit’in erimiş kriyolit (Na3AlF6) içinde çözünürlüğü ve bu sayede oksitin, aşağıdaki reaksiyon uyarınca elektrokimyasal çözünmesidir.

• Bu reaksiyon 950°C ile 980°C arasında gerçekleşir

• 4 ton boksit 2 ton alüminyum oksit ve sonuçta 1 ton saf alüminyum verir

6

7

Fabrikasyon (İşleme)

• Sünek metal, haddeleme ve ekstrüzyon ile kolayca işlenir

Ticari saf metale, tavlama yapılmaksızın % 80-90 oranında soğuk redüksiyon uygulanabilir

350˚C’de tavlama

• Talaşlı işlenebilirliği iyidir ancak sıvanma eğilimi taşır

Alüminyum’un Temel Özellikleri

8

Alüminyum esaslı metallerin kaynak özelliklerinin genel yapı çelikleriyle karşılaştırılması

9

10

Alüminyum Ürünler

• Dökme alaşımlar• Yoğruk ürünler

Saç, levha, folyo Çubuk, tel, boru Standart ve özel ekstrüze edilmiş şekiller Dövme parçalar, darbeyle üretilmiş parçalar (ekstrüzyon ve

dövmenin birleşik hali)

• Toz metalurjisi (çökelme sertleşmesi uygulanmış) ürünleri

Yapısal Uygulamalar

• Statik inşaat yapıları• Merdivenler• Nakliye

Uzay, karayolu (kamyon, otobüs, TIR’lar), demiryolu

• Makina ve endüstriyel ekipman Kıvılcım üretmeyen takımlar, depo çatıları, kimyasal işlem

tankları, tespit elemanları, modeller, enstrümanlar

• Dayanıklı tüketim malları Ev aletlerinin gövdeleri: buzdolapları, mobilya, pişirme

ekipmanları (tencere, tava)

12

Isıl ve Elektrik

• Elektrik Saf alüminyum, aynı ağırlıkta bakırın iletkenliğinin %

200’üne sahiptir İletkenler, ısı emiciler, kapasitörler, antenler

• Yansıtıcılar Aynalar, araştırma ışıkları, çatı izolasyonları

13

Diğer Uygulamalar

• Ambalajlama İçecek kutuları, folyo, hermetik sızdırmaz paketler

• Tozlar ve pastalar Yansıtıcı boya, baskı mürekkepleri, ısı tekniği, termit kaynağı

tozu (Al ile Fe2O3 karışımı)

14

Kullanım Sınırları

• Sıcaklık aralığı, normal alaşımlar için -240˚C ile +200˚C arasındadır

• Özel alaşımlar için 350˚C’ye kadar çıkabilir• Çökeltme sertleşmeli alaşımlar için kısa sürelerle

480˚C’ye çıkılabilir• Düşük elastisite modülü, takviye gerekir• Çeliğe göre daha düşük aşınma, sürünme ve yorulma

özellikleri

15

Alüminyum Alaşımlarının Gösterimi

• Alaşım gösterim sistemleri, yoğruk ürünler ve dökme alaşımlar içindir

• UNS sayıları - ‘A’ ‘dan sonra AA numarası gelir• Yoğruk ürünler için ısıl işlem gösterim sistemi• Bazı özel alaşımlar

Alüminyum alaşımları

17

Yoğruk Alaşımların Gösterimleri

Alaşım grubu Gösterim

Saf alüminyum (en az % 99.00) 1xxx

Al-Cu 2xxx

Al-Mn 3xxx

Al-Si 4xxx

Al-Mg 5xxx

Al-Mg-Si 6xxx

Al-Zn 7xxx

Al + diğer elementler 8xxx

19

Alaşım Türleri ve Özellikleri

• Deformasyon sertleşmeli alaşımlar (ek olarak, katı çözelti sertleşmeli alaşımlar)

• Çökelme (yaşlandırma) sertleşmeli alaşımlar• Parçacık sertleşmeli alaşımlar• Akma dayanımı: 1050-O için 28 Mpa ve 2024-T815

için 455 Mpa• Düşük sıcaklıklarda dayanım artar• Sünek-gevrek geçişi yoktur

Dayanım Arttırma Yöntemleri

20

Alüminyum Alaşımlarının Sertleştirme Diyagramı

22

Isıl işlem uygulanamayan alaşımlarda dayanımın artması

23

Dayanımın artışı ve azalışı

24

Tavlama sırasında sertliğin değişimi

25

Al-Al2Cu sisteminde yaşlandırma işleminin prensibinin gösterilişi

26

27

Deformasyon Sertleşmeli Alaşımların Isıl İşlemleri

Kod Tanımlama

-O Tavlanmış

-F İmal edildiği halde (Mekanik özellikler için sınır yok)

