Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Alumínium és ötvözeteinek hegesztése Dr. Palotás Béla Mechanikai Technológia és Anyagszerkezettani Tanszék Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 1
SZÍNES ÉS KÖNNYŰFÉMEK JELLEMZŐI Jellemző M. egység Al 99,5 Cu 99,9 Ni 99,6 Ti 99,5 Acél (kis C % tart.) Sűrűség Kg/m 3 10-3 2,7 8,9 8,9 4,5 7,8 Olvadáspont C 660 1085 1454 1667 1536 Forráspont C 2520 2560 2915 3285 2860 Átlagos fajhő* J/kg K 900 386 452 528 456 Rejtett hő KJ/ kg 390 205 305 435 275 Hővez. tény.* W/ m K 238 397 88,5 21,6 78 Lin. hőtág.e.ható* mm/ mm C.10 6 23,5 17 13,3 8,9 12 Vill. ellenállás M/ Ω mm 2 26,7 16,9 69 554 101 Rug. tényező GPa 70 130 200 116 210 Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 2
AZ ALUMÍNIUM ÉS ÖTVÖZETEINEK TULAJDONSÁGAI Könnyűfém Alacsony olvadáspontú Villamos vezetőképessége 2/3-a a Cu nek Nagy a hővezető képessége Nagy a fajhő-, rejtett hő tartalma Nagy a hőtágulása Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 3
TOVÁBBI JELLEMZŐK Felületen középpontos köbös térrácsú Jól alakítható Z = 90 % (hidegen is és melegen is) Jó korrózióálló ( igen stabil a felületi oxidréteg Al 2 O 3 ) Kicsi a szilárdsága R m = 40 120 MPa R p0,2 = 20 60 MPa SZILÁRDSÁGOT NÖVELNI KELL Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 4
SZILÁRDSÁGNÖVELÉSI LEHETŐSÉGEK ÖTVÖZÉS KÉPLÉKENY HIDEGALAKÍTÁS HŐKEZELÉS PORKOHÁSZATI ÚTON RÉSZECSKE ÉS SZÁLERŐSÍTÉS MÓDSZEREK KOMBINÁCIÓJA Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 5
ÖTVÖZÉS R m A 5 Zn Mg Cu Si Mn Ötvöző Zn Mn Cu Mg Ötvözó 1,17 1,28 1,31 1,37 1,43 1,6 Å AtomØ Si Cu Mn Zn Al Mg Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 6
KÉPLÉKENY HIDEGALAKÍTÁS R m A 5 Alakítás mértéke Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 7
HŐKEZELÉS T Homogenizálás T krit Mesterséges öregítés 120-180 C Természetes öregítés 20 40 C t Edzés Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 8
A KIVÁLÁSOS KEMÉNYEDÉS FELTÉTELEI T Fo Fo + A n B m Szegregáció α + Fo α + A n B m (β) β A Nemesíthető ötvözetek Alakítható ötvözetek A n B m B Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 9
Egyensúlyi szerkezetek T A α α + s. β Eutektikum (E) α + s. β + E β A n B m B E + β + s. α β + s. α Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 10
HOMOGENIZÁLÁS T T T krit β β Z Homogenizálás hőmérsékleti tartománya t Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 11
A lejátszódó diffúziós folyamatok Diffúzió Diffúzió Túltelített szilárdoldat GP zónák β kiválás Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 12
KEMÉNYEDÉS β Szilárdság növekedés β Szemikoherns ZÓNÁK β Inkoherens DISZPERZIÓS KEMÉNYEDÉS Túltelített szilárdoldat KIVÁLÁSOS KEMÉNYEDÉS Idő logaritmusa Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 13
Különböző hőmérsékleten végrehajtott öregítés hatása R m,(hv) T = állandó T 1 β Egyensúlyi állapot T 2 < T 1 Túl öregítés Zónák log t Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 14
NEMESÍTHETŐ ALUMÍNIUM ÖTVÖZETEK Al Cu Al Mg Si Mg 2 Si MgZn 2 1,8 % 475 C Al Zn Mg 11,7 % 660 17 % 548 Cu 5,65 33 Al Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 15
Ötvözetek csoportosítása Fő ötvözők: Zn Mn Cu Si Mg Nem nemesíthető Nemesíthető ÖNTÉSZETI ALAKÍTHATÓ Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 16
Alumínium ötvözetek jelölése Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 17
ALAKÍTHATÓ ÖTVÖZETEK Mn - al ötvözött Mg - al ötvözött Cu - al ötvözött Zn - al ötvözött Nemesíthetők Nem nemesíthetők Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 18
Al - Mn ötvözetek Jó korrózióálló Jó hő- és villamos vezető képesség Nagy képlékenység Stabil szilárdoldatok Nem nemesíthetők Jól hegeszthetők» Tartályok, edények, tetőfedés, esőcsatorna stb. Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 19
