ALUMÍNIUM ÖTVÖZETEK HEGESZTHETŐSÉGE

Napjainkban folyamatosan növekszik az alumínium és ötvözeteinek felhasználása. Egyre bővül az alkalmazási terület, megjelenik a hajóipari, a légi közlekedési, a vasúti, a közúti (haszongépjármű, személyautó) járművek gyártásában egyaránt, ahol a hegesztett szerkezet tömege meghatározó, így magától értetődő, hogy ilyen esetben a konstruktőrök a könnyűfémeket előnyben részesítik az acéllal szemben. Fémötvözetekből készült termékekkel szemben az alumíniumötvözetekből készült szerkezetek csak akkor versenyképesek, ha súlycsökkenést és/vagy élettartamnövekedést lehet elérni velük, továbbá ha korszerű, reprodukálható és megbízható kötési technológiákat alkalmaznak a kiváló minőségű termékek gyártásánál.

Az alumínium és ötvözetei anyagpalettáján megtalálhatók a nemesíthető, az alakítással keményíthető, illetve az öntészeti ötvözetek is, melyeket előszeretettel alkalmaznak a haszonjármű ipar területén.

 

Alumínium és ötvözetei hegesztését befolyásoló anyagtulajdonságok

Az alumínium és ötvözeteinek egyes fizikai, kémiai, mechanikai, valamint technológiai tulajdonságai jelentősen eltérnek más technikai fémek hasonló tulajdonságaitól. Ezek az eltérések indokolják, illetve határozzák meg az alumínium és ötvözetei felhasználását, az alkalmazás területeit, valamint jelentősen befolyásolják a hegeszthetőségét

Elemezve a sajátosságokat, illetve eltéréseket az alumínium és ötvözeteinek hegeszthetősége szempontjából ki kell emelni az alábbiakat, az acélokkal való összevetésben:

  • a viszonylag alacsony olvadáspont (480-660°C), míg az acéloknál ez 1500°C feletti,
  • nagy fajhő, az acélokénak mintegy kétszerese,
  • nagy hővezető-képesség, az acélokénak nagyobb mint háromszorosa,
  • nagy az oxigén iránti affinitás, technikai fémek közül a legnagyobb,
  • felületen összefüggő oxidhártya magas olvadáspontja (2050°C), míg acéloknál oxidtól függően 1400-1600°C közötti,
  • változó hidrogénoldó-képesség, (folyékony-szilárd állapotban 20 az 1-hez),
  • olvadáskor nincs elszíneződés, szemben az acélokkal,
  • nagy hőtágulási együttható, az acélokénak kétszerese,
  • jó villamos vezető-képesség, az acélokénak négyszerese,
  • hőhatásövezet eltérő tulajdonsága, mechanikai tulajdonságok jelenős megváltozása

Alumínium ötvözetek hegeszthetőségi kihívásai

A kötés repedésérzékenységi hajlama

Alumínium ötvözetek hegesztésekor elsősorban a varratban megjelenő kristályosodási vagy melegrepedéssel kell számolni. Az ötvözet ellenállása a belső feszültségekkel szemben dermedés közben a legkisebb, ekkor az anyag szilárdsága és szívóssága kicsi. A repedést okozó belső feszültségek forrása a korlátolt alakváltozás. A befogás merevségének csökkentésével, a túlhevítés elkerülésével, valamint a hegesztési sorrend megfelelő megválasztásával a belső feszültségek minimalizálhatók. Törekedni kell a hegesztés során a legkoncentráltabb hőbevitelre, a legkisebb szakaszenergiára (lehető legnagyobb hegesztési sebességre), és kerülni kell (általában a hegesztési hibák javítása miatti újrahegesztés) az ismételt felhevítéseket. A teljes varratkeresztmetszetet a lehető legkevesebb réteggel kell összehegeszteni. A tapasztalat azt mutatja, hogy a melegrepedési érzékenység elhanyagolható mértékűre csökken, amennyiben a hegfürdőben legalább 15% eutektikum képződik. A hegesztőanyag összetételét tehát úgy kell megválasztani, hogy a fürdőben legalább 3% Si, vagy 5% Mg legyen, ezen elemek hatását mutatja be az 1 ábra.

