Alüminyum Alaşımlarında Elektron Işını Tel Biriktirme Yöntemi Nasıl Çalışır?

Elektron ışını tel biriktirme yöntemi, alüminyum alaşımlı 3D baskı işlemi olarak kullanılmaktadır. Alüminyum alaşımları, düşük ağırlık ve yüksek mukavemeti, iyi süneklik, elektriksel ve termal iletkenlik ile korozyon direncini bir araya getirir. Bu fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikler, havacılık ve uzay, otomotiv üretimi, demiryolu taşımacılığı, silahlar, depolama tankları, ev aletleri, inşaat ve yapı malzemeleri alanlarındaki uygulamaları desteklemektedir. 1960'lı yıllardan bu yana, alüminyum alaşımları yüksek hacimli demiryolu ve otomotiv üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Alüminyum alaşımları çeşitli şekillerde sınıflandırılabilir. Temel işleme yöntemine göre, döküm alaşımları ve dövme alaşımları olarak ayrılırlar. Kullanım amaçlarına göre ise saf alüminyum, korozyona dayanıklı alüminyum, duralümin, süper duralümin ve özel amaçlı alüminyum gibi türleri içerir. Isıl işleme tepkisine göre ise ısıl işleme tabi tutulabilen ve ısıl işleme tabi tutulamayan alaşımlar olarak sınıflandırılırlar. Ana alaşım elementlerine göre ise sekiz seriye ayrılırlar. Sekiz alüminyum alaşım serisini ele alan ayrı bir kaynak bulunmaktadır.

Malzeme Özellikleri ve Kaynaklanabilirlik

Elektron ışını biriktirme işlemi, malzemeyi tel şeklinde eklediği için, bu işlemin davranış biçimi kaynak işlemine, özellikle de dolgu teli kaynağına benzer. Bu nedenle, biriktirme işleminden önce kaynaklanabilirlik değerlendirilmelidir. Alüminyum alaşımları genel olarak kaynaklanabilir, ancak bazı özellikler kaynak ve tel biriktirme işlemlerini olumsuz etkileyebilir.

Güçlü Oksidasyon

Alüminyum, havadaki oksijenle ve kaynak işlemi sırasında kolayca reaksiyona girerek bir Al oluşturur₂O₃ film. Alümina yüksek erime noktasına sahiptir, kimyasal ve fiziksel olarak kararlıdır, çıkarılması zordur ve nemi güçlü bir şekilde emer. Yüzey filmi, ana metalin erimesini zorlaştırır ve cüruf kalıntıları, erime eksikliği ve yetersiz nüfuzlamaya neden olabilir. Emilen nem, kaynak içine girebilir ve gözenekliliğe yol açabilir.

Kaynak işleminden önce, Al’ı gidermek amacıyla yüzey mekanik taşlama veya kimyasal yöntemlerle iyice temizlenmelidir.₂O₃. Kaynak bölgesi de etkili bir koruma gerektirir. TIG kaynağında genellikle alternatif akım kullanılır; böylece katodik temizleme işlemiyle oksit tabakası giderilir.

Termofiziksel Davranış

Alüminyum alaşımları, çeliğe kıyasla daha yüksek ısı iletkenliğine ve özgül ısı kapasitesine sahiptir. Isı, alt tabakaya hızla iletilir ve kaynak bölgesinden hızla uzaklaşır; bu nedenle ön ısıtma gerekebilir. Yüksek doğrusal genleşme katsayıları da sıcak çatlamaya ve şekil bozulmasına yol açar. Sıcak çatlamayı önlemek için tel bileşimi ayarlanabilir; ön ısıtma ise şekil bozulmasını kontrol etmeye yardımcı olabilir.

Gözeneklilik

Sıvı alüminyum, katı alüminyuma kıyasla çok daha fazla hidrojen çözebilir; sıvı ve katı haller arasında hidrojen çözünürlüğü 17,5 kat fark gösterir. Alüminyumun düşük erime noktası ve yüksek ısı iletkenliği, kaynak havuzunun hızla katılaşmasına neden olur; bu da hidrojenin kaçması için yeterli zaman bırakmaz ve hidrojen gözeneklerinin oluşumuna yol açar. Al₂O₃ Film, temizlikten hemen sonra kurur ve emilen nem önemli bir hidrojen kaynağı haline gelir. Bu nedenle hidrojen kaynakları titizlikle kontrol edilmelidir.

Kaynak Dikişi Oluşumu

Boncuk oluşumu iki nedenden ötürü zordur. Alüminyum, erimeden önce belirgin bir renk değişikliği göstermez; bu da şekillendirme koşullarının değerlendirilmesini zorlaştırır. Ayrıca, alüminyumun düşük yüksek sıcaklık mukavemeti, erimiş metale yeterince destek sağlamadığından, delme riski artar.

Birleşim Özelliklerindeki Değişiklikler

1. Kaynak sıcaklıklarında Mn, Mg ve Zn’nin buharlaşması ve yanması, mukavemet artırıcı fazların oluşumu için kullanılabilir element miktarını azaltır ve kaynak dikişinin mekanik özelliklerini düşürür.
2. Isıdan etkilenen bölgede meydana gelen yeniden kristalleşme, gerilmeyle sertleşmiş veya çözelti yaşlandırılmış alaşımların mukavemetini azaltır.
3. Alüminyum, yüz merkezli kübik bir kristal yapıya sahiptir ve herhangi bir alotropu bulunmadığından, ısıl işlem sırasında taneleri inceltebilecek bir faz dönüşümü meydana gelmez; bu nedenle kaynak taneleri nispeten iri kalır.

Elektron ışını kaynağı vakum ortamında gerçekleştirilir; bu sayede kaynak sırasında alüminyum ile hava arasında herhangi bir temas olmaz. Alüminyumu (Al) uzaklaştırmak için kaynak öncesinde kapsamlı bir temizlik yapılır.₂O₃ Hâlâ büyük önem taşımaktadır ve biriktirme işleminden önce alüminyum telin temizlenmesi özellikle önemlidir. Tel bileşiminin doğru seçilmesi de sıcak çatlamayı ve buna bağlı kusurları önleyebilir. 2219 alaşımlı kaynak teli, elektron ışını tel biriktirme işleminde yaygın olarak kullanılmaktadır.