Alüminyum Alaşımlarının Kaynağı - Alüminyum Alaşımları


Alüminyum ve alaşımları günümüzde yaşamımıza girmiş yaşamın ayrılmaz bir malzemesi haline gelmiştir.Hafifliği,iyi ısı ve elektrik iletkenliği ve korozyona karşı dayanıklılığı nedeniyle;gıda endüstrisi,kimya endüstrisi,otomotiv ve gemi endüstrisi, makine ve cihaz yapımı ile mimari ve inşaat yapımında geniş çapta bir kullanma alanına sahiptir. Çeşitli endüstri dallarında kullanılan başlıca alüminyum ve alaşımları Tablo-1’de gösterilmiştir.Bu alaşımların günümüzde birleştirilmesi %50 nispetinde kaynakla yapılmaktadır.


ENDÜSTRİDEKİ KULLANMA ALANLARI
MALZEME
OTOMOTİV
MAKİNE YAPIMI
CİHAZ YAPIMI
İNŞAAT VE MİMARİ
Al 99,9...Al 99,5
-
-
XX
-
Al Mn
-
-
XX
XXX
Al Mg Mn
XX
X
XX
XX
Al Mg 3
XX
-
XX
XX
Al Mg 4,5 Mn
XXX
XX
XXX
-
Al Mg Si 0,5
X
X
-
XX
Al Mg Si 1
XX
XX
-
XX
Al Zn Mg 1
XXX
XXX
-
X
Tablo-1: Çeşitli endüstri kollarında kullanılan başlıca alüminyum ve alaşımları

Alüminyum ve alaşımlşarını cıvata ve perçinleme yoluyla birleştirme dışında kullanılan birleştirme yöntemleri;kaynak,lehimleme ve yapıştırmadır.Bugün bu yöntemler çeşitli endüstri kollarında geniş çapta kullanılmakta,bazen de lehimleme,yapıştırma ve nokta kaynağı birlikte kombine edilmektedir.

Alüminyum ve alaşımlarının kaynağı,normal çeliğin kaynağına nazardan birçok farklılıklar gösterir.Çeliğin kaynağına göre daha zor ve sorunludur.Bunun için malzemeyi ve özelliklerini (fiziksel ve metalurjik) çok iyi tanımak ve ona göre önlemler almak gerekir.

Alüminyum ve alaşımlarının kaynak kabiliyetine aşağıdaki etkenler tesir eder.Bunlar sırasıyla;

a- Saf alüminyum 658 ° C gibi düşük bir sıcaklıkta ergimesine rağmen,yüzeyimdeki oksit tabakası (Al 2 O 3 ) 2050 ° C gibi yüksek bir sıcaklıkta ergir

Alüminyumun oksijene karşı ilgisi fazla olduğundan,yüzeyinde hemen 0,1 mikron kalınlığında Al 2 O 3 oluşur ve bu oksit tabakası aynı zamanda yüzeye kimyasal bileşiklere karşı bir dayanıklılık kazandırır.Fakat bu tabakanın mevcudiyeti alüminyum ve alaşımlarının kaynağını zorlaştırır.Kaynak yapılırken yüzeyde bulunan Al 2 O 3 tabakasının ergitilmesine çalışılırken (2050 ° C), bundan çok daha düşük sıcaklıkta ergiyen alüminyum dökülür ve kaynak çubuğundan düşen damlalar kaynak yapılacak esas metal ile birleşemez.Onun için kaynaktan önce bu tabakanın oluşmaması için önlemler almak gerekir.

b- Alüminyum ve alaşımları yüksek bir ısı iletim katsayısına sahiptir.Bunun için kaynak yerinde ısı yoğunluğunu sağlamak için daha fazla ısı girdisine ihtiyaç vardır.Diğer taraftan,alüminyum ve alaşımlarında,çeliğe nazaran daha geniş bir bölge ısının tesiri altındadır.Şekil-1’de alüminyum ile çeliğin kaynağındaki isotermler gösterilmektedir.Ayrıca saf alüminyumda yüksek ısı iletimi dolayısıyla ergimiş kaynak banyosu soğuyup çabuk katılaştığından,dikişte gözenekler oluşur.

