Svařování hliníku – základy technologie

Vlastnosti hliníku a jeho slitin se liší od vlastností oceli, proto má jejich svařování řadu zvláštností. Hliník má vysokou tepelnou vodivost (přibližně 5krát vyšší než u běžných ocelí), takže teplo ze svařovacího místa je intenzivně odváděno do svařovaných dílů. To diktuje potřebu zvýšeného tepelného příkonu ve srovnání se svařováním oceli. Z tohoto důvodu se doporučuje předehřívání masivních hliníkových dílů.

Hliník se vyznačuje nízkým bodem tání – okolo 640 °C, tj. je výrazně nižší než bod tání oceli (okolo 1500 °C), a jeho pevnost při zahřátí prudce klesá. Navíc při zahřátí nemění barvu (což je typické pro většinu kovů) a v důsledku toho svářeči „nenaznačuje“, že je zahřátý téměř na bod tání. Vzhledem ke specifickým vlastnostem hliníku (vysoká tepelná vodivost a nízký bod tání v kombinaci s výrazným poklesem pevnosti při zahřátí) je tedy pravděpodobnost „propálení“ nebo dokonce roztavení součásti při svařování hliníku mnohem vyšší než při svařování oceli.

Hliník má značné smrštění při odlévání (dvakrát větší než ocel), proto při tuhnutí kovu svarové lázně v něm vznikají značná vnitřní napětí a deformace, které vedou ke vzniku tzv. „horkých trhlin“.

V současné době se ze všech známých metod svařování hliníku během oprav automobilů nejčastěji používají následující dvě: argonový obloukový a poloautomatický. Cesta svařování argonovým obloukem wolframová elektroda (na rozdíl od svařování oceli, které se provádí stejnosměrným proudem) pro svařování hliníku a jeho slitin se používá proces střídavého proudu (k rozrušení oxidového filmu). V poslední době se nejvíce oblíbily střídačové zdroje napájení se schopností měnit frekvenci napětí. Doporučuje se svařovat tenkostěnné hliníkové díly při vyšší frekvenci a svařovat vady odlitků při nižší frekvenci.

Poloautomatické svařování Svařování hliníku a jeho slitin je produktivnější ve srovnání se svařováním argonovým obloukem. Provádí se stejnosměrným proudem s kladnou polaritou na elektrodě nebo přenosem kapek v pulzním režimu. Svařování v pulzním režimu se obvykle provádí invertorovými zdroji energie, například NN PULSEMIG 270. V tomto případě zdroj neustále produkuje základní proud (dostatečný k udržení oblouku, ale příliš nízký k zajištění oddělení kapiček roztaveného kovu od elektrody a jejich přenosu do svarové lázně) a krátkodobě produkuje vysokoproudové pulzy ve formě pulzů, čímž zajišťuje řízený přenos kapiček kovu z tavitelné elektrody na výrobek. Pulzní režim má oproti přenosu kapek výhody, protože umožňuje svařování ve všech prostorových polohách, díky nižšímu tepelnému příkonu usnadňuje svařování tenkostěnných výrobků a snižuje rozstřik. Pulzní zařízení jsou výrazně dražší než tradiční, jejich hlavní uplatnění je v průmyslu, montážních výrobních dopravnících.

Poloautomatické svařování pro opravy hliníkových karoserií automobilů

Bodové svařovací stroje nelze použít ke spojování hliníkových dílů, protože by to vyžadovalo třikrát větší proud. I když se doba svařování výrazně prodlouží, stále nebude možné vytvořit svarový bod, protože teplo na rozhraní kontaktních ploch se příliš rychle rozptýlí do okolí a svařovaný hliník se neroztaví.

Standardní MIG/MAG svařovací přístroje jsou pro svařování hliníku vhodné pouze podmíněně. Optimálních výsledků lze dosáhnout pomocí přístrojů, které jsou vybaveny speciálním programem pro svařování hliníku (ALU). V profesionální řadě RedHotDot poloautomatický HOTMIG 3. 19. 27 и 29 Všechna zařízení jsou vybavena programem pro svařování hliníku.

