N aluminium building our world, respecting our planet
W
E
S Csikós Gábor Alumínium ötvözetek fogyóelektródás ívhegesztése, autóipari alkalmazás 2011 november 30.
Az alumínium ötvözése • • • • • • •
Legfontosabb cél: szilárdság növelése - ne romoljanak jelentősen az egyéb tulajdonságok - korrózióállóság - villamos vezetőképesség - hővezető képesség - alakíthatóság - hegeszthetőség
Az ötvözetek szabványos (MSZ EN 573-1) csoportosítása a fő ötvözőelemek szerint:
• • • • • • • • •
tiszta alumínium Cu-ötvözésű Mn-ötvözésű Si-ötvözésű Mg-ötvözésű Mg és Si ötvözésű Zn-ötvözésű egyéb pl. Li-ötvözésű egyéb
1xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx 8xxx 9xxx
(1000 jelű sorozat) (2000 jelű sorozat) (3000 jelű sorozat) (4000 jelű sorozat) (5000 jelű sorozat) (6000 jelű sorozat) (7000 jelű sorozat) (8000 jelű sorozat) (9000 jelű sorozat)
Autóipari vázszerkezeti alkalmazás • • • • •
Általános szerkezeti vagy biztonsági elemek (non-crash vs crash relevant part) Többkamrás zártszelvények 6xxx, 7xxx Sajtolt lemez alkatrészek 5xxx, 3xxx Öntvények 4xxxx
Autóipari vázszerkezeti alkalmazás • Kötéstechnológiák: • • •
Hegesztés Szegecselés (fárasztó igénybevétel) Ragasztás
• Átlapolt kötések • Tokos kötések • (ritkán tompa és sarokkötések)
Konstrukciós kialakítások:
öntvény + profil + lemez csatlakozása
Autóipari vázszerkezeti alkalmazás • Ötvözés - szilárdoldatos keményítés • Ötvözés - szemcsefinomítás • Kiválásos keményítés (nemesítés) • 5xxx AlMg ötvözetek • 6xxx AlMgSi ötvözetek • 7xxx AlMgZn ötvözetek
nemesíthető nemesíthető nemesíthető (önnemesedő)
Autóipari vázszerkezeti alkalmazás Hegesztési teljesítmény csökkentése – – – – –
Ötvözők kiégése Elhúzódások Hőhatásövezet mérete Melegrepedékenység Dermedési zsugorodásból és csökkent alakváltozóképeségből adódó repedékenység
Ötvözők kiégése az ömledékből
Eljárás
Ömledék
Elem
Elem eredeti mennyisége %
Lánghegesztés (311)
AlSi5
Si
4,12
1,77
43
AlMg3
Mg
3
1,7
57
AlMg5
Mg
5
3,5
70
AlMg3
Mg
3
~ 0,1
~ 2,5
AlMg5
Mg
5
~ 0,6
~ 12
AlZn3Mg5
Zn
3,7
0,6
16
Bevont elektródás kézi ívhegesztés (111) AWI, AFI hegesztés (141, 131) AFI hegesztés (131)
Ötvöző veszteség %
Kiégés mértéke %
Nemesített alumínium profilok hegesztett kötése AlZn5Mg (7108) és AlMgSi (6063) Varrat
huzal: AlSi5
AlMg5
Nemesített alumínium profilok hegesztett kötése AlZn5Mg (7108) és AlMgSi (6063) varrat AlZn5Mg profil
