Welding and HAZ

Welding and HAZ

What is the length of the Heat affected zone, HAZ?

.

Engineers would like to have rules of thump.

So if we make a welding connection between tubes in the range of 50mm what would the size of the HAZ be? Although I would love to make the world of the engineers a bit easier this question cannot be addressed by a quick answer.

Due to the heat impact the material properties are negatively influenced. The higher the heat input is the more the mechanical properties of the alloys are influenced, for aluminium in the 5000 as well as in the 6000 series. For a tube in the 6000 alloy’s series this means that the mechanical values of a tube in T6 quality are approximately degraded to the T4 value at best (after a recovery period of ~3 months).

How come we can not give a straight answer to the question what length of the area is influenced?

The length of the HAZ is influenced by the heat input of the welding process. So the process type but also all the parameters of the welding process. (current, arc voltage, travel speed, etc.)

.

Two tips for the best result:

1. For MIG welding high current, high travel speed. (snoerend lassen NL)
2. For multilayer welds the interpass temperature of 50° C should be respected, independent of material thickness.

With these tips heat input is relatively low, full penetration in the weld is received, lack of fusion prevented and mechanical strength optimal as possible.

.

You can compare it with preparation of the famous Dutch kroket (Croquette). Welding aluminium is optimal if the heat input is balanced in the right way, for a kroket; shortly hot fried, delivering a nice brown crispy crust is and the meat inside warm but still relatively cold.

.

kroket vs lassen

.

Welding an aluminium tube to a casted bracket the bond-design is somewhat “secured”. If the heat input was too high the weld pool will sag through the weld, if the heat input is too low there is not enough fusion in the weld. Both ways the weld is disqualified.

For specific applications the HAZ can be determined, but if welder or weld supplier or any other parameter changes you better redo your qualification. To determine the quality of the weld best is to do a pre-production welding test and submit it to mechanical testing. To measure the HAZ you can ask a testcenter to investigate the microstructural material changes. If your process is stable you have some information about the length of the HAZ for FEM calculations.

For welding best rule of thump is place the joint at the area with the lowest strains as possible.

.

Are you an engineer and do you need to know more about a weld design for your application? Please type your question in the comment box below. If you are qualified I am willing to discuss your training needs or the design support you are looking for.

Other valuable input for engineers is also welcome and will be appreciated.

Aluminium greetings

Ellen. Many thanks for your input Kees Veeken!

Waarom van aluminium?

Waarom van aluminium?

Waarom is een fiets van aluminium?

We willen een licht product, we willen een robuust product, we willen een mooi product, we willen design, functionaliteit, en elektrisch aangedreven…

We willen steeds meer features op een fiets of een auto en toch moet hij lichter rijden, makkelijker fietsen, sneller accelereren, wendbaarder worden, mooier zijn dan alle anderen en zo min mogelijk kosten tenzij…. Hij zich echt onderscheidt… lichter, sneller, optimaler en goedkoper. Maar hoe dan?

Op dit moment zijn heel veel fietsen van aluminium, ook carbon en stalen fietsen hebben een deel van de markt maar 60% zo niet 70% is aluminium.

Waarom van aluminium? Prijs, vormgeving en aluminium heeft nu eenmaal een hoge specifieke sterkte. Dat wil zeggen sterkte ten opzicht van zijn gewicht. De EN AW-6082 T6 legering, veel gebruikt in de fietsindustrie heeft een treksterkte van 290 Mpa (σ0,2 van 250 Mpa) terwijl de dichtheid 2,7 kg/cm³ is. Standaard frame weegt dus iets van 5-7 kg. Dichtheid van staal is ca 7,8 kg/cm³, drie keer zo zwaar.

Is een aluminium fiets dan 3x zo licht? Nee helaas niet. Waarom niet? Omdat aluminium een stuk flexibeler, lees elastischer is. Deze materiaaleigenschap is de E-modules. Van aluminium is die 70.000N/mm². Drie keer zo slap dan van staal (210.000 N/mm²). Daar wordt in het ontwerp goed rekening mee gehouden en levert bijzondere fraaie framevormen op die je met andere materialen, zeker prijstechnisch, niet voor elkaar krijgt.

