Alüminyumu Nasıl Kaynak Yapabilirim?

 

Alüminyum, yerkabuğunun yaklaşık %8'ini oluşturan ve onu oksijen ve silikondan sonra en bol bulunan metal ve üçüncü en bol element yapan kimyasal bir elementtir. Alüminyum, düşük yoğunluğa (yaklaşık 2,7 g/cm3) sahip olması ve pasivasyon olgusu aracılığıyla mükemmel korozyon direncine sahip olmasıyla iyi bilinmektedir.

Saf alüminyum nispeten yumuşak olduğundan, bir dizi mekanik özellik üretmek için az miktarda alaşım elementi eklenir. Alaşımlar, başlıca alaşım elementlerine göre gruplandırılır. Özel ticari alaşımlar, dövme alaşımlar için uluslararası spesifikasyonlara veya ISO alfa sayısal sistemine göre dört basamaklı bir atamaya sahiptir. Tablo 1, bu sınıflandırmaların oluşumu hakkında daha fazla ayrıntı sağlar.

Serinin ilk hanesi, alüminyum alaşımına eklenen ana alaşım elementini belirtir ve seriyi, yani 1000 serisini veya 5000 serisini, vb. tanımlamak için kullanılır. İkinci hane, seri içindeki belirli alaşımın modifikasyonunu temsil eder; yani x1xx, belirtilen alaşımın ilk modifikasyonunu temsil ederken, x2xx ikinci modifikasyonu temsil eder. Üçüncü ve dördüncü rakamlar, belirli bir seri içindeki alaşımı tanımlar. Özetlemek gerekirse, alaşım 2024, 2000 serisi alaşımlar arasındadır, sıfır modifikasyona sahiptir ve alaşım tipi 24 olarak belirtilmiştir.

Ancak bu numaralandırma sisteminin bir istisnası vardır ve bu 1000 serisi alüminyum içindir; son iki hane, %99'un üzerindeki minimum alüminyum yüzdesini sağlar. Örneğin 1050, minimum %99,50 alüminyum içeriği anlamına gelir.

Önerilen makale: siindir bükme nasıl yapılır hakkında bilgi almak ve diğer metal işleme hizmetlerine ulaşmak için ilgili sayfayı ziyaret edebilirsiniz.

Alüminyum alaşımları ayrıca bir temper ataması içerecektir, bunlar ek işlem adımlarını (uygulanmışsa) tanımlar. Temperleme tanımlamaları tablo 2'de ayrıntılı olarak verilmiştir. Tablo 2'de ayrıntıları verilen temel temper tanımlamalarına ek olarak, "H" - gerinim sertleştirme ve "T" - ısıl işlem görmüş için iki alt gösterim vardır. Tablo 3 ve 4, sırasıyla bu "H" ve "T" tanımlarını açıklamaktadır.


Tablo 1 – Dövme alüminyum alaşım serisi
 

Seri	Temel Alaşım Elementi	Gerilme Direnci	Isıl İşlem Görebilir	Uygulamaları
1xxx	%99 minimum alüminyum (saf)	70 - 185	X	Korozyon direnci, borulama, elektriksel iletkenlik
2xxx	Bakır	185 - 430	✔	Evrensel, havacılık, dövme
3xxx	Manganez	110 - 280	X	Tencere ve tavalar, ısı eşanjörleri, korozyon direnci
4xxx	Silisyum	170 - 380	X/✔	Dolgu teli (kaynak)
5xxx	Magnezyum	125 - 350	X	Denizcilik, otomotiv, basınçlı kaplar, köprüler, binalar
6xxx	Magnezyum ve Silisyum	125 - 400	✔	Ekstrüzyonlar, dekoratif, otomotiv, evrensel
7xxx	Çinko	220 - 750	✔	Evrensel, havacılık, zırh plakası, rekabetçi spor malzemeleri

