Spawanie aluminium metodą TIG oraz MIG - Poradnik

Spawanie aluminium metodą TIG oraz MIG - Poradnik

Co to jest aluminium - teoria i charakterystyka

   Aluminium jest drugim pod względem częstotliwości zastosowania, metalem na świecie. Jego gęstość jest trzy razy mniejsza niż gęstość żelaza. Do najważniejszych jego zalet należą: mały ciężar oraz odporność na rdzę. Oprócz właściwości antykorozyjnych aluminium charakteryzuje się też niską temperaturą topnienia i dobrym przewodnictwem elektrycznych.

   Jest on uważany za materiał przyszłość a jego wykorzystanie cały czas wzrasta. Największe wykorzystanie odnotowuje się w sektorach: spożywczym, samochodowym, lotniczym, w budownictwie jak również w przemyśle elektrotechnicznym. Zdecydowanie największą rolę aluminium i jego stopy odgrywają w przemyśle motoryzacyjnym. Aluminiowe elementy stosowane w pojazdach są dużo lżejsze niż te wykonane z innych metali, dzięki czemu masa pojazdu jest niższa, co przekłada się na oszczędniejsze zużycie paliwa i mniejsze emitowanie CO2 do atmosfery. Według danych z 2015 roku, opublikowanych przez International Aluminium Institute, wykorzystanie w transporcie 20 mln ton aluminium daje możliwość zaoszczędzenia do 400 mln ton dwutlenku węgla wypuszczanego do środowiska.

Jak i czym spawać aluminium?

   Podczas spawania aluminium należy uwzględnić reakcję metalu z tlenem i powstający wtedy w szybkim tempie tlenek. Należy pamiętać o tym, że tlenek jest twardy i charakteryzuje się wysoką temperaturą topnienia (około 2050 °C), w związku z czym łatwo może spowodować wady spoiny. Tlenek jest cięższy niż roztopiony metal i może w nim tworzyć wtrącenia. Dlatego też spawając aluminium należy najpierw usunąć tlenek ze spajanych powierzchni. Do czyszczenia aluminium z tlenków wykorzystuje się szczotkę ze stali nierdzewnej i specjalne środki chemiczne.

Spawanie Aluminium TIG'iem

   Do spawania aluminium najczęściej wykorzystywane są spawarki Tig. Jest to metoda spawania łukowego w osłonie gazu, jest ona gwarancją otrzymania spoin najwyższej jakości. W przypadku tej metody, cały proces przeprowadzany jest przez nietopliwą oraz odporną na temperaturę elektrodę wolframową, przy której udziale wytwarzany jest łuk spawalniczy rozgrzewający i upłynniający aluminium. Gazem osłonowym stosowanym najczęściej jest argon o wysokiej czystości lub mieszanki argonowo - helowe. Czysty hel stosuje się do spawania automatycznego prądem stałym z biegunem ujemnym na elektrodzie.

   Natężenie prądu dobierane jest do grubości materiału tak jak średnice dyszy i przepływ gazu. Średnica elektrody wolframowej dobierana jest tak, aby na 1 mm przypadał prąd 40 amper. Średnica prętu spawalniczego powinna odpowiadać średnicy elektrody.

    Podczas spawania blach cienkich w pozycji podolnej niskimi natężeniami prądu korzystne jest rozgrzanie elektrody wolframowej poprzez zajarzenie luku na płytce grafitowej, a następnie przeniesienie łuku na elementy spawane. Stopiwo doprowadza się do jeziorka spawalniczego przez dosuwanie drutu ruchem skokowo – wstecznym. Polega to na dosuwaniu pręta do jeziorka a następnie, po stopieniu końca pręta, odsunięciu go na taką odległość, aby koniec znajdował się poza strefą najwyższej temperatury.

Spawarki TIG Paton do spawania Aluminium

Spawarki TIG marki Paton do spawania aluminium: ADI 200S oraz TIG AC DC ADI 200P 

 

 Technika spawania grubszych elementów aluminiowych w pozycji podolnej, nieco się różni. Większe natężenie prądu spawania sprawia, że podmuch łuku spawalniczego jest znacznie silniejszy i jeziorko spawalnicze jest również większe. Każde wprowadzenie drutu w strefę łuku spawalniczego powoduje jego silne zaburzenie, pryskanie ciekłego metalu oraz zetknięcia aluminium z wolframem co skutkuje przerwaniem spawania. Należy zachować ciągłość przechodzenia stopiwa do jeziorka spawalniczego. Drut powinien być nachylony do elementu pod bardzo małym kątem. Zależnie od grubości spawanych elementów wykonuje się spoiny jedno lub wielowarstwowe. Do grubości 6 mm można wykonać spoiny jednowarstwowe, powyżej tej grubości wykonuje się spoiny wielowarstwowe. 

