X
تبلیغات
Metallurgical and Materials Engineering - الیاژهای غیر آهنی (الومینیوم - قسمت آخر)

Metallurgical and Materials Engineering

وبلاگ حجت الله زیاری

.


سيستم هاي راهگاهي در آلياژ هاي آلومينيم

 . 1- حوضچه بارريز
2- راهگاه بارريز
3- حوضچه پاي راهگاه بارريز
4- كانال اصلي
5- كانال هاي فرعي
حوضچه بارريز
: .........................................................................................................
حوضچه هاي بارريز در آلياژ هاي آلومينيم معمولا به شكل مكعب مستطيل مي باشند كه مانعي در داخل آن تعبيه مي شود كه اين مانع از ورود ناخالصي ها به داخل راهگاه بارريز جلوگيري مي كند كه اين امر باعث مي شود فرآيند فيلترينگ در هنگام مذاب ريزي انجام شود و مذاب به صورت تصفيه شده وارد راهگاه بارريز شود
راهگاه بارريز
: ............................................................................................................
راهگاه بارريز در آلياژ هاي آلومينيم معمولا به شكل مخروطي تهيه مي شوند تا مانع ورود هوا به داخل قطعه شوند شيب راهگاه هاي بارريز معمولا دو درصد بوده و نسبت سطح مقطع بالا به پايين 2 به 1 و در بعضي موارد 3 به 1 در نظر گرفته مي شود
حوضچه پاي راهگاه بارريز
: ..........................................................................................
قطر اين حوضچه معمولا 1.2 تا 1.3 قطر راهگاه اصلي مي باشد حوضچه پاي راهگاه باعث مي شود فشار مذاب ورودي از راهگاه باريز كاهش يافته و مذاب با سرعت كمتري وارد كانال ها و راهگاه اصلي شوند و عمق اين حوضچه 1.5 تا 2 برابر ارتفاع كانال هاي اصلي مي باشد
.
كانال يا راهگاه اصلي
: ............................................................................................
معمولا اين راهگاه ها را طويل تر در نظر مي گيرند تا مذاب از قسمت هاي مختلف وارد قطعه شود كه اين امر به علت خاصيت هدايت حرارتي بالاي مذاب مي باشد و همچنين باعث جلوگيري از انجماد زود رس مذاب مي شود و نيز باعث جلوگيري از تمركز حرارتي مذاب آلومينيم مي شود اين نكته قابل توجه است كه ايجاد تمركز حرارتي در يك نقطه باعث ايجاد حفرات و مك هاي گازي در قطعه مي شود
.
شكل راهگاه اصلي معمولا به شكل نيم استوانه بوده اما از اشكال ذوزنقه اي نيز استفاده مي شود بايد توجه داشت كه سطح مقطع هر راهگاه اصلي بعد از هر راهگاه فرعي كاهش پيدا مي كند كه اين امر به علت آن انجام مي شود كه دبي جريان مذاب در تمام قسمت هاي سيستم راهگاهي يكسان باشد و به شكل يكنواخت مذاب وارد راهگاه هاي فرعي شود همچنين راهگاه اصلي را در درجه بالا و راهگاه فرعي را در درجه پايين ايجاد نمايند
.
محاسبات ابعاد سيستم راهگاهي
: ....................................................................................
Q:
سرعت مذاب بر حسب
V: سرعت پر شدن قالب
A: سطح مقطع كانال
r: سرعت حركت سيال
:ضريب استحكاك
H: ارتفاع موثر
g: جاذبه زمين
h: ارتفاع راهگاه بارريز
p: ارتفاع كل قطعه
c : ارتفاع قطعه در درجه بالايي
K: ضريب تخليه
AS:نسبت كل سطح مقطع راهگاه هاي اصلي
AG نسبت كل سطح مقطع راهگاههاي فرعي
در سيستم هاي راهگاهي در قالب هاي فلزي و ريژه معمولا سعي مي شود از كف قالب گذاشته شود و در قالب هاي سراميكي در صورتي كه تغذيه استفاده نشود معمولا راهگاه به قسمت هاي ضخيم قطعه متصل مي شود تا خود راهگاه نقش تغذيه را داشته باشد
.
تغذيه
: ................................................................................................................
1-
علت استفاده از تغذيه حذف مك هاي انقباضي و مك هاي پراكنده كه به علت دامنه انجماد طولاني و انجماد خميري در بعضي از آلياژ هاي آلومينيم مي باشد
.
2-
حذف انقباض هاي متمركز كه به علت انقباض زياد آلومينيم از حالت فوق ذوب تا درجه حرارت محيط است كه درصد اين انقباض ها در حدود 6 تا 9 درصد مي باشد
.
با وجود تاثيرگذاري تغذيه در آلومينيم به جهت انقباضات متمركز اما با اين وجود به دليل فوق ذوب بالا و انجماد خميري در بعضي از آلياژ هاي آلومينيم عموما حذف انقباضات پراكنده دشوار مي باشد لذا در اين حالت مي توان با قرار دادن مبرد وايجاد يك انجماد جهت دار مك هاي انقباضي وانقباضات پراكنده را به داخل تغذيه هدايت كرد
.
رابطه كايند براي محاسبه حجم تغذيه
:............................................................................
x:
كه نسبت زمان انجماد قطعه به زمان انجماد تغذيه مي باشد كه آن را مي توان از رابطه كه در اين رابطه tr زمان انجماد تغذيه و tc زمان انجماد قطعه را نشان مي دهد
y: كه حجم تغذيه به حجم قطعه مي باشد . كه از رابطه كه در اين رابطه vr حجم تغذيه و vc حجم قطعه مي باشد
.
در آلياژ هاي آلومينيم معمولا شكل تغذيه به شكل استوانه مي باشد كه بهترين شرايط شرايطي است كه ارتفاع تغذيه ايجاد شده بين 1 تا 1.5 برابر قطر آن باشد كه راندمان تغذيه در اين شرايط در حدود 50 درصد مي باشد و كمترين زمان انجماد براي قطعه محسوب مي شود
محاسبه راندمان
.........................................................................................................
كه در اين فرمول Mc وزن قطعه و Mt وزن سيستم راهگاهي مي باشد
انواع تغذيه : تغذيه در ريخته گري آلياژ هاي آلومينيم به دو روش تغذيه گرم و تغذيه سرد انجام مي شود
1- تغذيه گرم : در اين حالت تغذيه بين قطعه و سيتسم راهگاهي قرار دارد و معمولا براي قطعات كوچك از اين روش استفاده مي شود
2- تغذيه سرد : در اين حالت تغذيه بعد از قطعه و سيستم راهگاهي قرار مي گيرد كه معمولا اين روش براي قطعات بزرگ استفاده مي شود

