Vlastnosti svařování hliníku

Svařování je technologický proces, při kterém se několik dílů spojuje do jedné struktury tavením materiálů v oblasti spojování. Svařovací práce jsou nutné pro vytvoření trvalých spojů z kovových polotovarů. Jsou široce používány ve stavebnictví, každodenním životě a bydlení a komunálních službách, stejně jako v mnoha průmyslových odvětvích: strojírenství, stavba lodí, výroba kovových konstrukcí, nábytek, domácí spotřebiče, potrubí atd. Hliník je jedním z kovů, které se často svařují , protože jeho vlastnosti jsou ceněny ve všech uvedených oblastech. Existují však některé zvláštnosti a způsoby práce s hliníkovými slitinami, které podrobně probereme v tomto článku.

Vlastnosti svařování hliníku a jeho slitin

Jak dobře lze kov svařovat, závisí na jeho úrovni technologické svařitelnosti. Jedná se o indikátor, který určuje reakci materiálu na vystavení svařovacímu zařízení a schopnost vytvořit trvalý svarový spoj se specifikovanými výkonnostními vlastnostmi. Svařitelnost závisí na mnoha faktorech: chemické složení kovu, jeho struktura, teplota tání, mechanické vlastnosti atd. Kromě toho může indikátor záviset na podmínkách svařování – typu svařovacího zařízení, parametrech zpracování (proud, napětí, rychlost) . Existují celkem čtyři skupiny svařitelnosti: od špatně svařitelných po dobře svařitelné.

Hliník nelze jednoznačně zařadit do jedné z těchto skupin, protože se v čisté formě prakticky nepoužívá. Válcovaný hliníkový kov se vyrábí z různých slitin, kde některé vlastnosti kovu jsou zesíleny nebo zeslabeny legovacími přísadami. Tyto přísady také ovlivňují vlastnosti svařitelnosti.

Nejobtížněji se svařují tepelně zpevněné slitiny (AB, AK, B95) a dural (D1, D16). Jsou obtížně svařitelné. Silumin (slitina hliníku s křemíkem, třídy Al2, Al4, Al9) je klasifikován jako s omezenou svařitelností. Do stejné skupiny patří slitiny obsahující hořčík – AMg1, AMg5, AMg6. AMg3, stejně jako slitiny obsahující mangan (AMts), však lze svařovat bez omezení.

Svařitelnost hliníku ovlivňuje i další jeho vlastnost — oxidový film. Vzniká v důsledku oxidačního procesu – interakce kovu s kyslíkem ze vzduchu. V důsledku této reakce se na povrchu hliníkových obrobků vytvoří tenká vrstva oxidu Al2O3, která chrání materiál před korozí a interakcí s prostředím.

Problém je v tom, že oxidový film a samotný hliník mají různé teploty tání. Pokud se vrstva oxidu taví při teplotě asi 2000-2040 ℃, pak pro hliníkové slitiny je toto číslo 660 ℃. Pokud budete svářečské práce provádět při příliš nízkém proudu, nebudete moci fólii roztavit. Pokud je teplota nastavena příliš vysoko, kov se může spálit.

Musíte také vzít v úvahu vysokou tepelnou vodivost hliníku. Během procesu svařování je oblast v blízkosti švu vystavena silnému zahřívání, což často způsobuje deformaci. Proto se šev ukáže šikmo. Během procesu se také mohou tvořit póry, které narušují těsnost švu.

Zvýšená tekutost kovu je dalším důvodem, proč je jeho svařování obtížné. Kvůli tekutosti je obtížné kontrolovat svarovou lázeň, takže se často objevují vady jako svarové housenky a nerovnosti.

Mezi další aspekty, které komplikují svářečské práce, patří rychlá oxidace a výrazné smrštění kovu, které narušují rovnoměrnost svaru a vedou k jeho deformaci.

Kvalita výsledku do značné míry závisí na přípravě válcovaného kovu před svařováním a také na zkušenostech samotného svářeče.

