Které slitiny hliníku jsou nejlepší pro svařování?

Které Slitiny hliníku jsou nejlepší pro svařování? Hliník se stal nejoblíbenějším z kovů používaných v současném průmyslu díky své vysoké přenosnosti, silné odolnosti vůči povětrnostním vlivům a snadné výrobě. Jeho slitiny jsou neocenitelné v leteckém, automobilovém a lodním průmyslu i v bytové výstavbě a stavebnictví. Problémy, které vznikají při svařování hliníku, se však liší od svařování jiných kovů, částečně kvůli vysoké tepelné vodivosti, rychlosti tvorby oxidů a charakteristikám deformace a praskání hliníku v procesu svařování. Znalost vlastností a charakteristik různých hliníkových slitin je důležitá při výběru materiálu, který vyhovuje konkrétnímu úkolu.

Ne každá hliníková slitina je stejně dobře svařitelná, zatímco některé jsou dobře přizpůsobeny tradičnímu svařování, jiné vyžadují speciální svařovací postup, jako je svařování třením. Výběr slitiny a způsob svařování závisí na takových faktorech, jako je pevnost, odolnost proti korozi, tažnost a schopnost tepelného zpracování. Povrchy musí být také správně připraveny, přídavné kovy musí být kompatibilní a pro dosažení kvalitních spojů je třeba zvážit úpravy po svařování.

V článku se podrobně seznámíte s nejvhodnějšími typy hliníkových slitin pro svařování, jejich vlastnostmi, výhodami spojenými s jejich použitím, doporučeními, kterými je třeba se řídit, a problémy, které lze při svařování těchto typů hliníkových slitin očekávat. Na základě těchto znalostí budou odborníci schopni dosáhnout odolných, spolehlivých a dobře fungujících svařovaných konstrukcí v různých průmyslových a konstrukčních aplikacích.

Co je slitina hliníku

Slitiny hliníku jsou materiály, které se používají přidáním dalších kovů do hliníku, aby se zvýšily jeho vlastnosti, jako je pevnost, odolnost proti korozi, obrobitelnost nebo svařitelnost. Čistý hliník je slabý, lehký, měkký a velmi dobře odolává korozi. Přimícháním dalších prvků (například mědi (Cu), hořčíku (Mg), křemíku (Si), manganu (Mn) nebo zinku (Zn)) mohou konstruktéři vytvořit slitiny vhodné pro různé typy použití, včetně leteckého průmyslu, automobilových dílů, námořních a stavebních konstrukcí.

Několik bodů o hliníkových slitinách

• Zvýšená síla: Legování poskytuje zvýšenou pevnost ve srovnání s neupraveným hliníkem.
• Odolnost proti korozi: některé slitiny zahrnují hořčík a další slitiny, které mají pověst slitin odolných proti korozi a rezivění způsobenému podmínkami prostředí.
• Svařitelnost: Ostatní hliníkové slitiny se snadno svařují, ale některé mají tendenci praskat.
• Kategorie:
• Mechanicky zpracované kované slitiny: (aplikace na) lisované, desky, plechy (např. řady 1xxx, 5xxx, 6xxx).
• Slitiny pro odlévání: Ty se vytvářejí litím proudu roztaveného hliníku do forem, aby se vytvořily složité typy.

Jednoduše řečeno, slitiny hliníku mají lehké a korozivzdorné vlastnosti hliníku s dalšími příznivými vlastnostmi potřebnými pro potřeby průmyslových aplikací.

Znalost slitin hliníku

Slitiny hliníku se dělí na kované a lité. Mechanicky zpracované slitiny se kují do plechů, desek nebo výlisků, ale slitiny lité jsou ve formě litého roztaveného hliníku do forem. Tvářené slitiny se dále dělí do řad podle legujících prvků:

• Řada 1xxx (čistý hliník) - Obsahuje převážně hliník o čistotě 99 % nebo vyšší. Tyto slitiny jsou měkké, vysoce nekorodují a snadno se svařují.
• Řada 2xxx (slitiny Al-Cu) -Mají vysokou pevnost, ale sníženou odolnost proti korozi a hůře se svařují, protože jsou náchylnější k praskání.
• Řada 3xxx (slitiny Al-Mn) -Dobrá odolnost proti korozi, střední pevnost a dobrá svařitelnost.
• Řada 4xxx (slitiny Al-Si) -Obvykle mají střední svařitelnost a používají se v automobilovém a leteckém průmyslu.
• Řada 5xxx (slitiny Al-Mg) - Dobrá odolnost proti korozi, vysoká pevnost a dobrá svařitelnost.
• Řada 6xxx (slitiny Al-Mg-Si) -Dobrá pevnost a odolnost proti korozi; střední svařitelnost.
• Řada 7xxx (slitiny Al-Zn-Mg-Cu) -super vysoká pevnost s nízkou svařitelností a náchylností k praskání.
• Výběr slitiny má zásadní vliv na její svařitelnost a svařitelnost, přičemž tímto způsobem je ovlivněna i kvalita spoje.