                                                ***                ***                  ***

 

جوشکاری آلومینیوم با گاز

تنظیم شعله مشعل استیلن یا کاربید و هوا درموقع جوشکاری آلومینیوم

در وهله اول برای شروع کار جوشکاری آلومینیوم باید مقدار استیلین کمی از اکسیژن بیشتر باشد زیرا روانساز هنوز کاملاً گرم نشده و نمی تواند اکسیژن را جذب نماید.
پس از شروع جوشکاری از شعله خنثی استفاده می گردد و سیم جوش در حال جوشکاری ممکن است از آلیاژ آلومینیوم یا آلومینیوم خالص باشد که پنج درصد سیلیسیم دارد و توجه شود که قطر سیم جوش باید کمی بیشتر از قطعاتی باشد که می خواهیم جوش بدهیم و آن را در موقع جوشکاری گرم نموده و د روانساز وارد می کنیم.

نکات مهم دیگر جوشکاری آلومینیوم با گاز استیلن

پس از تمیز نمودن سطح بالائی فلز آلومینیوم با رنده, سوهان و برس ورقهای آلومینیوم کمتر از 5/0 میلیمتر را می توان از طریق خم کردن لبه آنها بدون سیم جوش جوشکاری نمود و ورقهای کمتر از 3 میلیتر احتیاج به پخ زدن ندارند, چنانچه امکان جوشکاری از دو طرف باشد دو نفر جوشکار می توانند ورقهای به ضخامت حتی 15 تا 20میلیمتر را لب به لب جوش بدهند و برای لوله های ضخیمتر آن را پخ می زنند. قطعات ریخته گری شده آلومینیوم را فقط در وضع افقی جناغی نموده, جوش می دهیم و پنبه نسوز یا آجر نسوز زیر کار نباید فراموش شود. و قطعات طولانی را باید به وسیله بست هائی به یکدیگر متصل نمود و قرار دادن پنبه نسوز برای جلوگیری از ریختن آلومینوم است.

