HOŞGELDİNİZ ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ KAYNAK KABİLİYETİ DOÇ. DR. HÜSEYİN UZUN TEKNİK EĞİTİM FAKÜLTESİ KAYNAK EĞİTİMİ ANABİLİM DALI BAŞKANI

Alüminyumun Önemi Günümüzde insanlar, her gün temel alanlarda alüminyumla daha çok yakın temasa girmektedirler ve kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. * Amerika tek başına yılda yaklaşık 100 milyar alüminyum içecek kutusu kullanmaktadır. * Bunların %60ından fazlası geri dönüştürülüp yeni alüminyum parça imalatında kullanılmaktadır.

OTOMOTİV SEKTÖRÜNDE ALÜMİNYUM KULLANIMI Otomotiv sektöründe, malzeme olarak alüminyum tercih edildiğinde büyük avantajlar sağlanmaktadır. Orta düzeyde modern motorlu araçlar daha öncekilere göre daha fazla alüminyum içermektedir. Radyatörler, motor blokları, transmisyon mahfazaları, tekerlekler, gövde panelleri, tamponlar, hava çerçeveleri, motor kızakları, şaft, süspansiyon iskeletleri alüminyum gövde levhaları bugün yaygın olarak alüminyumdan yapılmakta ve günümüzün araba modellerinin temeli alüminyum parçalar üzerine kurulmaktadır.

Otomobillerimizde olduğu kadar evlerimizde ve ofis binalarımızda da alüminyum cam çerçevesi, su oluğu, elektrik teli, siding, çatı kaplama malzemesi ve ev mobilyası gibi alanlarda kullanılarak daha sık karşılaşılan bir malzeme haline gelmektedir.

HAVACILIKTA ALÜMİNYUM Bugünün dünyasında alüminyumu anlamak için, ilk alüminyum motorun Wright kardeşler tarafından Kitty Hawk’ta 17 Aralık 1903’te ilk uçuş denemesi için geliştirildiğinin hatırlanması gerekir. Eğer alüminyum havacılık endüstrisi için uygun olmasaydı, muhtemelen bugün bizim bildiğimiz uçaklar olmayacaktı. Alüminyumun çok yüksek olan dayanım-ağırlık oranı bugünün geniş uçaklarının nispeten küçük motorlarla uçabilmesinin sebebidir.

ABD , diğer ülkeler tarafından da bol miktarda üretilmesine rağmen, bugün dünyanın en çok alüminyum üreten ülkesidir. Alüminyumun en büyük pazarı kutu ve ambalajlama, ikinci büyük pazar ulaşım (arabalar, kamyonlar, uçaklar,trenler) ve üçüncü büyük pazarsa yapı ve konstrüksiyondur.

Aluminyum Kaynağındaki Gelişmeler * Alüminyumun üretim teknikleri geliştirildikten sonra, özelliklerinin de iyileştirilmesi hedeflenmişti. * Saf alüminyumun korozyon direnci ve elektriksel iletkenliği gibi eşsiz ve çok önemli karakteristikleri vardır. Buna rağmen saf alüminyum düşük dayanımından dolayı yapısal kaynaklı üretimlere uygun değildir. Daha sonra saf alüminyuma nispeten küçük alaşım elementlerinin katılmasıyla malzeme özelliklerinde büyük değişmeler olduğu bulundu. İlk üretilen alüminyum alaşımlarından biri alüminyum bakır alaşımıdır. 1910 civarında bu aileden alaşımların çökelme sertleşmesi hadisesi keşfedildi. Bu çökelmeyle sertleştirilmiş alaşımların çoğu gelişen havacılık endüstrisinde ilgiyle karşılandı. Alüminyum bakır alaşımını takip eden daha birçok alaşım üretildi. Saf alüminyuma katılan bakır(Cu), mangan (Mn), magnezyum (Mg), silisyum (Si) ve çinko (Zn) gibi alaşım elementlerinin, saf alüminyumun fiziksel ve mekanik karakteristiklerini büyük oranda değiştirdiği ortaya çıkmıştır. Alcoa Alüminyum KaiserAlüminyum Kaynağı,ilk baskı 1954 Kaynağı ilk baskı 1967