Podmínky, které ovlivňují svařitelnost

Slitiny hliníku lze svařovat v závislosti na řadě faktorů:

• Legující prvky: Jedná se o prvky jako hořčík (Mg), křemík (Si), měď (Cu) a zinek (Zn), které ovlivňují svařitelnost. Měď: Vysoký obsah mědi, jako například ve slitinách řady 2xxx, může zhoršit snadné svařování a zvýšit pravděpodobnost vzniku trhlin za tepla.
• Tepelná vodivost a bod tání: Hliník vede přibližně čtyřikrát více tepla než ocel, což usnadňuje šíření tepla a umožňuje obtížné udržení konzistentní svarové lázně. Dalším rizikem, které pro hliník představuje nízký bod tání, je propálení při svařování.
• Náchylnost k praskání: Slitiny 2xxx a 7xxx mají tendenci při tuhnutí praskat kvůli napětí, které se koncentruje během chlazení.
• Oxidace povrchu: Hliník při styku se vzduchem snadno a samovolně vytváří velmi houževnatý oxidový povlak. Tato oxidová vrstva se taví při vyšším rozsahu teplot ve srovnání s podkladovým kovem a měla by být.

Nejlepší hliníkové slitiny pro svařování

Slitina 5052

Slitina Al-Mg (hliník-hořčík) 5052 je mnohými považována za jednu z nejvhodnějších slitin pro svařování. Je to dáno vysokým obsahem hořčíku, a proto má dobrou odolnost proti korozi, zejména v mořském prostředí a při použití v chemickém zpracování.

Aplikace: Střední až vysoká pevnost, vysoká tažnost a nadprůměrná odolnost proti korozi.

Výhody:

• Opravdu dobrá svařitelnost technikou TIG nebo MIG.
• Není odolný proti deformaci a praskání za tepla při svařování.
• Má vynikající korozní vlastnosti odolné proti svařování.

Materiály: Nádrže na chemikálie, panely pro automobilový průmysl, střešní krytiny a průmyslová zařízení.

Slitina 5083

Slitina hliníku a hořčíku 5083 má vysokou pevnost při nízkých teplotách, a proto je použitelná v námořní a kryogenní technice. Odolává korozi zejména v průmyslové a mořské vodě.

Charakteristika: Mimořádně vysoká pevnost, dobrá ochrana proti korozi, dobrá odolnost proti únavě.

Výhody:

• Skvělá svařitelnost s minimální přípravou po svařování.
• Velmi odolné proti praskání za napětí a korozi.
• Používá se v aplikacích, které vyžadují vysokou strukturální integritu, například v aplikacích pro těžké zatížení.

Aplikace: Použití: Stavba lodí, tlakové nádoby a nádrže, rámy a zařízení pro automobilový průmysl a dopravní prostředky.

5754 Slitina

Další slitinou Al-Mg je A-Mg 5754, kterou lze označit za středně pevnou s vysokou odolností proti korozi a vysokou tvářitelností. Dosahuje také strukturní pevnosti a svařitelnosti, a proto se běžně používá tam, kde je klíčová strukturní pevnost a svařitelnost.

Charakteristika: Střední pevnost, vysoká tažnost, odolnost proti korozi.

Výhody:

• Vynikající svařování dostupnými metodami svařování.
• Vynikající korozní vlastnosti v námořních a průmyslových podmínkách.
• Má dobrou tvařitelnost a poměrně dobrou pevnost i při svařování.

Aplikace: Panely pro karoserie, konstrukční panely, stavební obklady a lodní obklady.

Slitina 6061

Slitina Al-Mg-Si o složení 6061 našla široké uplatnění v konstrukční a letecké oblasti. Je kompromisem mezi houževnatostí, odolností proti korozi a užitnými vlastnostmi.

Typ nemovitostí: Středně vysoká pevnost, velmi dobrá odolnost proti korozi a střední tažnost.