Spawanie Aluminium MIG'iem

   Metoda spawalnicza MIG polega na spawaniu z zastosowaniem podobnego, obojętnego gazu osłonowego, czyli na przykład helu lub argonu. Spawanie odbywa się przy pomocy łuku elektrycznego, wytwarzanego między topliwą elektrodą, a częścią spawanego aluminium. Wytworzone w ten sposób spoiny są dobrej jakości, spawanie jest wydajne, jego koszt jest niski. W spawaniu MIG, w zależności od parametrów prądu, możemy rozróżnić metodę zwarciową i metodę natryskową. W przypadku spawania aluminium natężenie prądu nie musi być bardzo wysokie, aby przenoszenie kropli miało charakter natryskowy, ponieważ temperatura topnienia jest dużo niższa w porównaniu do stali.

spawarka mig do aluminium

Spawarka MIG do spawania Aluminium: Paton PSI 250P 15-4 DC

Spawanie zwarciowe jest bardziej przydatne podczas spawania cienkich blach, a także podczas spawania w pozycjach przymusowych. Do grubości 25 mm stosujemy 100% argon, przy grubościach blachy 25-50 stosujemy argon z 10-35% helu, a przy grubościach powyżej 50 mm stosuje się mieszankę argon z 35-70% helu. Ze względu na duża przewodność cieplną aluminium i stosowaniu w mieszankach helu o dużej energii jonizacji, prądy spawania są podobne jak przy spawaniu stali lecz napięcia łuku są większe. Temperatura topienia aluminium jest mniejsza, w celu utrzymania odpowiedniego przekroju ściegu prędkości spawania są znacznie wyższe. Dzięki wprowadzeniu funkcji Pulse w urządzeniach spawalniczych, udało się uzyskać niezawodność złączy taka jak w metodzie TIG oraz zmniejszyć ryzyko wystąpienia pęknięć gorących.

Spawanie zwarciowe jest bardziej przydatne podczas spawania cienkich blach, a także podczas spawania w pozycjach przymusowych. Do grubości 25 mm stosujemy 100% argon, przy grubościach blachy 25-50 stosujemy argon z 10-35% helu, a przy grubościach powyżej 50 mm stosuje się mieszankę argon z 35-70% helu. Ze względu na duża przewodność cieplną aluminium i stosowaniu w mieszankach helu o dużej energii jonizacji, prądy spawania są podobne jak przy spawaniu stali lecz napięcia łuku są większe. Temperatura topienia aluminium jest mniejsza, w celu utrzymania odpowiedniego przekroju ściegu prędkości spawania są znacznie wyższe. Dzięki wprowadzeniu funkcji Pulse w urządzeniach spawalniczych, udało się uzyskać niezawodność złączy taka jak w metodzie TIG oraz zmniejszyć ryzyko wystąpienia pęknięć gorących.

Aluminium i jego stopy można podzielić na dwie grupy pod względem spawalności:

● materiały odpowiednie do spawania - Al, stopy AlMn, AlMg, AlSi

● stopy trudne do spawania - stopy AlCuMg, AlMgSi, AlZnMg

Co ma największy wpływ na spawanie aluminium?

   Na spawalność aluminium i jego stopów główny wpływ będzie miał ich skład chemiczny i własności mechaniczne i fizyczne. Podstawowym problemem przy spawaniu jest konieczność usunięcia warstwy tlenku aluminium. Problemy spawalnicze może sprawić również duża różnica temperatur topnienia Al i Al2O3 (odpowiednio 660 i 2060°C), a także większy ciężar właściwy tlenku (4 g/cm3) od ciekłego metalu (2,4 g/cm3). W rezultacie cząstki Al2O3 opadają na dno spoiny, powodując jej porowatość.

   Kolejny problem stanowi duża przewodność cieplna aluminium, która z jednej strony utrudnia miejscowe nagrzanie metalu do temperatury topnienia, a z drugiej powoduje szybkie chłodzenie materiału – w wyniku tego w spoinie powstają wysokie naprężenia spawalnicze, mogące z łatwością doprowadzić do zniszczenia połączenia. Wysokie przewodnictwo cieplne aluminium powoduje konieczność zwiększenia energii liniowej spawania. W konwencjonalnych metodach spawania stopów aluminium (MIG, TIG) prowadzi to do powstawania szerokiej strefy wpływu ciepła wokół spoiny.

   Negatywnie wpływa ma również niska wytrzymałość aluminium w temperaturach wyższych od ok. 500°C, powodująca występowanie pęknięć gorących, a także duża rozszerzalność cieplna skutkująca powstawaniem znacznych naprężeń i pękaniem spoin.

   Z powodu braku zmiany barw przejściowych przy podgrzewaniu aluminium trudno jest określić stopnień nagrzania metalu i bliskości punktu topienia – to znacznie utrudnia wykonanie prawidłowego złącza.

Jak spawać aluminium metodą MAG?

   W metodzie MIG podczas spawania aluminium dużą role odgrywa również właściwy dobór spoiwa. Przy łączeniu ze sobą aluminium i jego stopów wymagane jest aby w miejscu łączenia zachowana była należyta czystość powierzchni. Najważniejsze jednak jest przygotowanie samej spawarki którą wykonanym połączenie elementów z aluminium.