-H1x Deformasyon sertleşmeli

-H2x Deformasyon sertleşmeli ve kısmen tavlanmış

-H3x Deformasyon sertleşmeli ve stabilize edilmiş

28

İkinci ve Üçüncü Karakterler

• ‘x’ genellikle 0 ile 9 arasındadır, ancak 2 karakter olabilir

• Eğer x = 8 ise, tavlamadan sonra % 75’lik bir soğuk kalınlık azaltmaya denk olmalıdır

• Diğer ‘x’ sayıları, oransal bir deformasyon miktarını gösterir

• 3’üncü bir karakter, özel bir varyasyonu gösterir Örn. 5083-H116, bu malzemenin folyolanma hasarını

azaltmak için özel bir ısıl işleme maruz kaldığını gösterir

29

Çökeltme (Yaşlandırma) Sertleştirmesi

Çözme tavı - alaşımı, B’nin tümünü çözmek için sıcaklık bölgesine ısıtılır. Su verme ile B çözeltide kalır (aşırı doymuş yapı)

Yumuşak& sünek durum

Yaşlandırma – çözme tavı uygulanmış alaşımı, ince partiküllerinin oluştuğu bir sıcaklıkta tutma

Sertleştirme durumu

T (deg C)

Yüzde BSaf A

Sıvı

L +

30

Bileşimin Etkileri

• Düşük B içerikli alaşımlar, sadece zayıf bir yaşlandırma sertleşmesi etkisi gösterir

• Çözme tavında çözünemeyen yüksek bir seviyesine sahip alaşımlar, zayıf bir sertleşme etkisi gösterir

• Ortalama B seviyesine sahip alaşımlar, ise en yüksek sertleşme etkisi gösterir

• Bu alaşımlar tek faz () alanı için sadece dar bir sıcaklık aralığına sahiptir

• Bu alaşımlar da, geniş bir katılaşma aralığına sahiptir; kaynak sırasında çatlak oluşturma eğilimi taşırlar ve bu nedenle düşük kaynak ve döküm kabiliyetine sahiptir

Sertleştirme mekanizması İlgili yumuşatma mekanizması Deformasyon * Toparlanma, yeniden kristalleştirme, tane büyütme Yaşlandırma * Çözme ısıl işlemi Tane boyutu * Tane büyültme Alaşımlama * Hiçbiri

31

32

http://aluminium.matter.org.uk

YAŞLANDIRMA SERTLEŞMESİ

33

Üç farklı denge

diyagramının

yaşlandırma

sertleşmesine

uygunluk

bakımından

incelenmesi

34

Sıcaklık

35

Sıcaklık

36

Sıcaklık

37

Sıc

38Yaşlandırma işleminde zaman-sıcaklık diyagramı

39(Çözme tavı)

47

Çökelme Sertleştirmesi

• Çökelmeler, yüksek sıcaklıklara kadar dağılmaya direnir (340˚C’ye kadar)

• Toz metalurjisi (P/M) ürünler

• SAP – sinterlenmiş alüminyum parçalar (Al2O3)

• Metal matrisli kompozitler• Hızlı katılaştırma (RS-P/M) hiperötektoid demir

alaşımları (artı diğer sistemler) • Mekanik alaşımlama

48

Çökelme Sertleştirmesi

• Özel veya standart alaşımlar• Kaynak yapılabilir ancak bazı özelliklerini kaybeder• Uçak ve uzay uygulamaları

Çökelti örneği

49

Al-%4Cu içindeki Cu bakımından zengin GP bölgeleri. (180°C’de 6 saat yaşlandırılmış)

Çökelti örneği

50

Al-%4Cu içindeki Ө çökeltileri (450°C’de 45 dakika yaşlandırılmış)

Çökelti örneği

51

Al-%4Cu içindeki Ө çökeltileri (200°C’de 2 saat yaşlandırılmış)

52

Yaşlandırma Sertleşmeli Alaşımların Isıl İşlem İşaretleri

• -O ve -F işaretleri yukarıdaki gibidir• -W: çözelti işlemli, ancak doğal yaşlandırılmış• -T1 ila -T10: bir sıcak işlem, soğuk işlem, çözme tavı

ve yaşlandırma kombinasyonunu gösterir

53

Isıl İşlem İşaretleri

T1 Sıcak işlenmiş, ardından doğal yaşlandırılmış

T2 Sıcak işlenmiş, soğuk işlenmiş, ardından doğal yaşlandırılmış

T3 Çözme tavına alınmış, soğuk sertleştirilmiş ve doğal yaşlandırılmış

T4 Çözme tavı uygulanmış, ardından doğal yaşlandırılmış

T5 Sıcak işlenmiş, ardından yapay yaşlandırılmış

54

Isıl İşlem İşaretleri

T6 Çözme tavı ve yapay yaşlandırma

T7 Çözme tavı ve stabilize (aşırı yaşlandırma)

