Σχηματισμός φραγμού
Ο σχηματισμός φραγμού είναι η δημιουργία εύθραυστων διαμεταλλικών φάσεων (π.χ. Fe2Al5) απευθείας στη ζώνη ένωσης, όταν το αλουμίνιο και ο χάλυβας λιώνουν στιγμιαία κατά τη συγκόλληση. Αυτό το σκληρό, επιρρεπές σε ρωγμές στρώμα χωρίζει και τα δύο υλικά και σπάει αμέσως υπό φορτίο.
Φυσικοχημικός μηχανισμός δράσης
Στη διεπιφάνεια μεταξύ υγρού αλουμινίου και στερεού χάλυβα, άτομα σιδήρου και αλουμινίου διαχέονται μεταξύ τους. Κατά την ψύξη σχηματίζονται ψαθυρές διαμεταλλικές φάσεις όπως FeAl3 ή Fe2Al5. Αυτές οι φάσεις έχουν πολύ οργανωμένη κρυσταλλική δομή χωρίς επίπεδα ολίσθησης και φτάνουν σκληρότητες έως 1000 HV. Το πάχος της στρώσης αυξάνεται εκθετικά με την αύξηση της θερμοκρασίας και του χρόνου επαφής. Η γρήγορη ψύξη παγιδεύει μια λεπτή αλλά σκληρή στρώση.
Μεταλλουργική σημασία & κίνδυνοι στη συγκόλληση
Η ψαθυρή στρώση δεν έχει σχεδόν καθόλου παραμορφωσιμότητα. Υπό τις συστολικές τάσεις κατά την ψύξη, δημιουργούνται αμέσως ρωγμές κατά μήκος της στρώσης. Η ένωση αποτυγχάνει ακόμη και με μικρό φορτίο. Από πάχος στρώσης περίπου 10 µm, ολόκληρη η ραφή γίνεται άχρηστη. Η διαφορετική θερμική διαστολή αλουμινίου και χάλυβα δημιουργεί πρόσθετες τάσεις. Πόροι μπορούν να σχηματιστούν όταν οξείδια ή υγρασία παγιδεύονται στη ζώνη ένωσης.
Πρακτική στο συνεργείο & οδηγίες δράσης
Ο σχηματισμός φραγμού μπορεί μόνο να ελαχιστοποιηθεί, όχι να αποτραπεί εντελώς. Κράτα τον χρόνο επαφής της λιωμένης λίμνης κάτω από 0,5 δευτερόλεπτα. Περιόρισε την εισαγωγή θερμότητας με κοντό τόξο, υψηλή ταχύτητα συγκόλλησης και χαμηλό ρεύμα. Στόχος είναι πάχος διαμεταλλικής στρώσης κάτω από 5 µm. Χρησιμοποίησε ενδιάμεσα τεμάχια από εκρηκτικά επιστρωμένο αλουμίνιο-χάλυβα ή εφάρμοσε συγκόλληση τριβής ή συγκόλληση με δέσμη λέιζερ με ακριβή έλεγχο ενέργειας. Καθάρισε σχολαστικά τις επιφάνειες ένωσης και αφαίρεσε τα οξειδικά στρώματα. Απόφυγε την προθέρμανση του χάλυβα, καθώς η θερμότητα επιταχύνει τη διάχυση.