Technologie svařování hliníku: příprava materiálů a dílů

Příprava hliníku pro svařování je důležitou fází v procesu výroby svařovaných konstrukcí. Kvalita přípravy určuje spolehlivost a životnost svaru a také jeho odolnost vůči různému zatížení a vlivům prostředí.

Příprava zahrnuje několik fází. Nejprve je nutné důkladně očistit kovový povrch od nečistot: oleje, špína, barva, rez. To je nutné, aby se zabránilo defektům svaru.

Za druhé, před svařováním se doporučuje oříznout okraje dílů, to znamená dát jim požadovaný tvar a úhel zkosení, aby byl zajištěn hladký přechod mezi spojovanými prvky.

Také specifika přípravy závisí na zvolené technologii. Například při svařování plynem a elektřinou hraje významnou roli místnost, ve které se bude práce provádět. Prach a vysoká vlhkost jsou nepřijatelné. Rychlost vzduchu by neměla překročit 2 metry za sekundu. Je důležité vyloučit průvan nebo proudění vzduchu z ventilace.

Způsob čištění obrobků závisí také na technologii. Při plynoelektrickém svařování se doporučuje jako inertní plyn používat pouze argon nebo vysoce čisté helium. To je regulováno GOST 10157-79 a TU 51-689-75.

Všechny prvky pracovního zařízení, včetně hadic, hořáků a armatur, musí být před zahájením práce důkladně omyty alkoholem a poté je nutné tento úkon během svařování periodicky opakovat.

Samostatně stojí za zvážení metod čištění plnicího drátu. V souladu s předepsanou technologií je nutné jej nejprve očistit od konzervačního tuku omytím horkou vodou nebo rozpouštědlem.

Dalším krokem je odstranění oxidového filmu. Podívejme se na nejoblíbenější technologii:

• Krok 1. Moření obrobků v 60% roztoku hydroxidu sodného při teplotě 60-65 °C;
• Krok 2. Mytí obrobků: nejprve se umyjí horkou vodou (50-60 °C), poté studenou tekoucí vodou;
• Krok 3. Čiření: provádí se ve 30% roztoku kyseliny dusičné po dobu 120 sekund, teplota roztoku je 55-60 ℃;
• Krok 4. Opakované oplachování v horké a studené vodě;
• Krok 5. Sušení: hliník se nechá úplně vyschnout.

Trvanlivost zpracovaných polotovarů závisí na jejich tloušťce. Například drát do tloušťky 1,6 mm je uložen po dobu 12 hodin, 4-5 mm – až 36 hodin. Pokud nelze během této doby svařování provést, musí být obrobky uloženy do speciálních krabic.

Spojované díly jsou rovněž připraveny opracováním hran. K čištění hran se obvykle používá chemická metoda. Obrobky jsou ponořeny do speciálního roztoku, který odstraňuje nečistoty a oxidy. Po vyčištění je třeba je opláchnout vodou a osušit.

Často se používá tavidlo. Tavidlo je látka, která slouží k ochraně švu před oxidací. Nanáší se na okraje dílů před svařováním, aby se zabránilo tvorbě oxidových filmů.

Metody svařování hliníku, jejich klady a zápory

Zvažme technologie svařování hliníku, jejich vlastnosti, výhody a nevýhody.

Technologie svařování argonem

Argonové obloukové svařování (TIG) je druh svařování, při kterém se používá inertní plyn (argon) k ochraně oblasti svařování před vystavením atmosférickému vzduchu. Úspěšně plní funkci plazmotvorné látky, je nehořlavý, nevýbušný a dobře chrání šev před oxidací kyslíkem. Pomocí argon-obloukové metody bylo možné spojovat čisté kovy se slitinami a také vyrábět tenkostěnné díly.

Mezi výhody technologie:

• minimální riziko defektů svarů v důsledku působení ochranného plynu;
• snížení deformace kovu díky malé ploše ohřevu;
• získání úhledných švů, které nejčastěji nevyžadují úpravu;
• nepřítomnost přenosu kapek kovu a tím jeho rozstřikování.

