Spawanie odlewów aluminiowych: Kompleksowy przewodnik

Istnieje bardzo niewiele miejsc, w których można nauczyć się spawania odlewów aluminiowych, a zestaw umiejętności potrzebnych do tego jest wysoce wyspecjalizowany. Odlewane aluminium jest jednak materiałem tworzonym przez wlewanie stopionego aluminium do formy, co skutkuje porowatym materiałem z zanieczyszczeniami. Nie ma to miejsca w przypadku standardowych stopów aluminium. Ze względu na te cechy spawanie jest trudniejsze, a staranne przygotowanie, precyzyjne kontrolowanie ciepła i stosowanie odpowiednich technik jest niezbędne do uzyskania mocnych, wytrzymałych spoin. Utlenianie jest jedną z największych przeszkód podczas spawania odlewów aluminiowych. Ta cienka warstwa tlenku, powstająca pod wpływem powietrza, jest znacznie grubsza niż ta, która naturalnie tworzy się na aluminium i topi się w znacznie wyższej temperaturze niż samo aluminium, utrudniając stapianie. Co więcej, obecność zanieczyszczeń i uwięzionych gazów w odlewanym aluminium może skutkować porowatością, która zapewnia słabe spoiny, jeśli nie zostaną odpowiednio oczyszczone i podgrzane.

Metoda TIG (Tungsten Inert Gas) jest wybierana ze względu na precyzję i czystość, podczas gdy metoda MIG (Metal Inert Gas) jest przydatna w przypadku szybkości i grubszych materiałów. Aby uzyskać mocną i wolną od wad spoinę, konieczne jest użycie odpowiedniego spoiwa (takiego jak 4045, 5356 lub 4047) i kombinacji gazów osłonowych (czystego argonu lub mieszanki argonu i helu). Dobre przygotowanie obejmuje odpowiednie czyszczenie i wstępne podgrzewanie, aby zminimalizować pękanie, porowatość i brak wtopienia. Wytrzymałość i żywotność połączeń spawanych jest dodatkowo poprawiana przez obróbkę po spawaniu, taką jak usuwanie naprężeń, szlifowanie i ochrona antykorozyjna po spawaniu.

Podczas gdy większość spawarek do odlewów aluminiowych spawa stal, spawacze mogą z powodzeniem pracować z odlew aluminiowy przy użyciu odpowiednich technik, narzędzi i dbałości o szczegóły tak długo, jak długo w przemyśle wymagane są lekkie komponenty o wysokiej wytrzymałości. Jest to możliwy do opanowania proces, który prowadzi do dalszego rozwoju zastosowań spawania aluminium oraz do niezawodnej i przewidywalnej wydajności konstrukcji aluminiowych w krytycznych środowiskach.

Zrozumienie odlewów aluminiowych 

Jednak przed przystąpieniem do technik spawania potrzebnych do odlewania aluminium, ważne jest, aby dobrze zrozumieć, czym jest odlewane aluminium i co odróżnia je od innych metali. Odlewane aluminium różni się od kutego aluminium, które jest kształtowane mechanicznie za pomocą walcowania lub wytłaczania, tym, że odlewane aluminium może być formowane w złożone kształty o wysokiej precyzji poprzez topienie aluminium i wlewanie tej stopionej formy do formy. Wytworzona w ten sposób unikalna struktura wewnętrzna, zwykle charakteryzująca się porowatością, zanieczyszczeniami i zmiennym składem stopu, ma istotny wpływ na spawalność.

Aby móc z powodzeniem spawać odlewy aluminiowe, należy znać ich właściwości chemiczne i fizyczne, zalety i wady, a także różne rodzaje odlewanych stopów aluminium z różnych gałęzi przemysłu. Czynniki te zostaną wzięte pod uwagę przy określaniu niezbędnej metody spawania, wyborze materiału wypełniającego i technik przygotowania przed spawaniem w celu wykonania mocnych i wolnych od wad spoin.

Właściwości odlewów aluminiowych: Co wyróżnia odlew aluminiowy?

Inną ważną kwestią jest to, że odlew aluminiowy ma kilka właściwości, które sprawiają, że jest lekki, antykorozyjny i bardzo elastyczny. Jednak te same właściwości stwarzają również pewne trudności podczas spawania, pod warunkiem, że nie zostaną podjęte odpowiednie środki.

