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!

Extrusie van aluminium

Extrusie van aluminium

Aluminium extrusie: thermomechanisch omvormen van aluminium

Aluminium extrusie is een plastisch vormgevingsproces waarin een voorverwarmd stuk aluminium, de billet, wordt omgevormd tot een langwerpig halffabrikaat met een constante dwarsdoorsnede, het profiel. De aluminium billet wordt daarbij door een plunjer met grote kracht door een één of meer matrijsopeningen geperst. De vorm van de opening in de matrijs bepaalt de profielvorm.

Extrusie is een veelzijdig proces waarmee een scala aan productvormen kan worden gerealiseerd. Met extrusie kunnen bijvoorbeeld kleine profielen met een typische afmetingen van enkele millimeters en een gewicht van enkele grammen per meter worden geproduceerd tot en met extreem grote en zware profielen met typische afmetingen van circa 1 meter en een gewicht van meer dan 100 kg/m. Profielen kunnen onderverdeeld worden in volprofielen en holle profielen. Bij volprofielen is de vorm vastgelegd door de buitencontour van het profiel. In holprofielen zijn er daarnaast één of meer holtes in de profieldoorsnde, een holle ruimte omsloten door aluminium. Veel van de aluminium kneedlegeringen kunnen door extrusie gevormd worden.

vol-hol-profiel

 

 

Legeringen

aluminium legeringenDe legeringen voor extrusie zijn onderverdeeld in niet-verouderbare legeringen en legeringen die na extrusie kunnen worden warmte behandeld, veelal met als doel een verhoging van de sterkte. De verschillende legeringen hebben specifieke toevoegingen om de eigenschappen van met materiaal te beïnvloeden. De verschillende hoofdlegeringsgroepen worden toegelicht in de online aluminium training. De legeringselementen hebben effect op de extrudeerbaarheid. Zo heeft bijvoorbeeld de toevoeging van magnesium een sterk negatief effect op het vloeigedrag. Er is dan een hogere perskracht nodig om het materiaal te vervormen. Ook zal de toevoeging van legeringselementen het materiaal eerder doen smelten als de temperatuur oploopt. In de tabel is de verwerkbaarheid van veel voorkomende extrusielegeringen weergegeven, gerangschikt op basis van de relatieve extrudeerbaarheid ten opzicht van de zeer veel toegepaste legering EN-AW 6060.

Proces

Aluminium extrusie is een thermomechanisch vormgevingsproces. Dat wil zeggen dat het omvormen van de billet gebeurt door vervorming van het materiaal bij verhoogde temperatuur. De verhoogde temperatuur is noodzakelijk om het aluminium in een zachte, kneedbare toestand te brengen, zodat het omvormen mogelijk wordt. Tijdens het extrusieproces warmt het materiaal verder op door vervormingsenergie en wrijving, waarbij de temperatuur kan oplopen tot 450-550°C en soms zelfs nog hoger. De maximum procestemperatuur wordt begrensd door het punt waar de eerste legeringsfasen in het aluminium beginnen te smelten.

limiet-diagram-extrusieAls deze temperatuur wordt benaderd dan gaat de oppervlaktekwaliteit van het profiel sterk achteruit door de vorming van extrusiestrepen en/of “pick-up” : dit zijn kleine deeltjes aluminium die op het oppervlak vastkleven. Boven deze temperatuur verliest het materiaal zijn sterkte en zal het profiel oppervlaktefouten gaan vertonen of zelfs gaan scheuren. Bij een te lage temperatuur is  het aluminium onvoldoende kneedbaar en is er onvoldoende perskracht om het materiaal door de matrijs te persen. Ook zal bij een te lage temperatuur het aluminium niet in de juiste “toestand” komen, waardoor na de warmtebehandeling niet de vereiste sterktewaarden zullen worden behaald. Het procesvenster is dus een samenspel van vervorming en temperatuur. Dit kan schematisch worden weergegeven in een “limietdiagram” zoals hierboven is weergeven. Het optimum bevindt zich bovenin het limietdiagram, waarbij de extrusieproductiviteit optimaal is, met behoud van goede producteigenschappen. Voor de verschillende legeringen, met hun specifieke verwerkingseigenschappen zoals hierboven beschreven, zal het limietdiagram verschillend zijn. Ook de matrijsuitvoering gerelateerd aan de profielvorm, heeft uitwerking op het diagram en dus op de optimale procesomstandigheden.