نکات دیگری که پس از جوشکاری آلومینیوم باید رعایت شود

چکش کاری درز جوش در حالت گرم برای ازدیاد استحکام با ضربات سریع و ملایم انجام می گیرد و زیر کاری تکیه گاه نباید حالت فنریت داشته باشد.به وسیله محلول اسید نیتریک, روانساز باقیانده در روی سطح فلز را به وسیله برس زدن در آب گرم یا محلول اسید از روی آن بر می داریم. و با آب گرم می شوئیم و بهتر است پس از خاتمه جوشکاری آنها را کمی گرم کنید و در هوای آزاد نگذارید تا به تدریج برای آماده سازی قبلی به طوری که گفته شد قطعات آلوده به روغن و گریس را به وسیله بنزین و سپس با محلول سود 10% باید شست یا گرم کرد که چربی ها بسوزد و با برس تمیز گردد. قطعات بزرگ را مانند قطعات چدن قبلاً گرم می نمائیم و هیچگونه تغییر ظاهری در آلومینیوم مشاهده نمی گردد.

جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم

در مورد آلیاژهای آلومینیوم روش جوشکاری خالص آلومینیوم می باشد و روانساز می تواند در مورد قطعات شکسته آلومینیوم کثافات را از درز شکسته شده بیرون آورد . هر چند منیزیم آلیاژ بیشتر باشد عمل جوشکاری دشوارتر شده و لایه اکسیدی از سیلان فلز مذاب جلوگیری می نماید. بدین جهت جوشکاری آلیاژهائی که بیش از 5/2% منیزیم دارند احتیاج به مهارت زیاد جوشکاری دارد و بهتر است این آلیاژها را با قوس الکتریکی و گاز محافظ جوش داد .چون درموقع جوشکاری منیزیم آلیاژ می سوزد و سیم جوش با دارا بودن منیزیم باید کمبود منیزیم ناحیه ذوب را تأمین نماید. در مورد عملیات بعد از جوشکاری چون درز جوش خاصیت فلز ریخته شده را پیدا می نماید سخت تر شده و بایستی آن را با چکش کاری درمحل جوشکاری شده تا اندازه ای تصحیح کرد.

 

****آلومینیوم فلزی سفید رنگ است ، قابلیت هدایت الکتریکی وحرارتی آلومنییوم زیاد بوده و در مجاورت هوا قشری به نام اکسید آلومینیوم روی آن را می پوشاند. که ضخامت آن 002/0 میلیمتر می باشد. و آلومینیوم را در مقابل بسیاری از گازها و مایعات محافظت می کند.
درجه ذوب آلومینیوم C 658 سانتیگراد است ، درجه ذوب اکسید آلومینیوم در حدود 2000 درجه سانتی گراد می باشد. برای بر طرف کردن این اکسید که مانع عمل جوش کاری می باشد از پوشش هائی که تولید سربارهای مخصوص می نماید استفاده می کنند وگرد آلومینیوم یا گرد جوشکاری آلومینیوم بر طرف کننده قشر اکسید شده و کثافات سطحی می باشد.

انتخاب الکترود برای جوشکاری آلومینیوم با برق

الکترودهائی که برای جوشکاری آلومینیوم استفاده می شود دارای پوشش ضخیم بوده و جنس آن حدود 95% آلومینیوم و 5% سیلیسیوم می باشد . قطر الکترود را مناسب با ضخامت قطعه کار باید انتخاب کرد. چون پوشش الکترود رطوبت را جذب می کند باید آن را حتماً درمحل خشک نگهداری کرد. الکترودهای مرطوب را می توان در درجه حرارت 200 درجه سانتی گراد خشک کرد. زاویه الکترود نسبت به قطعه کار در جوش آلومینیوم حدود 45 درجه می باشد. برای ایجاد قوس الکترود و کار، نوک الکترود و کار را باید با برس سیمی یا کاغذ سمباده تمیز کرد.