1. Porowatość: Ukryte wyzwanie

Prawdopodobnie jedną z największych obaw związanych ze spawaniem odlewanego aluminium jest porowatość; jest ona znana jako małe pęcherzyki gazu, które zostają uwięzione w metalu podczas jego odlewania. Pęcherzyki te powstają w wyniku uwięzienia gazów, takich jak wodór, tworzenia się małych porów w wyniku kurczenia się podczas chłodzenia metalu aluminiowego i zanieczyszczeń.

Jak porowatość wpływa na spawanie?

• Osłabia to wytrzymałość mechaniczną, a spoina może pękać.
• Przyczynia się do zanieczyszczenia spoin, a tym samym osłabia wytrzymałość wykonanych połączeń.
• Zabezpiecza gazy w obszarze spoiny, tworząc nierówności powierzchni.

Jak zminimalizować porowatość podczas spawania?

• Przed rozpoczęciem spawania należy odpowiednio przygotować powierzchnię metalu poprzez jej oczyszczenie.
• Chwyć folię aluminiową i podgrzej ją, aby zmniejszyć naprężenia termiczne aluminium, a także zminimalizować powstawanie pęcherzyków powietrza.
• W tym celu należy użyć wysokiej jakości gazu obojętnego 100% Argon, aby uniknąć utleniania.

2. Utlenianie: Bariera dla czystych spoin

Jest to pierwiastek, który reaguje z innymi pierwiastkami, w szczególności z tlenem znajdującym się w przestrzeni otaczającej metal. To utlenianie generuje bardzo cienką, ale niezwykle twardą warstwę tlenku aluminium (Al₂O₃), która zapobiega dalszej korozji aluminium. Niemniej jednak, warstwa tlenku jest krytyczną kwestią podczas spawania, ponieważ jej temperatura topnienia wynosi około 3700°F (2037°C), czyli znacznie więcej niż temperatura topnienia aluminium (1221°F (660°C)).

Badanie, dlaczego utlenianie jest problemem w spawalnictwie

• Czy ma to zasadnicze znaczenie dla tworzenia długiego wiązania między spoiwem a metalem podstawowym?
• Doprowadziło to do zanieczyszczenia jeziorka spawalniczego, a tym samym do uzyskania słabych spoin.
• Wymaga przygotowania przed spawaniem, ponieważ ma warstwę tlenku.

Różne techniki usuwania i kontrolowania utleniania

• Opłucz aluminiowy element ciepłą wodą, a następnie użyj szczotki ze stali nierdzewnej, która powinna być używana wyłącznie do czyszczenia aluminium, aby usunąć warstwę tlenku.
• Przetrzyj powierzchnię acetonem lub alkoholem jako proces czyszczenia przed spawaniem, ponieważ olej unosi się na metalach, a tłuszcz wsiąka.
• Aby przeciąć utlenianie, zaleca się stosowanie prądu przemiennego w spawaniu TIG.

3. Wrażliwość na ciepło: Zarządzanie przewodnością cieplną

W przeciwieństwie do stali, aluminium ma wysoką przewodność cieplną i może łatwo absorbować i emitować ciepło. Zawsze stanowiło to problem w utrzymaniu standardowej temperatury spawania; ma to tendencję do powodowania następujących zjawisk:

• Niekompletna fuzja spowodowana szybką utratą ciepła.
• Trzy, odkształcenia lub zniekształcenia głównie w cienkich częściach aluminiowych.
• Przepalanie, szczególnie w bardzo porowatych lub cieńszych częściach odlewanego aluminium.

Jak pokonać wyzwania związane z wrażliwością na ciepło?

• Ma to na celu regulację przepływu ciepła w taki sposób, aby wszystkie części używanego materiału były tak gorące, jak pożądana temperatura.
• Umiejętność dostrojenia systemu kontroli ciepła i skłonność do spawania metodą TIG.
• Zmniejszenie ilości ciepła wprowadzanego do obszaru spawania można osiągnąć w ten sposób, stosując krótsze ściegi spawania.

Popularne rodzaje odlewanych stopów aluminium

Różne rodzaje odlewanych stopów aluminium mogą być odlewane w zależności od ich składu chemicznego i właściwości mechanicznych. Oto kilka zalet i wad każdego typu, a także zastosowania, w których będą one najbardziej przydatne.

1. Odlew aluminiowy A356: Wysokowytrzymały stop

 Jego skład: Obejmuje głównie aluminium (Al), krzem (Si) i magnez (Mg).

Najważniejsze cechy

• Charakteryzuje się wysoką wytrzymałością na rozciąganie i nadaje się do zastosowań konstrukcyjnych.
• Doskonała odporność na korozję, szczególnie w wilgotnym środowisku.
• Charakteryzuje się dobrą spawalnością, choć może być wymagana obróbka cieplna po spawaniu w celu odzyskania wytrzymałości.

