D-MOP4, lektion 4 SASAK og Sapa (for pensum, se spørgsmål til lektionen) Aluminiums svejselighed og svejsemetoder Film: Svejsning, Sapa processer Eksempler: Bimetal Rekrystallisering af aluminium Friction Stir Welding B&O telefonrør

4.1 Svejselighed Svejseligheden for renaluminium og de ikke-modningshærdbare legeringer: Generelt er disse materialer udmærket svejsebare. Styrkeøgningen ved deformationshærdning vil dog i det væsentlige gå tabt i den varmepåvirkede zone, så den ikke er større end i blødglødet tilstand. Hvad betyder AW-5454 H34? (se SASAK)

4.1 Svejselighed

4.1 Svejselighed Svejseligheden for modningshærdbare legeringer: Legeringerne kan tilføres en markant styrkeøgning ved modningshærdning. Denne styrkeøgning går normalt tabt i den varmepåvirkede zone (HAZ). Visse legeringer i 7000-serien kan genvinde det meste af den tabte styrke over en periode ved stuetemperatur, men ellers må man enten affinde sig med styrketabet eller foretage en opløsningsglødning og fornyet modning af emnet efter svejsning, hvis dette er praktisk muligt.

4.1 Svejselighed Svejseligheden for støbelegeringer: I almindelighed er støbelegeringerne svejselige. Styrkemæssigt sker der for de almindelige støbelegeringer ikke nogen reduktion, da strukturen i og ved svejsningen ikke er svagere end den øvrige støbestruktur.

4.2 Strukturændringer Strukturændringer i modningshærdbare legeringer ved svejsning: Styrkeøgningen (modningshærdningen + eventuel deformationshærdning) vil gå tabt i den varmepåvirkede zone. fu brudstyrke før svejsning fwu brudstyrke efter svejsning

4.2 Strukturændringer Strukturændringer i renaluminium og ikke modningshærdbare legeringer ved svejsning: Styrkeøgningen (deformationshærdningen) vil gå tabt i den varmepåvirkede zone

4.3 Strukturændringer Hovedgruppe af ikke modningshærdbare aluminiumslegeringer der bevarer styrken i HAZ Al-Mg legeringerne (5000-serien) hører til dem der bevarer styrken i den blødglødede zone

4.4 Svejsesamlinger V-søm - med rodstøtte Figur 3.2 Tværsnit af svejsning mellem to ekstruderede profiler med indbygget rodstøtte

4.4 Svejsesamlinger Kantsøm -med angivelse af a - mål

4.6 Svejseprocesser, TIG TIG-SVEJSNING Anvendes typisk til lidt mindre godstykkelser (0,5 – 6 mm), eller hvor der kræves en høj svejsekvalitet.

4.6 Svejseprocesser, TIG og Plasma Når diameteren reducere på gasdysens hul øges gasstrømmens hastighed og lysbuens temperatur. Hermed produceres en skærende lysbue, som er velegnet til svejsning uden forudgående skærpning,

4.6 Svejseprocesser, MIG Ved MIG-svejsning brænder en elektrisk lysbue mellem en kontinuert tilført tråd-elektrode og svejsestedet.

4.6 Svejseprocesser, modstandssvejsning Ved modstandssvejsning opvarmes svejsestedet til svejsetemperaturen ved at en elektrisk energi omdannes til varme.

5.1 Svejseprocesser Aluminium egner sig glimrende til svejsning. Højt smeltepunkt for metallets oxidlag, store varmekapacitet og gode varmeledningsevne bevirker dog, at svejsearbejdet adskiller sig I forhold til andre metaller. Materialet kan svejses med mange metoder, men i praksis er det nogle få, der dominerer, nemlig MIG og TIG.

5.1 Svejseprocesser Modstandssvejsning er fællesbetegnelsen for fem svejseprocesser: Punktsvejsning, sømsvejsning, pressvejsning (projektionssvejsning), stuksvejsning og brændstuksvejsning. Sømsvejsning består af en række sammenhængende punktsvejsninger. Man kan også punkt- og sømsvejse med f.eks. TIG-svejsning, og derfor anvendes præfikset modstands-punktsvejsning hvis der er risiko for misforståelser.

5.1 Svejseprocesser Anbefalet A C (D) (F) Bør undgås: B E G H I J

5.1 Svejseprocesser Pressvejsning Ved kondensatorboltesvejsning opnås en tilstrækkelig opvarmning af svejsezonen ved hjælp af en energiudladning fra et kondensatorbatteri. Svejsetiden er meget kort ca. 2 ms., og derfor skal bolten udformes inden meget snævre tolerancer. Anvendes typisk til bolte under 8 mm.

