Dayanıklı bağlantılar için düşük ısı girdisi

Modern araçlarda en küçük ayrıntısına kadar titiz çalışılmış malzeme karışımları bulunuyor. Ancak, özellikleri çok farklı olan malzemelerin birbirleriyle bağlanması otomotiv endüstrisinde çok büyük bir zorluk olarak karşımıza çıkıyor.

A+ A-

Fronius

Çelik ve alüminyum gibi çeşitli malzemelerin termik olarak birbirine bağlanması, otomotiv sanayiinde merkezi bir öneme sahip. Ancak, malzemelerin farklı fiziksel ve kimyasal özellikleri bu prosesi özellikle zorlu bir hale getiriyor: Kaliteli ve stabil sonuçlar elde etmek zordur ve yarı mâmullerin yeniden işlenmesi çok sınırlıdır. Çözüm; düşük ısı girdisine sahip bir kaynak yöntemi olan ve Fronius tarafından geliştirilen Soğuk Metal Transferi’dir (CMT). Bu yöntemde; düşük çapak oluşumu, aynı kalan ve çok stabil ark ile çok iyi sonuçlar elde edilmektedir. Uluslararası otomobil tedarikçisi olan Magna Steyr, bu sayede kaporta parçalarının çok daha ekonomik olarak imalatının ve daha hafif bir tasarımın sağlandığı bir teknoloji geliştirdi.
Otomotiv sanayii, kaporta imalatında her geçen gün daha fazla farklı malzemeleri bir arada kullanıyor. Bunun da önemli bir sebebi var: Alüminyum veya elyaf takviyeli plastik gibi malzemelerin kullanılmasıyla birlikte araçların ağırlıkları oldukça düşüyor ve bu da, performansa ve yakıt tüketimine olumlu bir şekilde etki ediyor. Ayrıca, her geçen gün daha da katılaşan egzoz gazı kuralları da, hafif konstrüksiyon alanında gelişim olmaksızın çok zor karşılanacaktır. Bu nedenle, modern araçlarda en küçük ayrıntısına kadar titiz çalışılmış malzeme karışımları bulunuyor ve her bir münferit parça, en düşük ağırlığa sahip olacak şekilde, en uygun özelliklerle tasarlanıyor. Ancak, özellikleri çok farklı olan malzemelerin birbirleriyle bağlanması çok büyük bir zorluk oluşturuyor.

Çelik-alüminyum bağlantılar sıklıkla kullanılıyor
Otomotiv alanındaki hafif konstrüksiyon alanında en sık kullanılan kombinasyonlar arasında çelik-alüminyum bağlantılar yer alıyor. Maliyetleri düşürmek için üreticiler, galvanizli çelik sacdan üretilmiş flanş noktalarını, alüminyum yapı parçalarıyla bağlamakta ve iskelet hattında geleneksel ve maliyeti düşük punta kaynak yöntemleriyle bir araya getirmektedir. Ancak iki malzemenin; termik genleşme, ısı iletimi ve korozyon mukâvemeti gibi çok farklı fiziksel ve kimyasal özeliklere sahip olduğu dikkate alınmalıdır. Bu durum, kaynaklı bağlantının kalitesini ve dayanımını olumsuz yönde etkiler. Aynı zamanda, bunun ardından uygulanan imalat proseslerinde biçimlendirmeler de oldukça sınırlanır. Bunun nedeni, çelik ve alüminyumun kaynaklanması sırasında, iki malzemenin temas ettikleri ve birbirlerine kaynadıkları yerde intermetalik faz oluşmasıdır. Katman kırılgandır, ayrıca çatlak ve gözenek oluşumuna eğilimlidir. Bu durum, bağlantının dayanıklılığını olumsuz yönde etkiler. Uluslararası otomotiv tedarikçisi Magna Steyr da söz konusu problemle yüzleşmiştir. Merkezi Avusturya Graz'da bulunan şirket, münferit bileşenleri ve aracın tümünü imal ediyor ve kaportalarında da aynı şekilde hafif konstrüksiyon kullanıyor. Firma, çelik-alüminyum kaynak parçalarının üretim maliyetlerini düşürmek için kaynak prosesini ayrıntılı bir şekilde araştırmış ve sıcaklığın dikiş kalitesinde önemli bir etkisinin olduğunu belirlemiştir.Isı girdisi, fazın kalınlığını belirlemektedir
Isı girdisi, kaynak yapılırken intermetalik fazın kalınlığını büyük oranda belirlemektedir. Mühendislerin yaptıkları testlerde, dayanıklı bir bağlantının sağlanması için bağlantının ideal şartlarda 10 mikrometreden daha fazla olmaması gerektiği belirlenmiştir. Bunun için uzmanların ısı akışını en iyi hale getirmesi gerekmektedir. Alüminyumun erime sıcaklığının üzerinde olması, çelik sac üzerine uygulanan çinko katmanın da buharlaşma sıcaklığının altında olması gerekmektedir. Ancak bu, çok sayıda ark yönteminde kullanılamamaktadır. Magna Steyr, konuyu çözüme kavuşturmak için Fronius tarafından geliştirilen soğuk kaynak prosesi olan Soğuk Metal Transferi’ni (CMT) tercih etmiştir.
CMT yöntemi, diğer MIG/MAG prosesleriyle karşılaştırıldığında ısı girdisini önemli oranda düşürüyor. Bunun sırrı ise; kısa devreleri otomatik olarak tespit eden ve teli geri çekerek damla transferini destekleyen dijital proses regülasyonudur. Kaynak sırasında tel ileri doğru hareket eder ve bir kısa devre meydana geldiğinde yeniden geri çekilir. Bu şekilde, ark yanma evresi çok kısa tutulur ve ısı girdisi düşürülür. Yöntem sayesinde, kaynak yapılacak parçanın enerji girdisinin kademesiz olarak uygun hale getirilmesi de mümkündür. Kullanıcı, çapaksız metal geçişi ve iyileştirilmiş kaynak sonuçlarından faydalanır. CMT bu şekilde, CO2 ve diğer koruyucu gazlarla çelik bağlantıların kaynatılması için ideal bir yöntem olarak öne çıkıyor. Yöntem, çelik ile alüminyumun kaynatılması için de çok uygundur; çünkü bu kaynaklarda çelik ana malzeme erimez, sadece bağlanır. Bu doğrultuda, otomotiv sanayiinde kullanmak üzere bünyesinde mükemmel şartları barındırır.

Mükemmel sonuçlar, olağanüstü proses
Magna Steyr, CMT kaynak prosesi ve kaynak telinin iyileştirilmesi sayesinde, çelik ve alüminyumun güvenli bir prosesle ve verimli bir şekilde kaynaklandığı bir teknoloji geliştirmiştir. Kaynak parametrelerinin kesin olarak belirlenmiş ayarı sayesinde, intermetalik fazın 10 mikrometreden daha ince tutulabilmesi mümkün hale getirildi. Bağlantının mekanik özellikleri ihtiyaç duyulan tüm gereksinimleri karşılıyor. CMT ayrıca, sadece tek taraflı kaynağın yeterli olmasını da sağlamıştır. Bu da, maliyetleri düşürürken, iş yükünü hafifletmiştir. Perçin delme gibi ayrıca uygulanan ve pahalı bağlantı proseslerinin artık kullanılmasına gerek kalmamış ve bu şekilde ekonomiklik sağlanmıştır.