Az alumínium kis olvadáspontú (660 °C), lapközepes köbös rácsszerkezetű, jól alakítható könnyű (r = 2,7 kg/dm3) fém. A színalumínium kiváló villamos és hővezető. Korrózióállóságát a felületén lévő vékony, összefüggő, nagy olvadáspontú oxidrétegnek köszönheti. Környezetbarát fém, mivel 100%-ig visszanyerhető.
Az alumínium főbb ötvözőelemei (Mn, Mg, Si, Cu és Zn) növelik a színalumínium szilárdságát, csökkentik az olvadás pontját, az elektromos vezetését és hővezetőképességét. Igen jól ötvözhető, ötvözeteit alakítással vagy öntészeti úton dolgozzák fel.
A következő táblázat az alumínium és ötvözetei fizikai jellemzőit ismerteti:
A színalumínium mind ömlesztő-, mind sajtolóhegesztéssel kiválóan hegeszthető. Hegesztésekor azonban figyelembe kell venni, hogy
– egyetlen hőmérsékleten ömlik, ill. dermed,
– a folyamat nem jár elszíneződéssel,
– megömlött állapotában mohón nyeli a hidrogént,
– nagy az oxigén iránti affinitása; az alumínium-oxid olvadáspontja nagy: 2053 °C,
– jó hővezető képessége folytán – különösen nagyobb fal vastagsághoz – nagyobb hőbevitelre van szükség.
Az alábbi táblázat az alakítható, ill. nemesíthető alumínium felhasználását és jellemző tulajdonságait foglalja össze:
A színalumínium hegeszthető gázhegesztéssel, volfrám-, illetve fogyóelektródás, semleges védőgázas ívhegesztéssel, ellenállás hegesztéssel. Általában az A199,5 minőséget használják, hozaganyagként a szemcsefinomító hatású titánnal ötvözött Al99,5 Ti javasolható.
Hegesztés előtt – lehetőleg közvetlenül előtte – a felületet mechanikusan vagy vegyi úton meg kell tisztítani; az oxidréteget lúgos vagy savas pácolással vékonyítsuk. A pácoláshoz javasolt savas oldat: 3 rész 54%-os salétromsav + 1 rész < 50%-os hidrogén-fluorúd. A pácolást követően a felületet vízzel alaposan le kell mosni. A lúgos pácolás oldata: 5…20% nátrium-hidroxid, a kezelési idő 3 perc, 50…80 °C-on. A darabot az oldatba való mártás után hideg folyó vízben le kell mosni, majd 15…20%-os salétromsavban semlegesíteni, és újabb lemosás után száraz levegőn szárítani. A színalumínium gázhegesztéséhez folyósítószert kell használni az oxidok oldásának, salakba vitelének, ill. az újraoxidáció megakadályozására. A higroszkópos folyósítószer (40…50% KCI, 30…40% NaCI, 7…25% LiCI) korróziót okozhat, ezért maradványait hegesztés után el kell távolítani. A nem higroszkópos folyósítószer (BaF2, LiF2, MgF2, CaF2) nem okoz korróziót. A volfrámelektródás, védőgázas ívhegesztést argon védőgáz védelme alatt (AWI), a felületi oxidréteg feltörése végett váltakozó árammal kell elvégezni. A fogyóelektródás, semleges védőgázas ívhegesztéshez (AFI) argon védőgáz, vastagabb munkadarabokhoz argon + hélium gázkeverék szükséges, fordított polaritású egyenárammal (a huzal az áramforrás pozitív pólusára van kötve). A leolvadás a nagy áramsűrűség következtében finomcseppes, permetszerű. A hőbevitel impulzushegesztés esetén széles tartományban változtatható. Az alumíniumötvözetek hegeszthetősége az ötvözők mennyiségétől függ.
Az alumínium fő ötvözői és ötvözetei az alábbi ábrán láthatók.
Az alakítással keményíthető nem nemesíthető ötvözetek szilárdságát 0,5…5,5% Mg-ötvözés növeli. Az Al a Mg-ot ugyan korlátoltan oldja, de az ötvözet kiválásos keményítéssel nem keményíthető, csak alakítással. Az AlMg-ötvözetek rendkívül jó korrózióállók. Az ötvözetek hegesztésekor ügyelni kell a Mg kiégésére, ezért rendszerint növelt Mg-tartalmú hozaganyagot (AlMg 3,5 vagy AlMg 5-öt) célszerű választani. A varrat szilárdsága, korrózióállósága eléri az alapanyagét, de a nyúlása kisebb. 12 mm-nél vastagabb anyagot célszerű előmelegíteni 150…200 ° C-ra.