طریقه جوشکاری آلومینیوم با برق

برای جوشکاری آلومینیوم باید طول قوس را حتی المقدور کوتاه نگهداشت . برای اینکه جوشکاری خوب انجام شود قطعات ضخیمتر از 5 میلیمتر را حدود 200 درجه و برای ضخامت های تا 20 میلیمتر را حدود 400 درجه سانتی گراد گرم می کنند. در موقع تعویض الکترود و ادامه جوشکاری بایستی حدود 3 سانتیمتر از تفاله هائی را که روی جوش بسته شده پاک کرد.

در جوش آلومینیوم با جریان برق از قطب معکوس استفاده می شود . قطعات آلومینیوم ریخته شده را باید قبل از جوشکاری
 تا حدود 260 درجه سانتی گراد گرم کرد. بعد از خاتمه جوشکاری باید تفاله جوش را از روی گرده جوش پاک کرد و آن را با آب نیمه گرم شست
.

ورق های آلومینیوم که ضخامت آنها از 2 میلیمتر کمتر است با جوش
اکسیژن یا استیلن بهتر می توان جوش داد باید توجه داشت که از گرد مخصوص جوشکاری آلومینیوم باید در جوش گازحتماً استفاده نمود و زیر کار را نیز محکم نموده تا از ریختن جلوگیری شود و نیز سرعت عمل در ایجاد حوزه مذاب سریع مورد نظر می باشد و نیز از شعله قدری احیاء کننده استفاده گردد زیرا به سرد نمودن کار کمک می نماید. بهتر است از آجرهای نسوز یا مواد شبیه آن استفاده گردد.

الکترود مخصوص آلومینیوم خالص در دستگاهها

در ایران معروف به نام آما 1075
رنگ شناسائی : انتها- قهوه ای باخال نقره ای

الکترود الومینیوم روپوش شده برای جوشکاری آلومینیوم خالص در مخازن و دستگاهها می باشد. این الکترود دارای جریان نرم است و در تمام حالات به خوبی جوش می خورد و چون نقطه ذوب آن پایین است خیلی زود آب می شود. برای جلوگیری از سوختن و پاشیدن باید طول قوس را حتی المقدور کوتاه نگهداشت
.

برای به دست آوردن درز صاف و بدون سوراخ در قطعات کلفت تر از 8 میلیمتر بهتر است قطعه تا 200 درجه سانتیگراد گرم شود. قطر الکترود را معادل ضخامت دیواره جوش دادنی انتخاب می کنند. برای به دست آوردن درز جوش مقاوم در الکتروشیمی لازم است که بقایای سرباره جوش را خوب پاک کنند
.

جنس روپوش رطوبت جذب می نماید و باید الکترودها را حتماً در محل خشک نگهداری کنند. الکترودهائی که مرطوب شده باشند می تواند در حرارت 200 درجه سانتیگراد دوباره خشک شوند
.

رنگ شناسائی : انتها – قهوه ای

الکترود روپوش دار برای آلیاژهای آلومینیوم مثل AlMn,MlMg,AlMg1,AlMg3,AlMg5 و در وسایل نقلیه – دستگاهها و مخزن سازی – جوشکاری های مقاوم در آب دریا و در کشتی سازی به کار می رود. این الکترود دارای جریان نرم است و در تمام حالات به خوبی جوش می خورد و چون نقطه ذوب آن پایین است خیلی زود آب می شود
.

برای جلوگیری از سوختن و پاشیدن زیاد باید طول قوس را حتی المقدور کوتاه نگه داشت. برای به دست آوردن درز صاف و بدون سوراخ در قطعات کلفت تر از 8 میلیمتر بهتر است قطعه تا 200 درجه سانتیگراد گرم شود. قطر الکترود را معادل ضخامت دیواره جوش دادنی انتخاب می کنند. برای به دست آوردن درز جوش مقاوم در الکتروشیمی لازم است که بقایای سرباره جوش را خوب پاک کنند
.

