Aluminyum Kaynağı Nedir?

Alaşım Elementlerinin Etkileri ve Çatlak Hassasiyeti

Aluminyum Alaşımlarında Çatlak Hassasiyeti

Aluminyum alaşımlarında kullanılan farklı alaşım elementlerinin soğuma ve katılaşma süreçlerindeki davranışları, katılaşma çatlaklarının oluşumunu etkileyen en önemli faktördür. Aluminyuma göre daha yavaş sıvı-katı faz geçişi olan elementler, katılaşma sırasında gerilim ile birleşerek çatlaklara yol açmaktadır. Özellikle hassas kaynak gerektiren parçalar için kaynak alaşımındaki kritik bölgeler belirtilmiştir. Bu nedenle, alaşım oranlarının kaynak ağzı geometrisi ve farklı kaynak telleri ile dengelenmesi gerekmektedir.

Katılaşma çatlaklarından kaçınmanın bir diğer yöntemi, kaynak üzerindeki gerilimi azaltmaktır. Katılaşma çatlakları, genellikle kaynak bitişindeki kraterlerde en sık görülmektedir. Aluminyum kaynaklarında krater genişliğinin, kaynak genişliği ile eşit veya daha az olması durumunda, kaynak bitişi kaynakta oluşan gerilimi taşıyamamakta ve çatlamaktadır. Krater çatlaklarını azaltmak için kaynak bitişinde daha geniş kraterler oluşturulması çatlama riskini düşürecektir.

Yeterince geniş bir kaynak metali yaratılması durumunda, kaynak dolgu telinden gelen alaşımlar, kaynak bitişindeki kimyasal kompozisyonu değiştirerek çatlak hassasiyetini azaltacaktır. Ayrıca, genişleyen kaynak metali daha fazla yük taşıyabilir, bu da kaynak sırasında oluşan gerilimi tolere edebilecek bir geometriye ulaşılması anlamına gelmektedir.

Altlık Kullanımı, Önısıtma ve Isıl İşlemler

Aluminyum alaşımlarının kaynağında altlık kullanımı genellikle zor olsa da teknik olarak izin verilmektedir (bkz. AWS D 1.2). Kaynak altlığı olarak bakır, eloksallı aluminyum, paslanmaz çelik veya seramik malzemeler tercih edilebilir. Altlık kullanırken, özellikle altlıklarla birleşim oluşturmaya meyilli olan aluminyum dikkatli bir şekilde kaynaklanmalıdır. Hassas uygulamalarda, ana malzeme ile aynı malzemeden olan aluminyum eloksallı altlıkların kullanılması önerilmektedir. Altlık kullanımı sırasında genellikle kök açıklığı tercih edilmemektedir.

Aluminyum Alaşımlarının Ön Isıtma, Pasolarası Sıcaklık ve Yaşlandırma İşlemleri

Ön Isıtma ve Pasolarası Sıcaklık
Aluminyum alaşımlarında ön ısıtma işlemi, farklı kalınlıklardaki parçaların kaynağı sırasında oluşabilecek termal etkileri azaltmak için kullanılabilir (nüfuziyet sorunları veya çarpılma gibi). Çökelme ile sertleşmiş veya termomekanik haddeleme ile sertleştirilmiş malzemeler ile %3’ün üzerinde magnezyum içeren alaşımlarda ön ısıtma önerilmez, çünkü bu durum mekanik dayanımda düşüşe ve magnezyumun oksitlenerek yanmasına yol açabilir. Ayrıca, bu alaşımların pasolar arası sıcaklığının 120°C’yi geçmemesi ve bu sıcaklığın 15 dakikadan fazla olmaması tavsiye edilmektedir (AWS D 1.2’ye göre).

