Svařování hliníku

vysokolegovane_oceliJak svařovat hliník?

Hliník a jeho slitiny lze svařovat všemi způsoby obloukového svařování – elektrickým odporem, elektronovým paprskem, laserem, plazmou, difuzně, ultrazvukem, výbuchem, tlakem za studena a svařováním plamenem. 

Hliník je používán ve všech průmyslových oblastech. Je velmi lehký, pevný a tvárný, dobře elektricky i tepelně vodivý, nemagnetický, antistatický a vysoce odolný vůči korozi. Používán je převážně ve formě slitin s mědí, hořčíkem, křemíkem. Svařitelnost hliníkových slitin ovlivňuje jejich složení.

 

tig1 Metodou TIG

lze svařovat hliník a všechny hliníkové slitiny. Svařuje se střídavým proudem (AC/DC), který účinně odstraňuje povrchový oxid Al2O3. Vždy je nutné použít inertní atmosféru - ochranné plyny argon, či helium, případně jejich směsi s dusíkem apod. Přídavné dráty pro metodu TIG se musí před použitím očistit a odmastit. Pro očištění se používají většinou jemné nerezové, umělohmotné nebo mosazné kartáče a čistící rohože, pro odmaštění líh nebo aceton. Metoda TIG je vhodná pro svařování malých tlouštěk, max. 4-6 mm. Během svařování je třeba zajistit, aby byl také natavený konec přídavného svařovacího TIG drátu v ochranné atmosféře svařovacího plynu, jinak vznikne problém s okysličím svarové lázně oxidem hlinitým. Pro svařování hliníku tigem je nejpoužívanějším přídavným materiálem TIG drát CHEM-WELD 845 W.

 

mig1 Metodou MIG

Při svařování se svařuje stejnosměrným proudem pulzně s nepřímou polaritou (svářecí hořák zapojený na ( + ) pól. Jako ochranný plyn je nejčastěji používán čistý Ar nebo Ar+He. Přídavné svařovací dráty MIG musí být skladovány při vhodných teplotách a vlhkosti v neporušeném balení, jinak dojde k jejich pokrytí vrstvou oxidu. To může způsobovat nestabilní oblouk a špatný posuv drátu nebo úplné ucpání bowdenu. Optimální skladovaní nad 15°C a vlhkost max. 60% . Metoda MIG s pulsním přenosem svarového kovu je vhodná pro tl. materiálu od 3 mm a více. Ke snížení deformací a napětí je vhodné používat přípravky a střídavý postup stehování. Studené začátky a koncové krátery se musí před svařením odfrézovat. Do tl. 8 mm svařujeme bez předehřevu, větší tloušťky s předehřevem  80 - 120°C., u tepelně nevytvrditelných až 150°C. Nejpoužívanějším přídavným materiálem pro sváření touto metodou MIG drát CHEM-WELD 840 M

  

MMA Obalenou elektrodou (MMA)

Při svařování hliníku elektrodou je nutné odstranit oxid hliníku očištěním svařovaných částí, (odstranění nečistot, odmaštění a obroušení). Oxid hliníku lze odstranit také použitím mořidla. Vlastní svařování musí následovat ihned po čištění, jinak dojde znovu k znehodnocení materiálu. Je nutné používat jen vysušené elektrody kvůli možným problémům s vodíkem a následné pórovitosti svaru. Materiál do tl. 8 mm svařujeme bez předehřevu, větší tloušťky s předehřevem  80 - 120°C., u tepelně nevytvrditelných slitin až 250°C. Slitiny hliníku AlMn a AlSi a některé slitiny AlMg lze svařovat elektrodou CHEM-WELD 800 .