جنس روپوش رطوبت جذب می نماید و باید الکترودها را حتماً در محل خشک نگهداری کنند. الکترودهائی که مرطوب شده باشند می توانند درحرارت 200 درجه سانتی گراد دوباره خشک شوند.

روانسازها در جوشکاری آلومینیوم با برق

درجه ذوب اکسید آلومینیوم در حدود 2000 درجه سانتی گراد بود و تقریباً سه برابر درجه ذوب آلومینیوم می باشد. خمیرهای جوشکاری آلومینیوم بیشتر دارای کلرید و فلورید و سولفات سدیم و فلزات قلیائی و کلرورپتاسیم می باشند که باید کار را به وسیله آن آغشته کرد.گرد جوش اندکی قبل از فلز اصلی ذوب شده و اکسید آلومینیوم را حل می کند و به صورت تفاله در می آید و در سطح فلز گرم شده پخش می شود و از اکسیداسیون بیشتر جلوگیری می نماید.

توجه فرمائید: برای جوشکاری آلومینیوم باید حتماً روانساز مخصوص آن را به کار برد. در جوشکاری آلومینیوم دو نوع گرد جوشکاری به کار می رود که یکی از آنها در آب حل شده و به شکل خمیر در می آید. و نباید مقدار زیادی گرد را در آب حل کرد زیرا بعداً فاسد می شود و گرد خمیر، خشک و فاسد می گردد
.

نوعی دیگر روانساز وجود دارد که در آب حل نشده و بیشتر در جوشکاری درزهای گونیائی به کار می رود و پس از آن باقیمانده را می توان به سادگی از روی کار پاک کرد
.
نباید بیش از اندازه از روانساز استفاده کرد زیرا مضر است و از لحاظ کم بودن سیالیت آلومینیوم در موقع ذوب تغییر رنگ نمی دهد یا خیلی کم سرخ می شود لذا تشخیص زمان ذوب برای مبتدیان جوشکاری سخت است و اتفاق می افتد که حرارت مشعل در یک نقطه متمرکز شده و کار را سوراخ می نماید. آزمودگی جوشکار در آن است که لحظه دقیق جوشکاری را از ذوب شدن روانساز و پراکنده گشتن روانساز در روی فلز یا قطعه کار تشخیص دهد. هر چه اجزاء آلیاژ بیشتر باشد جوشکاری دشوارتراست
.

شیشه عینک جوشکاری آلومینیوم بایستی آنقدر روشن باشد که بتوان به وسیله آن مطالعه کرد و جوشکاری از راست به چپ در مورد فلزات سبک متداول است. در مورد ورقهای ضخیمتر از 4 میلیمتر جوشکاری از چپ به راست انجام می گیرد . زاویه مشعل با سیم جوش از زاویه جوشکاری آهن بیشتر است و مخصوصاً توجه شود که مخروط داخلی شعله باید روی حوضچه مذاب قرار گیرد. مشعل را نباید نوسان داد بلکه در امتداد خط جوش به طور مستقیم حرکت داد.

 

 

*از آن جایی که مواد شارژ در ذوب شامل قراضه ها و برگشتی ها می باشند به همین دلیل پس از تهیه مذاب آلومینیم بایستی درصد عناصر در آلومینیم مشخص شود برای انجام این عملیات ابتدا مذاب را داخل قالب پولکی ریخته و نمونه برداری می کنند سپس توسط دستگاه آنالیز در صد عناصر مشخص می شود پس از مشخص شدن درصد عناصر میزان کمبود و یا ازدیاد عناصر آلیاژی را مشخص می کنند . و در درجه حرارت را تصحیح می کنیم .

