Jak 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.

 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.

 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. 

 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 150°C. Slitiny hliníku AlMn a AlSi a některé slitiny AlMg lze svařovat elektrodou CHEM-WELD 800 .

 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 .

 Lepení hliníku

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

Vybrané hliníkové slitiny vhodné ke svařování (EN AW) 

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.

  „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.