   

pajeni1 Pájení hliníku plamenem (912)

Při tvrdém pájení lze oxid hlinitý odstranit vhodně zvoleným tavidlem. Pájecí teplota hliníku se pohybuje okolo +450°C. K ohřevu je vhodné použít hořáky vzduch-propan (teplota plamene 1750°C), kyslík-propan (teplota plamene 2500°C) nebo kyslík-acetylen s mírným přebytkem acetylenu (teplota plamene 3200°C). Pájka by měla svým složením co nejvíce odpovídat složení základního materiálu. Lze použít také pájky obalené, nebo naplněné tavidlem. Slitiny hliníku s obsahem více než 2% legur lze pájet obtížně. Slitiny s obsahem hořčíku nad 2,5% pájet nelze a je nutné zvolit jinou metodu svařování (např. TIG). Zcela nevhodné pro pájení jsou slitiny, které budou následně eloxovány. Nejpoužívanější pájkou je pájka CHEM-WELD 922 .

 

lepid Lepení hliníku

Pro opravy hliníku menšího rozsahu ze použít také "lepidlo" tmel na hliník

 


Vybrané hliníkové slitiny vhodné ke svařování (EN AW) 

Skupina EN AW

Složení

Přídavný materiál

Elektroda

TIG

MIG

Pájka

1000

Nevytvrditelný

Al min 99,00%

-

890 W

890 M

902

922

2000

Vytvrditelný

AlCuMg

-

-

840 M

870 M

902

922

3000

Nevytvrditelný

AlMn

800

820 W

860 W

890 W

840 M

880 M

890 M

902

922

4000

Nevytvrditelný

AlSi

800

830 W

860 W

870 M

880 M

810

860

5000

Nevytvrditelný

AlMg

800

820 W

825 W

830 W

845 W

840 M

880 M

882 M

902

922

6000

Vytvrditelný

AlMgSi

-

830 W

845 W

840 M

870 M

880 M

882 M

902

922

7000

Vytvrditelný

AlZnMg

-

-

870 M

880 M

902

922

 

Příklady použití hliníkových slitin

EN AW 5754 / AlMg3 - např. stavba jachet, tlakové nádoby, úložné nádrže, obklady fasád, nosné konstrukce, v potravinářství. Svařitelnost velmi dobrá.

EN AW 1050 / Al99,5 - např. výroba chemických nádrží, výměníků tepla, reflektorů, obalových materiálů, kontejnery pro potravinářství. Svařitelnost dobrá.

EN AW 6082 / AlMgSi1 – využití ve stavebnictví (nosné konstrukce), výroba dopravních prostředků (přepravní nádrže, vlečné vozy), ve strojírenství, výroba kancelářského nábytku, v potravinářském průmyslu, stavba jachet. Svařitelnost dobrá.

EN AW 6063 / AlMgSi - např. okenní rámy, dveře, zavlažovací potrubí, rámy jízdních kol, radiátory, výměníky tepla, chladiče, kryty elektromotorů, osvětlení, žebříky, zábradlí. Svařitelnost dobrá. Slitina AlMgSi1 je teplem vytvrditelná a ztráta pevnosti v okolí svaru je výrazná.

EN AW 6060 / AlMgSi - hliníkové profily, okna, dveře, závěsné stěny, vnitřní kování, osvětlení, žebříky, zábradlí, ploty, skříně elektromotorů, podlahy kamionů a přívěsů, zavlažovací, topné a chladicí trubky. Svařitelnost dobrá.

EN AW 5083 / AlMg4,5Mn – nevytvrditelná, svařitelnost dobrá, ztráta pevnosti v okolí svaru není nijak výrazná. výroba přístrojů, tlakové nádoby, kryogenní použití, v chemickém průmyslu (úložné nádrže), v dopravních prostředcích, výroba hydraulických trubek, kuchyňských skříněk, malých lodí, domácích mrazáků, krabic na mléko, trubek v letadlech, oplocení.

 

 

ram  „DURAL“

Dural je obchodní označení pro vytvrditelné hliníkové slitiny Al-Mg-Mn s obsahem Cu 4 - 6 %. Oproti čistému hliníku je dural jen nepatrně těžší, ale až pětkrát pevnější v tahu a je tvrdší. Pevnost i tvrdost se zvyšuje tepelným opracováním a zušlechťováním, podobně jako u ocelí. Dural se velmi snadno obrábí, ale velmi obtížně svařuje a špatně povrchově upravuje (eloxování), je také málo odolný vůči korozi.