  1. ábra: Varrat melegrepedés érzékenysége az
    ötvözőelemek tömeg %-ától függően

A repedés megjelenésének valószínűsége annál nagyobb, minél nagyobb a belső feszültség, vagyis minél nagyobb a túlhevítés, a fajlagos zsugorodás, a darab mérete, a hőtágulási együttható mértéke és minél merevebb a megfogás. Az előzőeket figyelembe véve a repedési veszélyt a hegesztendő ötvözethez jól megválasztott hegesztő huzal, vagy pálca összetétele mellett a hegesztési körülményekkel (kötés kialakítása, megfogás merevsége, hőhatás szélessége) és a hegesztéstechnológiával (hegesztő eljárás, bevitt hőmennyiség, hegesztési sebesség) lehet csökkenteni.

A varrat gázporozitása

A fémek hegesztésénél gondot okozó gázok (oxigén, hidrogén, nitrogén) közül az alumínium és ötvözeteinél a legmeghatározóbb a hidrogén. Míg az olvadt alumínium hidrogénoldóképessége nagyban a hőmérséklettől függ, addig szilárd állapotban ezen oldás jelentősen csökken és szobahőmérsékleten kisebb, mint 0,001/100g.

A hegesztési ömledék létideje során a környezetből bekerülő, kezdetben oldott gázok kiválnak, a varratfémben szilárd állapotban porozitást okoznak. Elsősorban a környezetből jutnak a hegfürdőbe ezek a szennyezők, ez előfordulhat úgy, hogy a levegő belekeveredik a védőgáz áramába (pl. huzat esetén); szennyeződés van az alapanyag és/vagy a hegesztőanyag felületén; szennyeződés van magában a védőgázban; oxidálódott felületű az alapanyag és/vagy a hegesztőanyag; vagy ha mesterségesen eloxált felületű alapanyagot hegesztünk. Az előzőeken túl befolyásolja a hidrogén varratba kerülését a hegesztés technikája is, különösen a pisztoly tartása és vezetése. Ezekre a 2. ábra mutat példát a fogyóelektródás ívhegesztéseknél.

 

  1. ábra: A hidrogén varratba kerülésének lehetőségei fogyóelektródás ívhegesztésnél

 

A legnagyobb veszélyt a folyékony alumíniumban nagy mennyiségben oldódni képes hidrogén okozza, amely nedvességgel és szerves szennyezőkből juthat a hegesztési ömledékbe.

A 3. ábra logaritmikus skálán a hőmérséklet függvényében mutatja a hidrogénoldó képesség változását.

  1. ábra: Alumínium hidrogénoldó képessége

 

Az ábrán látható, hogy a hegfürdő dermedésekor (folyékony és szilárd halmazállapot változása során) a hidrogénoldó képesség kb. század részére csökken. Az oldóképesség csökkenése miatt a gáz a folyékony fémből távozik, de a varratfém gyors dermedése során nincs elég ideje a teljes gázmennyiség kiválásának, így az a varratfémben maradva porozitást okoz. Ez a jelenség gyakorlatilag alig küszöbölhető ki alumínium ötvözetek hegesztésénél. A varrat össz gáztartalmát csökkenteni elsősorban tisztítással, megfelelő védőgáz kiválasztassal, továbbá gondosan megválasztott hegesztéstechnológiával lehetséges.

Szeretné a teljes anyagot?

Iratkozzon fel a hírlevelünkre és megkapja letölthető pdf. formátumban.

FELIRATKOZÁS

Az iparági és céges hírekről, ajánlatokról...

ELÉRHETŐSÉGEK

2142 Nagytarcsa,
Alsó Ipari krt. 6., G épület

Telefon: +36 28 200 280
Szerviz hotline: +36 20 365 2447

E-mail: info@cloos.hu
Részletes elérhetőségek: Kapcsolat

Pin It on Pinterest

Share This