huzal: AlMg5
AlMgSi profil
Nemesített alumínium profilok hegesztett kötése AlZn5Mg (7108) és AlMgSi (6063) 7108 - 6063 hegesztett kötés keménysége HV5 100 90 80 70
HV5
60 AlMg5 huzal
50
AlSi5 huzal
40 30 20 10 0 7108 aa
hhö
hhö
hhö
varrat
hhö
hhö
6063 aa
Elhúzódások mértékének csökkentése: - hegesztőkészülék alkalmazása - szerkezet előfeszítése
Hegeszthetőség
szövetszerkezeti változások + hőhatásövezet kilágyulása
Nemesített alumínium profil (AlMgSi-6063 T66) és lemez (AlMg4.5Mn-5083) hegesztett kötése
Energiaelnyelési követelmények - Nemesített alumínium ötvözetből készül hegesztett szerkezet
Maximális szívósságra hőkezelt alapanyag Hőhatásövezet lecsökkent szilárdsága
Hegesztett kötések: - szakaszos varratok hajlított lemezen a hajlított szakaszt lehetőség szerint ki kell hagyni
Hegesztési hibák Varratkezdéskor hidegkötés
Befejezéskor végkráter repedés
• Hideg alapanyagon nincs beolvadás • Ömledék szétfut a felületen
• Nagy hőtágulási együttható miatt jelentős zsugorodás • Akadályozott alakváltozás
Hidegkötés és végkráter repedés
Varratkezdés és befejezés
Gázporozitás • alapanyag felületi szennyeződés • huzal felületi szennyeződés • elégtelen gázvédelem • védőgáz szennyeződés • felületi oxidréteg • eloxált felületű alapanyag Gázporozitás N=200x gázpórus átmérő 0,04 mm
Alumínium hegesztőhuzal felületi szennyezőtartalma
Alumínium alkatrészek felületi szennyezőtartalma Tisztára törölt
Zsírtalanított, megfelelően és rövid ideig tárolt
Zsírtalanított, nem megfelelően tárolt
AFI hegesztés kritikus pontjai • Munkadarab felületi tisztaság • Huzal felületi tisztaság, felületi minőség, akadálymentes továbbitás, tekercselés • sorjamentesség • Túlzott élletörés sem lehet • Illesztési hézag • Hegesztő berendezés stabil működése • Tiszta védőgáz (min. T4.5) • jó gázellátó rendszer
Köszönöm a figyelmet
Fontosabb alakítható alumínium ötvözetek jelölései és főbb ötvözői számjel
rövid jel
vegyjeles teljes jelölés
Si
Fe
Cu
Mn
Mg
1050
Al99,5
EN AW-Al 99,5
0,25
0,4
0,05
0,05
1450
Al99,5Ti
EN AW-Al 99,5Ti
0,25
0,4
0,05
2014
AlCu4SiMg
EN AW-Al Cu4SiMg
0,5-1,2
0,7
2024
AlCu4Mg1
EN AW-Al Cu4Mg1
0,5
3103
AlMn1
EN AW-Al Mn1
3105
AlMnMg
EN AW-Al Mn0,5Mg0,5
4032
AlSi12Mg
EN AW-Al Si12,5MgCuNi
5005
AlMg1
5251
Cr
Zn
Ti
0,05
0,07
0,05
0,05
0,05
0,07
0,1-0,2
3,9-5,0
0,4-1,2
0,20-0,8
0,1
0,25
0,15
0,5
3,8-4,9
0,3-0,9