Typowe zastosowania

• Jest stosowany w komponentach silników, kołach i skrzyniach biegów w przemyśle motoryzacyjnym.
• Przemysł lotniczy i kosmonautyczny - stosowany w elementach konstrukcyjnych samolotów ze względu na stosunek wytrzymałości do masy.
• Urządzenia medyczne - stosowane w narzędziach chirurgicznych i obudowach o wysokiej wytrzymałości.

2. 319 Odlew aluminiowy: Odporny na zużycie stop

Skład: Zawiera wyższe poziomy krzemu (Si) i miedzi (Cu) niż A356.

Najważniejsze cechy

• Bardzo dobra odporność na zużycie w ciężkich zastosowaniach.
• Jest bardziej kruchy i ma wyższą zawartość krzemu, a zatem jest trudniejszy do spawania.
• Aby zapobiec pękaniu, potrzebne są specjalistyczne materiały wypełniające (4047).

Typowe zastosowania

• Warianty odporne na zużycie: głowice cylindrów samochodowych i bloki silnika.
• W pompach i obudowach wymagana jest trwałość.
• Części do maszyn przemysłowych są przeznaczone do pracy w najtrudniejszych warunkach, w których występują duże obciążenia mechaniczne.

3. Odlew aluminiowy 535: Stop morski

Skład: Zawiera wysoki procent magnezu (Mg) zapewniający odporność na korozję.

Najważniejsze cechy

• Doskonała odporność na korozję, szczególnie w środowisku słonej wody.
• Spawalność jest dobra, ale wymagane jest pełne czyszczenie przed spawaniem, aby uniknąć zanieczyszczenia.
• Łatwiejsze do kształtowania i naprawy niż 319.

Typowe zastosowania

• Wysoka odporność na korozję w słonej wodzie sprawia, że nadają się one do kadłubów łodzi, części silników okrętowych i śrub napędowych.
• Stosowany jest w samolotach i częściach lotniczych, które wymagają wytrzymałych i lekkich materiałów.
• Elementy, które stanowią minimalne zagrożenie dla komponentów przemysłowych narażonych na trudne warunki chemiczne.

Dlaczego zrozumienie odlewów aluminiowych ma znaczenie dla spawania?

Rozpoczęcie pracy nad spawaniem odlewów aluminiowych polega na określeniu, z czego wykonany jest odlew aluminiowy, jego właściwości i związanych z tym wyzwań. W związku z tym, że odlew aluminiowy jest szeroko stosowany w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym i morskim, spawacze potrzebują strategii dotyczących porowatości odlewu, utleniania i wrażliwości na ciepło.

Różne rodzaje odlewów stopy aluminium różnie reagują na spawanie i należy wybrać odpowiednie materiały wypełniające, gaz osłonowy i technikę spawania, co oznacza różnicę między mocną, niezawodną spoiną a słabym, porowatym złączem.

Przygotowując materiał, stosując odpowiednie procedury czyszczenia i regulując dopływ ciepła, spawacze mogą rozwiązać problemy związane z odlewami aluminiowymi i generować mocne, trwałe spoiny, które są zgodne z trudnymi zastosowaniami.

Wyzwania związane ze spawaniem odlewów aluminiowych 

Spawanie odlewów aluminiowych jest niezwykle trudne ze względu na ich wyjątkowe właściwości fizyczne i chemiczne. Świadomość tych wyzwań pomaga spawaczom używać odpowiednich narzędzi i metod aplikacji, co skutkuje wolnymi od wad, mocnymi spoinami.

1. Kwestie utleniania: Główna bariera spawalnicza

Kiedy aluminium jest wystawione na działanie powietrza, utlenia się niemal natychmiast, tworząc bardzo cienki, ale bardzo wytrzymały tlenek glinu (Al₂O₃). Następnie wyjaśnił, że warstwa tlenku utworzona podczas początkowego utleniania aluminium ma temperaturę topnienia 3700 ° F (2037 ° C), trzykrotnie wyższą niż temperatura topnienia aluminium, która wynosi 1221 ° F (660 ° C). Jednak ta ogromna różnica w temperaturach topnienia powoduje poważne trudności w spawaniu, w tym następujące:

• Niepełne stopienie (warstwa tlenku uniemożliwia prawidłowe połączenie metalu wypełniającego z materiałem podstawowym).
• Zanieczyszczone spoiny - Obecne utlenianie, które może powodować porowatość, słabe połączenia i wtrącenia pozostawione w spoinie.
• Tlenek wytwarza niestabilny łuk, co powoduje jego wędrowanie i nierównomierną wydajność spawania.