aluminium extrusieHiernaast is een voorbeeld getoond van de limietdiagrammen voor twee legeringen met verschillende verwerkingseigenschappen. Duidelijk is te zien dat een moeilijk verwerkbare legering een kleiner procesvenster heeft met een lagere optimale productiviteit. Een ander effect van het thermomechanisch omvormen is de uitwerking op de kristalstructuur van het aluminium. Afhankelijk van de legering zal het materiaal kunnen rekristalliseren, waarbij de door extrusie sterk vervormde metaalstructuur zich herstelt en er zich “nieuwe” kristallen zullen vormen. Als gevolg van de procesomstandigheden kan de grootte van deze nieuwe kristallen op verschillende plaatsen in het profiel verschillend zijn. Dit uit zich dan vooral na het (met name decoratief) anodiseren van profielen, waar de onderliggende kristalstructuur zich op het zichtvlak manifesteert als ongewenste langsstrepen. Door een goede combinatie van matrijsontwerp, legeringskeuze en procesomstandigheden kan het risico op het optreden van dit fenomeen worden voorkomen.

Nadat het profiel de extrusiepers verlaat wordt het materiaal afgekoeld. Afhankelijk van het type profiel en de legering wordt dit bewerkstelligd met geforceerde lucht of water. Dit laatste kan in de vorm van mist- of nevelkoeling, of voor zeer zware profielen, door middel van een staande golf in een waterbak waar het profiel doorheen wordt geleid. Door het koelen is het profiel sneller handelbaar. Het belangrijkste is echter dat de microstructuur wordt “ ingevroren” waardoor de sterkte van het profiel gunstig beïnvloed wordt. De navolgende warmtebehandeling, het verouderen maakt dit proces van versterken voor een veredelbare legering compleet. Deze procesroute is voor veel legeringen uit de 6000 en 7000-klasse toepasbaar (niet voor de 5000 reeks). Voor zwaathermische-route-t5-procesrdere profielen of specifieke legeringen (in bijv. de 2000 & 7000 reeks) kan het product onvoldoende snel worden
afgekoeld. In dat geval vindt er een tussenstap plaats, waarbij het profiel in een aparte oven nogmaals wordt opgewarmd tot een hoge temperatuur ca. 550°C en daarna wordt afgeschrikt in een vloeistofbad. Aansluitend kan het profiel dan worden verouderd: het gedurende enkele uren gloeien van het materiaal op een verhoogde temperatuur (typisch rond 200°C) waardoor de sterkte van het product aanzienlijk toeneemt.

Zoals je leest vereist het produceren van kwalitatief hoogwaardige profielen proceskennis. Tevens is een gedegen inzicht in de eigenschappen van de extrudeerbare aluminiumlegeringen benodigd.

Andrew den Bakker, Hartelijk dank voor het delen van je kennis!
Wil je dat Andrew contact met jou opneemt? mail Andrew direct.

Welke van de bovensmailto:info@lightalloytech.comtaande onderwerpen is voor jouw een ‘eye’ opener of wil je meer van weten? Laat het alsjeblieft weten in het commentaarveld hieronder. De eerste 3 krijgen een super aanbod voor de net nieuwe online training: aluminium legeringen meer info.

Ik zie je reactie tegemoet!
Wil je op de hoogte gehouden worden over Aluminium? schrijf je nu in en ontvang 1x per maand de update.

 

Legeringskeuze

Legeringskeuze

Wanneer kies je welke legering en wat moet je hierbij afwegen?

Voor het kiezen van de legering zijn veel afwegingen nodig. Sommigen gaan ‘automatisch’ en voor anderen betekent het dat er een compromis gesloten moet worden.

Hierbij een opsomming van de belangrijkste keuzes die je kan maken:
• Welke vorm heb je nodig
• Welk proces ga je toepassen
• Goede verspaning nodig
• Wat zijn de corrosie omstandigheden van de toepassing
• Wat is de gewenste visuele uitstraling? Wil je bijv. gaan anodiseren?
• Is sterkte essentieel en hoe los je dan de andere aspecten, zoals corrosiebestendigheid of visuele uitstraling op
• Wil je gaan lassen
• Etc.
Het is onmogelijk in dit artikel alles te behandelen, dan wordt het een veel te lang verhaal. We hebben ervoor gekozen de eerste drie aspecten hier te behandelen.

Vorm

Indien je van te voren weet of plaat of profiel je uitgangsvorm is, weet je al in welke range je legeringskeuze zal liggen. In geval van extrusie profielen zal je legeringskeuze bijvoorkeur in de 6000 reeks liggen. Als je veel fijne details in het profiel wil is de EN AW-6060 het meest gangbaar. Of de EN AW-6063 die net iets sterker is. Voor nog sterker de EN AW-6082 of soms zie je ook de EN AW-6005. zie ook Extrusie legeringen

Is (dunne)plaat het uitgangsmateriaal dan is de keus veelal de EN AW-1050 of een 5000 kwaliteit. Ook de 3000 vind je veel als plaat, maar vaak gelakt, en voor speciale toepassingen waar vervormbaarheid van belang is, zoals dakgoten.
De EN AW-1050 wordt vaak ingezet als sterkte niet zo van belang is. Deze zuivere kwaliteit is goed beschikbaar en heeft een heldere uitstraling. Vervormbaarheid en corrosiebestendigheid is erg goed.

legerinskeuze

Is sterkte van belang, zoals in jachtbouw, dan zie je vaak de EN AW-5083 die ook nog eens goed lasbaar is of de EN AW-5754. Een EN AW-5005 kom je vaak in bouw toepassingen tegen en afhankelijk van de oppervlaktebehandeling wordt de gewone EN AW-5005 ingezet, ook wel betiteld als moffelkwaliteit of de EN AW-5005 J57S/HX55 de speciale anodiseerkwaliteiten.

Tranenplaat is veelal de EN AW-5754 legering.

Processen

Is gieten het vormgevingsproces dan zie je veel de 4000 legeringen. De legeringen met een hoog siliciumgehalte zijn goed vloeibaar vorm te geven. Voor de gietlegeringen geldt dat dit een vijf cijverige code is. Iedere gieterij heeft zijn voorkeurslegering. Een gangbare kwaliteit is de EN AC-42000 (A356) of de EN AC-44300 (VAR 230). zie ook aluminium gietlegeringen

Zijn er kneedlegeringen die ingezet worden voor een proces dan ligt het aan de bewerking welke eigenschap essentieel is.
Heb je plaat als uitgangsproduct en heb je grote vervormbaarheid (taai materiaal) nodig in combinatie met sterkte pak dan bijvoorbeeld een EN AW-5083 in zachte toestand (O).

trekkrommes

Let wel op dat je de eigenschappen die je nodig hebt goed benoemd. Een stijf materiaal is niet per definitie sterk.
Kijk maar eens naar de varieteit in aluminium legeringen rechts.

 

Ga je processen zoals smeden inzetten dan wordt vaak de EN AW-6082 toegepast. Voor slagextrusie is ook een 1000 legering gangbaar. Afhankelijk van aantallen, zoals blikjes (een EN AW-3004 kwaliteit), is de samenstelling geoptimaliseerd voor de toepassing.

Verspaning

Voor de verspaning zijn er verschillende kwaliteiten beschikbaar. Voor staf materiaal veelal de legeringen met hoofdlegeringselement koper zoals de EN AW-2007/2011/2024 of specifieke 6000 kwaliteiten (EN AW-6026). Voor dikke plaat zijn EN AW-5083, 6082, 7075 het meest gebruikelijk.
Voor verspaning geldt, dat onder andere de hardheid van het materiaal zorgt dat het aluminium goed verspaand, ook toevoegingen zoals lood (in zeer beperkte mate) of bismut dragen bij aan de verspaanbaarheid, doordat zij fungeren als spaanbreker.

Zie je door het bomen het bos niet meer en heb je hulp nodig bij de selectie van de legering zet je vraag hieronder in het commentaarveld.
Graag helpen we je verder. Ook aanvullingen zijn altijd welkom.
Wil je op de hoogte gehouden worden van de Blogs van Aluminium Metal Knowledge schrijf je nu in.

Aluminium Extrusie legeringen (reden 4 vervormbaar)

Aluminium Extrusie legeringen (reden 4 vervormbaar)

Als je aluminium profiel koopt welke legering krijg je dan en waarom. Welke keuze heb je of welke wordt er voor je gemaakt?

Vrijwel alle profielen die je laat maken of standaard via de handel koopt zijn van een tweetal legeringen, de EN AW-6060 en de EN AW-6063, in toestand T6.
De EN AW-6060 & 6063 zijn kwaliteiten die goed te persen zijn en de standaard in de extrusie wereld. Alles is geoptimaliseerd voor deze legeringen om zo efficiënt mogelijk profielen te kunnen fabriceren. Tussen beide legeringen zitten verschillen ten aanzien van samenstelling en mechanische eigenschappen, maar dit is gering. Veelal zijn deze kwaliteiten ook toereikend voor de beoogde toepassingen. De EN AW-6061 is ook een legering die vaak voorkomt maar al beduidend minder. Deze legering wordt in de V.S. veel toegepast en is daar net zo populair als “onze 6060”.
Er zijn zoals je in het overzicht ziet meer aluminium legeringen die in profiel geleverd kunnen worden.
Vanwege de verpersbaarheid en het feit dat de EN AW-6060 & 6063 voor heel veel toepassingen toereikend zijn, zijn het merendeel van de profielen van deze kwaliteiten.

aluminium extrusie legeringen

Wanneer worden andere legeringen ingezet, en wat zijn daarbij consequenties?

Als voorbeeld de EN AW-5083. Op het moment dat aluminium in jachten wordt toegepast zie je vaak deze kwaliteit als plaat. De zeer goede corrosiebestendige eigenschappen en benodigde mechanische waarden is hier debet aan, zie ook “aluminium op zee”. Vaak wordt er in deze toepassing ook gelast. In dit geval is het een voordeel als er gewerkt kan worden met profiel en plaat van dezelfde samenstelling. De 5083 is echter veel lastiger te extruderen en de meeste extrusie bedrijven zijn hier ook niet op ingericht. Met de 5083 kun je ook niet dezelfde dunwandige precisie profielen verwachten omdat dit simpel weg niet realiseerbaar is.

Een andere kwaliteit, een legering uit de 7000-reeks, heeft als voordeel dat de mechanische eigenschappen beduidend hoger liggen als een legering uit de 6000 reeks. Ook hier geldt dat deze lastig te verpersen zijn en maar een enkel bedrijf dit doet. Bovendien vereist een legering uit deze reeks specifieke kennis en vaardigheden van de toepasser, anders is de kans op problemen aanwezig.
De 6082 is hier vaak een goed alternatief voor, aangezien deze redelijk goed persbaar is en de mechanische eigenschappen al een stuk hoger liggen als de 6060 en 6063 kwaliteit.
Kort samengevat: Vrijwel alles is mogelijk maar het heeft een prijs en die moet opwegen tegen de verkregen voordelen.

overlap samenstelling extrusie legeringen

BRON: http://www.aluminiumdesign.net/design-support/aluminium-alloys-alloys-for-extrusion/

p.s. de 6005 kwaliteit is een legering die veelal in automotive-achtige toepassingen wordt ingezet o.a. vanwege zijn mechanische eigenschappen in combinatie met de mogelijkheid van betere vervormbaarheid, zoals de potentie ten aanzien van schokabsorptie.