1,2-1,8
0,1
0,25
0,15
0,5
0,7
0,1
0,9-1,5
0,3
0,1
0,2
0,6
0,7
0,30
0,3-0,8
0,2-0,8
0,2
0,4
0,1
11,0-13,5
1,0
0,5-1,3
0,8-1,3
0,1
0,25
Ni=0,5-1,3
EN AW-Al Mg1
0,3
0,7
0,2
0,2
0,5-1,1
0,1
0,25
AlMg2
EN AW-Al Mg2
0,4
0,5
0,15
0,1-0,5
1,7-2,4
0,15
0,15
0,15
5754
AlMg3
EN AW-Al Mg3
0,4
0,4
0,1
0,5
2,6-3,6
0,3
0,2
0,15
5086
AlMg4
EN AW-Al Mg4
0,4
0,5
0,1
0,2-0,7
3,5-4,5
0,05-0,25
0,25
0,15
5019
AlMg5
EN AW-Al Mg5
0,4
0,5
0,1
0,1-0,6
4,5-5,6
0,2
0,2
0,2
5083
AlMg4,5Mn
EN AW-Al Mg4,5Mn0,7
0,4
0,4
0,1
0,4-1,0
4,0-4,9
0,05-0,25
0,25
0,15
6003
AlMg1Si
EN AW-Al Mg1Si0,8
0,35-1,0
0,6
0,1
0,8
0,8-1,5
0,35
0,2
0,1
6015
AlMgSi0,3Cu
EN AW-Al Mg1Si0,3Cu
0,2-0,4
0,1-0,3
0,10-0,25
0,1
0,8-1,1
0,1
0,1
0,1
6060
AlMgSi
EN AW-Al MgSi
0,3-0,6
0,1-0,3
0,1
0,1
0,35-0,60
0,05
0,15
0,1
6061
AlMg1SiCu
EN AW-Al Mg1SiCu
0,4-0,8
0,7
0,15-0,40
0,15
0,8-1,2
0,04-0,35
0,25
0,15
6063
AlMgSi0,5
EN AW-Al Mg0,7Si
0,2-0,6
0,35
0,1
0,1
0,45-0,9
0,1
0,1
0,1
6082
AlSi1MgMn
EN AW-Al Si1MgMn
0,7-1,3
0,5
0,1
0,4-1,0
0,6-1,2
0,25
0,2
0,1
7020
AlZn5Mg
EN AW-Al Zn4,5Mg1
0,35
0,4
0,2
0,05-050
1,0-1,4
0,10-0,35
4,0-5,0
7039
AlZn4Mg3
EN AW-Al Zn4Mg3
0,3
0,4
0,1
0,1-0,4
2,3-3,3
0,15-0,25
3,5-4,5
0,1
7075
AlZn6Mg2Cu1
EN AW-Al Zn5,5MgCu
0,4
0,5
1,2-2,0
0,3
2,1-2,9
0,18-0,28
5,1-6,1
0,2
8011
AlFeSi
EN AW-Al FeSi(A)
0,4-0,8
0,5-1,0
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,05
8090
AlLi2,5Cu1Mg
EN AW-Al Li2,5Cu1,5Mg1
0,2
0,3
1,0-1,6
0,1
0,6-1,3
0,1
0,25
0,1
Fontosabb öntészeti alumínium ötvözetek jelölései és főbb ötvözői
számjel
rövid jel
vegyjeles teljes jelölés
Si
Fe
Cu
Mn
Mg
21000
öAlCu4MgTi
EN AC-Al Cu4MgTi
0,2
0,35
4,2-5,0
0,1
0,15-0,35
21100
öAlCu4Ti
EN AC-Al Cu4Ti
0,18
0,19
4,2-5,0
0,55
43100
öAlSi10Mg
EN AC-Al Si10Mg
9,0-11,0
0,55
0,1
0,45
44200
öAlSi12
EN AC-Al Si12
10,5-13,5
0,55
0,05
0,35
44400
öAlSi9
EN AC-Al Si9
8,0-11,0
0,65
0,1
0,5
45300
öAlSi5Cu1Mg
EN AC-Al Si5Cu1Mg
4,5-5,5
0,65
1,0-1,5
51100
öAlMg3
EN AC-Al Mg3
0,55
0,55
51200
öAlMg9Si
EN AC-Al Mg9
2,5
1,0
Cr
Zn
Ti
0,1
0,15-0,30
0,07
0,15-0,30
0,1
0,15
0,1
0,15
0,1
0,15
0,15
0,55
0,35-0,65
0,15
0,05-0,25
0,05
0,45
2,5-3,5
0,1
0,05
0,1
0,55
8,0-10,5
0,25
0,2
0,20-0,45
Az ötvözetek alapféme az alumínium. A vegyjeles teljes jelölésben az AW (wrought alloy) az alakítható ötvözeteket, az AC (cast alloy) az öntészeti ötvözeteket jelöli.
AlMgSi nemesíthető ötvözetek - 6xxx csoport