Rozwiązanie

Spawanie metodą TIG prądem przemiennym (AC) pomaga utrzymać warstwę tlenku na obrabianym przedmiocie i pomaga zachować stabilność łuku. Ponadto specjalna szczotka ze stali nierdzewnej i chemiczne środki czyszczące, takie jak aceton, mogą oczyścić utlenianie przed spawaniem.

2. Zanieczyszczenia i kontaminacja: Ukryte zagrożenie

Aluminium jest często odlewane z materiałów pochodzących z recyklingu, a zatem może zawierać uwięzione gazy, pozostałości oleju, brud i inne zanieczyszczenia związane z produkcją odlewów. Zanieczyszczenia te muszą być prawidłowo oczyszczone przed spawaniem, w przeciwnym razie mogą prowadzić do:

• Spoina jest osłabiona i podatna na pękanie ze względu na małe kieszenie gazowe (porowatość).
• Wtrącenia: - W spoinie została uwięziona substancja niemetaliczna, która zmniejsza wytrzymałość spoiny.
• Niektóre obszary mogą być dobrze zespolone, a inne mogą pozostać słabe z niespójną jakością spoiny.

Rozwiązanie

Do dokładnego oczyszczenia powierzchni ze smaru i brudu używa się acetonu lub alkoholu. Przed rozpoczęciem spawania należy usunąć uwięzione gazy za pomocą palnika do podgrzewania.

3. Przewodność cieplna jest zbyt wysoka: Potrzebna jest kontrola ciepła

Z drugiej strony oczekuje się, że aluminium będzie absorbować i przekazywać ciepło bardzo szybko, w porównaniu do stali. Może to prowadzić do:

• Zbyt wysoka temperatura może spowodować stopienie cieńszych części (przepalenie).
• Nierównomierne nagrzewanie (wypaczenia i zniekształcenia) - metal ulega uszkodzeniu, ponieważ został nierównomiernie nagrzany.
• Niespójne wtopienie - Zbyt szybkie rozpraszanie ciepła powodujące słabe wtopienie w spoinę.

Rozwiązanie

Ponadto należy podgrzać aluminium do temperatury 150-315°C (300-600°F), aby uzyskać równomierne rozprowadzanie ciepła i lepsze wtopienie spoiny. Większa ilość wprowadzanego ciepła przy kontrolowanej prędkości przesuwu zapewnia stabilność jeziorka spawalniczego.

Niezbędne narzędzia i sprzęt do spawania odlewów aluminiowych

Podczas spawania odlewów aluminiowych wymagany jest specjalistyczny sprzęt, a spawanie musi być dokładne, wytrzymałe i trwałe.

• Proces spawania jest sam w sobie narzędziem, które musi być starannie dobrane i to właśnie zostało omówione w tym przewodniku po spawarkach.
• Właściwy dobór spawarki jest bardzo ważny w przypadku spawania aluminium.
• Spawarka TIG (Tungsten Inert Gas) (GTAW) - najlepsza do precyzyjnych i wysokiej jakości spoin. Umożliwia lepszą kontrolę wprowadzanego ciepła i jest dobra do naprawy odlewów aluminiowych.
• TIG (Tungsten Inert Gas) - Nadaje się do metali wewnętrznych, ale jest znacznie wolniejsza niż MIG. Najlepsza do grubszych odlewów aluminiowych.

1. Metale wypełniające: Wzmocnienie spoiny

Mocna, wolna od pęknięć spoina zależy od odpowiedniego pręta wypełniającego.

• 4045 Aluminum Filler - Opcja ogólnego zastosowania do napraw odlewów aluminiowych.
• Wypełniacz aluminiowy 5356 - zapewnia wysoką wytrzymałość i odporność na korozję, idealny do zastosowań morskich.
• Wypełniacz aluminiowy - 4047 ma wysoką zawartość krzemu w celu zmniejszenia pęknięć i poprawy spływu.

2. GAZ OSŁONOWY 

Jak sama nazwa wskazuje, gaz w topniku spawalniczym, który zapobiega utlenianiu i porowatości. Zazwyczaj są to gazy obojętne wybrane ze względu na ich pożądane właściwości.

• Spoina jest chroniona przed zanieczyszczeniami atmosferycznymi za pomocą gazu osłonowego.
• Argon 100% - do spawania metodą TIG i MIG, najlepszy wybór do uzyskania stabilnego łuku i czystego jeziorka spawalniczego.
• Mieszanina argonu i helu - hel zwiększa dopływ ciepła i penetrację, dlatego jest używany do cięcia grubszych profili aluminiowych.

3. Narzędzia do czyszczenia i przygotowania

Spawanie nie powiedzie się, dopóki powierzchnia nie będzie czysta.

• Usuwa utlenianie bez zanieczyszczania powierzchni, szczotka ze stali nierdzewnej.
• Jeśli przed spawaniem konieczne jest usunięcie oleju, smaru lub brudu, dobrze sprawdzi się aceton lub alkohol.
• Zapobiega to szokowi termicznemu, a wilgoć i uwięzione gazy są usuwane.

Przygotowanie odlewu aluminiowego do spawania

Należy unikać wad i uzyskać mocną spoinę dzięki odpowiedniemu przygotowaniu.

Krok 1: Czyszczenie powierzchni

Ponieważ aluminium zatrzymuje brud, tłuszcz, utlenianie i wilgoć, nie ma innego wyjścia, jak tylko czyścić.

Dlaczego czyszczenie jest ważne?

• Zapobiega porowatości i zanieczyszczeniom.
• Pomaga to w lepszym połączeniu metalu wypełniacza z materiałem bazowym.
• Pomaga w utrzymaniu stabilnego łuku podczas spawania.

Proces czyszczenia:

• Aluminium można odtłuścić acetonem lub alkoholem w celu usunięcia oleju i zanieczyszczeń.
• ZAWSZE usuwaj warstwę tlenku za pomocą szczotki ze stali nierdzewnej (przeznaczonej wyłącznie do aluminium).
• Ważne jest, aby unikać dotykania czyszczonej powierzchni gołymi rękami, aby zapobiec ponownemu skażeniu.

Krok 2: Wstępne podgrzewanie aluminium

Zmniejsza naprężenia wewnętrzne i poprawia wtopienie spoiny.

Dlaczego Preheat?

• Minimalizuje pęknięcia w porowatym odlewie aluminiowym.
• Zapewnia lepszą dystrybucję ciepła i jakość spoiny.
• Pomaga usunąć uwięzione gazy i wilgoć.

Jak podgrzać odlew aluminiowy:

• Rozgrzać część do temperatury 300°F - 600°F (150°C - 315°C).
• Do monitorowania temperatury można użyć termometru na podczerwień.
• Może również ulec osłabieniu w wyniku przegrzania; należy tego unikać.

Techniki spawania odlewów aluminiowych 

Aby z powodzeniem spawać odlewy aluminiowe, należy stosować właściwą technikę, utrzymywać dobrą kontrolę ciepła i stosować odpowiednie parametry spawania. Poniżej przedstawiono najlepsze metody spawania odlewów aluminiowych wraz ze szczegółowymi informacjami na temat najlepszych praktyk.

1. Spawanie TIG (najlepsze pod względem precyzji i wytrzymałości)

Preferowaną metodą spawania odlewów aluminiowych jest spawanie wolframowym gazem obojętnym (TIG) lub spawanie łukiem wolframowym (GTAW), ponieważ zapewnia ono precyzję umożliwiającą uzyskanie czystych, mocnych spoin.

Najważniejsze wskazówki dotyczące spawania TIG

• Należy używać trybu AC: Tryb AC pozwala na skuteczniejsze przebicie warstwy tlenku aluminium i stabilność łuku.
• Najlepszym kątem dla palnika jest 15°: Zapewnia to równomierną penetrację i brak zanieczyszczeń.
• Krótka długość łuku jest ważna: Im krótszy łuk, tym lepsza kontrola ciepła i mniejsze ryzyko przepalenia i porowatości.
• Wybierz odpowiedni pręt wypełniający: 4047 (wysoka zawartość krzemu) zmniejsza pękanie, a 5356 zapewnia wyższą wytrzymałość i odporność na korozję.
• Wysoka częstotliwość startu zapewnia płynny start łuku bez zanieczyszczania elektrody wolframem.

Najlepsze dla: Cienkie odlewy aluminiowe, naprawy precyzyjne, zastosowania lotnicze i morskie.

2. Spawanie MIG (najlepsze pod względem szybkości i wydajności)

Szybszą alternatywą dla spawania TIG, z wyjątkiem bardzo grubych profili aluminiowych, jest spawanie gazem obojętnym (MIG), znane również jako spawanie łukiem gazowo-metalowym (GMAW). Jednak kontrola napięcia i prędkości drutu podczas spawania MIG jest bardzo ważna, aby zapobiec wadom, takim jak porowatość lub przepalenie.