Hliníkový drát je mnohem měkčí než ocel. V tomto ohledu se doporučuje použít čtyřválcový podavač, aby se upínací síla rozložila mezi každou dvojici válců. Válečky pro podávání hliníkového drátu by měly mít drážku ve tvaru U, která chrání povrch drátu před poškozením. Použití hořáků s vestavěnou cívkou o průměru Ø 100 mm, SpoolGun, speciálně navržených pro měkký hliníkový drát malého průřezu do Ø 0.8 mm, zcela eliminuje zasekávání a uvíznutí drátu v objímce hořáku. Svařovací poloautomat by měl mít eurokonektor a speciální zásuvku pro připojení zástrčky dálkového ovládání, jako je tomu u zařízení. HOTMIG 19, HOTMIG27 и HOTMIG 29.

Pro zařízení, která nejsou vybavena speciálním konektorem pro SpoolGun, jsou k dispozici hotové hořáky pro hliník, jako vodítko se používá teflonová trubice pro snížení tření drátu a kontaktní trubice se vyměňují.

Při svařování hliníkových dílů se hořák nastavuje pod úhlem 10-20° k vertikále. Vzdálenost mezi tryskou hořáku a svařovanými díly by měla být 10-15 mm. Při větší vzdálenosti je nutné zvýšit tlak ochranného plynu, aby byla zajištěna ochrana svarové lázně. Spotřeba ochranného plynu je 12-24 l/min.

Svařování „elektrickým nýtem“ otvorem v horním plechu

Existují dva způsoby svařování dvou hliníkových plechů. První spočívá ve vytvoření otvoru pouze v horním plechu, druhý v obou plechech. Pokud se mají svařovat tři plechy, vyvrtá se také společný průchozí otvor. Průměr otvorů by měl být 10 mm, a to i při odstraňování deformované části karoserie frézováním svarových bodů.

Před svařováním je nutné odstranit lakový povlak v oblasti svařování. Na rozdíl od ocelových plechů je nutné před svařováním hliníku odstranit oxidový film, nejlépe bruskou nebo brusným papírem o zrnitosti P 80. Bezprostředně před svařováním se doporučuje oblast svařování znovu očistit od oxidového filmu ošetřením kartáčem z nerezové oceli.

Okraje kolem otvorů horního a spodního plechu by měly být obroušeny do kovového lesku, aby se odstranil oxidový film (průměr ošetřených ploch je 25 mm). Pro lepší přilnavost plechů by měly být obroušeny i plochy vnitřních povrchů kolem otvorů: průměr obroušených ploch je asi 15 mm.

Výchozí bod svařování v ochranném plynovém prostředí by měl být umístěn ve vzdálenosti 10-15 mm od otvorů. Díky takovému vnějšímu zapálení oblouku se svařovací zóna zahřeje a je zajištěn dobrý průvar materiálu elektrody v počátečním bodě.

Jakmile svar dosáhne okraje otvoru, je v případě dvouvrstvého svařování s otvorem pouze v horním plechu nutné ihned přejít ke spodnímu, kde se svar provádí po celém obvodu. Na rubové straně spodního plechu by při dobré kvalitě svaru měla vyčnívat housenka svaru, jejíž velikost by měla být 1/3 – 2/3 tloušťky plechu.

Vnější zapálení oblouku se používá také pro průchozí otvor skrz několik plechů. Při svařování dvou plechů se svařovací hořák po dosažení okraje otvoru přesune k místu, kde se plechy spojují uvnitř otvoru. Otvor se vyplní elektrodovým materiálem, pokud se odpovídající obvod obejde svarovým švem jedenapůlkrát. Při svařování tří plechů se hořák nasměruje k místu v otvoru, kde se spojují spodní a střední plechy. V tomto případě, aby se otvor dostatečně vyplnil materiálem, měl by se obvod obejít svarovým švem dvakrát.

Dále se svar vyčnívající ze zadní strany obrousí a zadní plocha se dodatečně ošetří drátěným kartáčem. Nakonec se okraje otvoru svaří ze zadní strany, přičemž svařovací hořák je umístěn kolmo k povrchu. V tomto případě by měl svar také začínat od vnějšího bodu začátku oblouku.

Hliník je velmi lehký kov s hustotou 2,7 g/cm3. Tepelná vodivost hliníku je třikrát vyšší než u nízkouhlíkové oceli. Teplota tání čistého hliníku je 657 °C. Při zahřívání hliník snadno oxiduje a vytváří žáruvzdorný oxid hlinitý (Al₂0z), tající při teplotě nad 2060 °C. Čistý hliník se dodává dle GOST 11069-64.

