Spawanie aluminium

Nawet dla najbardziej doświadczonych spawaczy spawanie aluminium może stanowić wyzwanie. Spawanie aluminium wymaga innych technik i procesów niż spawanie stali, znajomość tych różnic jest kluczowa, aby wykonać udane spawy. Chociaż spawanie aluminium jest dość trudnym wyzwaniem, jest to jednak umiejętność którą można rozwinąć przy odpowiedniej wiedzy i praktyce. Czytaj dalej, aby dowiedzieć się wszystkiego o spawaniu aluminium – od różnych rodzajów spawania po ogólne wskazówki, których możesz użyć.

spawanie aluminium

Dlaczego spawanie aluminium jest trudne

Aluminium jest powszechnym rodzajem metalu, dzięki niskiej gęstości i dobrej wytrzymałości materiał ten stał się integralną częścią nowoczesnej produkcji. Aluminium jest najlepszym materiałem jeśli chodzi o zmniejszenie masy i zachowanie stabilności, dodatkowo jest niekorozyjny. Ponadto pięknie zgrzany aluminiowy szew przyciąga wzrok! Jednak te same cechy, które sprawiają, że aluminium jest tak pożądane, mogą również utrudniać pracę.

Dlaczego więc aluminium jest tak trudne do spawania? Materiał ten jest miękki i bardzo wrażliwy i izolowany twardą warstwą oksydowaną. Aluminium w stanie stopionym jest podatne na zanieczyszczenia, które mogą prowadzić do porowatych, słabych spoin.

Aluminium i jego stopy mają duże powinowactwo do tlenu. Czyste aluminium topi się 650°C, a tlenek który chroni metal topi się w 2037°. Ponieważ tlenek ten topi się w ok. 1370°C wyższej temperaturze niż samo aluminium, przed rozpoczęciem spawania należy oczyścić go z metalu.

Ponieważ aluminium ma wyższą przewodność cieplną i niską temperaturę topnienia, ma mniejsze okno urabialności niż inne metale i może łatwo prowadzić do przepalenia. To, połączeniu z trudniejszym wskazaniem postępu i jakości spawania, może sprawić, że aluminium będzie trudnym materiałem do obróbki.

Podsumowując oto niektóre z najczęstszych czynników, które sprawiają, że spawanie aluminium jest trudne:

  • Zanieczyszczenia: Ponieważ aluminium jest bardzo wrażliwe, istnieje kilka sposobów na zanieczyszczenie go brudem, powietrzem i wodą podczas procesu spawania. Aluminium może zostać zanieczyszczone powietrzem, które dociera do spoiny z powodu słabego ekranowania lub zbyt długich łuków. Tlen może zmniejszać wytrzymałość i ciągłość aluminium oraz powodować tworzeniu się tlenków na spoinach, co wpływa na jego wygląd i komplikuję spawanie wielościegowe. Wodór może pochodzić z wielu źródeł, takich jak wilgoć w topnikach elektrod, wilgotne powietrze, wilgotne spiny i inne. Z tych wszystkich powodów ważne jest, aby dokładnie wyczyścić aluminium i prawidłowo je przechować przed spawaniem.
  • Utlenianie: Na wierzchu aluminium znajduję się warstwa tlenku glinu, który topi się w znacznie wyższej temperaturze niż aluminium. Przetopienie przez tą warstwę wymaga wysokiej temperatury, jednak spawacz musi uważać, żeby nie wypalić dziury pod spodem.
  • Porowatość: Aluminium w stanie stopionym szybciej wchłania wodór, im bardziej się nagrzewa. Wodór ten oddziela się, gdy metal powraca do postaci stałej, co może pozostawić pęcherzyki w materiale, powodując, że metal staje się porowaty i słaby.
  • Grubość: Spawanie aluminium polega na pracy z różnymi grubościami materiału. Spawacze muszą wiedzieć, jak uniknąć przepalenia cieńszego materiału, jednocześnie penetrując gruby materiał na tyle, aby stworzyć mocną spoinę.

Chociaż spawanie aluminium wiąże się z pewnymi wyzwaniami, nie jest to niemożliwe do nauczenia. Na szczęście istnieją narzędzia i techniki zaprojektowanie, aby pomóc w pracy z unikalnymi właściwościami. Posiadając wiedzę na temat reakcji i efektywnego wykorzystania narzędzi i technik, będziesz na dobrej drodze do opanowania sztuki spawania aluminium.