Tablo 2 – Temper tanımlamaları
 

Temper Tanımı	Açıklama
F	Fabrikasyon olarak - Termal veya gerinimle sertleştirme koşulu üzerinde özel bir kontrolün uygulanmadığı bir şekillendirme işleminin ürünlerine uygulanır.
O	Tavlanmış - Sünekliği iyileştirmek için en düşük mukavemet koşulunu üretmek üzere ısıtılmış ürün için geçerlidir.
H	Gerinim sertleştirilmiş – Soğuk işlemle güçlendirilmiş ürünler için geçerlidir. Gerinim sertleştirmesini, mukavemette bir miktar azalma sağlayan ek ısıl işlem takip edebilir. İki veya daha fazla basamak her zaman 'H'yi takip eder
W	Çözelti ısıl işlemi uygulanmış – Çözelti ısıl işleminden sonra sadece oda sıcaklığında kendiliğinden yaşlanan alaşımlara uygulanabilen kararsız bir temper
T	Isıl işlem görmüş – F, O veya H dışında kararlı temperler üretmek için. Isıl işlem görmüş ürün için geçerlidir, bazen stabil bir temper elde etmek için ek gerinim sertleştirmesi ile. Bir veya daha fazla rakam her zaman 'T'yi takip eder

Tablo 3 – 'H' Temper tanımlarının alt bölümleri
 

H Temper Tanımı	Açıklama
H1x	Sertleştirilmiş
H2x	Sertleştirilmiş ve kısmen tavlanmış
H3x	Sertleştirilmiş ve stabilize
H4x	Sertleştirilmiş ve cilalanmış veya boyanmış

Tablo 4 – 'T' Temper tanımlarının alt bölümleri
 

T Temper Tanımı	Açıklama
T1	Yüksek sıcaklıkta şekillendirme işleminden soğutulduktan sonra doğal olarak yaşlandırılır
T2	Yüksek sıcaklıkta şekillendirme işleminden soğutulduktan sonra soğuk işlenmiş ve daha sonra doğal olarak yaşlandırılmıştır.
T3	Çözelti ısıl işlem görmüş, soğuk işlenmiş ve doğal yaşlandırılmış
T4	Çözelti ısıl işlem görmüş ve doğal yaşlandırılmış
T5	Yüksek sıcaklıkta şekillendirme işleminden soğutulduktan sonra yapay olarak yaşlandırılır
T6	Çözelti ısıl işlem görmüş ve yapay olarak yaşlandırılmış
T7	Çözelti ısıl işlem görmüş ve stabilize edilmiş (aşırtılmış)
T8	Çözelti ısıl işlem görmüş, soğuk işlenmiş ve yapay olarak yaşlandırılmış
T9	Çözelti ısıl işlem görmüş, yapay olarak yaşlandırılmış ve soğuk işlenmiş
T10	Yüksek sıcaklıkta şekillendirme işleminden soğutulduktan sonra soğuk işlenmiş ve ardından yapay olarak yaşlandırılmıştır.

 

Alüminyum alaşımları, mühendislik malzemelerine makul bir maliyetle iyi mukavemet-ağırlık oranları sağladıkları için nakliye uygulamalarında her yerde bulunur. Diğer uygulamalar, bazı alaşımların korozyon direncini ve iletkenliğini (hem termal hem de elektriksel) kullanır. Normalde düşük mukavemete rağmen, daha karmaşık alaşımlardan bazıları çeliklere eşdeğer mekanik özelliklere sahip olabilir. Alüminyum alaşımlarının endüstriye sunduğu birçok faydadan dolayı, onları birleştirmek için en iyi uygulamaları belirlemeye ihtiyaç vardır.
 

Alüminyum alaşımları, kaynak yaparken aşağıdakiler de dahil olmak üzere bir dizi zorluk yaratır:

Yüksek ısı iletkenliği. Bu, daha büyük bir ısı girdisi gerektiğinden, kaynağı zorlaştırabilen ve/veya parçaların istenmeyen şekilde bozulmasına neden olan aşırı ısı yayılımına neden olur.

