Sık Görülen KusurlarAlüminyum Alaşım Lazer Kaynağı
Lazer otogen kaynak yöntemi olsun veyalazer-ark hibrit kaynakAlüminyum alaşımları için kullanıldığında, bazı yaygın teknik sorunlar ortaya çıkabilir; örneğin, işlem parametreleri ve kaynak koşulları metalurjik açıdan uygunsuzsa kusurlar oluşabilir.Uygunsuz.Alüminyum alaşımlı birleştirmelerdeki kusurlar esas olarak iki türü içerir: kaynak gözenekliliği ve kaynak sıcak çatlakları. Gözeneklilik ve sıcak çatlaklara ek olarak, alüminyum alaşımlarının lazer kaynağında alt oyuk ve yetersiz arka yüzey oluşumu gibi kusurlar da mevcuttur. Kaynak gözenekliliğine kıyasla, kaynak çatlaklarının (çıplak gözle veya düşük büyütme altında görülebilen) olasılığı yüksek değildir. Bununla birlikte, çatlaklar daha tehlikeli olduğundan, JIS Z 3105, bir kaynakta çatlak tespit edildiğinde kaynağın IV. Sınıf olarak değerlendirilmesini şart koşmaktadır. Alt oyuk, yetersiz arka yüzey oluşumu ve diğer kusurlar çoğunlukla uygunsuz hız kontrolü veya uyumsuz proses parametrelerinden kaynaklanan ciddi kusurlardır. Bu tür kusurlar genellikle proses keşfi ve hata ayıklama aşamasında ortaya çıkar ve normal gerçek üretim işlemlerinde nadiren meydana gelir. Bu nedenle, gözeneklilik, alüminyum alaşımlarının lazer kaynağında ve kaynaklı yapıların hizmetinde daha zararlı bir kusur türüdür ve temel olarak ortadan kaldırılması zordur.
1. Gözeneklilik
Gözeneklilik, en yaygın ve başlıca hacimsel kusurdur.Alüminyum alaşımlarının lazer kaynağıBoyutları yüzlerce mikrondan birkaç milimetreye kadar değişen gözenekler oluşur. Oluşum mekanizması henüz tam olarak açıklığa kavuşmamıştır. Gözeneklilik, kaynağın etkili çalışma alanını zayıflatmakla kalmaz, aynı zamanda gerilim yoğunlaşmasına neden olarak kaynaklı birleşimin dinamik dayanımını ve yorulma performansını da azaltır.
Alüminyum alaşımı hidrojen içeren bir ortamda eridiğinde, iç hidrojen içeriği 0,69 ml/100g'ın üzerine çıkabilir, ancak alaşım katılaştıktan sonra, denge halindeki hidrojen çözünürlüğü en fazla 0,036 ml/100g'dır. Genel olarak, lazer kaynağının soğutma işlemi sırasında hidrojen çözünürlüğünün keskin bir şekilde düştüğü ve aşırı doymuş hidrojenin çökelmesinin hidrojen gözenekliliğine yol açacağı düşünülmektedir. Düşük erime noktalı ve yüksek buhar basınçlı alaşım elementlerinin buharlaşması da gözenekliliğe yol açabilir; buna metalurjik gözeneklilik denir. Ayrıca, lazer ışınının bozulması ve anahtar deliğinin kararsızlığı da gözenekliliğe neden olabilir, ancak bu tür gözeneklilik düzensiz bir şekle sahiptir ve işlem kaynaklı gözeneklilik olarak adlandırılabilir. Alüminyum alaşımlarının yüksek kimyasal aktivitesi nedeniyle, yüzeyde kolayca bir oksit filmi oluşur. Kaynak işlemi sırasında, alüminyum alaşım yüzeyindeki oksit filmden ayrışan kristal su ve bağlı su, havadaki nem ve koruyucu gazla birlikte, lazerin etkisi altında yüksek sıcaklık bölgesinde doğrudan ayrışarak hidrojen üretir. Bu hidrojen gazları, erimiş havuzun soğuması ve katılaşması sırasında çökelerek kabarcıklar oluşturabilir veya tam olarak erimeyen oksit film üzerinde doğrudan kabarcıklar oluşturabilir. Alüminyum alaşımlarının düşük özgül ağırlığı nedeniyle, erimiş havuzdaki kabarcıkların yükselme hızı yavaştır. Ayrıca, alüminyum alaşımları güçlü ısı iletkenliğine sahiptir ve erimiş havuzun soğuma ve katılaşma hızı son derece hızlıdır. Bazı kabarcıklar zamanında kaçamaz ve kaynakta kalır, böylece metalurjik gözeneklilik oluşur. Çalışmalar, alüminyum alaşım kaynaklarındaki gözenekliliğin ana gazının hidrojen olduğunu göstermiştir, bu nedenle alüminyum alaşım kaynaklarındaki gözenekliliğe bazen hidrojen gözenekliliği denir. Gözenekliliğin kırılmasını taramalı elektron mikroskobu altında incelerken, gözenekliliğin çoğunlukla sıkıca düzenlenmiş dendritik kristallerin dendrit uçlarıyla küresel bir morfoloji sergilediği ve iç duvarın pürüzsüz, temiz ve oksidasyon izlerinden arındırılmış olduğu görülmektedir. Gözenekliliğin varlığı, kaynağın sıkılığını ve eklemin taşıma kapasitesini azaltmakla kalmaz, aynı zamanda eklemin mukavemetini ve plastisitesini de çeşitli derecelerde azaltır.