• náklady na zařízení pro argonové svařování;
• relativně nízká produktivita metody;
• potřeba vysoce kvalifikovaných svářečů a dovedností obsluhy zařízení.

Argonové obloukové svařování je široce používáno pro výrobu různých konstrukcí a součástí zařízení z hliníkových slitin. To je žádané v automobilovém, raketovém a leteckém průmyslu.

Svařování hliníkovou elektrodou

Svařování elektrodou (MMA) je proces spojování hliníkových dílů tavením elektrody a základního kovu za vzniku svaru. Je nutné vařit pouze s použitím speciálního spotřebního materiálu a zařízení je nastaveno na stejnosměrný proud s obrácenou polaritou.

Existují různé značky elektrod pro hliník, výběr závisí na typu svařovaných dílů. Například elektrody ESAB označené „OK“ se používají pro práci se slitinami obsahujícími hořčík nebo mangan a spotřební materiál „OZANA“ se používá pro třídy A0. Použité zařízení jsou MMA invertory s maximálním výkonem 250-300 Ampér.

• relativně nízké náklady na práci;
• snadnost procesu, který nevyžaduje vysoce kvalifikované umělce;
• hliník lze svařovat v jakékoli poloze, včetně svislé;
• rychlost provozu ve srovnání s jinými technologiemi.

• kov vyžaduje důkladnější přípravu: musí být vysušen, včetně použití pecí, a také předehřát;
• metoda je vhodná pouze pro díly o tloušťce nepřesahující 4 mm, které nenesou významné zatížení;
• Touto metodou nelze dosáhnout vynikající kvality připojení.

Nejčastěji se svařování elektrodami provádí doma, k opravě hliníkových dílů nebo vytváření malých konstrukcí.

Poloautomatické svařování hliníku

Poloautomatické (MIG-MAG) svařování je proces svařování prvků přiváděním hliníkového svařovacího drátu a ochranného plynu argonu přes hořák. Vysoká tepelná vodivost kovu vyžaduje vysoký výkon oblouku a vysokou rychlost podávání drátu. Pro tuto technologii je nutné pečlivě vybrat zařízení: optimální poloautomatický stroj musí mít režim pulzního svařování. Impulzy pomáhají prorazit oxidový film a také snižují riziko přehřátí a popálení. Jako ochranný plyn se používá čistý argon.

Důležité je také správné určení požadovaného průměru svařovacího drátu. Při krmení by nemělo být obtížné protáhnout ho hořákem. Proto se doporučuje omezit se na krátký hořák nebo zvolit modely vybavené přídavným podávacím mechanismem.

Mezi výhody metody:

• provozní rychlost je třikrát vyšší než u svařování argonovým obloukem;
• technologie je mnohem jednodušší než argonový oblouk, je snadné ji zvládnout i pro začínajícího svářeče;
• vysoce kvalitní svar;
• minimalizuje riziko rozstřiku kovu.

• je nutné použít vysoce kvalitní svařovací drát: to výrazně ovlivňuje výsledek;
• vysoké požadavky na zařízení a jeho nastavení;
• Důležité je používat čistý argon, který je drahý.

Poloautomatická metoda je vhodná pro spojování obrobků o tloušťce větší než 3 mm. Aktivně se používá ve stavebnictví, stejně jako v různých oblastech průmyslu: stavba lodí, automobilový průmysl, výroba kovových konstrukcí.

Metody svařování hliníku doma

S hliníkem se pracuje obtížněji než se železnými kovy. To však neznamená, že je nemožné provádět svařování sami. Otázkou je náročnost, vybavení a účel práce. V každodenním životě se tedy nejčastěji používají následující typy svařovacích prací:

• Ruční obloukové svařování krytou elektrodou (MMA). Metoda zahrnuje použití elektrod obalených kusem a zdroje stejnosměrného proudu. Svařování se provádí ručně za účelem spojení tenkých hliníkových předlitků nebo zpevnění hotových konstrukcí. K provozu je nutný MMA invertor a elektrody.