Materiaal eigenschappen aluminium

Dichtheid            2,7 kg/cm³

E-modules          70.000N/mm²

Smeltpunt           660°C

Uitzettingscoëff.  23 x 10¯6 / K

Het feit dat het aluminium niet weg roest en zelfs met weinig of geen lak er mooi uit ziet is dan nog een extra voordeel. Je zult je nu afvragen is het aluminium frame dan wel lichter…? Ja, als je een constructie met aluminium goed uitvoert kun je zo’n 40 % lichter construeren. Maak wel optimaal gebruik van de eigenschappen van het materiaal aluminium door een goede functieintegratie te kiezen.

Wil jij weten waar je aan moet denken voor een goed aluminium ontwerp?

Je krijgt van mij de aluminium checklist. Hiermee kun je controleren of je aan alles gedacht hebt om je aluminium product optimaal vorm te geven. Hoe ontvang je die?

Door hieronder in het commentaar veld de vraag te beantwoorden: waar loop jij tegenaan bij aluminium productontwerp?

Iedere reactie ontvangt van mij een mail met de aluminium checklist. Ik wens je veel plezier met je aluminium ontwerp.

Aluminium groet
Ellen

Aluminium kennis cadeau

Aluminium kennis cadeau

 

Gedurende dit jaar heb ik vanuit allerlei hoeken vragen gekregen over de toepassingen van aluminium, problemen die hierbij ondervonden worden en keuzes die hierin gemaakt (moeten) worden. Daarom in mijn laatste blog van dit jaar een aantal veel voorkomende vragen en tips waar de antwoorden op aluminium kennis vragen te vinden zijn. Vergeet ook niet om jouw reactie achter te laten, voor een leuk eindejaarscadeau.

 

Bij problemen krijg ik regelmatig vragen over de materiaalkwaliteit. Soms omdat de leverancier, in overleg, een andere legering heeft ingezet, die beter te verwerken is. De vragen die ik liever zie zijn die in het engineeringstraject. Als men, voor bijvoorbeeld een snelle kostenindicatie, tot de ontdekking komt dat de kwaliteit die zij in gedachten hebben niet beschikbaar is in die vorm.

 

Er moet een keuze gemaakt worden op basis van de eigenschappen, hierbij is materiaalkennis essentieel. Je kunt je beroepen op een leverancier. Deze heeft vaak een bepaald proces in huis, waar een specifieke legering geëigend voor is. Ga je later voor de grote aantallen een ander proces inzetten dan gebeurt het regelmatig dat er een andere legering wordt ingezet en wat betekent dat voor je FEM analyse? Het gebeurt vaak dat men dit pas tegenkomt bij de testfase.

 

Zijn er stappen in het proces waarbij de temperatuur omhoog gaat en wat zijn de consequenties voor de eigenschappen?
Of tijdens gebruik is er sprake van vermoeiing en de gevalideerde producten halen veel betere waarden dan de serieproductie onderdelen.

 

Ondanks dat voor veel engineers de uitdaging ligt in het ontwerpen en niet in de materiaal specificatie is het hier waar veel problemen ontstaan.

 

Bij een gedegen engineeringsproces zijn specifieke materiaalgegevens nodig, voor berekeningen en simulatie. Waar vind je die? Welke informatie is betrouwbaar?

 

In allerlei databases, websites en leveranciersinformatie staan tegenstrijdige getallen en uiteenzettingen. Heel veel van de informatie hangt ook af van de toepassing, fabricagemethode en/of (test)omstandigheden. Betrouwbare goed beschreven bronnen die de informatie leveren waar jij behoefte aan hebt zijn dus veel waard. Als aluminium niet je core business is, is het lastig om daar je weg in te vinden.

 

Ben je benieuwd naar de boeken die ik zelf regelmatig gebruik?

Als cadeau voor jou heb ik mijn bronnen voor je op een rij gezet. Mocht je je vervelen in de kerstperiode kun je je altijd in deze vakinhoudelijke informatie gaan vastbijten.

aluminium handboek

1. Aluminium Material Data Sheets – Aluminium-Werkstoff-Datenblätter
2. ASM Speciality Handbook: Aluminium and Aluminium Alloys
3. Aluminium-Schlüssel – Key to Aluminium Alloys
4. Aluminium Handbook – Aluminium Taschenbuch
5. NEN bundel 21 (helaas niet meer nieuw te verkrijgen, normen zijn nu alleen los verkrijgbaar)
6. Welke bron zou jij hier neerzetten? Wat raadpleeg jij?