T8 Çözme tavı, soğuk işleme ardından yapay yaşlandırma

T9 Çözme tavı, yapay yaşlandırma, ardından soğuk işleme

T10 Sıcak işleme, soğuk işleme, ardından yapay yaşlandırma

DEFORMASYON SERTLEŞMESİ

55

61

1000 Serisi alaşımları

• Saf Al, soğuk sertleştirilebilir• Korozyon performansı mükemmel• Elektrik ve ısıl iletkenliği mükemmel

Örn. 1060: 99.6%Al en az 62 IACS (Tavlanmış saf bakırın % 62’si iletkenlik)

• Akma dayanımı 45 MPa (1050-H18)’ya kadar• Gıda, kimya, ısı eşanjörü, elektrik kablosu, kapasitör

folyosu• Kaynak yapılabilir


• % 6.3’e kadar Cu• Örn. 2014: 4.4Cu-0.8Si-0.8Mn-0.5Mg• Çökelme sertleştirmeli

130 ila 230˚C yaşlandırma sıcaklığı- T6 RP0.2 410 MPa tipik akma dayanımı

• Uçak gövdesi ve mekanik elemanları, araç gövde panelleri

• Kaynak kabiliyeti, alaşıma bağlı olarak kötü ile orta arasında

63

3000 Serisi

• 1.2Mn’ye kadar + Fe (bazı alaşımlarda) Örn. 3004: 1.2Mn-1.0Mg

• İnce partiküller sayesinde dayanım (Mn,Fe)Al6 (Tane sınırı partikülleri)

• Mükemmel şekil değiştirme ve kaynak kabiliyeti, çok iyi korozyon dayanımı

• 250 MPa akma’ya kadar akma dayanımı tipik 3004-H38

• İçecek kutuları, kimyasal kaplar, endüstriyel çatı, eğri borular


• Çözeltide % 5.1’e kadar Mg ilavesi, deformasyon sertleşmesi hızını arttırır

Örn. 5083: 4.4Mg-0.7Mn-0.15Cr

• 260 MPa’ya kadar akma dayanımı için soğuk sertleştirilebilir

5083-H116: RP0.2 228 MPa tipik

• Mükemmel kaynak kabiliyeti, orta dayanım, • İyi korozyon dayanımı

67

5000 serisi alaşımlarının uygulamaları

• Çok yaygın alaşımlar• Deniz araçları, otomobil ve uçak uygulamaları• Basınçlı kaplar, düşük sıcaklık kapları• İletişim kuleleri• Zırhlı plakalar

• Eğer tane sınırlarında Al8Mg5 oluşursa, bazı alaşımları folyolanmaya veya gerilmeli çatlamaya maruz kalabilir

65˚C’nin üzerinde yüksek Mg’den kaçının

6000 serisi

• Mg ve Si kombinasyonu, Mg2Si çökelmeli sertleşmeye izin verir

• Örn. 6061: 1Mg-0.6Si-0.3Cu-0.2Cr 6061-T6: RP0.2 276 MPa tipik

• Kolayca işlenebilen mükemmel dayanımda alaşımlar, korozyon direnci

• Sınırlı ila çok iyi kaynak kabiliyeti (alaşıma bağlı)• Saç, levha, ekstrüzyon ürünü olarak bulunur• 5000 serisi gibi uygulamalara sahip

EN 573’e göre gösterim

70

Kimyasal bileşime göre gösterim (EN 573-3)

71

EN 515’e göre gösterim

72

73

Başa eklenenlerin anlamları

Sona eklenenlerin anlamları

74

Esas metal olarak Alüminyum

Magnezyum kısmı % 4,5

Manganez

Isıl işlem durumu:Sertleştirilmiş, çekme

77

Alclad

• Bazı çok fazlı alaşımlar, kötü korozyon dayanımına sahip

• Bu alaşımlar, Alclad saç veya levha olarak bulunur• Bu malzemeler, yüksek korozyon direnci sağlamak

üzere, her iki yüzeyine de haddeleme ile oluşturulmuş, saf alüminyumdan ince bir tabakaya sahiptir

