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.
Alüminyum’un Eldesi
Bayer prosesinin prensibi
4
Alüminyum’un Eldesi
Alüminyum oksit’in erimiş curuf elektrolizinin prensibi 5
Alüminyum’un Eldesi
• 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
16
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
21
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)
40
41
42
43
44
45
46
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
56
57
58
59
60
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
2000 Serisi alaşımları
• % 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
5000 Serisi alaşımları
• 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
66
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
75
76
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
79
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
Yüksek sıcaklıklarda oksit tabakasının reaktifliği
89
Yüksek sıcaklıklarda oksit tabakasının reaktifliği
90
Yüzey kusurları
91
Alüminyum Alaşımlarının Kaynağı
• 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
Alüminyum Alaşımlarının Kaynağı
• 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
95
96
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
Alüminyum Alaşımlarının Kaynağı
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
107
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
AC TIG kaynağında akımın sıfır noktasından geçişte sönmemesi için arkın tutuşturulması
116
AC TIG kaynağında akımın sıfır noktasından geçişte sönmemesi için arkın tutuşturulması
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
Kontak boru mesafesinin etkisi
Kısa
Orta
Uzun
131
Kontak boru mesafesinin etkisi
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
Torç konumunun etkisi
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
Torç konumunun etkisi
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 Kaynağı
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
Kaynak hataları ve nedenleri - 2
149
Kaynak hataları ve nedenleri - 3
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
Kaynak hataları ve nedenleri - 4
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
Kaynak hataları ve nedenleri - 5
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
153
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
165
166
Yapıştırmada sertleştirme
167
168
Sıcaklığın etkisi
169
Yaşlanmanın etkisi
170