 

 

Er is een alternatief voor het boek -Material Data Sheets- en gelijk ook voor de NEN Bundel. De Alu-Key database. Heel -to the point- vind je dezelfde data, uitgebreider en makkelijk toegankelijk. Snel bij de waarde/informatie die jij nodig hebt, je kan er alleen niet zo in bladeren als in een boek.

 

Ben je benieuwd en wil je de aluminium database wel eens zien? Ik heb goed nieuws.

Geef hieronder in het commentaar veld antwoord op de vraag: Welke bron zou jij aan deze lijst toevoegen? Welke gebruik jij?

Vermeld jouw bron en ik geef jou een gratis testlogin op Alu-Key voor 1 maand.

 

Reageer snel want voor de feestdagen is dit aanbod weer voorbij.

Aluminium groet,

Ellen

Checklist voor aluminium productontwerp

Checklist voor aluminium productontwerp

Je hebt een product ontworpen van aluminium.  Controleer jij of je de juiste aluminium keuzes gemaakt hebt? Hieronder speciaal voor jou de aluminium checklist:

Heb je alle functies die je in het onderdeel kunt meenemen opgenomen?

  • Materiaal op de uiterste vezelafstand gelegd?
  • Positioneer nokjes opgenomen?
  • Oplegvlak meegenomen?
  • Centreerlijnen?
  • Voorbereiding verbinding/ klikverbinding mee geëngineerd?
  • Laskantvoorbereiding (schuine kant)/ lasbad ondersteuning opgenomen
  • Montage oriëntatie ingebouwd?

Heb je de juiste aluminium materiaalaanduiding gehanteerd?

  • Kneedlegering EN AW- XXXX XX (voorbeeld EN AW-6082 T6 of EN AW-5083 H111)
  • Gietlegering EN AC-XXXXX (voorbeeld zandgieten EN AC-43000 T6, hogedruk EN AC-46200)
  • Is de gewenste toestand gespecificeerd?

Is de gekozen legering de meest voor de hand liggende?

  • Gangbaar?
  • Passend bij de gewenste hoeveelheid?
  • Goedkoopste voor het beoogde doel?
  • Passend bij de vorm/ het vervaardigingsproces?

Design voor corrosie

  • Niet in contact met andere metalen?
  • Geen spleten?
  • Afloop van water mogelijk?
  • Uitspoelbaar?
  • Oppervlaktebehandeling opgenomen?
  • Bij toepassing in de grond bescherming voorzien?
  • Bescherming aangebracht voor omgeving met pH hoog/laag

Wordt er gelast?

  • Is voor het lassen de juiste informatie op de TPD gezet?
  • Is de legering lasbaar?
  • Start-stop positie op positie met de minste belasting?
  • Lasdraad afgestemd op legeringen en omstandigheden?
  • Materiaalsoorten gelijksoortig?
  • Warmte beïnvloede zone op spanningsarme locatie?

Is het product recycle optimaal?

  • Gelijke legeringen gebruikt?
  • Voorkeur voor laagst gelegeerde soorten, bij voorkeur met minste zink en koper
  • Is de coating echt nodig?
  • Losneembaar / demontabel gemaakt?
  • Recycling systeem terugname materiaal mogelijk?

Is de aluminium kwaliteit geschikt voor de gewenste visuele uitstraling?

  • Anodiseerbaar?
  • Lakbaar?
  • Specifieke eigenschappen ingebouwd (zoals slijtage bestendig)?
  • Onbehandeld gewenste uitstraling?

Wordt er verspaand?

  • Is er een goed verspaanbare legering ingezet?
  • Wordt er veel verspaand? / Bestaat er gevaar voor kromtrekken van het product?

Kan ik er een modulair product van maken? 

  • In andere soortgelijke producten ook toe te passen?
  • Meer producten uit een basisvorm mogelijk?

Wordt het product dynamisch belast?

  • Zijn de radii zo groot mogelijk?
  • Is er een geschikte, sterke en taaie, legering ingezet?
  • Worden spanningsconcentraties vermeden? Geen scherpe overgangen, Van dik naar dun geleidelijk, lassen op de juiste locatie?
  • Worden de optimale materiaal condities voor deze toepassing ingezet?