• İmalatta bu tabakanın bütünlüğünün korunmasını sağlamak gerekir

78

• Talaş kaldırma kabiliyeti çelikten daha iyi• Soğuk ve sıcak işlenebilirliği mükemmel• Karmaşık ekstrüzyon kesitleri yaygın• Eritme ve katı hal kaynaklarıyla, sert lehimlemeyle,

yumuşak lehimlemeyle, yapıştırmayla ve mekanik yöntemlerle birleştirilebilir

İmalat

80

Birleştirme yöntemleri

• TIG ve MIG en yaygın yöntemler• Oksi-asetilen ve elektrik ark kaynakları güçlü

dekapanlara ihtiyaç gösterir• Çoğu alaşım için direnç ve basınç kaynakları

kullanılabilir• Sert ve yumuşak lehimleme uygulamaları en yaygın

işlemler• Yapıştırma ve mekanik birleştirme de oldukça yaygın

81

Kaynak kabiliyeti

• Kaynak yöntemine ve alaşımın kimyasal bileşimine bağlı

• Kolayca kaynak yapılan alaşımlardan (örn. TIG ve MIG ile kaynak yapılan dövme alaşımlar) kaynağın tavsiye edilmediği alaşımlara kadar uzanır (örn. 2014’ün sert lehimlenmesi)

Alüminyum Alaşımlarının Kaynağı

Çeliğe göre Alüminyum kaynak sırasında aşağıdaki karakteristiklere sahiptir:

• Oksijen’e karşı yüksek bir birleşme eğilimine sahiptir; bu nedenle yüzeyinde ya “çok kuvvetli bir oksit tabakası” veya “az kuvvetli oksit kalıntıları” oluşur.

82

Orijinal malzeme yüzeyindeki oksit tabakası

83

Yüzeyin ani çizilmesi sonucu oluşan durum

84

Çizilen yüzeyde oksit tabakası oluşumu

85

Oksit tabakasının korozif ortamlardaki davranışı

86

Oksit tabakasının reaktifliği(Yüzeyde hidroksit tabakası oluşumu)

87

Yüksek sıcaklıklarda oksit tabakasının reaktifliği

88


89


90

Yüzey kusurları

91


• Yüksek bir ısıl iletkenlik ve ısıl uzama katsayısına sahiptir. Bu nedenle alaşım türüne bağlı olarak geniş bir erime aralığına sahiptir ve yüksek büzülme gerilmeleri oluşturur.

• Sıvı haldeyken yüksek ve katı haldeyken ise çok düşük bir hidrojen çözünme kabiliyetine sahiptir. “

92

Çelik ve alüminyumun TIG kaynağında sıcaklık alanlarının karşılaştırılması

93


• Kaynak sırasındaki ısı girdisi, malzeme türüne ve ısı miktarına bağlı olarak

yeniden kristalleşme, yaşlanma veya toparlanma

şeklinde bir ısıl işlem etkisi yaparak malzemenin başlangıç özelliklerinin değişmesine neden olur.

94

Kaynak dikiş bölgesinin dayanım özellikleri

Kaynak ısısı etkisiyle, kaynak dikişi ve ITAB yüksek sıcaklıklara kadar ısınır. Soğuk sertleştirilmiş veya yaşlandırılmış malzeme türlerinde bu bölgelerde dayanım, genel olarak önemli oranda düşer

97

Kaynak dikiş bölgesinin dayanım özellikleri

Belirli Alüminyum alaşımlarında, çekme dayanımı sertleştirme ile yeniden yükseltilebilir.

98

Yeniden sertleştirmede kaynaktan sonraki sürenin etkisi

AlZnMg1 (EN AW-AlZn4,5Mg1)’in kaynaktan sonra üfleçle yeniden sertleştirilmesi (Saç kalınlığı 2 mm; TIG kaynağı yapılmış; İlave metal: SG-AlMg5).

99


Metalurjik bakımdan, kaynaklı bağlantının oluşumunda aşağıdaki koşulların sağlanması gerekir:

• Malzeme kaynağa uygun olmalıdır; yani, çatlak oluşturmamalıdır.

• Ayrıca, gerekli dayanıma ulaşılmalıdır; sonradan gerekli olan şekil değiştirme kabiliyeti garanti edilmelidir ve

• Yeterli korozyon direnci sağlanmalıdır• Mümkün olduğunca anodik renk değiştirme

oluşturmamalıdır (tane sınırlarında beta fazı çökelmesi)

Beklenen taleplere bağlı sınırlı olarak bir miktar gözenek ve kalıntı oluşabilir.

100

Alüminyum alaşımlarının kaynağa uygunluğu

101

Alüminyum alaşımlarının kaynağa uygunluğu

• Kaynağa uygun Alüminyum alaşımlarında, gözenek oluşturma eğilimi, kaynak yönteminin dışında ağız hazırlığından ve kaynak pozisyonundan da etkilenir

• Saf Alüminyumda gözenek oluşturma eğilimi, Alüminyum alaşımlarına göre daha fazladır

• Bakır içeren alüminyum alaşımları, çatlak oluşturma eğilimi nedeniyle kaynağa uygun değildir.