5.1 Svejseprocesser The seam welding process is an adaptation of resistance spot welding and involves making a series of overlapping spot welds by means of rotating copper alloy wheel electrodes to form a continuous leak tight joint. The electrodes are not opened between spots. The electrode wheels apply a constant force to the workpieces and rotate at a controlled speed

5.1 Svejseprocesser Film-Svejsning Brænddtuk svejsning Flash Butt Welding The surfaces of the workpieces are positioned end-to-end. As a rule, flash-butt welding is subdivided into preheating, flashing and upsetting. Preheating is carried out under low welding pressure. Once the welding joint is heated, flashing commences and joint surface material is burnt off, resulting in even joint surface. Film-Svejsning

5.1 Svejseprocesser Film: Laserskæring Lasersvejsning giver generelt en række fordele i forhold til konventionelle svejsemetoder i form af højere proceshastigheder og dermed bedre produktivitet, mindre varmepåvirkning og dermed mindre deformation. To typer af lasere dominerer området, CO2-laseren og YAG-laseren. Industrielle CO2-lasere kan fuldsvejse en stumpsøm i aluminium op til ca. 12 mm godstykkelse. YAG-laserens kan fuldsvejse godstykkelser op til ca. 8 mm.

5.1 Svejseprocesser Friction Stir Welding : Metoden er attraktiv for både mindre og større virksomheder. Udgør et alternativ til konventionelle metoder Fordele: Højere proceshastigheder Mindre varmepåvirkning Simple fugeformer Høj automatiseringsgrad Kan svejse stumpsøm op til 12mm

5.1 Svejseprocesser Friction Stir Welding : Ulemper: Stor investering Stiller krav til stort produktionsvolumen Stiller store krav til bevægelsesnøjagtigheden Svejsestationen omfatter både fixtur og bevægelsessystem

5.1 Svejseprocesser Film: Friction Stir Welding Friction Stir Welding – se også film og prøver…

5.2 Styrketab ved svejsning

5.2 Styrketab ved svejsning

5.2 Styrketab ved svejsning

5.2 Styrketab ved svejsning Varmetilførslen er meget afhængig af, hvilken svejseproces der anvendes. I Figuren er forskellige svejseprocesser rangeret efter hvor stor varmetilførsel Q, der typisk tilføres ved en konkret svejseopgave.

5.3 Deformation ved svejsning Ved smeltesvejsning vil der altid forekomme deformationer og spændinger omkring svejsesømmen, grundet varmepåvirkning og størkning af smeltet metal. Ved at ændre fugegeometrien er det i nogle tilfælde muligt, at reducere tværsnitsarealet af svejsesømmen og dermed reducere svejsedeformationerne. Stumpsøm Kantsøm

5.3 Deformation ved svejsning Tværkrympning Længdekrympning

5.4 Skæremetoder FUGEFORBEREDELSE VED SVEJSNING Dette afsnit behandler skæring i almindelighed og fugeforberedelse i særdeleshed. Svejsefugers form og kravene til tolerancer hænger nøje sammen med valget af svejsemetode samt økonomi.

5.4 Laserskæring En laserstråle er en stråle af lys med én veldefineret, fast bølgelængde, som ved fokusering indeholder en høj energiintensitet. Absorberes denne energi i en pladeoverflade genereres en høj temperatur, som kan bruges i forbindelse med svejsning eller skæring. -se evt. film….

5.4 Plasma-skæring http://www.youtube.com/watch?v=mJJydOxHwZU Et atom har en kerne opbygget af protoner og neutroner. Kernen har en vis positiv elektricitetsladning og omgives af et antal elektroner, Elektronerne har negativ elektricitetsladning. Når en gas overgår til plasmatilstanden frigøres elektroner fra kernen. De dannede frie elektroner og positive ioner gør, at vi siger gassen er ioniseret.

5.4 Vandstråle-skæring Abrasiv vandstråleskæring Bliver udført ved at sand blandes ind i en vandstråle, der kommer ud af en dyse med høj hastighed.

5.4 Mekanisk-skæring Mekanisk forarbejdning er relativt billig og alsidig. Det meste af udstyret bliver også brugt i træbranchen, og i aluminium skal værktøjet arbejde med næsten de samme hastigheder. Den største forskel fra udstyr til træbearbejdning er, at udstyret til aluminium kræver mere energi for at opnå de samme skærehastigheder.

5.5 FUGETYPER Ved svejsning af godstykkelser under 3-5 mm forestrækkes en I-fuge ofte. Ved TIG- og MIG-svejsning i tykkelser over 5 mm anvendes enten enkelt eller dobbelt skærpning alt efter hvordan svejseren kan komme til. Valg af enkelt eller dobbelt skærpning kan også bero på kravet til vinkelknækket efter endt svejsning. En symmetrisk dobbeltskærpning giver mindre vinkelknæk end en enkelt skærpning.