    Pierwszą rzeczą od której musimy zacząć jest wymiana wkładu w uchwycie ze standardowego metalowego na teflonowy. Taki rodzaj wkładu poprawi przesuwanie się drutu aluminiowego w uchwycie i zapobiegnie jego odkształceniu. To samo tyczy się rolek w podajniku, konieczna jest ich wymiana na takie których kształt rowków przypomina literę „U” to również ma na celu ograniczenie odkształceń jakie mogą powstać na drucie spawalniczym. Aby mieć pewność że drut będzie precyzyjnie podawany w miejscu spawania, nasze urządzenie powinno być wyposażone w 4-rolkowy mechanizm podawania drutu. Po zainstalowaniu drutu w uchwycie należy wymienić końcówkę prądową na taka z oznaczeniem „A” do spawania aluminium ze względu na rozszerzanie się aluminium podczas nagrzewania. Nowoczesne urządzenia spawalnicze dają nam też możliwość spawania prądem pulsującym, jest to funkcja która będzie przydatna przy spawaniu cienkich elementów aluminiowych. Do spawania aluminium należy wykorzystywać argon jako gaz ochronny, oraz podgrzać materiał przed spawaniem. Podgrzewanie materiału nie jest konieczne jeśli jako gaz ochrony wykorzystamy mieszankę Ar+ (50÷75%) He, ponieważ Hel podnosi moc cieplną łuku. Ostatnia rzeczą jaka należy wykonać przed rozpoczęciem spawania jest odpowiednie wyczyszczenie materiału. Najpierw należy odtłuścić spawana powierzchnie wykorzystując do tego na przykład benzynę ekstrakcyjną a w kolejnym kroku usunąć powłoki tlenków za pomocą szczotki ze stali nierdzewnej. Metoda MIG umożliwia podczas spawania uzyskanie głębokiego przetopu, dlatego blachy o grubościach do 6 mm nie wymagają ukosowania. Należy jedynie pozostawić około 1 mm odstępu między krawędziami. W granicach 6−15 mm krawędzie blach ukosuje się na V (kąt 70°) , przy czym próg powinien wynosić 2−5 mm, a odstęp między krawędziami 1−2 mm. Gdy istnieje możliwość dwustronnego spawania, blachy o grubościach powyżej 15 mm należy ukosować na X (kąt 70°) z 2−3-milimetrowym progiem. Poza koniecznością ukosowania krawędzi blach wymagane jest także dokładne ich odtłuszczenie i oczyszczenie.

Tak przygotowany materiał da nam pewność poprawnie wykonanego połączenia pozbawionego wad.

Niezależnie od grubości łączonych krawędzi najkorzystniej jest spawać od strony lewej do prawej. Uchwyt spawalniczy powinien być ustawiony prawie prostopadle do blach (kąt odchylenia uchwytu nie większy niż 10−20°). Spawać należy bez przerw i możliwie krótkim łukiem (odległość dyszy gazowej pistoletu od materiału nie powinna przekraczać 10-15 mm). Stosując tę metodę, można spawać w pozycjach poziomej, pionowej i naściennej.

 

Grubość materiału

[mm]

Średnica drutu elektrodowego [mm]

Natężenie prądu

[A]

Napięcie łuku

[V]

Szybkość podawania drutu elektrodowego

[m/min]

Zużycie argonu

[l/min]

Szybkość spawania

[mm/min]

2

3

4

5

6

8

10

12

20

0,8

1,0

1,2

1,6

1,6

2,0

2,0

2,4

2,4

90–130

100–150

150–200

180–240

220–270

250–300

280–320

300–370

350–400

22–24

22–24

24–25

24–25

24–25

25–26

26–28

26–28

26–28

7,5

6,0

5,0

4,6

5,0

4,8

5,0

3,8

4,0

12

14

14

15

15

18

18

18

20

700

650

600

600

600

550

500

450

300

Przykładowe parametry czołowego spawania metali lekkich metodą MIG. 

Dzięki dużej szybkości spawania jest to obecnie najbardziej ekonomiczna metod spawania.

Metoda MIG, kiedyś była wykorzystywana wyłącznie do połączeń mniej odpowiedzialnych, ze względu na mikroporowatość spoin, a tym samym spadek wytrzymałości. Dzięki nowoczesnym urządzeniom spawalniczym oraz coraz lepszym jakościowo materiałom spawalniczym obecnie połączenia wykonane metodą MIG są wystarczająco dobre pod względem wytrzymałościowym.

Zarówno spawanie półautomatyczne, jak i automatyczne umożliwia wykonywanie spoin we wszystkich pozycjach, włącznie z pozycją pionową i naścienną.

Inne Artykuły o podobnej tematyce:

Podstawy spawania TIG - jak ustawić spawarkę, dobrać odpowiednią elektrodę oraz gaz osłonowy?

Szkodliwość spawania Tigiem - Zagrożenia i zabezpieczenie

Różnice między drutami spawalniczymi w metodzie spawalniczej MIG MAG

Skomentuj

* Imię
* E-mail (będzie niewidoczny)
   WWW (razem z http://)
* Komentarz:
Przepisz kod

Ostatnio oglądane

Na razie nie oglądałeś żadnego produktu