 


** کوره الکتریکی خود به دو دسته کوره های مقاومتی وکوره های القایی تقسیم می شوند
مزیت های کوره های مقاومتی

این کوره های از نظر اقتصادی هزینه سرمایه گذاری کمتری نسبت به کوره القایی می خواهد و باعث ایجاد مذابی یکنواخت می گردد

***آلومینیم دارای قابلیت هدایت حرارتی بالایی می باشد که بعد از نقره و مس بهترین هادی حرارتی شناخته می شود و دارای دانسیته ای در حدود 2/7 سانتی متر مکعب است . که به همین دلیل جزء آلیاژ های سبک محسوب می شود .
این آلیاژ که به علت ایجاد لایه اکسیدی پایدار متخلخل دارای مقاومت به خوردگی زیاد است
.
دارای نقطه ذوب پایین در حدود 670 درجه سانتیگراد است و قابلیت انجام عملیات حرارتی دارد اما عملیات حرارتی آن اچ هاردینگ یا پیر سازی می باشد و دارای قابلیت انجام کار مکانیکی و تغییر فرم سرد و گرم می باشد . و این آلیاژ را می توان در قالب های دائمی و یا فورج نیز استفاده کرد .

****آلیاژ ها از آلومینیم شامل عنصر لیتیم تولید شده اند که اهمیت ویژه ای در صنایع هوا – فضا  یافته اند چگالی لیتیم 534% است نتیجتا چگالی آلیاژ های Al-Liمی تواند حدود 10 درصد کمتر از دیگر آلیاژ های متداول آلویمنیم باشد این وزن کم می تواند باعث استخکام ویژه بسیار خوب این آلیاژ برای کاربرد های هوا – فضایی باشد

آهنگ رشد ترک خستگی در این آلیاژها پایین است که باعث بهبود مقاومت خستگی و سفتی ( تافنس ) خوب آن آلیاژ ها در دماهای پایین می شود آلیاژ های Al-Liدر ساخت کف بدنه و اکلت هواپیما های نظامی و تجاری به کار می روند 
آلیاژ ها از آلومینیم شامل عنصر لیتیم تولید شده اند که اهمیت ویژه ای در صنایع هوا – فضا  یافته اند چگالی لیتیم 534% است نتیجتا چگالی آلیاژ های Al-Liمی تواند حدود 10 درصد کمتر از دیگر آلیاژ های متداول آلویمنیم باشد این وزن کم می تواند باعث استخکام ویژه بسیار خوب این آلیاژ برای کاربرد های هوا – فضایی باشد آهنگ رشد ترک خستگی در این آلیاژها پایین است که باعث بهبود مقاومت خستگی و سفتی ( تافنس ) خوب آن آلیاژ ها در دماهای پایین می شود آلیاژ های Al-Liدر ساخت کف بدنه و اکلت هواپیما های نظامی و تجاری به کار می روند استکام بالای آلیاژهای Al-Li ناشی از قابلیت آن ها برای پیر سختی است مهمترین زمینه های کاربرد آلومینم در صنایع عبارتند از :1-     مصارف خانگی نظیر ظروف 2-     مصارف ساختمانی نظیر در و پنجره 3-     مصارف تاسیساتی نظیر لوله و اتصالات 4-     مصارف صنایع فضایی5-     مصارف اتومبیل سازی 6-     مصارف کشتی سازی بدنه پروانه پمپ 7-     مصارف تجاری و بسته بندی چای مواد لبنی ضخامت تا 10 میکرون 8-     مصارف الکتریکی : نظیر کابل ها

ساعتی از جنس الومینیم

در سال 1956 باستان شناسان یک وسیله نشان دادن گذر زمان را از زیر خاک بیرون اوردند که دارای حروف چینی روی ان بود . در محاسبات اولیه این وسیله را به قرن سوم میلادی نسبت دادند که با توجه به ازمایش کربن (کربن - 4 ) در صحت این تخمین هیچ شکی وجود نداشت . امادو مشکل بزرگ و تکاندهنده دراین میان مشاهده شد . یکی اینکه وسیله نشان دادن زمان و ساعتهای اولیه را سوئیسی ها تنها سه قرن پیش تر به صورت مکانیکی اختراع کرده بودند . و این وسیله نشان میدهد چینی ها حداقل ده قرن در ساختن ساعت از سوئیسی ها جلوتر بوده اند . اما مشکل دیگر که بسیار عجیب تر جلوه میکند این است که این وسیله از 85درصد الومینیم ساخته شده است .  در صورتی که ما میدانیم الومینیم به صورت الیاژ و جسم مرکب وجود داشته و وانگهی اولین بار الومینیم در قرن نوزدهم میلادی و انهم به کمک نیروی برق به صورت مستقل و مجزا درامده است . حال چگونه چینی ها شانزده قرن پیش تر از طرفی مکانیزم ساعت مکانیکی را بدست اورده بودند و از جهت دیگر از الومینیم به 85درصد یک مخلوط , استفاده کردند.؟ و سرانجام چگونه در ان زمان نیروی برق را در اختیار داشته اند که بتوانند به مجزاسازی الومینیم بپردازند.؟ اینها همه از رازی خبر میدهد که همه دانشمندان را در عجب گذاشته است . رازی که چینی ها را در دوهزار سال پیش قادر ساخته تا بسیاری از دستاوردهای مدرن بشری را تجربه کرده باشند!!