Najważniejsze wskazówki dotyczące spawania MIG:

• Używaj techniki pchania: Cofanie się w celu zbliżenia się do powierzchni powoduje jej całkowite zanieczyszczenie i nie jest ona już tak czysta.
• W trybie przenoszenia natryskowego eliminowane są znaczne rozpryski, a łuk spawalniczy jest bardzo stabilny, co zapewnia wysoką jakość spoiny.
• Prawidłowe ustawienia pozwalają na dobrą fuzję bez przegrzania.
• Hel zwiększy penetrację i może być używany do grubszych sekcji lub użyj czystego argonu lub mieszanki argonu i helu.
• Wstępne podgrzanie przedmiotu obrabianego pomaga zmniejszyć szok termiczny i ogranicza pękanie.

Najlepsze dla: Grubsze odlewane części aluminiowe, naprawy samochodowe, zastosowania przemysłowe.

3. Alternatywne metody spawania (w szczególnych przypadkach)

Czasami spawanie TIG lub MIG nie będzie najlepszym rozwiązaniem ze względu na wrażliwość na ciepło, złożoność części lub potrzebę naprawy. W szczególnych przypadkach można zastosować następujące metody alternatywne.

• Lutowanie twarde to zastosowanie metalu wypełniającego o niższej temperaturze, który minimalizuje ryzyko odkształcenia lub osłabienia elementów wrażliwych na ciepło.
• Transfer metalu na zimno (CMT) jest niskotemperaturowy, a naprężenia termiczne są mniejsze, co doskonale nadaje się do delikatnych napraw.
• Spawanie laserowe - może dostarczać precyzyjne lokalne ciepło do cienkościennych elementów aluminiowych.

Najlepsze dla: Zastosowania niskotemperaturowe, drobne naprawy i precyzyjne spawanie.

Wady spawalnicze i sposoby ich usuwania

Odlewane elementy aluminiowe stanowią problem nawet dla doświadczonych spawaczy ze względu na porowatość, pękanie i trudności ze stapianiem. Wady te, a także sposoby ich unikania i naprawiania, mają kluczowe znaczenie, jeśli kiedykolwiek chcemy uzyskać niezawodnie mocne i trwałe spoiny.

1. Porowatość (kieszenie gazowe w spoinach)

Kieszenie gazowe uwięzione w spoinie są uważane za porowatość, która osłabia strukturę. Ponieważ odlew aluminiowy jest naturalnie "porowaty", jest bardziej podatny na tę wadę.

Przyczyny

• LUB Zanieczyszczenie brudem, olejem, smarem lub utlenianie.
• Niski przepływ gazu osłonowego lub nieszczelność systemu.
• Charakteryzuje się szybkim chłodzeniem, które zatrzymuje gaz w spoinie.

Rozwiązania

• Przed spawaniem upewnij się, że powierzchnia aluminium jest czysta i dokładnie przetrzyj ją acetonem lub nawet alkoholem.
• Usunąć oksydację za pomocą szczotki ze stali nierdzewnej (przeznaczonej do aluminium).
• Utrzymywać odpowiednie natężenie przepływu gazu (15-25 CFH dla czystego argonu).
• Zmniejszenie ekspansji uwięzionego gazu i zwiększenie penetracji poprzez wstępne podgrzanie przedmiotu obrabianego.
• Zmniejszenie porowatości poprzez zastosowanie wypełniacza silikonowego o wyższej zawartości silikonu (np. 4047).

Pro Tip:  Metal spoiwa powinien być zawsze suchy i wolny od wilgoci, ponieważ obecność wilgoci w prętach spoiwa może spowodować porowatość spoiny.

2. Pękanie (słabe i kruche spoiny)

Wysokie naprężenia termiczne lub wybór niewłaściwego materiału wypełniającego mogą być częstą przyczyną pękania. Aluminium kurczy się znacznie podczas chłodzenia, powodując wzrost naprężeń, a w rezultacie pękanie.

Przyczyny

• Powoduje pęknięcia skurczowe pod wpływem wysokich naprężeń termicznych.
• Zastosowanie niewłaściwego metalu wypełniającego, a tym samym niekompatybilność.
• Wstępne nagrzewanie jest niewystarczające, co powoduje nierównomierne chłodzenie i wzrost naprężeń.