spawanie aluminium

Spawanie aluminium w 5 krokach

  1. Przygotuj się właściwie.
    Przed dotarciem do warstwy tlenku należy usunąć z obrabianego przedmiotu wszelkiego rodzaju zabrudzenia, takie jak tłuszcz czy olej. W przypadku spawania aluminium czysta powierzchnia obrabianego przedmiotu jest podstawowym warunkiem dobrego wyniku spawania. Należy użyć ściereczki z mikrofibry nasączonej wcześniej rozpuszczalnikami takimi jak butanol, aceton lub rozcieńczalnik do farb. Upewnij się, że nie pozostały żadne zabrudzenia, ponieważ mogą się one łatwo przypalić podczas procesu spawania i będą trudniejsze do usunięcia później.Po usunięciu całego smarowania i pozostałości smaru można przystąpić do usuwania warstwy tlenku glinu. Z jednej strony sprawdza się to dobrze z pędzlem lub włókniną. Szczotka pozostawia rysy w miękkich aluminium. Zamiast tego proponujemy użyć syntetycznego polaru, dzięki któremu można stosunkowo delikatnie usunąć warstwę. Ponieważ aluminium utlenia się po kilku minutach, w zależności od warunków otoczenia, możliwa będzie konieczność kilkukrotnego powtórzenia całej procedury przygotowawczej. Czarne sadzy, pozostałości na metalu wskazują na zanieczyszczenia z gazu, materiału bazowego lub drutu spawalniczego. Czystość podczas spawania aluminium jest bardzo ważna. Z drugiej strony, warstwę tlenku można również rozbić w procesie spawania przez spawanie prądem przemiennym, gdzie następuje zmiana między dodatnimi i ujemnymi półfalami. Warstwa tlenku jest rozbijana dodatnią półfalą. Głębokość zgrzewania tzw. penetrację uzyskuje się za pomocą ujemnej półfali. Elektroda również ponownie się schładza. Skutkuje to idealną kombinacją dwóch półfal podczas spawania prądem przemiennym.Zwłaszcza podczas spawania prądem przemiennym należy wziąć pod uwagę jeszcze jedną rzecz: elektrodą spawasz kulkę z przodu, tzw. Dzięki temu można popchnąć stopioną warstwę tlenku do przodu jak grudki, aby nie dostały się do spoiny.Jeśli chcesz spawać grubsze blachy aluminiowe – nieco powyżej 10 mm – zalecamy wstępne podgrzanie przedmiotu. Bez wstępnego podgrzewania zbyt dużo ciepła wydostałoby się z procesu do przedmiotu obrabianego podczas spawania, co znacznie utrudniłoby tworzenie szwu spawalniczego.
  2. Wybór palnika spawalniczego
    Aluminium można spawać różnymi procesami, a mianowicie TIG, MIG i plazmą. Proces spawania TIG prądem przemiennym stosowany jest głównie do cieńszych blach. W szczególności połączenia doczołowe można dobrze spawać za pomocą palnika TIG. Na przykład, jeśli chcesz połączyć dwa arkusze aluminium o grubości 2 mm, musisz upewnić się, że krawędź z tyłu jest złamana. Tylko wtedy będzie ładna grani, odpowiednie zwilżenie metalu spoiny i spoina wysokiej jakości. Grubsze arkusze są korzystnie przetwarzane przy użyciu procesu spawania MIG, ponieważ te palniki mogą być używane do uzyskania wyższej szybkości topienia drutu. Uchwyty MIG są szczególnie odpowiednie do spoin pachwinowych w celu prawidłowego wprowadzenia spoiwa spawalniczego. Proces spawania plazmowego prądem stałym ma tę zaletę, że ciepło może być wprowadzane do przedmiotu obrabianego w sposób celowy, ale jest to bardzo trudny proces.Kolejna wskazówka: Jeśli spawasz aluminium za pomocą palnika spawalniczego MIG, korzystne jest użycie zakrzywionej szyjki palnika z wygięciem co najmniej 22 stopni. Oznacza to, że zawsze masz wymuszony kontakt, który pozwala na lepszą pracę przewodu i zapewnia dobry transfer prądu.Aluminium można również spawać za pomocą laserowego i hybrydowego procesu laserowo-MIG. Jednak najszerzej stosowanym procesem spawania aluminium jest proces TIG prądem przemiennym.
  3. Specjalne urządzenia do spawania aluminium
    W procesie spawania MIG/MAG:
    Nie należy również zapominać o wyposażeniu palnika w odpowiednie części zużywalne do spawania aluminium. Częstym błędem jest stosowanie wkładki wykonanej ze stali. Jednakże, gdyby drut był podawany, ocierałby się o stal wykładziny i nieumyślnie wprowadzałby cząstki stali do jeziorka spawalniczego. Do spawania drutem aluminiowym polecamy specjalną wkładkę z węglowego PTFE, która dzięki zawartości grafitu zapewnia lepszą smarowność. Zastosowana końcówka prądowa musi mieć większą średnicę w porównaniu do spawania innych materiałów, ponieważ aluminium jako bardzo dobry przewodnik ciepła rozszerza się bardziej niż np. drut stalowy. Z drugiej strony może to prowadzić do problemów z podawaniem drutu lub wypalenia. W przypadku spawania aluminium takie wypalenie jest stale obecne, co jest spowodowane obecnością tlenków na powierzchni. Dzieje się tak, ponieważ działają jak izolator, który przerywa przepływ prądu z drutu do przedmiotu obrabianego. Ciągłe podawanie drutu przez głowicę palnika spowoduje zniszczenie części zużywających się. Kolejny powód, dla którego należy usunąć warstwę tlenku.
    W procesie spawania TIG:
    Podczas spawania aluminium metodą TIG prądem zmiennym ważne jest, aby elektroda wolframowa była właściwie dobrana, ponieważ nie może zawierać tlenków. Z tego powodu szczególnie do spawania stopów aluminium należy stosować niedomieszkowaną, zieloną elektrodę wykonaną z czystego wolframu, która zapewnia dobrą stabilność łuku. Jednak wolframowe składniki elektrody mogą emitować, co z kolei może zanieczyścić materiał podstawowy, powodując gromadzenie się niewielkich ilości pozostałości w spoinie. Widać to przez małe białe kropki, co wskazuje na błąd oprawy. W tym miejscu wchodzi w grę wspomniane wcześniej spawanie sferycznej nasadki, aby popchnąć tlenki jak grudki do przodu. Fioletowy E3® wykonany z pierwiastków ziem rzadkich lub mieszanych tlenków jest alternatywą dla czystych elektrod wolframowych. Składa się z wolframu jako materiału nośnego oraz lantanu jako elementu domieszkującego. Ponadto istnieją pierwiastki ziem rzadkich, takie jak itr, które nadają E3® wyjątkową stabilność.
  4. Drut i podawanie drutu
    Ponieważ metal-aluminium jest bardzo miękkie, konieczne jest zastosowanie nie tylko specjalnych części zużywalnych do spawania aluminium, ale także specjalnych rolek transportowych do podawania drutu ze spawarki. Powinny one mieć rowek w kształcie litery U, aby zapobiec ryzyku odkształcenia. Przeniesienie drutu aluminiowego na odległość trzech i więcej metrów jest trudne. Systemy push-pull doskonale nadają się do spawania zmechanizowanego, w którym uchwyt spawalniczy ma napęd i ciągnie drut, a silnik podający w spawarce transportuje drut do przodu.
    W zależności od materiału bazowego i pożądanych właściwości złącza dobierany jest materiał dodatkowy. Stopy AlMg mają wyższą wytrzymałość niż np. druty AlSi.
  5. Właściwy gaz osłonowy
    Gazy obojętne – argon lub mieszanki argonu – są stosowane jako gazy ochronne do spawania aluminium. Czysty argon stosuje się do grubości blachy ok. 12,5 mm. W przypadku grubszego materiału argon miesza się z helem w celu uzyskania wyższej temperatury sprzężenia w procesie zgrzewania. Udział helu w gazie ochronnym waha się od 25% do 75% w zależności od zalecenia.Kolejna uwaga o gazie:
    To, o czym zawsze należy pamiętać, to punkt rosy gazu osłonowego. Do spawania najczęściej używany jest argon 4.6, którego czystość wynosi 99,996%, a co za tym idzie punkt rosy -62 °C. Dopóki dostawca gazu spełnia te wymagania, nie masz problemów z gazem pochodzącym prosto z butli. Jednak wilgoć zawsze może znaleźć drogę przez przewód gazowy, na przykład do procesu spawania, co powoduje wzrost punktu rosy. Dlatego regularnie sprawdzaj rury gazowe pod kątem kondensacji. Jeśli wilgotność jest zbyt wysoka, węglowodory mogą dostać się do spoiny i spowodować jej porowatość lub inną wadę.spawanie aluminium

Nasza rekomendacja dotycząca spawania aluminium

Po skonfigurowaniu stanowiska spawalniczego do spawania aluminium zalecamy pozostawienie go skonfigurowanego wyłącznie do spawania aluminium i ustawienie kolejnego stanowiska do spawania stali. Oczywiście tylko tam, gdzie jest to możliwe. Dzięki temu możesz szybko przejść ze stali na aluminium bez konieczności zmiany wszystkiego i ponownej regulacji. Po prostu zmieniasz miejsce pracy.

Po spawaniu aluminium

Po spawaniu niektóre stopy aluminium muszą przejść proces hartowania, na który można wpływać. Dzięki temu możesz bezpośrednio wpływać na hartowność przy wyborze stopu aluminium. Do stopów utwardzalnych należą AlZnMgCu, AlZnMg, AlMgSi i AlCuMg, natomiast do nieutwardzalnych stopów aluminium należą AlMn, AlMgMn, AlMg, AlSi i AlSiCu. W zależności od składu stopu aluminium, wprowadzonej temperatury oraz temperatury w trakcie procesu starzenia zmienia się struktura sieciowa tego metalu, a tym samym właściwości mechaniczne. Aby zapobiec zbyt wczesnemu wytrącaniu się rozpuszczonych pierwiastków stopowych i kontrolować ich rozkład, należy zapewnić odpowiednią temperaturę starzenia po spawaniu utwardzalnego aluminium. Ponieważ temperatura starzenia wpływa również na poziom wytrzymałości, w zasadzie obowiązuje zasada: osiągalna wytrzymałość maleje wraz ze wzrostem temperatury. Oznacza to, że najwyższą twardość uzyskuje się przy utwardzaniu na zimno – które zwykle odbywa się w temperaturze pokojowej. Każda dyfuzja jest tłumiona przez nagłe ochłodzenie. W tym momencie to tylko garść informacji uzupełniających na temat outsourcingu aluminium po spawaniu.