چرا آلومینیوم؟                               

تاریخچه

آلومینیوم فلزی است که مصارف بسیار زیاد و متنوعی در صنایع به ویژه در صنایع فضایی، کشتی سازی، ماشین سازی، حمل و نقل، الکترونیک، لوازم خانگی، بسته بندی و ... دارد. این فلز به علت خواص ویژه الکتریکی و مکانیکی و بویژه سبک بودن، ” فلز قرن “‌ لقب گرفته است.

در سال 1807، شخصی به نام  دیوی هامفری سعی کرد تا آلومینیوم را به روش الکترولیز جدا نماید، اما موفق نشد.

در سال 1812 سنگ معدن آلومینیوم در ناحیه Les Baux در کشور فرانسه کشف شد. از آن پس سنگ معدن آلومینیوم، صرف نظر از ترکیبات و محل کشف، بوکسیت1 نامگذاری گردید.

در سال 1825، کرستد2 موفق به تولید ذرات ریز آلومینیوم گردید.

به دنبال این مسئله، تحقیقاتی که توسط وهلر3  در سال 1845، دویل4 در سال 1854 و مایر5 در سال 1888 انجام گرفت، منتشرشد. فرآیندهای امروزی تولید آلومینیوم در سال 1892 در فرانسه توسط هرالت6 و در آمریکا توسط هال7 به کار گرفته شد.

اولین کاربردهای آلومینیوم به عنوان ماده هادی در صنعت برق به شرح ذیل بود:

در سال 1895، هادی های آلومینیومی تابیده شده جهت خطوط هوایی در آمریکا و فرانسه به کار رفت.

در سال 1908، هادی آلومینیومی تقویت شده توسط رشته های فولادی ( ACSR) در خطوط هوایی مورد بهره برداری قرار گرفت.

در سال 1910 هادی آلومینیومی در کابل های زیرزمینی با غلاف سربی و عایق کاغذی در شهرهای بوستون و ایلینگ به کار گرفته شد.

در سال 1912، از شینه های8 آلومینیومی در یک کشتی به نام آکویتانا9 استفاده شد.

در سال 1917، ترانس هایی با سیم پیچ آلومینیوم ساخته شد.

در سال 1920، موتورهایی با روتور قفس سنجابی از جنس آلومینیوم ساخته شد.

 

آلومینیوم به عنوان ماده ای هادی در صنایع کابل سازی و انتقال انرژی

انرژی الکتریکی که در نیروگاه ها از انواع مختلف انرژی نظیر انرژی حرارتی، آبی و هسته ای تولید می شود، باید انتقال داده شود تا مورد مصرف قرار گیرد.

معمولاً انتقال انرژی الکتریکی از نیروگاه ها، در فواصل نسبتاً طولانی صورت می گیرد. این انرژی نهایتاً در شهرهای کوچک و بزرگ و مناطق صنعتی توزیع می گردد.

هادی های لخت، شینه ها، کابل های هوایی عایق شده، کابل های قدرت زیرزمینی و اتصالات آنها همگی اجزاء اصلی سیستم انتقال و توزیع انرژی الکتریکی هستند.

اولین خط هوایی با هادی آلومینیومی، در حدود 100 سال پیش نصب گردید. امروزه، استفاده از هادی آلومینیومی در انواع کابل ها و خطوط هوایی شبکه های الکتریکی              به طور وسیعی گسترش یافته است.