Modern endistriyel dünyada rekabetçi olması için bir yapısal malzeme mutlaka kolay kaynaklanabilir olmalıdır. Alüminyum kaynağı için uygun olan en erken kaynak yöntemleri oksi-gaz kaynağı ve direnç kaynağıydı Alüminyumun yapısal bir malzeme olarak kullanılmasında büyük hamle 1940 larda Gaz Metal Ark Kaynağı (GMAW) başka bir deyişle Metal Soy Gaz Kaynağı (MIG) ve Gaz Tungsten Ark Kaynağı (GTAW) başka bir ismiyle Tungsten Soy Gaz Kaynağı (TIG) gelişmesiyle atılmıştır. 1918’de damgalanmış ve Oksi-gaz kaynak prosesiyle kaynaklanmış Amerikan askeri su matarası

Alumimyum gövdeden oluşan yüksek hız feribotu üretimi

Alüminyumun Özellikleri Kimyasal Simgesi : Al Özgül ağırlık : 2.702 gr/cm³ Ergime noktası : 659.7 °C Buharlaşma nokrası : 2270 °C Atom numarası : 13 Atom ağırlığı : 26.98 Kopma yükü : 7-8 kg/mm²

Alüminyumun Özellikleri Günümüzde demirden sonra en çok kullanılan metal olarak bilinen alüminyum, diğer metallerden birleşmiş olarak yer kabuğunun %8ini oluşturmaktadır. Alüminyum hafif bir metal oluşuyla tanınır ve bu yüzden hafif metaller sınıfına dahil bir elementtir. Saf alüminyum gayet yumuşak ve demirden 3 kat daha hafiftir. Diğer metallerin çok az miktarda katılmasıyla alaşımlandırıldığında yoğunluğunun az miktarda artmasına karşılık, mekanik dayanımında önemli oranda artış meydana gelmektedir. Bu özelliğin yanı sıra alüminyum ve alüminyumun alaşımları; yüksek elektrik ve ısı iletkenliğine, kolayca işlenebilen, korozyona dayanıklı, dekoratiflik, soğuk ve sıcak şekillendirilebilme gibi karakteristiklere ile her tür döküm işlemine gelme ve kaynakla birleştirilebilme gibi özelliklere sahip bulunmaktadır

ALÜMİNYUM OKSİT 1- Alüminyum alaşımlarının yüzeyi çok yüksek sıcaklıklarda (2050oC) eriyen refrakter karakterli bir oksit tabakası ile kaplıdır. Bu oksit tabakası çok sıkı bir şekilde yüzeyi sarar ve oksitlenmenin iç kısımlara doğru ilerlemesini önler. Kaynak sıcaklığında erimeyen bu oksidin varlığı, kaynak dikişine elektrodun erimesi ile geçer ve bağlantının sürekliliğini sağlayan damlacıkların bağ oluşturmasına engel olur. Bunun yanı sıra kaynak banyosu içinde kalıp katılaşan oksit tabakası bağlantının mukavemetini azaltır. Bu oksidin etkisini ortadan kaldırmak için alüminyum ve alaşımlarının kaynağında özel yöntemler veya bu oksidi çözüp cürufa geçiren özel dekapanlar kullanılmalıdır. 2- Bazı alüminyum alaşımlarında, kaynak esnasında uygulanan ısıl çevrim, ana katı çözelti içinde bulunan alaşım elementlerinin, erimiş bölge veya esas metalde çökelmesine neden olarak bağlantının mekanik ve kimyasal özelliklerinin esas metalden farklı olmasına yol açar.

Oksi GAZ- Alüminyumun düşük sıcaklıkta erimesi ve eriyen metalin tav rengi göstermemesi kaynak işlemini güçleştirmektedir; kaynak bölgesinin kaynak sıcaklığına erişip erişmediği ancak çok tecrübeli kaynakçılar tarafından fark edilebilmektedir. 4- Alüminyum ısıl iletkenliğinin yüksek olması; kaynak bölgesinde yerel sıcaklık yoğunlaştırmasını zorlaştırmakta ve bir çok hallerde ön tavı gerekli kılmaktadır. 5- Alüminyumun ısıl genleşme katsayısının yüksek olması, kaynak bölgesinde şiddetli şekil değişimlerine yol açmakta ve çarpılmaları arttırmaktadır. MIG- Alüminyum ve alaşımlarının kaynağında, malzemenin kalınlığı göz önüne alınmaksızın sprey ark ile kaynak yapmak daima tercih edilir. Sprey arkın yüksek ısı girdisine karşın alüminyumun yüksek ısıl iletkenliği dolayısıyla kaynak banyosu oldukça çabuk katılaştığından her pozisyonda kaynak yapmak mümkün hale gelmektedir. Yalnız burada oksit tabakasının temizlenebilmesi için daima sola kaynak yöntemi uygulanmalıdır. Bu şekilde hem kaynak ağızlarının oksit tabakası temizlenmiş olur hem de ağızların iyi bir şekilde ergiyerek kaynağın sağlıklı bir biçimde yapılması sağlanmış olur