102

103

Eritme kaynağı

• Çok kuvvetli yapışkan bir oksit tabakası

• O2, N2, H2 ile kirlenmeye yatkınlık

• Yüksek iletkenlik, düşük erime sıcaklığı• Curuflar yapışkandır, koroziftir• Kaynak dikişleri mukavemet bakımından esas metal

ile uyumsuz olma eğilimindedir• Katılaşma çatlakları, özellikle çoğu ısıl işlenebilen

alaşımlarda tehlike oluşturur

Kaynak ağız hazırlığı hatası

105

Kökte küçük bir pah oluşturulması, oksitlerin kaynak banyosu içinde homojen dağılmasını sağlar. Aksi halde kökte oksit çentiği oluşur.

Kaynak ağız türleri

106

Kökün korunmasında ekstrüzyon örnekleri

Alüminyum alaşımlarının kaynağında, parçaların hizalanması özellikle önemlidir; zira parçalar arasındaki aralığın sabit kalmaması (parça boyunca değişmesi), kaynak ağızları arasında ısıl dengesizliğe neden olarak başlangıçtaki uyumsuzluğu büyütür ve kaynak bölgesinde aşırı büzülme kuvvetleri oluşumuna neden olur.

Yandaki şekilde, kaynak ağzının uyumlu olması için ekstrüzyondan faydalanılması örneklerini göstermektedir.

108

Kaynağa uygun tasarlanan ağızlara sahip ekstrüzyon örnekleri

Kaplı levhalarda kaplama tarafındaki kaynak ağız hazırlığı

Kaplı taraf en az iki pasoyla kaynak yapılarak kaplamanın homojen sürekliliği sağlanmış olur.

109

Çalışma prensipleri

Alüminyum esaslı metaller, diğer metallerden ayrı depolanmalı ve işlenmelidir.

110

Çalışma prensipleri

• Gözenek eğiliminden kaçınmak için kaynak ağızlarındaki ve bitişiğindeki bölgelerdeki oksit tabakası, mekanik olarak uzaklaştırılmalı ve kaynaktan hemen önce fırçalanmalıdır. (Kullanlan fırçalar ostenitik paslanmaz çelik fırça olmalıdır.)

• Gözenek eğiliminden kaçınmak için kaynak ağız kenarları ve bitişiğindeki bölge (dikişin her iki tarafından yaklaşık 50 mm mesafe) temiz ve yağsız olmalı (Alkol ile temizlenmeli) ve kurutulmalıdır.

• Büyük parçalarda kaynak ısısının hızlı iletimini engellemek için ön tavlama yapılmalıdır

111

Ön tavlama sıcaklıkları

112

Malzeme Saç kalınlığı (mm) Ön tavlama sıcaklığı (°C)

TIG

ila

ila

ila

ila

ila

Diğer Alüminyum alaşımlarında, üreticinin tavsiyelerine uyulmalıdır!

113

TIG kaynak tekniği

• Akım türü (AA veya DCEP=Doğru akım Elektrot Pozitif) Alüminyumoksit (Al2O3) tabakasının temizlenmesi gerekir

(Al’nin erime sıcaklığı 658°C iken Al2O3 tabakasının erime sıcaklığı 2050°C’dir. Bu nedenle kaynak sırasında sürekli olarak uzaklaştırılması gerekir. Bu işlem elektronların parçadan elektroda doğru yönlendiği kutuplama şekliyle gerçekleştirilir).

Temizleme etkisi için AC sinüs veya kare dalga

• Zirkonyalı Tungsten elektrot• Koruyucu gaz

Argon veya Argon+Helyum karışımı

• Kalın malzemeler için yüksek akım kullanılır

TIG Kaynağında Kutuplamanın Etkisi

114

AC TIG kaynağında akımın sıfır noktasından geçişte sönmemesi için arkın tutuşturulması

115


116


117

Değişik Alternatif Akım Üreteçlerinin Dalga Şekilleri

• Sinüs dalgası Kare dalga Kare dalga 118

AC-TIG kaynağında kaynak akımı kutuplama kısmının etkisi

119

(Pozitif ve negatif yarı dalgalar eşit)

(Pozitif yarı dalga küçük, negatif yarı dalga büyük)

(Pozitif yarı dalga büyük, negatif yarı dalga küçük)

Kare dalgalı akım üreteçlerinin kontrolü

EN: Elektrot negatif

EP: Elektrot pozitif

120

121

Alüminyum’un TIG Kaynağı• Alüminyum alternatif akımla kaynak yapılır. • Elektrodun artı kutupta olduğu sürede, tungsten

elektrod aşırı yüklenmeden, alüminyumun yüksek sıcaklıkta eriyen oksit tabakası parçalanır.