A nemesíthető Al-ötvözetek főbb típusai az Al-Mg-Si, az Al-Cu-Mg és az Al-Zn-Mg ötvözetek A mesterségesen, ill. részben természetesen öregíthető Al-Mg-Si ötvözet jól hegeszthető, ha a Si = 0,5%. Nagy a repedési veszély, ha a Mg/Si arány 1,7, és kicsi, ha a Si > 1%, ill. Mg < 1%. Célszerű az AWI-eljárást A1Mg 3,5 huzaganyaggal alkalmazni. Nagyobb szilárdság és nyúlás érhető el A1Mg 4,5 Mn vagy A1Mg 5 huzaganyaggal. Repedésveszély esetén pedig az A1Si 5 hozaganyag javasolható. Az Al-Cu-Mg ötvözet természetesen és mesterségesen is öregíthető, igen nagy szilárdságú, hegesztésekor repedésre hajlamos, ezért feltétlen elő kell melegíteni. Javasolt hozaganyag az AlSi 5. Az Al-Zn-Mg ötvözetek önnemesedők, közepesen, ill. jól hegeszthetők AlMg 4,5 Mn vagy AlMg 5 huzaganyaggal, nagyobb repedésveszély esetén AlSi 5-tel. Az Al-Zn-Mg-Cu a legnagyobb szilárdságú (Rm = 520 MPa) természetesen és mesterségesen öregíthető ötvözet, amelynek korrózióállósága és hegeszthetősége a Cu-ötvözés miatt romlik, különösen, ha Cu > 0,2%. AlSi 5 hozaganyaggal hegeszthető.
Az alumínium szilárdságát jelentősen növelheti a lítiummal való ötvözés. Mivel az Al a lítiumot korlátoltan oldja, az ilyen ötvözetek nemesíthetők. A Li növeli az alumínium rugalmassági modulusát, csökkenti a sűrűségét. Hidegen és melegen egyaránt jól alakítható, Al-Li-Cu-Mg-Zr ötvözet (Li = 1,7…28%) a jármű-, a repülőgépipar és az űrkutatás korszerű anyaga. Hegesztéséhez Li-ötvözésű hozaganyag szükséges.
Az öntészeti Al-ötvözetek Al-Si, Al-Mg vagy Al-Cu alapúak. Általában jól hegeszthetők, kivéve a nyomásos öntéssel készített ötvözeteket, amelyek a túltelített H2 kiválása miatt nem hegeszthetők.
Az Al-Si ötvözet (9. . .12% Si + Mg, Cu) közel eutektikus, ezért jól önthető, A1Si 5 vagy A1Si12Fe hozaganyaggal jól hegeszthető. Vékony falú szerkezetekhez a még jól önthető, mesterségesen öregíthető 5% Si- és 1% Cu-tartalmú ötvözet használatos.
Az Al-Mg ötvözet (3…5% Mg+Si, Cu) igen jó korrózióálló, polírozható, anodizálható és forgácsolható. A Si miatt nemesíthető, hegesztésekor ügyelni kell a Mg kiégésére. Javasolható hozaganyag: AlMg 3 vagy A1Mg 5.
A rendelkezésre álló anyag ellenőrzéséhez ingyenesen (kipróbálási időszak alatt! Után viszont nagyon komoly összegekbe kerül a használata.) kipróbálható adatbázis:
http://www.totalmateria.com/materials.aspx?st=MSZ&gr=1&db=N&LN=HU
Felhasznált forrás:
Dr. Béres Lajos, Dr. Czitán Gábor, Dr. Gáti József, Dr. Gremsperger Géza, Dr. Kovács Mihály: Hegesztési Zsebkönyv, Kiadó: COKOM Mérnökiroda Kft.
Ebben a könyvben rengeteg hasznos információt olvashatunk, érdemes beszerezni!
Megvehető például itt: LINK
Néhány fotó az alumínium hegesztés világából:
“Az alumínium és ötvözeteinek hegesztése” fejezetben van egy elírásuk a legfelső táblázatban. Bizonyára nem a lineáris nőtágulási együtthatót szerették volna megadni, hanem a hő tágulási együtthatót.
A nőtágulási együttható nagyon érdekel