V technologii se používá nejen čistý hliník, ale také jeho slitiny s manganem, hořčíkem, mědí a křemíkem. Hliníkové slitiny mají větší pevnost než čistý hliník. Odlévané (GOST 2685-63) hliníkové slitiny (stupně AL) obsahující 4-5 % mědi (AL7) nebo 10 až 13 % křemíku (AL2) nebo 9,5-11,5 % hořčíku (AL8) jsou dobře odlévatelné. Odlévané hliníkové slitiny s křemíkem se nazývají siluminy.

Ve svařovaných konstrukcích se nejčastěji používají deformovatelné (GOST 4784-65) slitiny: tepelně nekalená hliník-mangan (AMts) obsahující 1 až 1,6 % manganu a hliník-hořčík (AMg) obsahující až 6,8 % hořčíku.

Tepelně tvrzené duralové slitiny (slitiny D) se používají v konstrukci letadel. Dural jakosti D1 obsahuje: 3,8-4,8 % mědi, 0,4-0,8 % hořčíku, 0,4-0,8 % manganu, zbytek tvoří hliník. Vysoce legovaný dural D16 obsahuje: 3,8-4,9 % mědi, 1,2-1,8 % hořčíku, 0,3-0,9 % manganu, zbytek tvoří hliník.

Po tepelném zpracování má slitina D16 pevnost v tahu 42–46 kgf/mm2 a relativní prodloužení 15–17 %.

Čistý hliník, slitiny AMt, AMg a siluminy se snadno svařují. Tepelně zpevněné slitiny D jsou hůře svařitelné. To je dáno tím, že svarový šev takové slitiny vytváří litou kovovou strukturu, jejíž pevnost je dvakrát menší než pevnost základního válcovaného kovu. Kromě toho se v důsledku výrazného smrštění svarového kovu a jeho nízké plasticity během svařování objevují ve švech trhliny. Během svařování se základní kov žíhá, což vede ke zhoršení mechanických vlastností svarového spoje.

Pro obloukové svařování čistého hliníku se používají elektrody značky 03A-1 s tyčí z hliníkového drátu značky AD-1 nebo AV-2T. Svařování se provádí ve spodní a svislé polohe stejnosměrným proudem s obrácenou polaritou. Při průměru elektrody 4 mm je proud 120-140 A, při 5 mm – 150-170 A a při 6 mm – 200-240 A. Svařování se provádí s předběžným ohřevem na teplotu: při tloušťce kovu 6-9 mm – 200-250 ° C, při 9-16 mm – 300-350 ° C. Teplota ohřevu se reguluje tepelnou barvou, protože hliník při zahřívání nemění svou barvu.

Svařování se provádí co nejkratším obloukem, bez příčných kmitů elektrody. Po svařování se struska ze švu odstraní opláchnutím horkou vodou a otřením ocelovými kartáči. Povlak elektrod je hygroskopický, proto by se před svařováním měly sušit při teplotě 150-200 °C po dobu 2 hodin. Koeficient nanášení elektrod OZA-1 je 6,25-6,5 g/ah-h. Mez pevnosti v tahu naneseného kovu a svarového spoje je 7,5-8,5 kgf/mm2, úhel ohybu vzorku je 180 °. Nanesený kov má následující chemické složení: 0,3-0,5 % křemíku, 0,15-0,25 % titanu, 0,1-0,3 % železa, stopy mědi, zbytek tvoří hliník.

Pro svařování vad a navařování litých slitin hliníku a křemíku (AL-2, AL-3, AL-5, AL-9) se používají elektrody OZA-2 s tyčí z hliníkového drátu značky Sv-AKZ – Sv-AK10. Koeficient nanášení elektrod je 6,25-6,5 g/a-h. Nanesený kov obsahuje 4,5-5,5 % křemíku. Mechanické vlastnosti naneseného kovu, svařovací režimy a technologie při svařování elektrodami OZA-2 jsou stejné jako u elektrod OZA-1.

Do povlaků elektrod se zavádějí chloridové a fluoridové soli lithia, draslíku a sodíku, které odstraňují kyslík z oxidu hlinitého, rozpouštějí a struskují oxid hlinitý, což ztěžuje svařování.

Hliníkové plechy o tloušťce do 1,5–2 mm se svařují s lemováním hran bez přídavného materiálu; plechy o tloušťce 3 až 5 mm se svařují bez zkosení hran. U plechů o tloušťce nad 5 mm se používá jednostranné zkosení hran s úhlem rozevření 60°.