• Argonové obloukové svařování (TIG). Používá nekonzumovatelnou wolframovou elektrodu a argonový ochranný plyn. Práce se provádí pomocí hořáku připojeného k invertoru TIG. Doporučuje se použít střídač, který dokáže přepnout na střídavý proud. Je nutné použít čistý argon nebo směs s heliem a plnicí tyč musí být vyrobena ze stejné slitiny jako svařovaný výrobek.

• Poloautomatické svařování plněným drátem (MIG). Jako výplňový materiál je použit speciální hliníkový drát s tavidlem, který je přiváděn automaticky. Ochranný plyn poskytuje ochranu svaru. Poloautomatické svařování umožňuje delší švy a je vhodné pro práci s tlustými obrobky. Během provozu je nutné ovládat hořák, ze kterého je současně přiváděn drát a plyn. Pro svářečské práce budete potřebovat poloautomatický MIG stroj s hořákem a zemnícím kabelem, drát, válec s argonovou nebo heliovou směsí, redukci, hadici pro připojení válce ke stroji.

Obtíže při svařování hliníku

Shrňme obtíže, které mohou nastat při práci se slitinami hliníku. Mezi nimi:

• Rozdíl teplot tání. Hliník taje při teplotě asi 660 °C, což je téměř čtyřikrát nižší než teplota tání oxidového filmu.
• Chemická aktivita. Lehký kov rychle reaguje s kyslíkem, což může vést ke vzniku pórů a prasklin ve svaru.
• Obtíže při vytváření švu. Nízká tepelná vodivost ztěžuje svařování materiálu, zvyšuje jeho tekutost a způsobuje deformaci konstrukce při zahřátí. To komplikuje proces tvorby švu.
• Potřeba vysoce kvalitního vybavení: Svářečské práce vyžadují drahé vybavení a spotřební materiál: čím levnější technologie, tím nižší kvalita výsledku.

Hodně také záleží na kvalitě samotného kovu. Hliník vyrobený v souladu s GOST je materiál, jehož složení je přesně známé, což znamená, že při práci s ním nebudou žádná překvapení. Hliníkové předvalky: plechy, desky, trubky, tyče atd. můžete zakoupit od společnosti LLC SC MetOptTrading. Válcované výrobky dodáváme přímo z výrobních závodů, proto garantujeme dodržování GOST, nízké ceny a velký výběr sortimentu.

Zdroj fotografií: freepik.com

Pokud mluvíme o hliníku jako o jednoduché látce, pak se jedná o stříbřitě bílý lesklý kov. Na vzduchu rychle oxiduje a pokrývá se hustým oxidovým filmem. Totéž se děje při vystavení koncentrovaným kyselinám. Přítomnost takové vlastnosti činí výrobky vyrobené z tohoto kovu odolnými vůči korozi, což je samozřejmě pro lidi velmi výhodné. Proto je hliník tak široce používán v průmyslu. Vlastnosti hmoty jsou zajímavé i tím, že tento kov je velmi lehký, přesto odolný a měkký. Kombinace těchto vlastností není dostupná pro každou látku.

Existuje několik základních fyzikálních vlastností, které jsou charakteristické pro hliník:

• Vysoký stupeň kujnosti a tažnosti. Z tohoto kovu se vyrábí lehká, pevná a velmi tenká fólie, také se stáčí do drátu, vyrábí se výrobky atp.
• Teplota tání – 6600 °C.
• Bod varu – 24500C.
• Hustota – 2,7 g / cm3.
• Krystalová mřížka je objemově centrovaná, kovová.
• Typ připojení: kov.