5.6 Svejsning af stål mod Aluminium Inden for ikke mindst skibsbygning står man ofte overfor at skulle samle aluminium til stål. Typisk drejer det sig om aluminiumsoverbygninger til stålskrog, men også omvendt skulle fastgøre stålkomponenter til aluminium. Løsningen er at anvende overgangsstykker af bimetallet Alu/Stål Fremstilling

5.6 Svejsning af stål mod Aluminium Hvilken tommelfingerregel gælder for højde, breddeforholdet? Bimetal strips er typisk 30-35 mm høje og 10-30 mm brede. Som en tommelfingerregel kan man regne med, at bredden skal svare til 4 gange tykkelsen af den aluminiumsplade, der skal svejses til. Film: Explosion welding

5.6 Svejsning af stål mod Aluminium

5.6 Stål mod Aluminium, korrosion Korrosionsaspekter ved brug af bimetal Aluminium har et væsentligt højere galvanisk potentiale end stål, hvorfor man kunne forvente en voldsom galvanisk korrosion på aluminiumssiden. Som udgangspunkt må det da også anbefales, at der foretages en god overfladebehandling ved maling for at beskytte samlingen, men herefter går det i praksis normalt overraskende godt.

5.7. Svejsning (Sapa kap. 10) Ved svejsning af aluminium skal man være opmærksom på metallets reaktion med ilt da oxiden har et højt smeltepunkt (ca. 2.050°C), Ved smeltesvejsning af aluminium skal oxiden fjernes fra fugeoverfladerne inden svejsning.

5.7. Svejsning (Sapa kap. 10) Profiludformning med henblik på smeltesvejsning Profiler med et velegnet design kan i meget stor udstrækning forenkle svejsearbejdet.

5.8. Bearbejdning (Sapa kap. 14) Allerede når et aluminiumprofil konstrueres, kan man designe en form, som minimerer efterbearbejdning. Ofte kræves der imidlertid en form for videreforædling. Det er relativt billigt at bearbejde aluminiumprofiler. Materialets gode formbarhed giver som regel konkurrencedygtige værktøjsomkostninger. Film: Sapa bearbejdning – USB

5.8. Bearbejdning (Sapa kap. 14) Drejning Drejning i automatmaskiner kræver legeringer, der giver korte spåner.. Bløde tilstande giver ofte problemer med eksempelvis aflejring på skærestål og lange spåner.

5.8. Bearbejdning (Sapa kap. 14) Boring Et bor beregnet til ekstruderet aluminium har ca. 130° spidsvinkel, ca. 40° spiralvinkel og et stort spånrum.

5.8. Bearbejdning (Sapa kap. 14) Kapning Omdrejningstallet bør ligge omkring 3.000 rpm og savklingens diameter mellem 200 og 800 mm. Hvis man anvender en savklinge, der er beregnet til aluminium, kan emnet afkortes så gratfrit, at det opfylder de fleste behov. Radialsave kan kappe profiler med en bredde på op til 500 mm.

5.8. Bearbejdning (Sapa kap. 14) Fræsning Fræsning af ekstruderede aluminiumprofiler kan udføres med alt fra enkle fræsere til højhastighedsmaskiner. Ved højhastighedsbearbejdning kan der opnås gode resultater, når det gælder tolerancer, overflade og fremstillingshastighed.

5.8. Bearbejdning (Sapa kap. 14) Trækbukning Trækbukning, der er den mest benyttede bukkemetode. Emnet låses med en fri klemme mod et værktøj. Klemme og værktøj er formet efter profilets tværsnit. Emnet trækkes med værktøjet, hvorved materialet udvides på ydersiden og komprimeres på indersiden. Værktøjerne fremstilles ofte i plast for at undgå ridser og klemmeskader.

5.8. Bearbejdning (Sapa kap. 14) Rullebukning Rullebukning anvendes til bukning af emner med store radier. Emnet rulles mellem to drivruller og en trykrulle. Rullerne er formet efter profilets tværsnit. Forskellige radier opnås ved, at den øverste trykrulle justeres vertikalt.

5.8. Bearbejdning (Sapa kap. 14) Pressebukning Pressebukning egner sig til enklere bukningsopgaver i store serier. Værktøjet, der består af to dele, er formet efter emnets over-/underside. Værktøjsdelene kan fremstilles i enten stål eller plast, afhængig af emnets udseende.

5.8. Bearbejdning (Sapa kap. 14) Strækbukning Emnet låses fast mellem to klemmer, hvorefter formningen sker gennem successiv strækning over en formblok. Blokken er formet efter profilets tværsnit. Emnet strækkes ud til dets øvre strækgrænse, hvorfor efterfjedringen er ubetydelig.

5.8. Bearbejdning (Sapa kap. 14) Hydroformning Udgangspunkt et er et ekstruderet rør af aluminium. I én eneste operation kan vi forme det tredimensionelt. Profilet placeres i et værktøj, hvis indre hulrum har samme geometri som det færdige komponent. Værktøjet låses under stor kraft hvorefter der skabes et hydrostatisk tryk inde i røret (profilet).