Alüminyum alaşımlarında kaynak bölgesinin çatlama eğilimi Al alaşımları ile yapılan kaynaklarda oluşan tüm çatlaklar sıcak çatlaklardır. Bu çatlaklar dikişte veya ısıdan etkilenmiş bölgede ortaya çıkarlar. Kaynak esnasında meydana gelen yüksek enerji akışından dolayı, yüksek buhar basıncına sahip elementler buharlaşarak, çatlak oluşumuna sebep olmaktadırlar. Malzeme Çatlama tehlikesi oluşturan elementler Çatlama tehlikesi sınır değeri Al Si Al Mg Al Mg Si Si Mg Mg, Si %1 Mg:Si; 1:3 Si= 0,5 Çatlama tehlikesi oluşturan elementler ve alaşım sınır değerleri

GAZ KAYNAĞI : Basit ekipmana ve düşük maliyete sahip olması nedeniyle, bazen saf alüminyumu ve bazı alüminyum alaşımlarını kaynak yapmak için gaz (oksi-asetilen) kaynağı kullanılmaktadır. Kaynak gazları (Yanıcı gaz-oksijen) : Genellikle asetilen ve oksijen gazları kullanılmaktadır. Oksi-asetilen alevinin göreceli olarak düşük ısı yoğunluğu ve alüminyumun yüksek ısı iletkenliği kaynak hızını düşürür ve büyük çekmelere neden olur ki bu kaynaklı birleştirmede gerilimler ve deformasyon oluşturur. Isıdan etkilenen bölge çok geniştir, soğuk veya yaşlandırarak sertleştirilen iş parçalarında ana metal yumuşar ve mekanik mukavemetini kaybeder. Gaz kaynağı için gereken dekapan kaynak ağzının iki yüzeyine ve ilave metale fırça ile uygulanır. Dekapan artıklarının temizliği zaman harcayan bir iştir.

ÖRTÜLÜ ELEKTROD KAYNAĞI Örtülü elektrodlar ile elle kaynak yaparak daha yüksek kaynak hızları elde edilir. 8 mm’den kalın malzemeleri kaynak yaparken, gözeneksiz ve iyi bir birleştirme sağlayabilmek için en az 200°C’ye ön tav yapılması tavsiye edilir. Kaynak dikişinin korozyon direncini korumak için, tüm curuf kalıntılarının temizlenmesi gereklidir.

TIG KAYNAĞI Kaynak arkı iş parçası ile tükenmeyen tungsten elektrod arasında oluşur. İlave metal elle kaynak banyosuna verilir. Yaşlandırma ile sertleştirilmeyen alaşımlar her hangi bir ilave metal kullanmadan da kaynak yapılabilir. Alüminyum malzemelerin TIG kaynağı alternatif akımda ve argon koruyucu gazı kullanarak yapılır. Mekanize TIG kaynağı ilave metal kullanarak veya kullanmadan da yapılabilir. TIG KAYNAĞI :

TIG Uygulamaları : 1 ila 4 mm arasındaki kalınlıklardaki malzemelerin tek pasolu alın kaynağı veya tek pasolu köşe kaynağı; 12 mm’ye kadar et kalınlığına sahip malzemelerin çift operatör ile aynı anda yukarıdan aşağıya kaynağı. Daha fazla kesit kalınlıklarının TIG yöntemi ile kaynak yapılması, MIG yöntemine kıyasla düşük ısı yoğunluğu nedeniyle ekonomik değildir. Çünkü düşük kaynak hızına sahiptir ve çok pasolu kaynaklarda çok büyük ısıdan etkilenen bölge yaratır. TIG kaynağının çok iyi boşluk doldurma kabiliyeti ve gözenek oluşma riskinin daha düşük olması nedeniyle özellikle kaynağın arkasından kapatma pasosu yapılamayan kalın kesitli malzemelerde, kök pasoların kaynağında kullanılır (ör; boru hattı kaynaklarında), kaynaklı birleştirmedeki diğer pasolar MIG kaynak yöntemi ile yapılır.