Al - Mg ötvözetek Két fő csoport 1.3% Mg Mg > 4 % 1-3 % Mg Jó korr. Álló Jól heg.hető Díszítő elemek, burkolatok Vasúti kocsik 7 % Rm A 10 Mg % Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 20
Mg > 4 % Nagyobb szilárdság Jól forgácsolható Kevésbé romlik a korr. Állóság Forgácsolt alkatrészek Vízijárművek Al - Mg - Si ötvözetek Nemesíthető mesterségesen öregíthet Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 21
Al - Cu - Mg ötvözetek Duralumínium Cu = 2,5 5 %, Mg = 0,4 2,8 % Természetesen öregedő Lágyan Rm = 250 MPa, Nemesítve Rm = 400 Mpa Kristályközi korrózióra érzékeny Kovácsolt, sajtolt alkatrészekhez alkalmazzák Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 22
Al - Zn - Mg ötvözetek Zn = 3 8 %, Mg = 2 4 % (Cu= 0,2 2%) ÖNNEMESEDŐ ÖTVÖZET levegőn hülve is túltelített szilárdoldat jön létre és 30 90 nap alatt természetesen öregedik HEGESZTHETŐ Probléma az interkrisztallin korrózióra hajlam Rm = 600 700 MPa, A 10 = 7 % Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 23
ALAKÍTHATÓ ÖTVÖZETEK Al 99 Mg1 Al Mg 3 Al Mn 1 Cu Al Mg Si 0,5 Al Mg Si 1 Al Cu4 Mg1 Al Zn5 Mg1 1xxx tiszta Al 5xxx Mg-ötv. 3xxx Mn-ötv. 6xxx Mg - Si ötv. 2xxx Cu 7xxx Zn- ötv. Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 24
ÖNTÉSZETI ÖTVÖZETEK Al - Si ötvözetek sziluminok Al - Zn ötvözetek ( Al - Cu, Al - Mg ötv. rosszul önthetők ) Sziluminok ( Si = 10-12 % )» Rm = 220 MPa homokformába öntve» Rm = 260 MPa fémformába öntve Alacsony olvadáspont Al - Si - Cu β-szilumin Legkisebb zsugorodás Al - Si - Mg γ-szilumin Jó korrózióállóság Al - Si - Cu- Ni hőálló Rosszul forgácsolhatók Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 25
Al - Zn ötvözetek 7 12 % Zn jó önthetőség Mg -al ötvözve önnemesedő lesz Zn > 12 % - nál, Rm = 550 Mpa is elérhető Hegesztés után önnemesedő ÖNTÉSZETI ÖTVÖZETEK öalsi 12 öalsi 12Cu öalsi 12Mg öal Mg3 öal Cu4 Ti öal Zn MgTi Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 26
ALUMÍNIUM HEGESZTÉSÉNEK NEHÉZSÉGEI Hegeszthetőséget rontja: Si, Cu, Zn Hegeszthetőséget javítja: Mg, Mn Acélra: T olv. > 1500 C Al - ra: T olv. = 570 660 C λ Al = 3 4 λ acél hővez.kép. Acél: 880 J/g C Al = 2,5 C acél fajhő Al: 1020 J/g ρ Al = 2 ρ acél olvadási hő Nagy zsugorodás és hőtágulás Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 27
AZ ALUMÍNIUM HEGESZTÉSI PROBLÉMÁI OXIDHÁRTYA POROZITÁS KÉPZŐDÉS REPEDÉS ÉRZÉKENYSÉG HŐHATÁS ÖVEZET VARRAT Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 28
OXIDHÁRTYA Megolvasztani csak nagy energiasűrűséggel lehet Al 2 O 3 Lánghegesztés: Tisztítás, csiszolás Folyósítószer: kloridvegyülettel kémiai megkötés Kézi ívhegesztés: Katódporlasztás, kémiai bontás Ellenállás hegesztések: Erő + hő képlékeny alakváltozás töri fel az oxidot Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 29
AWI és AFI - hegesztés Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 30
POROZITÁS PROBLÉMÁJA Folyékony fém sok H-t képes elnyelni Kerülni kell a túlhevítést H bekerülése: 0,92 felületi szennyeződésekből 2,15 H 2, cm3/g nedvességből védőgázból 700 800 bevonatokból, fedőporból T, C Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 31
REPEDÉKENYSÉG Melegrepedés szolidusz alatti szolidusz feletti Belső feszültség Túlhevítés Nagy merevség Nagy szolidusz - likvidusz hőköz Eutektikum arányát növelni kell Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 32
HŐHATÁSÖVEZET ÉS VARRAT PROBLÉMÁI Hidegen alakított állapotban kilágyulás Nemesített alapanyagnál a hőhatásövezet kilágyul VARRAT PROBLÉMÁI Korrózióállóság romlik a varratban Heterogén varrat Eltérő mechanikai tulajdonságok Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 33
Alkalmazható hegesztési eljárások AWI-hegesztés AFI-hegesztés Elektronsugaras hegesztés Lézersugaras hegesztés Plazmahegesztés Sajtolóhegesztések Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 34