Výhody:

• Lze svařovat metodou TIG nebo MIG, u silných profilů je možný předehřev.
• Mechanické vlastnosti se obnovují tepelným zpracováním po svařování.
• Díky vynikajícímu poměru pevnosti a hmotnosti je vhodný pro použití v konstrukčních dílech.

Aplikace: Letecké konstrukce, potrubí, automobilové komponenty, mostní konstrukce a konstrukční výrobky.

Slitina 6063

Slitina Al-Mg-Si (6063) je další architektonickou a dekorativní slitinou Al, která se vyznačuje hladkým povrchem a schopností odolávat korozi.

Vlastnosti: Silná nebo střední pevnost, dobrá odolnost proti korozi, dobrá povrchová úprava.

Výhody:

• Vyniká svařitelností všech typů tlouštěk.
• Odolává i korozi, včetně venkovní a architektonické.
• Hladký povrch lze eloxovat a označit dekorem.

Aplikace: Architektonické konstrukce, okenní rámy, dveře, závěsy a výlisky.

Slitina 1100

Slitina hliníku 1100 se může zdát téměř čistou slitinou hliníku (jedná se o hliník 99%). Je měkká, tvárná a velmi snadno se svařuje, takže je vhodná tam, kde jde spíše o odolnost než o pevnost.

Vysoká tažnost: Vynikající odolnost proti korozi, nízká pevnost.

Výhody:

• Velmi snadno svařitelný s minimální nebo žádnou přípravou.
• Velmi dobrá odolnost vůči korozi, a to i vůči silným chemikáliím.
• Velmi snadno se ohýbá, tvaruje a formuje.
• Aplikace: Střechy, obklady, chemická zařízení, kuchyňské objekty a aplikace s nízkou pevností.

Slitina 1350

Další slitinou hliníku vysoké čistoty použitelnou v elektrotechnickém a chemickém průmyslu je slitina1350. Je neuvěřitelně pevná, má velkou odolnost proti korozi a je velmi dobře svařitelná a při použití ve specializovaných zařízeních je to velmi spolehlivý kov.

Výhody: Odolnost vůči korozi, vynikající svařovací schopnosti a nízká hmotnost.

Výhody:

• Snadno se svařuje běžným způsobem.
• Nízká hmotnost, proto je použitelný v přenosných strojích.
• Je odolný proti korozi a má dlouhou životnost i v prostředí s chemickými látkami nebo mořskou vodou.
• Aplikace: Zpracovatelská zařízení, rozvody, elektrické přípojnice a nádrže na chemikálie.

Slitiny hliníku a jejich hlavní vlastnosti a svařitelnost.

Níže uvedená technická tabulka obsahuje seznam úplných vlastních názvů hliníkových slitin a jejich hlavních vlastností a svařitelnosti:

Jedná se o verzi, která používá správné názvy slitin v technických knihách a letecké/průmyslové termíny.

Typy hliníkových slitin

Hliníkové slitiny se dělí do dvou velkých skupin, a to na: kované slitiny a slitinové odlitky. Každý typ má specifické vlastnosti, použití a svařitelnost.

1. Hliníkové slitiny, kované

Mechanicky opracované plechy, desky, fólie, tyče nebo výlisky jsou vyrobeny z tepaných slitin. Z hlediska složení se dělí na dvě řady:

Slitiny, které nejsou tepelně zpracovatelné:

• Tyto slitiny nemohou dosáhnout pevnosti těmito tepelnými úpravami, ale obráběním za studena Místo toho jsou příkladem řady 1000, 3000 a 5000. Jsou velmi odolné proti korozi a mají dobrou svařitelnost, proto se používají jako námořní konstrukce, střešní krytiny a aparatury pro chemické zpracování.

Tepelně zpracovatelné slitiny:

•  Pevnost těchto slitin může zajistit i jejich ošetření roztokem a zpevněním. Příkladem jsou řady 2000, 6000 a 7000. Jsou pevné, ale mohou být obtížně svařitelné, v některých případech vyžadují speciální metody. Použití je v leteckém a automobilovém průmyslu a při výrobě rámových konstrukcí.

2. Odlévání hliníkových slitin

Na stránkách odlévání hliníku slitiny se realizují litím roztavené slitiny do odlitků. Jsou použitelné ve složitých tvarech, které se těžko vytvářejí kováním. Slitiny pro odlévání mohou být tepelně zpracovatelné nebo nezpracovatelné a poskytují rovnoměrnou rovnováhu mezi pevností, odolností proti korozi a obrobitelností. Typická použití zahrnují bloky motorů, automobilové díly a strojní zařízení.