Faktory, které komplikují proces svařování hliníku:

• Hliník a jeho slitiny patří do skupiny obtížně svařitelných kovů. Tuto vlastnost způsobuje několik charakteristických vlastností tohoto kovu: povrch je pokryt oxidovým filmem, který má tendenci tát, když teplota dosáhne 2044 °C. Samotný hliník má bod tání 660°.
• V důsledku rychlé oxidace se během vzhledu roztaveného kovu vytvoří žáruvzdorný film. Tato fólie vám neumožňuje získat hladký šev. Tvorbě filmu lze zabránit ochranou svařovací oblasti před vzduchem. Taková ochrana je možná, když je hliník automaticky svařován v prostředí ochranného plynu. Hliník má vysokou tekutost, takže svařování bez podložek odvádějících teplo je téměř nemožné.
• Možnost, že se ve svaru objeví nějaké krystalizační póry, oslabuje hliník. Vodík, který je rozpuštěný v hliníku, reguluje vzhled pórů. Vždy se snaží opustit kov. Vznik trhlin postihuje především hliníkové slitiny. Objevují se při ochlazování kovu kvůli velkému množství křemíku.
• Hliník má vysokou smršťovací schopnost, která je ovlivněna lineární roztažností, jejíž hodnota je neuvěřitelně vysoká. V důsledku toho dochází při tuhnutí svarového švu k velkým deformacím.
• Obrovská tepelná vodivost vyžaduje použití svařovacího proudu, který je několikanásobně vyšší než proud určený pro ocelové díly, i když teplota taveniny oceli je mnohem vyšší než u hliníku.
• Dalším problémem při svařování hliníku je skutečnost, že v každodenních podmínkách je nutné svařovat různé slitiny neznámé značky. Pro získání vysoce kvalitních svarů je nutná speciální technologie svařování.

Existuje mnoho způsobů, jak svařovat hliník pomocí různých zařízení a různých svařovacích materiálů, přičemž svařovací zóna je chráněna inertními plyny nebo tavidly. Tři z nich jsou nejrozšířenější:

• svařování wolframovou elektrodou v prostředí inertního plynu (režim AC TIG);
• poloautomatické svařování v prostředí inertního plynu s automatickým posuvem drátu (režim MIG MAG);
• svařování obalenými tavnými elektrodami bez použití ochranného plynu (režim MMA).

Technologie procesu svařování

Vodivost čistého hliníku je mnohem vyšší než u oceli. Svařování hliníku má své vlastní charakteristické rozdíly. Díky vysoké tepelné vodivosti hliník neumožňuje vysoce kvalitní svařování, není možné dokonale roztavit kov. Svařovací zóna okamžitě krystalizuje. Aby se tomu zabránilo, je nutné zvýšit svařovací proud. Obrobek musí být předehřátý. Ochranným plynem je argon. Rozmanitost hliníkových slitin je obrovská. Existuje jeden základní požadavek na hliníkový drát: musí být použit ve správný čas. Jakmile je balíček otevřen, může být uložen po velmi omezenou dobu. Vlivem rychlé oxidace se vlastnosti drátu zhorší. Na kvalitu drátu má největší vliv vysoká vlhkost. Před svařováním, aby se zajistilo lepší spalování elektrody a získal se vysoce kvalitní šev, jsou svařované díly očištěny od všech nečistot. Čištění se provádí těsně před zahájením procesu svařování. To je způsobeno vlastností hliníku velmi rychle se pokrýt oxidovým filmem.

Automatické nebo poloautomatické svařování konvenčního hliníku probíhá v zóně ochranného plynu. Nejčastěji se používá argon. Směs plynů je považována za nejvýhodnější. Obvykle tuto roli hraje argon spolu s heliem. Díky heliu, které má vysokou tepelnou vodivost, získává svarová lázeň obzvláště vysokou teplotu. To umožňuje svařovat hliník, který je tlustší. Míchání plynů podporuje lepší uvolňování plynu a chrání šev před vznikem pórů.

Hliník můžete svařovat klasickými svařovacími zařízeními MIG, ale je to zcela podmíněné. Nejlepší výsledky vykazují synergické pulzní přístroje se speciálním programem. S jeho pomocí se provádí automatické svařování samotného hliníku a mnoha barevných kovů. Pro svařování hliníku, jehož plechy mají tloušťku 6 mm a více, je zapotřebí svařovací zařízení, které má schopnost regulovat přívod svařovacího proudu až do 500 A.