پیش از این، مس شاخص ترین ماده هادی مورد استفاده در توزیع و انتقال انرژی الکتریکی بوده، چرا که این عنصر دارای قابلیت هدایت الکتریکی بالا، خواص فیزیکی و مکانیکی بسیار خوب بود.

چرا آلومینیوم؟ 

دلایل بسیار زیاد و مستحکمی در مورد استفاده از فلز آلومینیوم به جای مس، در اکثر کشورها به عنوان مؤلفه اصلی سیستم های توزیع و انتقال انرژی الکتریکی وجود دارد. در زیر به برخی از این دلایل اشاره می شود:

  آلومینیوم بسیار سبک تر از مس می باشد. چگالی آلومینیوم حدود 30% چگالی مس است. سبکی فلز آلومینیوم به ویژه در خطوط هوایی، عامل بسیار مهمی به شمار می رود، چرا که افزایش وزن هادی باعث بالا رفتن وزن و قیمت دکل های نگهدارنده می شود. از طرف دیگر سبکی وزن آلومینیوم باعث کاهش وزن کابل شده و لذا حمل و نقل و جا به جایی آنها در مقایسه با کابل های با هادی مسی بسیار آسان تر است. نهایتاً سبکی وزن آلومینیوم دارای مزایای بسیار زیاد می باشد.

  آلومینیوم فلزی است که در طبیعت به وفور یافت می شود. این فلز 8% فلزات سطح زمین را تشکیل می دهد. با توجه به محدود بودن ذخیره معادن مس و روند رو به کاهش آن، قیمت این فلز همواره بالا بوده و روندی صعودی را پیموده است. در حالی که فلز آلومینیوم با توجه به فراوانی آن در طبیعت، دارای بهای کمتری بوده و قیمت آن در سال های مختلف، صرف نظر از برخی افزایش ها، ثبات نسبی داشته است. جدول زیر(شماره 1) مقایسه قیمت فلزهای مس و آلومینیوم را در طی سال های 1993 تا اکتبر 2002 نشان می دهد. این قیمتها بر اساس LME استخراج شده است. به دلیل سبک بودن آلومینیوم، قیمت کابل های با هادی آلومینیومی، به مراتب پایین تر از کابل های با هادی مسی می باشد.

                                              

بورس فلزات لندن

جدول 1. قیمت میانگین سالانه مس و آلومینیوم(دلار / تن)

سال

آلومینیوم

(دلار / تن)

مس

(دلار / تن)

2002

339/1

548/1

2001

446/1

582/1

2000

539/1

815/1

1999

386/1

573/1

1998

358/1

661/1

1997

599/1

276/2

1996

507/1

302/2

1995

806/1

936/2

1994

477/1

307/2

1993

139/1

914/1

در طی 25 سال اخیر روش های تولید و نصب تا حد زیادی توسعه یافته اند، به گونه ای که مشکلات مربوط به روش های نصب کابل های آلومینیومی تا حدودی رفع شده است.

 

ارزیابی فنی آلومینیوم در برابر مس

اکنون طراحی و نصب هادی های آلومینیومی و کابل های با هادی آلومینیومی که شامل اتصالات و ترمینال های مربوطه می باشند، چون گذشته مشکل تر از مس نخواهد بود؛ اما باید توجه داشت که خواص الکتریکی و مکانیکی آلومینیوم با مس متفاوت است ضروری است.

جدول 2 برخی خواص فیزیکی مس(E-Cu) و آلومینیوم(E-Al) را که رایج ترین مواد جهت هادی کابل ها هستند را به همراه آلیاژی از آلومینیوم (نوع AlMgSi) که در برخی هادی های هوایی و کابل های هوایی کاربرد دارد، نشان می دهد.

 

جدول 2. خواص فیزیکی مس و آلومینیوم

   خواص

مس

آلومینیوم

آلیاژ

واحد

وزن مخصوص

9/8

7/2

7/2

kg/dm3



 

* منبع: شرکت Turk Kaeblo

نوشته شده در یکشنبه بیست و سوم خرداد 1389ساعت 23:55 توسط Researcher genius hojat ziari| |