122

Kaynak Makinasındaki Filtre Kondansatörün Görevi• Alüminyumun alternatif akımla TIG kaynağında bir doğrultma etkisi görülür; yani, alternatif akımın yarı dalgaları farklı şiddette akar (Oksit tabakasının ark içine karışması nedeniyle).• Pozitif ve negatif yarı dalgaların dengesiz oluşumu• Negatif yarı dalga daha şiddetli akar; ark kararsızlaşır; temizleme etkisi zayıflar; kaynak makinası aşırı yüklenir.

• Pozitif ve negatif yarı dalgaların eşit oluşumu• Filtre kondansatörün yardımıyla temizleme etkisi yeniden elde edilir.

• Filtre kondansatör, kaynak makinasında kademesiz ayarlanabilir.

123

MIG Kaynak tekniği

• İnce elektrotlar besleme sorunu oluşturabilir• Besleme ruloları ve torçlar

İtme tipi, kalın teller ve kısa kablolarla sınırlıdır İtme-çekme tipi torç (Tel makarası yuvasındaki itici rulolara

ek olarak torç içinde çekici rulolar vardır = Push-pull tipi) Torç içinde tel makarası olan tipler (0,5 Kg tel makarası)

124

Metal transferi

• Sprey transfer Yüksek akım, tüm pozisyonlarda kullanılır

• Darbeli ark’lı MIG

Ark gücünün alanları

125

126

Kaynak Tekniği

• Gözenek Önlemek için kaynak yapılan yüzeyin temizlenmesi (yağ,

gres, boya vs.’den arındırılması) gerekir

• Ön tavlama Yüksek ısıl iletkenliğin üstesinden gelmek için

• Kaynak kraterleri Katılaşma çatlamalarından kaçınmak gerekir

MIG Kaynağında koruyucu gaz türünün dikiş profiline etkisi

127

Makro kesit

Genişlik

Yükseklik

Argon’a Helyum

ilavesinin etkileri

128

Kontak boru mesafesi: küçük

Direnç ısısı: az

Ark gücü: Daha çok

Nüfuziyet: Daha derin

Sıçrama: az

129

Kontak boru mesafesinin etkisi

Kısa

Orta

Uzun

130

Kontak boru mesafesi: orta

Direnç ısısı: orta

Ark gücü: orta

Nüfuziyet: orta

Sıçrama: orta


Kısa

Orta

Uzun

131


Kontak boru mesafesi: büyük

Direnç ısısı: yüksek

Ark gücü: düşük

Nüfuziyet: düşük

Sıçrama: çok

Kısa

Orta

Uzun

Sağa kaynak

Nüfuziyet: Daha derin

Kökte köprü oluşumu: Kötü

Ark kararlılığı: Daha iyi

Sıçrama: Daha az

Dikiş genişliği: Daha dar

132

Torç konumunun etkisi

Sağ

Dikey

Sol

133

Dikey kaynak

Nüfuziyet: Orta

Kökte köprü oluşumu: Orta

Ark kararlılığı: Orta

Sıçrama: Orta

Dikiş genişliği: Orta


Sağ

Dikey

Sol

134

Sola kaynak

Nüfuziyet: Sığ ve geniş

Kökte köprü oluşumu: Daha iyi

Ark kararlılığı: Daha kötü

Sıçrama: Daha çok

Dikiş genişliği: Daha geniş


Sağ

Dikey

Sol

135

Dolgu (ilave) metali seçimi

UYGUN BİR DOLGU TELİNİN SEÇİM KRİTERLERİ• Çatlamalardan kaçınmayı sağlamalı• Esas metalin kaynak kabiliyeti• Kaynak dikişinin minimum çekme dayanımı• Kaynak dikişinin sünekliği• Servis sıcaklığı• Korozyon direnci• Anodik kaplama koşulları

Esas metalle uyumlu ilave metaller, genellikle ısıl işlem uygulanamayan alaşımlardan seçilir. Ancak alaşımsız malzemeler ve ısıl işlenebilen alaşımlar için katılaşma çatlamasından kaçınmak için uyumsız ilave metaller

Esas Metal – İlave Metal Kombinasyonu

136

Esas Metal – İlave Metal Kombinasyonu

137

Genel kural: Yüksek alaşımlı ilave metal çoğu durumda çatlamaya daha düşük hassasiyetle kaynak yapılabilir (Si- ve Mg- alüminyum sistemleri için izafi çatlak hassasiyetine karşı kaynak bileşimi). Eğer kaynak yapılacak malzemelerden biri Mg ile alaşımlı ise, ilave metalin buna uygun seçilmesi gerekir.Bilgi: EN AW 4043 (AlSi5) ilave metali, AlMgSi alaşımları için kaynak kabiliyeti bakımından çoğu kez uygun olup AlMg tiplerine göre düşük kaynak dayanımı verir ve daha yüksek ozon konsantrasyonu oluşturur.. Belirli miktarda Zirkonyum içeren AlMg türü ilave metaller sıcak çatlamaya hassaslık durumunda uygulanabilir.