Hidrojen çözünürlüğü. Hidrojen, erimiş alüminyumda çok çözünür, bu da kaynak havuzunun işleme sırasında hidrojeni emmesine neden olur. Erimiş malzeme katılaştıktan sonra, hidrojen kabarcıkları sıkışarak gözeneklilik oluşturur.

Oksit tabakası. Alüminyumlar, ana alüminyum alaşımından (660 C°) çok daha yüksek bir erime noktasına (2060 C°) sahip olan bir oksit tabakasına (alüminyum oksit) sahiptir. Kaynak yaparken bu, oksit tabakasının kaynak bölgesine dahil olmasına neden olabilir, bu da potansiyel olarak füzyon kusurlarının olmamasına ve kaynağın mukavemetinin azalmasına neden olabilir. Bu nedenle, oksit kalıntılarını önlemek için kaynak öncesi iş parçaları tel fırça veya kimyasal aşındırma ile temizlenmelidir.
 

Alüminyum ve alaşımlarının kaynağı için kullanılabilecek, aşağıda ayrıntıları verilen çok sayıda işlem vardır:

Ark kaynağı

Ark kaynağı, alüminyum alaşımlarını birleştirmek için yaygın olarak kullanılır. 1xxx, 3xxx, 5xxx, 6xxx ve orta mukavemetli 7xxx (ör. 7020) serisindeki dövme kalitelerin çoğu, ark bazlı işlemlerle füzyon kaynağı yapılabilir. Özellikle 5xxx serisi alaşımlar mükemmel kaynaklanabilirliğe sahiptir. Yüksek mukavemetli alaşımlar (örneğin 7010 ve 7050) ve 2xxx serisinin çoğu, sıvılaşma ve katılaşma çatlamasına eğilimli olduklarından ergitme kaynağı için önerilmez.

Alüminyumu MIG ile kaynaklayabilir misiniz? MIG kaynağı, alüminyum alaşımlarını birleştirmek için başarıyla kullanılabilir. İşlem, alüminyum levha gibi daha ince malzeme ölçüleri için en uygunudur, çünkü gereken ısı miktarı daha kalın plakalara kıyasla daha azdır. Saf Argon bu işlem için tercih edilen koruyucu gazdır ve kullanılan kaynak teli/çubuk bileşim olarak kaynak yapılan parçalara mümkün olduğunca benzer olmalıdır.

Alüminyumu TIG ile kaynaklayabilir misiniz? Alüminyum alaşımlarının birleştirilmesinde TIG kaynağı da kullanılabilir. Dökme alüminyumun yüksek ısıl iletkenliği sayesinde, TIG işlemi, kaynak bölgesini bir kaynak havuzu oluşturacak kadar sıcak tutmak için yeterli ısı üretilmesini sağlar. Kalın ve ince bölümleri birleştirmek için TIG kaynağı kullanılabilir. MIG kaynağına benzer şekilde, saf argon tercih edilen koruyucu gazdır ve kullanılan kaynak teli/çubuk bileşim olarak kaynak yapılan parçalara benzer olmalıdır.

Lazer kaynak

Ark kaynağı da dahil olmak üzere diğer füzyon bazlı işlemler gibi, lazer ışınları da birçok alüminyum alaşım serisini kaynaklamak için kullanılabilir. Lazer kaynağı, malzemenin yüzeyindeki yüksek güç yoğunluğu nedeniyle, diğer kaynak işlemlerine kıyasla tipik olarak daha hızlı bir kaynak işlemidir. Anahtar deliği lazer kaynağı, yüksek en-boy oranlı kaynaklar (dar kaynak genişliği: büyük kaynak derinliği) üretebilir ve bu da ısıdan etkilenen dar bölgelerle sonuçlanır. Lazer ışını kaynağı, 4032 veya 4047 alüminyum alaşımları gibi uygun bir dolgu malzemesi ile birleştirildiğinde 6000 serisi alüminyum alaşımları gibi çatlamaya duyarlı malzemelerle kullanılabilir. Kullanılan kaplama gazları, birleştirilecek alüminyum kalitesine bağlı olarak seçilir.