MIG KAYNAĞI Özellikleri : Kaynak arkı iş parçası ile aynı zamanda ilave metal olan, tükenen tel elektrod arasında oluşur. Alüminyumun MIG kaynağı doğru akım, elektrod pozitif kutupta yapılır. İnce damlalı metal damla geçişi, sprey damla geçişi olarak adlandırılır ve soy gaz atmosferi (Ar veya He veya Ar/He karışımı) altında korunur. MIG kaynak yöntemi kalın çaplı tel elektrod kullanarak daha kararlı hale getirilebilir. Tel elektrodun düzgün olarak kaynak bölgesine iletilebilmesi için teflon spiral kullanılmalı, kılavuzlar ve tel sürme makaralarının yuvaları U biçimli olmalı, kontakt meme daha uzun olmalı ve iç çap toleransının daha fazla olması gerekir. MIG kaynağını mekanize olarak yapmak mümkündür ve kullanımı artmakta olan bir yöntemdir. 

MIG Uygulamaları 4 mm’den büyük kesit kalınlığına sahip malzemeleri alın kaynağı veya köşe kaynağını tek pasoda yapmak mümkündür. Yüksek kaynak akımı ve güçlü bir nüfuziyet nedeniyle 6 mm’ye kadar kalınlığa sahip malzemelerde kaynak banyosunu desteklemek için kaynak altlığı kullanılır.

Alüminyum çelikten daha düşük ergime noktasına, daha yüksek termal ve elektriksel iletkenliğe sahiptir. Bundan dolayı, kaynak esnasında verilen ısı nispeten yüksek olmalıdır, bunun sebebi kaynak bölgesinin ergime derecesi üstünde tutulabilmesidir. Aynı zamanda, çok hassas kaynak hızı gerektirir. Eğer kaynak hızı çok düşük olursa, malzeme içinde yanma delikleri oluşma riski yüksektir. Eğer kaynak hızı yüksek olursa ve kaynak operatörü hızlı hareket ediyorsa hata riski artar.

ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ KAYNAK KABİLİYETİ Alüminyum ve alüminyum alaşımları ergitme kaynak yöntemleri ile kaynak yapılabilir. Çeliklere kıyasla alüminyum malzemeleri kaynak yaparken, malzemeye has bazı özellikler dikkate alınmalıdır. Alüminyum malzemeler, yapısal çeliklere göre daha yüksek termik iletkenliğe sahip olduğundan kaynak nüfuziyeti daha düşük ve kaynak banyosunun gazlardan arınması daha geç olur. Sonuç olarak, kaynak dikişinde yetersiz ergime ve gözenekler oluşabilir. İş parçasını ön tav yaparak ve kalın kesitli malzemeleri kaynak esnasında da tavlayarak, bu tür kaynak hataları önlenebilir.

Kaynağa başlamadan önce, yüzeydeki alüminyum-oksit tabakası kaynak bölgesinden frezeleme yoluyla veya paslanmaz çelik fırça ile fırçalayarak tamamen temizlenmelidir. Yüzeydeki alüminyum oksit tabakası 2050 C ergirken, alüminyum 660 c de ergimektedir. Dolayısıyla bu oksiti ergitmek mümkün olmadığı için fiziksel temizleme ile olarak bu oksitten malzeme arındırılması gerekir. Kaynak ağzı yüzeyleri ve kaynağa yakın bölgeler (kaynak ağzının en az 50 mm yakını) temiz, yağsız ve kuru olmalıdır.

İyi bir depolama ve mekanik işlemler sonrası kaynak yüzeylerinin özel bir yağ çözücü ile temizlenmesi, bu tür hazırlık işlerini kolaylaştırır. Bunların yanında, alüminyum malzemelerin kaynağında kullanılan el aletleri yalnız bu malzemeler için kullanılmalıdır Alüminyum malzemeler çok yansıtıcı bir yüzeye sahip olduğu için, kaynak esnasında oluşan ultaviole radyasyon yanıklarından korunmak için koruyucu giysiler giymek zorunludur.

DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜR EDERİM

MIG - Koruyucu gaz Argon veya Ar+He karışımı tercih edilmeli - Tel sürme makara sistemi dörtlü makara -Kaynak delini düzeltici veya doğrultucusu kullanmak - Kaynak telinin içinden geçenTeflon spiral kablo -Torcun ucundaki meme deliğinin çapı tel çapından %10 nispetinde büyük olmalı. - Torç düz torç olmalı -Özel alüminyum torcu olmalı. Torç üzerinde kaynak teli ve tel ilerletme makarası olan özel torç. Tel sürme makarası U kertikli olmalı.

TIG -Tungsten uç-Yeşil renkli saf tungsten Tungsten ucu yuvarlak bileme AC kaynak makinası kullanmalıyız.