2. Sıcak Çatlaklar
Erimiş metal havuzunun katılaşma süreci sırasında oluşan sıcak çatlaklar (katılaşma çatlakları ve sıvılaşma çatlakları dahil), alüminyum alaşımlarının lazer kaynağında sık görülen kusur türlerinden biridir. Katılaşma çatlaklarının kırılma morfolojisinin en belirgin özelliği, kırılma yüzeyinin geniş bir alanda düzgün ancak düzensiz taneli kaldırım taşı veya patates benzeri yapılardan oluşması ve yüzeyin genellikle taneler arası düşük erime noktalı ötektikler veya sıvı film kıvrımları ile dendritlerin gevrek kırılma izlerini korumasıdır. Sıvılaşma çatlaklarının kırılma morfolojisi, katılaşma çatlaklarına benzer, ancak yüksek sıcaklıkta taneler arası kırılma veya katılaşma kırılması özelliklerine sahiptir. Yorulma yükü altında füzyon kaynaklı birleşim yerlerinin yorulma kırılmasında, bu tür sıcak çatlakların neden olduğu yorulma çatlağı kaynakları da yaygındır. Alüminyum alaşımlarının lazer kaynağında sıcak çatlakların nedenleri esas olarak kendi özelliklerine ve kaynak işlemlerine bağlıdır. Alüminyum alaşımları, katılaşma sırasında yüksek oranda büzülme gösterir (en fazla %5), bu da büyük kaynak gerilimine ve deformasyona neden olur; ayrıca, kaynak metalinin katılaşması sırasında tane sınırları boyunca düşük erime noktalı ötektik yapılar oluşur, bu da tane sınırlarının bağ kuvvetini zayıflatır ve çekme gerilimi etkisi altında sıcak çatlaklar oluşmasına yol açar. Ek olarak, alüminyum alaşımlarının lazer kaynağındaki çatlak morfolojileri şu kategorilerde özetlenebilir: kaynak merkezi çatlakları; kaynak füzyon hattı çatlakları; kaynaklardaki taneler arası çatlaklar; ısıdan etkilenen bölge sıvılaşma çatlakları; oksit filmlerinden kaynaklanan çatlaklar; ve taneler arası mikro çatlaklar.
Ayrıca, kaynak sırasında yetersiz koruma, kaynak metalinin havadaki gazlarla reaksiyona girmesine neden olur ve oluşan kalıntılar da potansiyel çatlak kaynaklarıdır. Alaşım elementlerinin türü ve miktarı, alüminyum alaşımlarının kaynaklanması sırasında sıcak çatlama eğilimini büyük ölçüde etkiler. Genel olarak, Al-Si ve Al-Mn serisi alüminyum alaşımları iyi kaynaklanabilirliğe sahiptir ve sıcak çatlak oluşumu kolay değildir; Al-Mg, Al-Cu ve Al-Zn serisi alüminyum alaşımları ise nispeten yüksek sıcak çatlama eğilimine sahiptir. Sıcak çatlama eğilimi, ısıtma ve soğutma hızlarını kontrol etmek için kaynak işlemi parametreleri ayarlanarak azaltılabilir. Genel olarak, lazer-ark hibrit kaynağının sıcak çatlama eğilimi, lazer dolgu teli kaynağına göre daha iyidir ve lazer dolgu teli kaynağının sıcak çatlama eğilimi, lazer otogen kaynağına göre daha iyidir.
3. Alt Kesme ve Yanma
Alüminyum alaşımlarının iyonlaşma enerjisi düşüktür ve foto-indüklenen plazma, kaynak sırasında aşırı ısınmaya ve genleşmeye eğilimlidir, bu da kararsız kaynak işlemlerine yol açar. Ayrıca, sıvı alüminyum alaşımları iyi akışkanlığa ve düşük yüzey gerilimine sahiptir. Penetrasyonu iyileştirmek için genellikle daha büyük bir koruyucu gaz akış hızı ve lazer çıkış gücü gerekir, bu da kaynak işleminin kararlılığını bozar, erimiş havuzun basınç altında şiddetli bir şekilde dalgalanmasına ve alt kesme ve yanma gibi kusurlara kolayca yol açar. Lazer kaynaklı alüminyum alaşım plakalarının arka yüzey şekillendirilebilirliği, kaynağın arkasına su soğutmalı bir bakır plaka takılarak etkili bir şekilde iyileştirilebilir.
4. Cüruf Katkısı
Otomobil gövdesi kaynaklarında sıkça görülen bir diğer kusur türü de kaynak cürufu kalıntılarıdır. Çalışmalar, cüruf kalıntılarının esas olarak kaynak parçalarının ve kaynak tellerinin yüzeyindeki oksitlerden ve alüminyum alaşımlı malzemelerin lokalizasyonundaki kararsız süreçlerden kaynaklandığını göstermiştir. Bu nedenle, alüminyum alaşımlı malzeme üreticileri, hammaddelerdeki safsızlık ve hidrojen içeriğini en aza indirmek ve ürünlerin kalite istikrarını artırmak için teknolojik yenilikleri güçlendirmeli ve döküm süreçlerini iyileştirmelidir.
Yayın tarihi: 05 Ağustos 2025