 

Voorkom problemen en maak optimaal gebruik van aluminium. Gebruik de checklist en geef antwoord op de vraag: Welke van deze checks is voor jou het meest waardevol? Laat weten welke verbeteringen het in je ontwerp heeft opgeleverd. Mocht je aanvullingen hebben? Geef ze door.  Ben je tevreden? Deel de checklist met anderen die er belang bij hebben. Laat je mening hieronder in het commentaarveld achter en als beloning zal ik je op de hoogte houden van de nieuwste versie checklist of laat je gegevens hier achter.

Eigenschappen en gegevens van aluminium

Eigenschappen en gegevens van aluminium

Ken je dat? Je bent ontwerper en je hebt een vraag over eigenschappen van verschillende materialen, bijvoorbeeld aluminium legeringen. Je wilt iets weten over sterkte, maar de corrosiebestendigheid is voor je toepassing ook van groot belang. Of je wilt iets over de vermoeiingssterkte weten.

Vragen die ik krijg zijn divers en vaak ook specifiek, de benodigde informatie kan men meestal zelf niet vinden.
Als je het zelf niet vindt kun je kennis vergaren door middel van opleidingen of je kunt het specialisten vragen.

Hier een paar voorbeelden van het soort vragen:

Voor veel van dit soort vragen is het lastig betrouwbare informatie te vinden. Het internet staat vol met gegevens echter hetgeen je nodig hebt vind je vaak niet, of het is lastig te beoordelen of dat specifieke stukje informatie bruikbaar is in jouw situatie. Vaak is de informatie ook “fabrikant specifiek” of moet je zoeken tussen allerlei normen om stukjes informatie bijeen te verzamelen.
Zelf gebruik ik verschillende bronnen.

alu-key-products

  • In eerste instantie is er de aluminium database Alu-Key. Hier staat heel veel informatie binnen handbereik en je kunt de verschillende legeringen goed vergelijken.
  • Als tweede het boek Aluminium Datenblätter of Aluminium Materials sheets, dit kost al meer zoekwerk maar je hebt alles van 1 legering op een paar bladzijden.
  • Als derde de aluminium normen van de NEN. (meest gebruikte: EN 485, EN 755, EN 515, EN 573)
  • Als vierde het Aluminium handbook, fundamentals and Materials.

Ben jij ontwerper en wil je ook makkelijk je aluminium gegevens opzoeken? Je krijgt voor 2 weken een testlogin in de Alu-Key database helemaal gratis!!  Het enige dat je hiervoor hoeft te doen is antwoord geven op de volgende vraag in het commentaarveld hieronder:

Welk hulpmiddel ga jij komend jaar inzetten om sneller en efficiënter je product te ontwerpen?

Zodra jouw comment is geplaatst, ontvang je de link naar de pagina waar je jouw gratis 2 weken toegang tot de aluminium database kunt claimen. Je krijgt bericht zodra de Alu-Key database beschikbaar voor je is.
Wees er snel bij want zodra het aantal testaccounts is vergeven is je kans verkeken.

Lassen van aluminium

Lassen van aluminium

Lassen van aluminium


Aluminium is een metaal dat door middel van lassen goed te verbinden is. Het vergt echter specifieke kennis en vaardigheden. Als we praten over problemen bij het lassen van aluminium hebben we het al snel over poreusheid van de las. Er zijn natuurlijk meerdere mogelijke problemen waar men bij het lassen van aluminium tegenaan kan lopen, poreusheid is de nummer 1.

Waarom poreusheid problemen geeft, is in eerste instantie natuurlijk de betrouwbaarheid, lees sterkte, van de las. Een poreuze las betekent afkeur. Dat kan door de kwaliteitsbeoordelaar als afkeur worden bestempeld of doordat de gewenste sterkte van de las niet gehaald kan worden. Ook bestaat de kans dat de las op visuele aspecten door een klant wordt afgekeurd, of dat er een extra plamuurlaag na het slijpen van de las nodig is om de coatinglaag er strak en netjes op te kunnen zetten.

Kortom poreusheid kost geld.

Wat kun je doen om poreusheid van de aluminiumlas te voorkomen?

Vloeibaar aluminium heeft sterk de neiging om waterstof op te nemen. In vast aluminium is waterstof nauwelijks in opgeloste vorm mogelijk, na stolling zorgt het waterstof voor poreusheid in de las. Om aluminium betrouwbaar te lassen en poreusheid te voorkomen moeten de juiste omstandigheden gecreëerd worden.