Yaşlandırma İşlemi (Çökelme Sertleşmesi)
Aluminyum alaşımlarında çökelme sertleşmesi ya da yaşlandırma işlemi, mekanik dayanımı artırmaya yönelik metalurjik bir süreçtir. Bu süreçte, bakır gibi aluminyum ile intermetalik faz oluşturan elementler aluminyum içinde ısıtılarak çözündürülür. Soğuma işlemi sonrasında, tane sınırlarında veya tane içlerinde oluşan intermetalik fazlar büyüyerek dislokasyon sınırlarını bloke etmekte ve bu da alaşımın dayanımını artırmaktadır. Yaşlandırma işlemi kendi kendine uzun sürede yapılabileceği gibi, basit bir ısıl işlemle hızlandırılarak yapay yaşlanma da elde edilebilir.

Kaynak sırasında uygulanan herhangi bir ısı girdisi, özellikle bu alaşımların kaynağında ısı etkisi altındaki bölgede (ITAB) mekanik dayanımı önemli ölçüde azaltmaktadır. Genellikle çökelme ile sertleştirilen alaşımların kaynaklanması oldukça zordur. Bu nedenle, mutlaka kaynak sonrası ısıl işlem yapılmalı ve kaynak telinin alaşıma uygun olarak seçilmesi gerekmektedir. Çökelme sertleşmesi ile mekanik dayanımı artırılmış aluminyum alaşımlarının kaynağı için ACT kaynaktan destek alınabilir.

Aluminyum alaşımlarının MIG ve TIG kaynağında temelde argon ve helyum gazları kullanılmaktadır. Bu gazlar, saf halde ya da belirli orandaki karışımlar halinde kullanılabilir. Saf argon gazı, maliyetinin düşük olması nedeniyle daha fazla tercih edilmektedir. %100 daha ağır olması nedeniyle, saf helyuma göre daha iyi bir koruma sağlamaktadır. Saf argon gazı ile yapılan kaynaklarda “Argon parmağı” olarak bilinen karakteristik bir kaynak kesit görüntüsü elde edilir.

Öte yandan, saf helyum gazı ark iyonizasyonunu artırdığı için kaynak sırasında daha yoğun bir ısı üretir. Bu yoğun ısı, daha iyi bir kaynak banyosu temizliği ve daha geniş bir kaynak görüntüsü sağlar. Ayrıca, saf helyum gazının ve belirli oranlarda helyum içeren koruma gazlarının yoğunluğu havadan daha az olduğu için argon gazına göre daha yüksek bir gaz tüketimi söz konusu olmaktadır.

Aluminyum alaşımlarının TIG kaynağında kullanılan genel tungsten elektrodlar, içerdiği alaşım elementlerine göre farklılık göstermektedir. Ana alaşım elementleri arasında toryum oksit, seryum oksit, zirkonyum oksit ve lantan oksit bulunmaktadır.

Saf Tungsten Elektrodlar: Aluminyum alaşımlarının kaynağı için en ucuz elektrot türüdür. Ancak düşük akım taşıma kapasiteleri önemli bir dezavantaj teşkil etmektedir.

Toryumoksit Katkılı Elektrodlar: Yüksek akım taşıma kapasitesine sahip olsalar da aluminyum kaynağı için önerilmezler. Radyoaktif olmaları nedeniyle de günümüzde popülariteleri azalmaktadır.

Zirkonyumoksit Katkılı Elektrodlar: Aluminyum ve magnezyum alaşımlarının kaynağında kullanılmaktadır. %98.6 tungsten ve %0.7-0.9 zirkonyum içeren bu elektrodlar, AC uygulamalarda yuvarlak uca kolayca sahip olurlar. Diğer elektrod türleri ile karşılaştırıldığında, zirkonyum alaşımlı tungsten elektrodlar, kırılma olmaksızın en yüksek akım taşıma kapasitesine sahip olanlardır.

Lantanoksit Katkılı Elektrodlar: %1.5 ve %2 lantan içeren tungsten elektrodlar, düşük akım değerlerinde mükemmel ark başlangıcı sağlar. Uzun ömür, kararlılık ve uç aşınması gibi avantajlar sunar. %2 lantan alaşımlı tungsten elektrodlar, havacılık endüstrisi gibi kritik alanlarda kullanılmakta olup, %2 toryum alaşımlı tungsten elektrodların yerine de tercih edilebilir.