Při výběru vhodného materiálu pro svařování je důležité pochopit povahu hliníkové slitiny, protože ta pravděpodobně ovlivní mechanické vlastnosti, odolnost proti korozi i kvalitu spojů.

Nejtvrdší hliníkové slitiny ke svařování

Slitina 2024

Vysokopevnostní materiál Al-Cu, používaný v leteckém průmyslu a podobných oblastech s vysokým napětím.

Výzvy:

• Při svařování bývá náchylný k praskání za tepla.
• Vyžaduje speciální metody a výplňové kovy.
• Po svařování musí následovat tepelné zpracování, aby se obnovily mechanické vlastnosti.

2219 Slitina

Charakteristika: Vysokopevnostní slitina Al-Cu, která se používá v letectví a raketách.

Výzvy:

• Velmi těžko se svařuje, protože by mohl prasknout a deformovat se.
• A vyžaduje velkou zručnost při zahřívání a dokonalém svařování.

Slitina 7075

Charakteristika: Slitina Al-Zn-Mg-Cu, která má nesmírně vysokou pevnost a obvykle se používá v letectví a vojenství.

Výzvy:

• Špatná svařitelnost; nesmí se svařovat konvenčním způsobem.
• Velmi náchylné ke korozi pod napětím.
• Obvykle se používá svařování třením nebo jiné speciální postupy.

Techniky svařování hliníku

Stejně jako je nutné zvolit vhodný postup svařování, je nutné zvolit i vhodnou slitinu. Nejpoužívanější metody svařování hliníku jsou:

• Svařování metodou TIG (GTAW): Lze vytvářet jemné a čisté svary, je však vhodná na tenké materiály. Běžně se používá při práci se slitinami 1xxx, 5xxx a 6xxx.
• Svařování metodou MIG (GMAW): Nabízí vyšší rychlost nanášení, lze jej použít pro silnější profily a v průmyslu se často volí pro svařování hliníkových slitin řady 5xxx a 6xxx.
• Výplňové kovy: Je důležité zvolit správný výplňový kov. Plniva 5356 jsou proto použitelná pro slitiny 5xxx a 4043 pro 6xxx.
• Předehřev a následný ohřev: Léčba: Předehřátí zabraňuje problémům spojeným s tepelným šokem a praskáním, zejména u silných součástí. Některé slitiny potřebují umělé stárnutí, aby po svařování znovu získaly pevnost.

Praktické návrhy při svařování hliníkových slitin

Složení svařování hliníku Hliník lze snadno svařovat, ale tato operace vyžaduje zvláštní plánování a techniku, protože hliník má vysokou tepelnou vodivost, tendenci k tvorbě oxidových povlaků a může se snadno deformovat nebo lámat. Správná slitina a technika mohou výrazně zvýšit pevnost svaru a jeho kvalitu. Následují pracovní návrhy:

1. Výběr správné slitiny pro dané použití

• V mořském, chemickém a korozivním prostředí: 5052, 5083 a 5754 jsou ideální volbou.
• Mírná síla: 6061, 6063 se většinou používají v robustních konstrukcích.
• K použití v dekoraci nebo jako nízkopevnostní materiály: 1100, 1350 lze použít.
• Vyhněte se slitinám: 2024, 2219 a 7075, pokud se nepoužijí specializované metody, jako je svařování třením.

2. Výběr vhodného svařovacího procesu

• TIG (GTAW): Je to přesný a čistý proces, který se často používá při svařování tenkých profilů. Nejlépe se hodí pro 5052, 5083, 6061 a 1100.
• Kovový inertní plyn (GMAW): Používá průmyslový standard MIG (inertní plyn nebo kovový oblouk). Používá se rychleji tam, kde je zapotřebí silnější kov; běžně se používá v průmyslových aplikacích. Vhodné pro 5052, 6061 a 5754.
• Svařování metodou třecího míchání (FSW): Tato technika svařování je nejproduktivnější u vysokopevnostních slitin, jako jsou 7075 a 2219, u nichž se tavné svařování nedoporučuje.

3. Příprava povrchu

• Před svoláním ke kohoutu očistěte povrch oxidu hlinitého buď kartáčem z nerezové oceli, nebo chemickým čističem před svařováním.
• Ujistěte se, že povrch není mastný nebo mokrý, jinak by materiál mohl být porézní a mít slabé vazby.

4. Regulace příkonu topení

• Hliník vede teplo příliš rychle, a tak přehřátí způsobuje deformace, propálení nebo pevnost.
• Minimalizujte dlouhé průchody svarem a nevhodné velikosti elektrod a používejte předehřev (pokud je to nutné), abyste zajistili rovnoměrné rozložení tepla.

