Alüminyum alaşımları düşük yoğunluk, iyi korozyon direnci ve yüksek elektriksel ve termal iletkenlik gibi mükemmel özelliklere sahiptir. Çeliğin yerine alüminyum alaşımlarının kullanılması, kaynaklı yapıların ağırlığını büyük ölçüde azaltabilir. Öte yandan çelik, iyi kaynaklanabilirliğe ve mekanik özelliklere sahiptir, bu nedenle alüminyum-çelik kaynaklı yapılar, otomotiv ve gemi yapımı gibi endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Alüminyumun erime noktası 660 derece olup çelikten 700-900 derece daha düşüktür. Kaynak sırasında, çelik hala katı iken, önce düşük sıcaklıkta eriyen alüminyum erir. Alüminyum ve çelik arasındaki yoğunluk farkı nedeniyle, erimiş havuzdaki alüminyum çeliğin üzerinde yüzmeye eğilimlidir ve bu da soğuduktan sonra eşit olmayan kaynak bileşimine neden olabilir. Alüminyum ve çelik arasındaki doğrusal genleşme katsayılarındaki büyük fark aynı zamanda kaynak bağlantı yerinde yüksek artık gerilime neden olur ve bu da kaynak çatlaklarına neden olabilir.
Güvenilir bir alüminyum-çelik bağlantısı elde etmek için, oksit tabakasının alüminyum ve alüminyum alaşımlı yüzeyler üzerindeki bariyer etkisinin üstesinden gelmek ve alüminyum-çelik arayüzünde kırılgan intermetalik bileşiklerin oluşumunu önlemek veya azaltmak gerekir. Mevcut kaynak yöntemleri şunlardır:
1. Basınçlı Kaynak
Basınçlı kaynak, kaynağı tamamlamak için kaynak işlemi sırasında iş parçalarına (ısıtmalı veya ısıtmasız) basınç uygulanan bir kaynak yöntemidir. Alüminyum ve çeliğin kaynağında yaygın olarak kullanılan yöntemler arasında patlayıcı kaynak, manyetik darbe kaynağı, sürtünme karıştırma kaynağı ve difüzyon kaynağı bulunur.
2. Füzyon Lehimleme
Alüminyum-benzersiz malzemelerin füzyonla sert lehimlenmesi, hem ergitme kaynağının hem de sert lehimin özelliklerini birleştirir. Kaynak işlemi sırasında alüminyum alaşımı ve dolgu metali erir ve katılaştıktan sonra ergitme kaynağını oluşturmak üzere birbirine bağlanır; bu arada çelik erimez ve erimiş dolgu metali kılcal etki yoluyla katı çelik parçalar arasındaki boşluğun içine çekilir ve bunları doldurur. Sıvı dolgu maddesi ve çelik birbirine yayılır ve çözülür ve katılaştıktan sonra güçlü bir lehimli bağlantı oluşturarak alüminyum alaşımı ve çeliğe benzemeyen metallerin bağlantısını sağlar.
3. Lehimleme
Alüminyum-çelik benzeri olmayan malzemelerin sert lehimlenmesi, dolgu metalinin bağlantı boşluğuna yerleştirilmesini, eriyene kadar ısıtılmasını ve baz metallerin erimemesini içerir. Sıvı dolgu metali daha sonra katı iş parçalarının boşluğuna sızar ve soğuyup katılaştıktan sonra güçlü bir bağlantı oluşturur.
Alüminyum-benzersiz malzemeler için üç kaynak yöntemi arasında pres kaynağı ve sert lehimleme, alüminyum-çelik birleştirmeyi başarabilir, ancak bunların iş parçalarının boyutu ve şekli ile ilgili belirli sınırlamaları vardır ve üretim verimliliği düşüktür. Füzyon lehimleme, dolgu metali aracılığıyla alüminyum ve çelik arasındaki kırılgan intermetalik bileşikleri kontrol edebilir. Özellikle lazer tel beslemeli füzyon lehimleme, düşük ısı girdisi, yüksek kaynak hızı ve otomasyon kolaylığı sunarak, geniş uygulama olanaklarıyla yüksek-kaliteli ve verimli lehimli bağlantılara olanak tanır.