Graag deel ik hiervoor de 5 tips:
1.         Las in lage luchtvochtigheid
2.         Werk met een schoon oppervlak
3.         Zorg voor voldoende schermgas en stabiliteit van de gasboog/flow
4.         Werk met ‘schoon’ lasdraad
5.         Spoel slangenpakket voor aanvang van het lassen door

poreus aluminium

Chocolade poreusheid                                                                  Extreme poreusheid in aluminiumas

Las in lage luchtvochtigheid

De luchtvochtigheid van de omgeving is in grote mate bepalend voor de poreusheid van de las. Las bij voorkeur in omstandigheden met een luchtvochtigheid van 40% of lager. Bij een luchtvochtigheid van 60% of hoger zal je  poreusheid in de las tegen komen, ook als je alle andere zaken in orde hebt.

Werk met een schoon oppervlak

Voor het lassen is het aan te raden de oxides te verwijderen van het te lassen oppervlak. Ook vetten en andere verontreinigingen leveren afbreuk aan de kwaliteit van de las op. Afhankelijk van de vorm van het product, de legering en de aantallen zijn er processen in te richten die het werkstuk van een schoon oppervlak voorzien. Een veel gebruikte aanpak is ontvetten en schuren/slijpen.
Na deze behandeling, geen dag laten liggen! maar zo snel mogelijk het werkstuk lassen. Uiterlijk binnen 8 uur. Daarna is de oxide huid weer aangegroeid en een hoop werk voor niets gedaan.

Zorg voor voldoende schermgas en stabiliteit van de gasboog/flow

Gaat de deur open van, bijvoorbeeld, de loods waar gewerkt wordt, heeft dit consequenties voor de stabiliteit van de lasboog. De gasstroom wordt verstoord. Dit betekent dat het lasbad niet volledig wordt afgeschermd door het inerte gas en vocht uit de omgeving in aanraking komt met het vloeibare aluminium. Hierdoor zal opname van waterstof in de lasnaad plaatsvinden.

Werk met ‘schoon’ lasdraad

aluminium lassenLasdraad wordt netjes verpakt en geconditioneerd aangeleverd. Hier wordt moeite gedaan om zo min mogelijk oxides op de lasdraad te realiseren. Dit betekent dat eind van de dag, en zeker, voor het weekend, het lasdraad opgebruikt moet worden of netjes in geconditioneerde omstandigheden terug moet worden opgeslagen. Oxides kunnen namelijk ook verantwoordelijk zijn voor waterstofopname in de las.

Oxides van aluminium zijn bijna net zo zwaar als ijzeroxides. Echter het soortelijk gewicht van aluminium zelf is 3x minder dan van staal. Bij staal blijft de oxide drijven op de smelt, bij aluminium kunnen de oxides als je niet goed op past in de smelt zakken. Boven het hoofd lassen heeft dit nadeel niet, echter dit is een lastige laspositie.

Spoel slangenpakket voor aanvang van het lassen door

Last but not least, spoel het slangenpakket voor het lassen van aluminium door. In het slangenpakket wordt draad en het gasmengsel toegevoerd naar de toorts. Wanneer het lasapparaat een tijdje heeft stilgestaan is het gas verdwenen en is de omgevingslucht aanwezig. Voor het lassen eerst doorspoelen zodat deze gevuld is met het gewenste gasmengsel en dan pas beginnen met lassen, om een goede afscherming van het lasbad te kunnen garanderen.

Poreusheid is altijd in geringe mate aanwezig

Ook als je alle bovenstaande voorzieningen hebt getroffen is het niet geheel uit te sluiten. Er zit altijd wel een belletje in omdat ook in 40% luchtvochtigheid nog altijd waterstof beschikbaar is. De lasnormen accepteren waterstof in de aluminiumlas, meer dan in staal, omdat bekend is dat het onvermijdelijk is. Bij een goede las is het echter minimaal.

las poreusheid

Heb jij vragen over het lassen van aluminium? of zou je als ontwerper meer kennis over het lassen willen krijgen? Heb je interesse in een lascursus voor ontwerpers?
Vul dan deze vragenlijst in, dan ontvang je van mij een hand-out met de verschillende aluminium lasprocessen op een rij. Natuurlijk kun je hieronder ook je reactie geven.

Ben jij engineer en heb je een vraag over aluminium lassen van jullie product neem contact op.