Şekil-2:Alüminyum ve çeliğin TIG kaynağında ısının yayılışı (isotermler)
c- Yüksek elektrik iletkenliği nedeniyle elektrik direnç kaynağında sorunlar ortaya çıkmaktadır. (Q=R.l 2 .t)
d- Yüksek ısıl genleşmeden ötürü,kaynak sırasında meydana gelen distorsyonlar (çarpılmalar ve kendini çekmeler) büyük olur.Dolayısııyla gerekli önlemler alınmadığı zaman,gerilme çatlakları oluşur.Alüminyum ve alaşımları ile %0,15 karbonlu çeliğin fiziksel özellikleri karşılaştırmalı olarak Tablo-2’de gösterilmektedir.

Malzeme
Yoğunluk (g/cm 3 )
Ergime Noktası ( ° C)
Elektrik İletkenliği (m/ W mm 2 )
Isı İletkenliği (J/cmsK)
Isıl Genleşme (m/mmK)
Saf Al
2,7
658
35
2,2
2,4x10-5
Al Mg 5
2,63
520-630
16,5
1,2
2,35x10-5
Al Mg Si
2,7
600-640
31
1,8
2,3x10-5
%0,15 C’lu
2,8
530-645
18,5
1,6
2,4x10-5
Çelik
7,85
1510
9,3
0,5
1,1x10-5
Tablo-2: Alüminyum ve alaşımlarının fiziksel özelliklerinin %0,15 karbonlu çelikle karşılaştırılması

e- Alüminyum ve alaşımları doğal sert,soğuk olarak sertleştirilmiş veya ayrışma sertleşmesine tabi tutulmuş bulunur.Bunların kaynak kabiliyeti de farklılıklar gösterir. Tablo-3’te başlıca alüminyum alaşımlarının kaynak kabiliyetleri görülmektedir.




Kaynağa Uygunluğun Değerlendirilmesi
Alaşımlar
Düşünceler
Çatlaksız
Saf Alüminyum
Yüksek ısı iletimi nedeniyle gözenek oluşumu eğilimi vardır.
Çok iyi kaynak kabiliyeti
Al Mg Mn
Yüksek mukavemet söz konusu değildir.
İyi kaynak kabiliyeti
Al Mg 3 Al Mg 5
Konstrüksiyonda kullanılır.

Al Mg +,5 Mn


Al Mg S (yumuşak)
Al Zn 4,5 Mg 1
Sertleştirilmiş durumda kaynaklanır.Kaynaktan sonra soğuk olarak sertleşir.İlave kaynak malzemesi olarak: S-Al Si 5,Kalın kesitlerde: S-Al Mg 5, S-Al Mg 4,5 Mn S-Al Zn3 Mg4 (sertleştirilmiş)

Al Mg S (sertleştirilmiş)
Genellikle soğuk sertleştirilmiş durumda kaynaklanır.Arkasından sıcak olarak bekletilir.İlave kaynak malzemesi olarak S-Al Si 5, S-Al Mg 4,5 Nn
Çatlama hassasiyeti
AlCu Mg


AlZnMg Cu

Kaynak yapılamayanlar
Talaş kaldırma kabiliyetlerini iyileştirmek için kurşun katılan alaşımlar,basınçlı dökümler

Tablo-3: Alüminyum ve alaşımlarının kaynak kabiliyeti

f- AlMn,AlSi,AlCu ve AlMg gibi katılaşma entervali geniş olan alaşımlarda sıcak çatlamanın oluşumu eğilimi vardır.Sıcak Çatlaklar genellikle solidüs çizgisinin (eğrisinin) üzerinde ve katılaşma aralığında meydana gelir.Bunun için bu alaşımlarda,katılaşma aralığı dar olan alaşım grupları seçilmelidir.Ayrıca çatlamaya karşı hassas olmayan ilave kaynak malzemesinin (tel veya elektrod) kullanılması gerekir.

g- Gerilme çatlakları da kuvvetli kendini çekmeler sonucu solidüs eğrisinin altında meydana gelir.Bu çatlaklar,uygun bir konstrüktif şekillendirme,kaynak sonrası ısıl işlemler, kaynak yöntemi ve tekniği uygulanarak önlenir.