Elektron Işın Kaynağı

Lazer kaynağına benzer şekilde, elektron ışınları hızlı kaynaklar ve küçük kaynak havuzları üretmede iyidir. Elektron ışınları, alüminyumun çok kalın bölümlerinde kaynak üretmede de daha iyidir. Diğer füzyon bazlı proseslerin aksine, elektron ışını kaynağı vakumda gerçekleşir, yani koruyucu gaz gerekli değildir, bu da çok saf kaynaklarla sonuçlanır.

Ark, elektron ışını ve lazer kaynağı gibi ergitme kaynağı işlemleri kullanılırken alüminyum alaşımlarında sıcak çatlama riskini en aza indirmek için doğru dolgu metali seçimi (dolgu teli veya dolgu çubuğu), özenle seçilmiş kaynak parametreleri ve bağlantı tasarımı önemlidir.

Sürtünme Kaynağı

Sürtünme kaynağı, özellikle alüminyum alaşımlarının birleştirilmesi için uygun olan bir katı hal birleştirme işlemidir (yani metalde erime olmaz). Sürtünme kaynağı, füzyon bazlı işlemlerde zor olan 2xxx ve 7xxx dahil tüm alüminyum alaşım serilerini birleştirme yeteneğine sahiptir. Ayrıca katı hal prosesinin doğası gereği koruyucu gaz ihtiyacı ortadan kaldırılır ve ergitme kaynak proseslerine göre kaynak bölgesinde üstün mekanik performans elde edilir. Birkaç sürtünme işleme çeşidi vardır:

Sürtünme karıştırma kaynağı (FSW). FSW, 1991 yılında TWI Ltd'de geliştirildi. FSW, döndürülen ve iki iş parçasının arayüzüne daldırılan, tüketilmeyen bir takım kullanılarak çalışır. Takım daha sonra arayüz boyunca hareket ettirilir ve sürtünme ısısı malzemenin ısınmasına ve yumuşamasına neden olur. Döner alet daha sonra yumuşatılmış malzemeyi mekanik olarak karıştırarak bir kaynak oluşturur. İşlem tipik olarak alüminyum levha/levha malzemeyi birleştirmek için kullanılır.

Sürtünme karıştırma nokta kaynağını (RFSSW) yeniden doldurun. RFSSW, FSW işleminin geliştirilmiş halidir ve alüminyum sac metal uygulamalarında perçinlerin yerini almak için bir nokta kaynak tekniği olarak kullanılır.

Doğrusal sürtünme kaynağı (LFW). LFW, büyük bir sıkıştırma kuvveti altındayken bir iş parçasını diğerine göre sallayarak çalışır. Salınım yapan yüzeyler arasındaki sürtünme ısı üretir ve arayüz malzemesinin plastikleşmesine neden olur. Plastikleştirilmiş malzeme daha sonra ara yüzeyden dışarı atılır ve iş parçalarının sıkıştırma kuvveti yönünde kısalmasına (yanmasına) neden olur. Yakma sırasında, bir kaynağın özelliklerini ve muhtemelen hizmet ömrünü etkileyebilecek oksitler ve yabancı parçacıklar gibi arayüz kirleticileri flaşa atılır. Kirletici maddelerden arındırıldığında, saf metal-metal teması oluşur ve bu da bir kaynakla sonuçlanır. İşlem, neredeyse net şekiller üretmek için dökme alüminyum bileşenlerin birleştirilmesi için kullanılır.

Döner sürtünme kaynağı (RFW). RFW, dökme alüminyum parçaların silindirik olması ve doğrusal olarak salınım yerine sürtünme ısısı üretmek için döndürülmesi dışında LFW'ye benzer
 

Alüminyum ve alaşımlarını kaynaklamak için en iyi yöntem, ilgili birleştirme uygulamasına bağlıdır. Bir kaynak işlemine karar vermeden önce aşağıdaki noktalar dikkate alınmalıdır:

Maliyet (kaynak ekipmanı, sarf malzemeleri, atık bertarafı, operatör maliyetleri vb.)