138

Kaynak parametrelerinin dikiş profiline etkisi


Alüminyum alaşımlarının kaynağında temel beklenti, çatlamadan kaynak yapılabilmesidir.

Alüminyum alaşımlarının kaynağında esas olarak iki tür çatlak oluşabilir:

Katılaşma çatlağı (Kaynak metalinde oluşur; geniş katılaşma aralığına (likidis-solidüs aralığına) sahip alaşımlarda görülür ve katılaşma sırasında tanelerarası çatlama şeklinde gerçekleşir)

Sıvılaşma çatlağı (ITAB’da oluşur; kaynak ısısının tanelerarasında sıvılaşma oluşturması ve bu kısmın parça soğurken tekrar katılaşması sırasında büzülme gerilmeleri nedeniyle çatlaması şeklinde gerçekleşir)

139

140

Katılaşma çatlaması

• Deformasyon sertleşmeli türler için uyumlu dolgu teli kullanın

4000 serisi alaşımları 5000 serisi alaşımlarla karıştırmayın (Mg2Si ötektiği oluşur)

5000 serisi ile 2000 serisini karıştırmayın

• Çoğu ısıl işlenmiş türler çabuk katılaşır Oksi-asetilen kaynağına uygun değildir Yüksek seyrelmeden (kaynak metali ile ilave metalin

karışımından) kaçının Çoğu bakırlı türler kaynak yapılamaz

141

Katılaşma çatlamasına hassasiyetin Cu ve Mg içeriği ile değişimi

0 1 2 3 4 5 6 7Yüzde Bakır

0 1 2 3 4 5 6 7Yüzde Magnezyum

142

ITAB (Sıvılaşma) çatlaması

• Yaşlandırma sertleştirmeli türlerde sıvılaşma çatlaması (uzun süre yüksek sıcaklıkta kaldığında aşırı yaşlanma) oluşabilir

Ark enerjisini düşük tutun Dolgu tellerini düşük katılaşma sıcaklığına sahip olanlardan

seçin

Alüminyum alaşımlarında ITAB

143

Kaynak metalinin özellikleri

• Kaynak metalinin esas metale uyumluluğu, deformasyon sertleşmeli olan türlerde kolaydır ancak ısıl işlenmiş türlerde daha zordur

• Dikkatli seçim, optimum özellikler verir 4346 dolgu teli 6061-T6 kalın kesitlere uygundur (çözme tavı

ve yaşlandırma uygulandığında çok yüksek dayanım) 1000 ve 5000 serisi dolgu telleri yüksek sünekliğe uygundur % 3’ten fazla Mg içeren dolgu tellerinden (5183, 5356, 5556,

and 5654) kaçının; zira 65°C’den daha yüksek sıcaklıklarda gerilmeli korozyon çatlamasına eğilimlidir

ITAB’ın Özellikleri

• Eritme kaynağı ısısı, deformasyon sertleştirmeli türlerde yumuşamaya neden olur

Bu etki, soğuk sertleştirmenin en yüksek olduğu türlerde daha da etkilidir (H6, 7, 8 ve 9 ısıl işlem türleri)

• Isıl işlemli türlerin yumuşaması da meydana gelebilir Yaşlandırma sertleştirmeli türler (T6) daha kuvvetli etkilenir Mümkünse çözme tavı uygulanmış türleri (6061-T4) kullanın

ve kaynaktan sonra yaşlandırın

146

Isıl işlemin etkileri

0 5 10 15 20

Erime hattından uzaklık mm

6061-T4, AW

60

70

80

90

100

110HV

6061-T4, PWA

6061-T6, AW6061-T6, PWA

Kaynak hataları ve nedenleri - 1

147

Gözenek oluşumunun muhtemel nedenleri

Kaynak metali

Esas metal

Gözenek


149


150

Al2O3 kalıntıları Al2O3’ün uygun olmayan şekilde - Doğru akımla TIGkaynağında (Elektrot eksi kutupta, Ar-uzaklaştırılması He karışımı).Oksit tabakası kaynaktan kısa süre önce

uzaklaştırılmalı (fırçalama değil)- TIG kaynak çubukları koruyucu gaz örtüsü içinde tutulmalı

Al2O3 ayrılması Parça yüzeyinin başka bir kısmının kaplanması (Örn. Bindirme) nedeniylearkın temizleme etkisinin olmaması


151

Çatlaklar (Sıcak çatlak) Uygun olmayan tel elektrot nede- - Kaynak teli, belirli Si ve Mg miktarından fazlasını içer-niyle kritik Si ve Mg miktarının melialtında olması - Daha yüksek çizgisel enerji seçilmeliGerekenden daha büyük büzülme - Kısa, kısa devresiz ark seçilmeli ölçüsü - Parçalar, büzülme sırasında dikişe zarar vermeyecek