5. Použití kompatibilních výplňových kovů

• Chcete-li zachovat pevnost a zabránit korozi, přizpůsobte slitinu výplně základnímu kovu.
• Mezi běžné výplňové slitiny patří výplňové slitiny 4045, 5356 a 5556 v závislosti na hliníkovém základu.

6. Ošetření po svařování

• V případě slitin, které vyžadují tepelné zpracování, jako je 6061 nebo 2024, by se mělo provést tepelné zpracování po svařování, aby se obnovily mechanické vlastnosti.
• Větší odolnosti proti korozi lze dosáhnout eloxováním nebo jinými ochrannými povlaky v mořském nebo jiném korozivním prostředí.

7. Minimalizace zkreslení

• Odstupňované svary, upínání a svařování mohou pomoci omezit deformace nebo napětí.
• U tenkých plechů lze k pohlcení dodatečného tepla použít podpěrné tyče nebo chladicí desky.
• Tyto užitečné návrhy zaručují robustní, houževnaté a korozivzdorné svařované rovnoměrnosti v hliníku a minimalizují možnost vzniku trhlin, deformace nebo pádu.

Závěr

Svařování hliníkových slitin vyžaduje určitý druh rovnováhy mezi výběrem materiálu, postupem a tepelnou úpravou po svařování, aby se dosáhlo pevných, stabilních a korozivzdorných spojů. Z široké škály dostupných hliníkových slitin mají nejlepší vlastnosti z hlediska odolnosti proti korozi, tažnosti a snadné výroby pro úspěšné svařování slitiny 5052, 5083, 5754, 6061, 6063, 1100 a 1350. Tento typ slitin je běžný v průmyslových odvětvích, jako je námořní průmysl, automobilový průmysl, letecký průmysl a konstrukční průmysl, a to díky své střední až vysoké pevnosti s dobrou svařitelností. Naopak u vyšších koncových pevností ve spektru slitin (2024, 2219 a 7075) se vysokopevnostní slitiny svařují obzvláště obtížně, protože jsou náchylné k praskání za tepla, deformaci a ztrátě pevnostních vlastností, což vyžaduje buď speciální metody svařování (svařování třením, řízené tepelné zpracování), nebo speciální tepelné úpravy.

Pro optimální využití svařovaných konstrukcí z hliníku jsou důležité takové praktické aspekty, jako je příprava povrchu upevnění, teplota, použití vhodných plniv a také ošetření po svařování. Při znalosti vlastností, výhod a nevýhod jednotlivých slitin mohou konstruktéři a výrobci činit informovaná rozhodnutí, která povedou k odpovídající pevnosti konstrukce a dlouhé životnosti. A konečně, výběrem správné hliníkové slitiny a dodržováním správných postupů svařování lze zajistit vysokou kvalitu a bezpečnost svařování, což zvyšuje bezpečnost a efektivitu všech průmyslových a architektonických a technologických výrobků a aplikací.

Nejčastější dotazy

1. Jaké hliníkové slitiny se nejsnáze svařují?

Nejsnadněji se svařují slitiny 5052, 5083, 5754, 6061, 6063, 1100 a 1350. Tyto slitiny mají dobrou odolnost proti korozi, vysokou tažnost a velmi malou pravděpodobnost vzniku trhlin při svařování, což umožňuje jejich použití ve většině průmyslových a konstrukčních aplikací.

2. Proč je obtížné svařovat některé druhy hliníkových slitin?

Slitiny jako 2024, 2219, 7075 se těžko svařují kvůli vysoké pevnosti a tomu, že mohou být tepelně zpracovány, že mají tendenci k tvorbě trhlin za tepla, deformaci a to jsou některá z rizik, kterým čelí během konvenčního procesu tavného svařování, schopnost ztrácet své mechanické vlastnosti. K vytvoření pevných spojů bez vad jsou obvykle nutné i speciální spojovací postupy, jako je svařování třením.

3. Jaké jsou nejlepší postupy při svařování hliníku?

Osvědčené postupy zahrnují správné čištění povrchu, aby se odstranily vrstvy oxidů, pečlivou kontrolu tepelného příkonu, typy přídavných kovů, které jsou vzájemně kompatibilní, upínání nebo přichycení, aby se minimalizovalo případné zkreslení, a jakoukoli úpravu po svařování, jako je tepelné zpracování nebo ochranný povlak. Tyto postupy účinně vedou k vysokým, pevným a odolným svarům a k ochraně proti korozi.