Rozwiązania

• Podgrzać obrabiany przedmiot do temperatury 150-315°C (300-600°F), aby zminimalizować szok termiczny.
• Należy użyć wysokokrzemowego pręta wypełniającego 4047, który jest odporny na pękanie.
• Upewnij się, że spoina stygnie powoli, aby nie doszło do pęknięć naprężeniowych.
• Odlewy aluminiowe dla dużych części mogą być spawane przy użyciu techniki wielościegowej w celu równomiernego rozprowadzenia ciepła i zmniejszenia naprężeń.

Pro Tip:  Jeśli po spawaniu pojawią się pęknięcia, należy usunąć pęknięcie za pomocą szlifierki matrycowej, oczyścić obszar i ponownie spawać z odpowiednim podgrzewaniem wstępnym.

3. Brak wtopienia (słabe połączenie między metalem a ściegiem spoiny)

O braku wtopienia mówi się, gdy nie doszło do wtopienia między ściegiem spoiny a materiałem podstawowym, tworząc słabsze połączenie. Często przyczyną tej wady jest zbyt niska temperatura lub niewłaściwa technika spawania.

Przyczyny

• Niska moc grzewcza ogranicza możliwość prawidłowego topienia.
• Duża prędkość poruszania się i brak penetracji.
• W ten sposób powstaje niekompletna fuzja spowodowana nieprawidłowym kątem palnika.

Rozwiązania

• Zwiększ ustawienia ciepła, aby prawidłowo spenetrować metal podstawowy.
• Prędkość ruchu musi zostać spowolniona, aby umożliwić jądrom głębszą fuzję.
• Utrzymuj stały kąt palnika (10-15 stopni), aby zapewnić stałą penetrację.
• W przypadku mieszanki helowo-argonowej i odlewu z grubego aluminium, pobór ciepła wzrośnie.

Pro Tip: W przypadku stwierdzenia braku wtopienia, wadliwa spoina jest szlifowana, powierzchnia jest czyszczona, a spoina jest ponownie wykonywana z wyższą temperaturą i mniejszą prędkością przesuwu.

Obróbka po spawaniu i wykończenie

Po zakończeniu operacji spawania wytrzymałość, trwałość i odporność na korozję można zapewnić tylko poprzez odpowiednie wykończenie i obróbkę po spawaniu.

Krok 1: Leczenie antystresowe

• Po wykonaniu spoiny należy ją powoli schłodzić, aby uniknąć naprężeń szczątkowych i pęknięć.
• W razie potrzeby należy zastosować obróbkę cieplną po spawaniu w celu przywrócenia wytrzymałości mechanicznej krytycznych elementów.
• Nie należy chłodzić spoiny wodą lub powietrzem, ponieważ szybkie schłodzenie może spowodować nowe pęknięcia.

Pro Tip: Zaleca się przykrycie spawanej części kocem termicznym, aby część mogła stopniowo schładzać się, a ryzyko pęknięcia naprężeniowego zostanie zmniejszone.

Krok 2: Szlifowanie i polerowanie

• Aby usunąć nadmiar materiału spawalniczego i wygładzić powierzchnię, użyj tarczy listkowej lub szlifierki matrycowej.
• Jeśli aplikacja ma na celu wypolerowanie kosmetyku, należy wypolerować aluminium na drobnym papierze ściernym (600-1200 Grit) lub tarczach polerskich.
• Aby zakończyć, w razie potrzeby wtop spoinę w otaczający metal.

 Pro Tip: Nie należy używać narzędzi szlifierskich ze stali węglowej do szlifowania aluminium, ponieważ zanieczyszczenia mogą powodować problemy z korozją.

Krok 3: Ochrona przed korozją

Chociaż aluminium jest naturalnie odporne na korozję dzięki warstwie tlenku, można zapewnić dodatkową ochronę w przypadku trudnych warunków, aby wydłużyć żywotność.

• Anodowanie - odnosi się do procedury, w której tworzona jest ochronna warstwa tlenku w celu zwiększenia odporności na korozję i poprawy wyglądu części.
• Powłoka proszkowa - Nadaje częściom trwałe wykończenie, które chroni przed zużyciem i uszkodzeniami spowodowanymi przez środowisko.
• Farba lub uszczelniacze - zapewniają ekonomiczną ochronę niekrytycznych części.

Pro Tip: W przypadku stosowania farby należy użyć podkładu wytrawiającego, ponieważ zwiększy on zarówno przyczepność, jak i trwałość.