şekilde tespit edilmeli- Uç kraterindeki büzülme çatlaklarından, aşağıdaki önlemlerle kaçınılmalı* Kaynak makinasındaki uç krater doldurma programı kullanılmalı* Uzun dikişlerde uç krateri, bitirme plakası üzerinde oluşturulmalı* Yuvarlak dikişler halinde, uç krateri başlangıç dikişinin üzerine getirilmeli


152

Distorsiyon Büyük ısıl genleşme katsayısı. - Parçaların boyutlarının doğru hazırlanmasıUygun olmayan puntalama. - Eşit kaynak ağız aralıkları oluşturulmalıUygun olmayan artık gerilmeler. - Kaynak yerinin yanında yüksek sıkıştırma kuvvetiyleHatalı kaynak sırası uzama sınırlanmalı

- Puntalamada yeterli dikiş kesiti oluşturulmaıl- Puntalama dikiş ortasından uçlara doğru yapılmalı

Direnç nokta kaynağı

154

Alüminyum alaşımlarının direnç kaynağında, yüksek ısıl ve elektrik iletkenlik nedeniyle ve ayrıca yüzeydeki oksit tabakası nedeniyle çelik kaynağına göre ilave önlemlerin alınması gerekir.

Direnç kaynak makinaları genellikle çelikleri kaynak yapmak için imal edilir. Bu nedenle alüminyum’un direnç nokta kaynağında aşağıdaki önlemleri almak gerekir:1.3-4 kat daha yüksek kaynak akımı2.Yeterli hızda akım artışı (upslope)3.Kısa kaynak süreleri4.Akım-kuvvet programının ayarlanabilir oluşu5.Daha yüksek statik makine rijitliği6.Bir sonraki kaynak noktasına daha hızlı geçiş (Alüminyum’un yüksek ısıl genleşme katsayısı nedeniyle malzeme uzamadan kaynak yapmak için)

Alüminyum ile Kaplanmamış çeliğin direncinin karşılaştırılması

155

Grafik, alüminyumun direncinin kaynak sırasında ne kadar hızlı düştüğünü göstermektedir.

Direnç nokta kaynağı

156

Tek fazlı alternatif akım kaynak makinaları, yüksek seviyeli kaçak akım (bir önceki noktadan kısa devre akımı) nedeniyle alüminyum kaynağına uygun değildir. Bu nedenle üç fazlı doğru akım kaynak makinaları veya inverter tipi kaynak makinaları tercih edilmelidir.

Kaynak süreleri (parça kalınlığına ve kaynak bağlantısının özelliklerine bağlı olarak) 3-610 periyot arasında seçilmelidir. Daha uzun kaynak süreleri, Alüminyum’un yüksek ısıl iletkenliği nedeniyle uygun değildir.

Çelik kaynağına göre elektrot kuvvetinin iki katına çıkarılması, yaygın uygulama şeklidir.

Projeksiyon (Kabartı) kaynağı

157

ÖNCE SONRA

Projeksiyon Kaynağı Örnekleri

158

159

Katı hal kaynağı

• Soğuk kaynak- bindirme birleştirmede % 75 kalınlık azalması

• Ultrasonik kaynak- 1.5mm bindirme birleşimler• Patlamalı kaynak- kaplama ve bindirme birleşimler• Sürtünme kaynağı- düşük kaynak kabiliyetine sahip

alaşımlar, farklı kombinasyonlar, • Sürtünme karıştırma kaynağı

Sürtünme Karıştırma Kaynağı

Matkap ucu benzeri bir takımla

sürtünen elemanla katı

hal kaynağı

160

Mikroyapı (üst) ve malzeme akışı (alt)

161

Sürtünme Karıştırma Kaynağında Birleştirme Türleri

162

163

Sert lehimleme

• Aşağıdaki alaşımlarla sınırlıdır 1000, 3000, 5000 ancak < % 2 Mg olanlar, 6000

• Genelde Al-Si dolgu metalleri kullanılır• Alevle, daldırmayla, fırında veya vakumda lehimleme

yöntemleri uygulanabilir• Parçaları dağlayarak temizleyin (Dekapan)• Dekapanlar florür ve klorür tuzlarından oluşur

Dekapan kalıntılarının MUTLAKA temizlenmesi gerekir. Zira koroziftir

• Sıcaklık kontrolü kritiktir

Yapıştırma

164

Yapıştırmada sertleştirme

167

Sıcaklığın etkisi

169

Yaşlanmanın etkisi

170

Bölüm 2.23 Al ü min y um ve alaşımlarının kaynağı

Documents

Transcript of Bölüm 2.23 Al ü min y um ve alaşımlarının kaynağı