EN AW 2017 / AlCu4MgSi - strojírenství, bezpečnostní komponenty, letectví, převážně na výrobu šroubovaných produktů, armatur, kladek či měřidel, výroba věšáků

EN AW 2024 /AlCu4Mg1 - letecký průmysl, strojírenství, obchodní a vojenská letadla, prvky pro napínání křídel

EN AW 2007 / AlCuMgPb; EN AW 2011 / AlCu4BiPb; EN AW 2015 / AlCuMgSn - vhodné k obrábění, nevhodné pro venkovní použití

EN AW 2030 / AlCu4PbMg - šrouby, čepy, podložky, příruby, objímky, válce, písty

EN AW 6023 / AlMgSiSnBi , EN AW 7022 - strojírenství, komponenty hydraulických zařízení

EN AW 7075 / AlZn5,5MgCu - automobilový průmysl - nárazníky, letecký průmysl, strojírenství, komponenty hydraulických zařízení, letadlové kování, ozubená kola a hřídele, pojistkové díly, části raket, regulační ventily, šnekové převody, komerční letadla, kosmonautika

  

Problémy při svařování hliníku

 

Oxid hlinitý (Al2O3)

Hliník vytváří na svém povrchu vrstvu oxidu hlinitého. Ta zajišťuje dobrou korozní odolnost materiálu, ale je netavitelná a při svařování způsobuje potíže a proto musí být bezprostředně před svařováním odstraněna. Povrchová vrstva oxidu hlinitého má teplotu tání 2050°C oproti 660°C u hliníku. Pokud je mezi základním materiálem a přídavným roztaveným kovem vrstva Al2O3, dojde pouze k „nalepení“ svaru na základní materiál. Oxid hlinitý tvoří vměstky ve svarovém kovu, které mohou být zdrojem tvorby trhlin. Je elektricky nevodivý a to působí problémy s nastavením hodnot svařovacího oblouku, proto je nutné očistit také plochu pro umístění svěrky zemnícího kabelu.

 

Vlhkost

Oxid hlinitý velmi ochotně přijímá vlhkost z okolního prostředí. Přijatý vodík způsobuje vznik pórů ve svaru.

 

Deformace a napětí

Velký koeficient roztažnosti a velká tepelná vodivost hliníku způsobuje velké deformace a napětí. Mohou být příčinou vzniku trhlin při svařování u tepelně vytvrditelných slitin. Je nutné volit takovou technologii svařování, při které dochází k co nejmenšímu tepelnému ovlivnění materiálu. Ke snížení deformací a napětí je vhodné používat přípravky a střídavý postup stehování.

Ohřev nad 200°C vyvolává u teplem vytvrditelných slitin vytvrzovací procesy. To má za následek snížení pevnosti (a mezi kluzu) a odolnosti proti korozi v TOO základního materiálu. U většiny slitin typu AlCuMg dochází v TOO nejen k poklesu pevnosti, ale i ke změně struktury a pokud tyto slitiny svařujeme v tuhém upnutém stavu, může tato oblast prasknout.

Hliníkové slitiny je nutné svařovat vyšším svařovacím proudem, délky oblouku (3 až 5 mm) a vysoké rychlosti svařování. To při nízkém svařovacím proudu docílit nelze, nedošlo by ani k natavení svarových ploch. Nadměrně vysoký svařovací proud může naopak způsobit přehřátí svarového kovu a také může mít oblouk nežádoucí řezací účinek.

Optimální svařovací proud je 40 A na 1 mm tl. svařovaného materiálu.

 

 

Předehřev

Materiály do tl. 8 mm svařujeme bez předehřevu, větší tloušťky s předehřevem  80 - 120°C. U tepelně nevytvrditelných až 150°C. (Přesné teploty předehřevu uvádí norma EN 1011-4.) Pro zjištění teploty je vhodné použít termokřídy

 

Vliv na zdraví

Při sváření hliníku se uvolňuje velké množství dýmu s obsahem nebezpečných zplodin. Je nutné, používat odsávací jednotky a svářecí kukly s odsáváním a filtrací.