ÇELİK İLE ALÜMİNYUM KAYNAĞI
Alüminyum (ve alaşımları) çeliklerden çok daha hafiftir ve çelikler için 7,75 ila 8,05 g / cm3 aralığına kıyasla yaklaşık 2,70 g / cm3 yoğunluğa sahiptir. Çelik hacminin alüminyumdan yaklaşık üç kat daha ağır olduğu anlamına gelir.
Alüminyum alaşımları, yapıştırıcı bağlama, mekanik tutturucular veya sert lehimleme gibi teknikler kullanılarak çeliklere nispeten kolayca birleştirilebilir, ancak üstün yapısal bütünlük gerektiğinde kaynak tercih edilir. Alüminyum alaşımlarının çeliğe kaynaklanması zordur bir prosestir.
Alüminyumun Çeliğe Kaynatılması Neden Zor?
Alüminyum alaşımları ve çelik, metalürji, termal iletkenlik ve erime sıcaklığı gibi fiziksel özellikler açısından çok farklıdır. Genel olarak, çeliğin erime sıcaklığı yaklaşık 1370 ° C'dir, bu da 660 ° C'de eriyen alüminyumun iki katından fazladır. Oldukça farklı erime noktalarının yanı sıra bu metallerin her biri diğerinde neredeyse çözünmezdir. Erimiş halde, kırılgan metaller arası fazlar oluşturmak için reaksiyona girerler. Yukarıdaki sorunların, çelik ve alüminyumun ark kaynağında zorluklar oluşturabileceği açıktır. Ortaya çıkan kaynaklı birleştirmeler, tatmin edici olmayan özelliklere sahip olacaktır ve kırılgan yapıları nedeniyle, çoğu endüstriyel uygulama için genellikle arzu edilmez.
Nasıl kaynar?
Farklı erime noktaları, ısıl iletkenlikler, genleşme katsayıları ve metaller arası bileşikler oluşturma eğilimi nedeniyle çeliği alüminyuma birleştirmek için ark kaynağının zor olduğu iyi bilinmektedir. Al'de Fe çözünürlüğü çok düşük olduğundan (ağırlıkça yaklaşık% 0.04), 350 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda Al içerisine Fe difüzyonu önemli hale gelir ve Fe-Al metaller arası bileşiklerin çökelmesi başlar. Alüminyumun erime noktasının çok altında (saf Al için 660 ° C) metaller arası çökelme meydana gelebilir. Metaller arası çökelmenin kesin derecesi difüzyonla belirlenir ve etkileşen Fe ve Al ara yüzünün zaman ve sıcaklık değişimine bağlıdır.
Lazerin oluşturduğu küçük bir alandaki yüksek ısı yoğunluğu, sabit bir lehim ortamının yerel olarak oluşturulabileceği ve bir bağlantı oluşturmak için hızla hareket ettirilebileceği anlamına geldiğinden, çelik ve alüminyum arasında lehimli tip bir bağlantı oluşturmak için lazerlerin kullanılması mantıklı bir adımdır. Aşırı inter metalik bileşik oluşumunu sağlamak için minimum difüzyon süresi Fe-Al faz diyagramı, oluşabilecek sert metaller arası fazların aralığını gösterir; Fe3Al (892HV), FeAl (470HV), FeAl2 (1060HV), Fe2Al5 (1013HV) ve FeAl3 (892HV). Bu fazlar, son derece yüksek sertlik, sıfıra yakın süneklik ve çok zayıf kırılma tokluğu ile karakterize olmuştur. Sonuç olarak, çelik ve alüminyum arasında termal olarak üretilmiş bir ek yerinin bu fazların bir kısmını veya tamamını içermesi gerekiyorsa, bağlantıda iyi bir mekanik performans elde edilecekse, metaller arası bileşik tabakasının kalınlığı mümkün olduğu kadar ince olmalıdır. Metaller arası bileşik oluşumunu önlemek amacıyla çelik ve alüminyuma ark kaynağı yapılır. Birincisi, çelik üzerinde alüminyum kaplama kullanmaktır. Bu, çeliğin erimiş alüminyuma daldırılmasıyla (sıcak daldırma alüminyumlaştırma) elde edilebilir. Alüminyum, kaplandıktan sonra alüminyum kaplamaya ark kaynağı yapılabilir. Arkın kaplanmış alüminyumu aşırı sıcaklığa ısıtmasını önlemek için özen gösterilmelidir, aksi takdirde metaller arası bileşik oluşumu potansiyeli vardır.
Bimetalik geçiş uçları, ark kaynağı sırasında metaller arası oluşumu azaltmanın başka bir yoludur. Ekler, haddeleme, patlama kaynağı, sürtünme kaynağı, flaş kaynağı veya sıcak basınçlı kaynak kullanılarak birbirine bağlanmış bir parçası alüminyum ve diğer parçası çelikten oluşur. Bimetalik geçiş bağlantısı daha sonra alüminyum ve çeliğe ayrı ayrı kaynaklanır. Tipik olarak alüminyum ilk olarak geçiş parçasının alüminyum kısmına kaynaklanır. Çünkü geçiş parçasının çelik yarısına ark kaynağı yapıldığında daha büyük bir ısı girdisi oluşturur.
Bu malzemeleri birleştirirken birincil amaç kaynak sıcaklığını olabildiğince soğuk tutmak ve kaynağın yüksek sıcaklıklara maruz kalma süresini en aza indirmektir. Alüminyum alaşımları ve çelik dökme bileşenler arasında bimetalik geçiş ekleri üretmek için sürtünme karıştırma kaynağı gibi işlemlerin kullanılmasının nedeni budur.
Oksidasyon Riski
Genellikle çelik paslanmaya eğilimlidir ve alüminyum korozyona dayanıklı olarak kabul edilir. İki metali bir araya getirin ve tuzlu su ekleyin, alüminyumda önemli bir korozyon olduğunu göreceksiniz. Bu galvanik korozyondan kaynaklanmaktadır.
Çelik bir katot görevi görür, alüminyum bir anot görevi görür ve elektrolit (tuzlu su gibi) iyon göçünü başlatabilir. Bu, anodun (alüminyum) oksidasyonu ile sonuçlanır. Alüminyum, tuzlu su etrafındaysa, çeliğe temas ettiği alanda paslanacaktır.
Çoğu uygulamada bu büyük bir sorun değildir. Yine de ortamda tuz varsa (arabalardaki yol tuzu dahil) problemlerle karşılaşabilirsiniz.
Çözüm, her türlü elektrik akımının ikisi arasında geçişini önlemek için iki malzemeyi boya veya bir parça plastikle izole etmektir. Metalleri uygun şekilde izole ettiğinizi kontrol etmek için bir multimetre üzerinde bir süreklilik test cihazı kullanabilirsiniz.