Praktyczne zastosowania spawania odlewów aluminiowych 

Spawanie odlewów aluminiowych jest powszechnie stosowane w wielu branżach, takich jak naprawy samochodowe, produkcja lotnicza i nie tylko.

1. Naprawy samochodowe 

• Zdolność spawania TIG do lokalizacji i naprawy bloków silnika, głowic cylindrów i skrzyń biegów.
• Naprawa pękniętych felg aluminiowych i elementów zawieszenia.
• Wzmocnienie części podwozia do jazdy wyczynowej lub terenowej.

Pro Tip:  Spawane komponenty aluminiowe można znaleźć w wielu pojazdach wyścigowych o wysokich osiągach, aby utrzymać niską wagę, ale nadal zachować wytrzymałość.

2. Lotnictwo i kosmonautyka 

• Naprawa elementów kadłuba samolotu i części silnika.
• Spawanie aluminiowych struktur podwozia i płatowca w celu zmniejszenia masy przy jednoczesnym zachowaniu wytrzymałości.
• Produkcja niestandardowych części lotniczych, takich jak zbiorniki paliwa, konstrukcje skrzydeł i zbiorniki ciśnieniowe.

Pro Tip: A356 i 7075 to stopy aluminium klasy lotniczej, które można spawać tylko wtedy, gdy specjalne techniki i dokładna kontrola ciepła pozwalają zachować integralność spoiny.

3. Przemysł morski 

• Naprawy aluminiowych łodzi, śrub napędowych i obudów silników okrętowych.
• Spawanie aluminium klasy morskiej zapewnia odporność na słoną wodę.
• Naprawa konstrukcji morskich i komponentów stoczniowych zwykle poddawanych trudnym warunkom środowiskowym.

Pro Tip: We wszystkich zastosowaniach morskich materiał wypełniający powinien być zawsze odporny na słoną wodę, np. 5 356.

4. Przemysł i budownictwo 

• Naprawa ciężkich części maszyn i wyposażenia fabrycznego.
• Wzmocnienie aluminiowych rusztowań, rur i belek nośnych.
• Produkcja niestandardowych konstrukcji aluminiowych na potrzeby produkcji i budownictwa.

Pro Tip:  Wstępne podgrzewanie dużych odlewanych konstrukcji aluminiowych do spawania w celu zapobiegania pęknięciom i odkształceniom jest zwykle wykonywane w środowiskach przemysłowych.

Wnioski

Spawanie odlewów aluminiowych to wykwalifikowany proces, który wymaga idealnego połączenia przygotowania, sprzętu i pierwszorzędnej wiedzy spawalniczej, aby dobrze wykonać zadanie. Przestrzeganie prawidłowych metod czyszczenia, podgrzewania i spawania zapewni mocne, niezawodne spoiny. Nie musisz jednak zajmować się przemysłem lotniczym, morskim, motoryzacyjnym lub zastosowaniami przemysłowymi, aby czerpać korzyści ze spawania odlewów aluminiowych w celu naprawy lub produkcji. Z czasem i praktyką, cierpliwością i dbałością o szczegóły, spawanie odlewów aluminiowych nie będzie stanowiło większego problemu, z minimalnymi defektami i profesjonalnymi rezultatami. Aby tworzyć spoiny, które przetrwają cały okres eksploatacji części, w zastosowaniach wymagających wysokiej wytrzymałości, należy zainwestować czas w technikę.

Najczęściej zadawane pytania dotyczące spawania odlewów aluminiowych

1. Jakie czynniki są uważane za trudniejsze podczas spawania odlewów aluminiowych?

Porowatość, utlenianie i wysoka przewodność cieplna odlewanego aluminium zwiększają pękanie, porowatość i słabość spoin. Warstwa tlenku topi się w znacznie wyższych temperaturach niż topi się samo aluminium i jako taka jest trudna do stopienia.

2. Jaki jest najlepszy rodzaj spawania odlewów aluminiowych?

Precyzyjne i czyste spoiny są możliwe przy użyciu metody TIG, podczas gdy metoda MIG jest dobra w przypadku grubszych materiałów. Mocne spoiny wymagają wstępnego podgrzania, odpowiedniego wypełniacza i gazu osłonowego.

3. Jakie są sposoby uniknięcia porowatości i pęknięć?

Zmniejszenie naprężeń termicznych poprzez dokładne oczyszczenie powierzchni, użycie czystego argonu i wstępne podgrzanie do 300F - 600F. Zastosowanie wypełniacza o wysokiej zawartości krzemu (4047) może zwiększyć odporność na powstawanie pęknięć.