Při ručním svařování by mezera mezi hranami měla být:

Délka ohřívané sekce musí být alespoň 200 mm. Svařování se provádí na podpůrných podložkách. Při tloušťce do 14 mm se šev svařuje v 1-2 vrstvách, nad 14 mm – ve 2-3 vrstvách.

Pro dosažení jemnozrnné struktury svarového kovu by mělo být ochlazování součásti po svařování pomalé. Po ochlazení by měl být svar mírně kovaný.

Pro snížení vnitřního pnutí v litých slitinových dílech se tyto po svařování žíhají při teplotě 300–350 °C a následně se pomalu ochlazují.

V moderních technologiích výroby hliníkových slitin se široce používá automatické obloukové svařování tavidlem, stejně jako argonové a heliové obloukové svařování s netavitelnou wolframovou nebo tavitelnou hliníkovou elektrodou a plazmové obloukové svařování. Tyto metody svařování zvyšují produktivitu, zajišťují vysokou kvalitu svaru a dobrý vzhled svarového spoje.

Svařování hliníkových slitin plynem dává dobré výsledky při správné volbě svařovacího režimu, přítomnosti vhodných dovedností ze strany svářeče a použití tavidel, která rozpouštějí film oxidu hlinitého.

Správná volba výkonu plamene je důležitá, protože oxid hlinitý, který pokrývaje tavnou lázeň, brání svářeči v zaznamenání začátku tavení kovu. Pokud je plamen příliš silný, může se tento okamžik přehlédnout a dojde k protavení kovu, což je obtížné napravit. Výkon plamene při svařování hliníku a jeho slitin by měl být následující:

Tavidlo se nanáší na hrany a drát ve formě pasty nebo prášku. Složení tavidla je uvedeno v tabulce 29.

Tavidla pro svařování hliníku, zejména ta, která obsahují lithium, lačně absorbují vlhkost a měla by být skladována ve skleněných, hermeticky uzavřených nádobách. Zbytky tavidla, které způsobují korozi svaru, by měly být odstraněny opláchnutím horkou vodou. Pro vytvoření ochranného filmu na povrchu svaru jej oplachujte po dobu 5 minut 5% roztokem kyseliny dusičné s přídavkem 2% chromu plc.

Tabulka 30 ukazuje metody přípravy hran pro svařování hliníkových slitin plynem. Doporučuje se vyhnout se překrývajícím se spojům z důvodu rizika úniku tavidla mezi plechy, což způsobuje korozi spoje. Před svařováním se hrany omyjí po dobu 10 minut roztokem 20-25 g hydroxidu sodného a 20-30 g uhličitanu sodného na 1 dm3 vody o teplotě 65 °C a poté ve vodě o pokojové teplotě, načež se 2 minuty leptají v 25% roztoku kyseliny ortofosforečné (pro slitiny AMts a AMg) nebo v 15% roztoku kyseliny dusičné (pro slitiny D a AMg). Po leptání se hrany omyjí teplou a studenou vodou a otřejí se dosucha hadříkem. Aby se zabránilo nové oxidaci, svařuje se kov nejpozději do 8 hodin po přípravě.

Pro svařování plynem použijte drát stejné jakosti jako svařovaný kov. Zušlechtitelné slitiny a AMts je lepší svařovat drátem Sv-AK5 s obsahem 5 % křemíku, který zvyšuje tekutost svarového kovu, snižuje smrštění a dává lepší výsledky. Pro svařování slitiny AMg se nedoporučuje používat drát Sv-AK, protože snižuje plasticitu svaru; je lepší použít drát Sv-AMg-3, Sv-AMg-7 s mírně vyšším obsahem hořčíku než v základním kovu. Lité hliníkové slitiny se doporučují svařovat drátem Sv-AK, Sv-AMts a čistým hliníkovým drátem.

Hliník a jeho slitiny je výhodné svařovat levou metodou, redukčním plamenem nebo s mírným přebytkem acetylenu. Úhel trysky ke svařovanému kovu není větší než 45°. Je povoleno lehké kování svaru za studena. Litý hliník se svařuje v úsecích 50-60 mm s předběžným ohřevem na 250-260° C. Pro dosažení a udržení jemnozrnné struktury se odlitek po svařování žíhá při 300-350° C s následným pomalým ochlazováním.

Autor: Správa

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _