Spawanie w warsztacie. Odporne aluminium

zobacz artykuł w formie pdf zobacz pdfa   zobacz pdfa      

Aluminium, dzięki licznym zaletom oraz atrakcyjnemu wyglądowi, stanowi coraz powszechniej stosowany materiał konstrukcyjny, z którego wykonywane są różnego rodzaju produkty, również te, które na co dzień możemy spotkać w naszych gospodarstwach domowych, np. ramy rowerowe, latarnie ogrodowe, ławki, fotele wypoczynkowe, lampy wewnętrzne, regały, meble itd.

Cechy Al
Tak dużym zainteresowaniem aluminium cieszy się dzięki kilku podstawowym właściwościom, a mianowicie: bardzo małej gęstości (2,7 g/cm3 – dla porównania gęstość stali wynosi – 7,68 g/cm3), doskonałej odporności na działanie korozji atmosferycznej, dzięki czemu elementy aluminiowe narażone na działanie czynników zewnętrznych nie wymagają jakiejkolwiek konserwacji, wysokim właściwościom wytrzymałościowym oraz bardzo atrakcyjnej i w ostatnim czasie modnej barwie. Jako przestrogę należy zwrócić uwagę, że nie powinno się stosować np. garnków aluminiowych do gotowania potraw kwaśnych, gdyż jest to najszybsza droga do znacznego zwiększania zawartości tego toksycznego metalu w naszym organizmie. Z kolei nadmierna ilość aluminium w organizmie ludzkim prowadzi do licznych chorób układu nerwowego, między innymi: choroby Alzheimera lub Parkinsona!
Doskonałą odporność na korozję atmosferyczną aluminium zawdzięcza warstewce tlenków Al2O3 ściśle przylegającej do powierzchni metalu. Swoją drogą czasami warstewka ta jest wytwarzana specjalnie w sposób kontrolowany w procesie utleniania anodowego. Wówczas, zależnie od przygotowania powierzchni, może być ona błyszcząca lub matowa oraz barwiona prawie w dowolny sposób (np. podłogowe listwy wykańczające). Przylegająca do powierzchni aluminium warstewka tlenków ma jednak znacząco odmienne od niego właściwości. Temperatura topnienia ww. tlenku wynosi 2050°C (aluminium zalewie 660°C, a stopy aluminium znacznie mniej), zaś gęstość 3,9 g/cm3. Tak więc jego stopienie podczas spawania jest w zasadzie niemożliwe i gdyby nie pewne specjalne zabiegi, uniemożliwiłoby spawanie aluminium. Dodatkowym utrudnieniem, z którego należy sobie zdawać sprawę przed przystąpieniem do procesu spawania, jest wysoki współczynnik przewodnictwa cieplnego [l = 260 W/(m×* K) – dla porównania dla stali współczynnik ten wynosi ok 50 W/(m×* K)], który utrudnia miejscowe nagrzanie elementu do nadtopienia krawędzi oraz brak barwy nalotowej, tzn. nie jesteśmy w stanie rozpoznać po barwie metalu, jaka jest jego orientacyjna temperatura i często gdy się zorientujemy, że jesteśmy blisko temperatury topnienia, jest już za późno, a ciekłopłynny metal „ucieka” nam z jeziorka spawalniczego.
Kolejną kwestią, która musi być brana pod uwagę przed przystąpieniem do spawania, jest informacja, z jakim stopem mamy do czynienia, ponieważ nie każdy stop jest spawalny. Np. durale (stopy Al-Cu) są materiałami praktycznie niespawalnymi. Stopy serii 7xxx, z których przeważnie wykonane są ramy rowerowe (EN-AW 7005 lub EN-AW 7020) wykazują ograniczoną spawalność. Jednak z dużym prawdopodobieństwem możemy przyjąć, że np. różnego rodzaju profile wyciskane (o przekroju: kołowym, kwadratowym, prostokątnym itd.) wykonane są ze stopu EN-AW 6101, który jest względnie dobrze spawalny.
W warunkach warsztatowych stosowane są cztery metody spawania aluminium i jego stopów: spawanie gazowe, spawanie łukowe elektrodami otulonymi, spawanie metodą MIG i spawanie metodą TIG.

Cztery metody
* Spawanie gazowe prowadzi się z zastosowaniem standardowych palników tlenowo-acetylenowych płomieniem wyregulowanym jako nawęglającym (z nadmiarem acetylenu). Do spawania konieczne jest stosowanie odpowiednich topników (np. gaz-alumin 1 lub gaz-alumin2), którymi pokrywa się miejsce złącza oraz spoiwo. Topnik ma na celu rozpuszczenie tlenków aluminium z powierzchni elementu spawanego i zabezpieczenie przed jej ponownym utlenieniem. Pozostałości potopnikowe są silnie korozyjne i muszą być bardzo dokładnie usunięte po procesie spawania. Spoiny wykonuje się jak jedno- lub dwuwarstwowe. Wykonanie spoin wielowarstwowych obarczone jest bardzo dużym ryzykiem powstania pęknięć

* Spawanie łukowe elektrodami otulonymi możliwe jest jedynie przy podłączeniu elektrody do bieguna dodatniego prądu stałego. Spawanie elektrodami otulonymi jest trudne w realizacji i wymaga sporych umiejętności samego spawacza, gdyż łuk nie jarzy się tak stabilnie, jak podczas spawania stali i często ulega zrywaniu. Ponadto proces może się odbywać jedynie w pozycji podolnej, a dostępny na rynku asortyment elektrod przeznaczonych do spawania aluminium umożliwia w zasadzie jedynie spawanie aluminium technicznego, stopów Al-Si i Al-Mn.

* W spawaniu metodą MIG źródłem ciepła jest łuk prądu stałego, z biegunowością dodatnią na elektrodzie, jarzącego się w osłonie argonu. Przy takiej biegunowości zachodzi intensywne rozbijanie warstewki tlenku Al2O3 z brzegów łączonych elementów. Jako materiał dodatkowy stosuje się najczęściej drut elektrodowy o składzie chemicznym AlMg5 z ewentualnymi niewielkimi dodatkami Zr, Cr, Ti itp. Metoda MIG jest bardzo wydajną metodą umożliwiającą wykonanie złącza w każdej pozycji.  Należy pamiętać, że rowki rolki podającej drut aluminiowy muszą być półokrągłe, a średnica końcówki prądowej najkorzystniej o jeden rozmiar większa aniżeli średnica drutu. Unika się wówczas zbyt częstego przywierania drutu do końcówki prądowej.

* Spawanie TIG jest z pewnością najbardziej rozpowszechnioną łukową metodą spawania aluminium i jego stopów. Źródłem ciepła w tym przypadku jest łuk elektryczny, zasilany prądem przemiennym, jarzący się w osłonie gazu obojętnego (argon, mieszanki argon + hel) pomiędzy elektrodą nietopliwą wolframową a materiałem spawanym. Tak więc do spawania aluminium niezbędne jest urządzenie, które umożliwia zasilanie łuku prądem przemiennym. Przy spawaniu prądem stałym z biegunowścią ujemną na elektrodzie, tak jak ma to miejsce podczas spawania stali, nie zachodzi zjawisko katodowego usuwania tlenków. Przy biegunowości dodatniej zjawisko to zachodziłoby, ale wówczas elektroda wolframowa byłaby nadmiernie obciążona cieplnie. Spoiwo w metodzie TIG podawane jest ręcznie w postaci pręta o średnicy zależnej od grubości spawanych elementów, ale możliwe jest również spawanie bez dodatku spoiwa, a jedynie poprzez zatapianie krawędzi materiału podstawowego. Na rynku dostępna jest cała gama najprzeróżniejszych materiałów dodatkowych do spawania aluminium i jego stopów.

Przed spawaniem
Przygotowanie elementów aluminiowych do spawania jest nieco bardziej restrykcyjne aniżeli w przypadku elementów stalowych i ma niezwykle duży wpływ na jakość złącza. Z krawędzi spawanych bezwzględnie musi być usunięte wszelakie zatłuszczenie. Mycie powierzchni najlepiej przeprowadzić benzyną ekstrakcyjną lub acetonem. Ponadto na szerokości około 30 mm od krawędzi spawanych należy usunąć warstewkę tlenków w sposób mechaniczny, najkorzystniej za pomocą szczotki drucianej. Podobnie postępujemy z materiałem dodatkowym. Pręty tuż przed spawaniem należy dokładnie odtłuścić, a gdy były one dłuższy czas narażone na działanie powietrza, wówczas tlenki należy usunąć z ich powierzchni mechanicznie.
dr inż. Maciej Różański
Fot. Spawanie aluminium metodą TIG profilu aluminiowego 50 x 50 x 2 z rurą o średnicy f 50 x 4.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij