V kovoobrábaní je zvárateľnosť hliníkových zliatin jedným z najvýznamnejších aspektov pre zachovanie kvality a životnosti zváraných konštrukcií. Kvôli nízkej hmotnosti a vysokej odolnosti voči koróznym prvkom sú hliníkové zliatiny široko používané. Nie všetky tieto zliatiny sú však rovnako vhodné na zváranie. Táto práca analyzuje široké spektrum hliníkových zliatin so zameraním na ich zváracie vlastnosti a identifikuje najlepších kandidátov na zváranie hliníka pre viaceré prístupy k zváraniu. Všetky dôležité aspekty zvárania hliníka a výber zliatiny pre individuálne úvahy by boli objasnené s cieľom pomôcť výrobcovi alebo odborníkovi, ktorý sa snaží zlepšiť efektivitu procesov pokročilých v tejto oblasti.
Aké sú najlepšie zvárateľné hliníkové zliatiny?
Ako by sme teda definovali dobrú zvárateľnosť hliníkových zliatin?
Je bežným pozorovaním, že zliatiny patriace do, ale nie výhradne, 1XXX, 3XXX a určitých sérií 5XXX a dokonca aj niektorých sérií 6XXX sú dobre zvárateľné kvôli ich zloženiu a mikroštrukturálnym zložkám. 1XXX, ktorý je vždy v zóne zvárania, pretože je čistý hliník, má dobrú odolnosť proti korózii a ľahko sa zvára. 3XXX využíva mangán a má nízku až strednú pevnosť, ale je vhodný na deformáciu a zváranie. Zliatiny zo série 5XXX obsahujú horčík, o ktorom sa zistilo, že zlepšuje ich mechanickú a koróznu odolnosť, čo uľahčuje použitie glycinátov pri ťažkom zváraní. Zahŕňajú tiež určité množstvo kremíka a horčíka, čo pomáha vyvinúť určitú pevnosť a zároveň dobrú zvárateľnosť v iných zliatinách 6XXX, vrátane tých konštrukčných. Každá z týchto sérií predstavuje iné výhody pre zváranie za špecifických podmienok, čo svedčí o šírke použitia týchto materiálov v procesoch spracovania kovov – niektoré sa ani nezvárajú – sú kované.
Ako zliatiny radu 5XXX umožňujú vynikajúcu zvárateľnosť
Zliatiny série 5XXX majú skvelú zvárateľnosť vďaka svojmu zloženiu bohatému na horčík, čo zlepšuje mechanické vlastnosti a odolnosť proti korózii. Táto séria je obzvlášť výhodná pri zváracích aplikáciách, pretože zvarové spoje si stále zachovávajú pevnosť a tvarovateľnosť; preto je možnosť prasknutia alebo iných defektov v oblasti zváraného spoja veľmi nízka. Tepelné vedenie zliatin 5XXX má navyše schopnosť rozptýliť červy vznikajúce počas procesu zvárania, čím sa znižuje možnosť skreslenia spôsobeného teplom. Tieto vlastnosti robia zliatiny radu 5XXX atraktívnymi pre námorné, tlakové nádoby a automobilové aplikácie, kde buď vyžaduje sa pevnosť alebo trvanlivosť alebo oboje.
Techniky zvárania čistého hliníka
Pri zváraní čistého hliníka je potrebné dodržať špecifické postupy, čo je bolesťou kvôli jeho vysokej tepelnej vodivosti, ako aj rýchlej oxidácii. Široko používaným procesom je zváranie plynovým volfrámovým oblúkom (GTAW) alebo rigorózne zváranie Tig, ktoré je známe presnosťou regulácie tepla. Odmasťovanie povrchu hliníka pred procesom zvárania je veľmi dôležité. Aby sa predišlo týmto problémom, musia sa na povrchy spojov urobiť silné zvarové prípravky. Prevádzka cez medzery, ako je pórovitosť a praskanie, je postup na prekonanie štruktúry. Čas a úsilie vynaložené v porovnaní s inými priemyselnými spojmi, ako sú spoje z čistého hliníka, sú primerane ospravedlniteľné pre posun mimo prevádzky.
Aký je najlepší spôsob zvárania hliníka?
Výhody zvárania MIG na hliník
Metódy zvárania Gas Metal Arc Welding (MIG) má tiež mnoho výhod pri výrobe hliníka. Jednou z výhod je vyššia rýchlosť zvárania, ktorá zvyšuje efektivitu výrobných operácií vo veľkom meradle. Tento postup je čiastočne mechanizovaný, čo znižuje prácnosť a zlepšuje kvalitu zvarov. Okrem toho je možné prejsť cez celý zvarový kúpeľ počas zvárania MIG, čo je potrebné na to, aby tenšie časti hliníka zneli. Táto technika tiež znižuje náklady na prácu, pretože sa vytvára menej rozstreku a trosky, čím sa znižuje čistenie po zváraní. Okrem toho je použitie zvárania MIG prístupné do niekoľkých polôh a je efektívnejšie s mechanizáciou pri navrhovaní vysokopevnostných kompozitov s hliníkovou matricou, najmä hliníkových zliatin série 2xxx.
Dôvody, prečo zváranie TIG funguje dobre pre vybrané zliatiny hliníka
TIG zváranie, niekedy označované ako Gas Tungsten Arc Welding (GTAW), prichádza vhod pri určitých hliníkových zliatinách, pretože poskytuje dobrú kvalitu a presnosť zvarov. Toto je preferovaná technika pre spoje, ktoré vyžadujú zváranie tenkých častí hliníka a hliníkových zliatin kvôli presnosti a kontrole prívodu tepla. Kontrola nad oblasťou zvaru je oveľa lepšia, keď sa vykonáva zváranie TIG; tým je výrazne znížená pravdepodobnosť deformácie, roztavenia alebo iných problémov s tepelným stresom. Zlepšuje tiež kvalitu zvaru, pretože vo zvare je veľmi malá priechodnosť, čo je dôležité pre zliatiny, ktoré sú náchylné na praskanie. Pri použití tejto techniky má operátor väčší vplyv na to, čo sa dosiahne, čo umožňuje zložité zvary, ako napríklad v komplikovaných štruktúrach a aplikáciách, kde je životne dôležitá remeselná zručnosť a integrita prvkov.
Prehľad technológie zvárania trením s miešaním
Welding of Friction Stir je najmodernejšia pevná spojovacia kvapalina, najmä pri zváraní hliníka. Proces pozostáva zo zvlákňovania nespotrebného materiálu, pri ktorom rotačný nástroj prenášajúci trenie zmäkčuje hliníkové obrobky bez ich roztavenia. To zlepšuje spojenie s priaznivými mechanickými charakteristikami, čím sa eliminuje výsledná expanzia a kontrakcie pri metódach zvárania hliníka v dôsledku tepelného zmrštenia. FSW nachádza svoje primárne využitie v odvetviach vyžadujúcich rýchlu výrobu vysokopevnostných hliníkových spojov, kde nedochádza k praskaniu pri zváraní mimo tavného spracovania. Proces je vysoko produktívny, pozoruhodne vybavený rozmerovou presnosťou a kvalitným zváraním, ktoré sú potrebné na výrobu lietadiel, automobilov, lodí a iných konštrukcií, ktoré musia byť pevné a spoľahlivé.
Aké úvahy by ste mali mať na pamäti pri výbere prídavného kovu na zváranie zliatin série 5XXX?
Výber prídavného kovu pre hliníkové zliatiny série 5xxx
Pri výbere prídavných kovov pre hliníkové zliatiny série 5xxx je nevyhnutné zvážiť všetky tieto aspekty, vrátane zloženia zliatiny, mechanických vlastností a odolnosti proti korózii. Séria hliníkových zliatin 5xxx pozostáva väčšinou z horčíka a táto zliatina sa tiež ľahko zvára so strednou pevnosťou. 5356, najľahšie dostupný prídavný kov pre tieto zliatiny, je uprednostňovaný, pretože má vysokú pevnosť a húževnatosť, ktorá odoláva aplikáciám tam, kde sú potrebné. Prídavný kov 5556 môže byť dokonca použitý tam, kde sú potrebné ešte pevnejšie zvary. Pre náročnejšie aplikácie, najmä v námornom prostredí, je k dispozícii ľahšia a efektívnejšia prídavná hmota 5183 pre náročnejšie aplikácie: odolnosť proti korózii. Správny výber zaručuje požadovaný výkon a životný cyklus zvarového spoja.
Dôležité aspekty pri zváraní hliníkových zliatin
Pokiaľ ide o zváranie hliníkových zliatin, je potrebné dodržať niekoľko rozhodujúcich faktorov, ak má byť zachovaná celistvosť a kvalita zvaru s ohľadom na hliníkové zliatiny a ich zvárateľnosť. Najprv by sa mal použiť vhodný prídavný kov a mala by sa zvárať príslušná séria zliatin, aby sa dosiahli požadované mechanické vlastnosti a odolnosť proti korózii. Sekundárne je čistenie pred a po zváraní nevyhnutné na zníženie povrchových oxidov a iných nečistôt, čím sa odstránia faktory a problémy s kvalitou zvaru. Prívod tepla musí byť tiež kontrolovaný, pretože napríklad nadmerné teplo môže spôsobiť deformáciu alebo zoslabenie zváraného materiálu. Okrem toho by sa mala venovať pozornosť príprave a návrhu spoja, aby sa zvýšila zvárateľnosť bežnej hliníkovej zliatiny. Napokon, zručnosť operátora a parametre zariadenia sú funkčné a ovplyvňujú kvalitu hliníkových spojov získaných zváraním.
S akými problémami a problémami sa stretávajú zvárači pri práci so zliatinami hliníka?
Útok korózie pri zváraní hliníka
Odolnosť proti korózii sa vo väčšine prípadov stáva obmedzujúcim faktorom pri zváraní hliníka, najmä preto, že pridanie legujúcich prvkov má tendenciu meniť túto vlastnosť. Hliníkový kov má pasívny ochranný oxidový povlak, ktorý je účinný v ťažkých situáciách. Žiaľ, zahrievanie počas zvárania narúša rozpúšťadlo a podporuje segregáciu väčšieho množstva jamiek v niektorých hliníkových zliatinách. Na vyriešenie tohto problému je životne dôležitý výber prídavných kovov s lepšou odolnosťou proti jamkovej korózii, ako napríklad 5183 v stavebníctve alebo automobilovom priemysle. Po zváraní môže určité natieranie alebo povrchová úprava zvaru pomôcť chrániť ho pred chemikáliami alebo vodou. Je dôležité pochopiť podmienky a charakter zliatiny pre obchodný optimalizačný prístup k zváraným hliníkovým spojom.
Dôsledky riadenia zvarového bazéna
Okrem toho je na dosiahnutie vysoko kvalitných hliníkových zvarových kúpeľov potrebné správne riadenie zvarového kúpeľa. Problém je založený na skutočnosti, že hliník je dobrý vodič tepla a pri zahriatí na určitú teplotu sa topí. Zvarový kúpeľ sa preto začne správať nepravidelne, čo vedie k poruchám, ako je nedostatok tavenia alebo prepálenie. Aby bolo možné dodržať ideálnu veľkosť a tvar zvarového kúpeľa, je potrebná primeraná kontrola rýchlosti pohybu, prúdu a uhla elektródy. Použitie pokročilých metód zvárania, ako je efektivita zvárania pulzným oblúkom, môže znížiť prívod tepla a pomôcť kontrolovať zvarový kúpeľ. Na druhej strane je tiež potrebné definovať typ zváraného materiálu, v tomto prípade konkrétnej hliníkovej zliatiny, aby sa kompenzovali rôzne teploty topenia a zmeny tepelnej vodivosti. Zameraním sa na dynamiku zvarového kúpeľa je možné takýmto defektom predísť a vytvoriť tak zdravý zvarový spoj bez akýchkoľvek defektov.
Problémy zvárania a ich riešenia
Zváranie je významnou úlohou na zabezpečenie správnej kvality a pevnosti hliníkových zvarov. S tým však môže byť spojených veľa bežných problémov, vrátane pórovitosti. Pórovitosť je bežnou chybou zvárania, často v dôsledku zachytenia vlhkosti, oleja alebo oxidov v hliníku. Na tento účel sa odporúča riadne vyčistiť základný materiál a nafúknuť čistý a suchý ochranný plyn. Ďalším problémom je praskanie, ktoré zvyčajne vzniká v dôsledku nesprávneho prídavného kovu alebo vystavenia vysokému teplu. Náchylnosť na takéto podmienky môže byť zvýšená aj znalosťou metalurgie zliatin a zmenou tepelného hospodárstva a rýchlosti zvaru. Okrem toho existuje niekoľko riešení, ako sa vyhnúť prepáleniu riadením rýchlosti jazdy a množstva použitého prúdu. Dôkladný dohľad a úprava parametrov zvárania sú potrebné na odstraňovanie a nápravu porúch, ktoré sa vyskytnú pri prevádzke, hneď ako sa objavia.
Aký je vplyv tepelne spracovateľných zliatin na technológiu zvárania?
Zváracie charakteristiky zliatin radu 6xxx
Séria hliníkových zliatin 6xxx má strednú pevnosť kombinovanú s vysokou odolnosťou proti korózii. Pri zváraní však predstavujú určité problémy. Zoberme si tento príklad: tieto tepelne spracovateľné zliatiny sú náchylné na praskanie pri tuhnutí kvôli prítomnosti horčíka a kremíka, ktoré tvrdnú a vytvárajú precipitáciu Mg2Si. Z tohto dôvodu by sa mali používať správne prídavné materiály, ako napríklad 4043 alebo 5356, ktoré sú vyrobené špeciálne na zníženie pravdepodobnosti praskania v hliníkovej zliatine a ich zvárateľnosť. Okrem toho si tieto typy zliatin môžu zachovať zvárateľné, ale nie tepelne spracovateľné vlastnosti v oblasti spevnenia alebo zahriatia počas procesu; preto môže dôjsť k oslabeniu mechanickej pevnosti. Z tohto dôvodu je potrebné zaviesť zachovanie pôvodných vlastností, následne predvoľbu limitu príkonu tepla, predzvarové opracovanie a lepšie pozvarové opracovanie umelým starnutím. S jasným pochopením zloženia a vlastností zliatiny je možné zmeniť proces zvárania bez straty štrukturálnej správnej polohy spojov a správnych vlastností.
Problémy so zliatinami série 7xxx
Zliatiny hliníka radu 7xxx, najmä tie na báze zinku kvôli požadovaným vlastnostiam, sú však dosť náročné na zváranie kvôli ich tendencii k praskaniu za tepla. Toto riziko ešte zhoršuje množstvo prítomného zinku a systémy zliatin medi a horčíka, ktoré sa pri rýchlom ochladení stávajú krehkými fázami. Na prekonanie týchto problémov je potrebný výplňový materiál a izolácia s nízkym obsahom zinku a prívod tepla sa musí čo najviac minimalizovať. Môže byť tiež potrebné vykonať tepelné spracovanie na uvoľnenie napätia – ponechanie zváranej konštrukcie v pokoji, napr. žíhanie, po zváraní, aby sa znížilo napätie spôsobené zváraním a pravdepodobnosť možného prasknutia. Získanie vedomostí o mikroštrukturálnych zmenách zliatin pomáha rozvíjať a optimalizovať zváracie procesy, ktoré umožňujú spájanie materiálov so štruktúrnou integritou a požadovanými mechanickými vlastnosťami.
Fusion zváranie a tepelne spracovateľné zliatiny
Tavné zváranie tepelne spracovateľných zliatin zahŕňa niekoľko tepelných operácií, ktoré môžu pozitívne alebo negatívne ovplyvniť pôvodné vlastnosti zliatin. Medzi takéto materiály patria zliatiny radu 2000, 6000 a 7000 a svoju mechanickú pevnosť odvodzujú z precipitačného vytvrdzovania, ktoré môže byť ohrozené vysokými teplotami počas tavného zvárania. Vysoká teplota môže podporovať rozpúšťanie alebo zhrubnutie výstužných precipitátov, čo nepriaznivo ovplyvňuje vynikajúce vlastnosti zliatiny, ktorá tieto precipitáty obsahuje. Aby sa predišlo týmto problémom, je veľmi dôležité obmedziť množstvo tepla, ktoré sa má priviesť, a aplikovať tepelné spracovanie po zváraní, vrátane, ale bez obmedzenia na roztokové spracovanie a umelé starnutie, aby sa obnovili mechanické vlastnosti spracovateľných zliatin. Okrem toho starostlivý výber plniaceho materiálu a aplikácia vhodnej rýchlosti chladenia môže byť výhodná pri výrobe kvalitného spoja s menším počtom nedokonalostí. Pri výbere zváracích techník je potrebné uprednostniť hĺbkové znalosti konkrétneho zloženia zliatiny v kombinácii s účelom, na ktorý sa zliatina použije, aby sa zachovali štrukturálne a mechanické vlastnosti tepelne spracovateľnej zliatiny.
Referenčné zdroje
Často kladené otázky (FAQ)
Otázka: Ktorá zvárateľná hliníková zliatina je najvhodnejšia na zváranie?
Odpoveď: Najvhodnejšia hliníková zliatina na zváranie zvyčajne závisí od zamýšľaného použitia. Zliatiny radu 5xxx a 6xxx boli vnímané ako najlepšie vďaka ich dobrej zvárateľnosti a mechanickým vlastnostiam.
Otázka: Je všetok hliník spolu s jeho zliatinami zvárateľný?
Odpoveď: Nie každý hliník a jeho zliatiny majú rovnaký rozsah zvárateľnosti. Určité zliatiny sú ľahko zvárateľné, ale iné ako zváranie si niektoré vyžadujú viac úprav a materiálov, aby vyzerali sľubne. Príklady zahŕňajú sériu 2xxx a 7xxx, ktoré sú pri zváraní často zadkom.
Otázka: Ktoré hliníkové zliatiny sa najčastejšie používajú pri zváraní?
Odpoveď: Najrozšírenejšie hliníkové zliatiny pre procesy zvárania sú série 5xxx a 6xxx. Tieto zliatiny zahŕňajú 5083, 5356, 6061 a 6063, ktoré zaisťujú maximálnu stabilitu pri rôznych procesoch zvárania.
Otázka: Ako zliatiny 6xxx uprednostňujú iné série týkajúce sa zvárania?
Odpoveď: Varianty 6xxx, ako napríklad 6061 a 6063, sa vo väčšine prípadov zvárajú oveľa ľahšie ako zliatiny s vysokou pevnosťou, ako napríklad séria 7xxx. Sú to niektoré zliatiny s dobrými mechanickými vlastnosťami a väčšinou sa používajú v stavebných prácach.
Otázka: Prečo sa zliatiny 7xxx považujú za ťažko zvárateľné?
Odpoveď: Zliatiny 7xxx sa nedajú ľahko zvárať kvôli ich vysokému obsahu zinku, čo prispieva k problémom, ako je praskanie a nízka pevnosť tepelne ovplyvnených zón. V dôsledku toho tieto zliatiny vo väčšine prípadov zahŕňajú špeciálne zváracie operácie a prídavné materiály.
Otázka: Na čo sa používajú prídavné zliatiny pri zváraní hliníkových zliatin?
Odpoveď: Zliatiny plniva sú veľmi dôležité pri tavení hliníkových zliatin, pretože vypĺňajú medzeru, aby získali pevný spoj bez defektov. Typ použitej prídavnej zliatiny má výrazný vplyv na mechanické vlastnosti zvaru, ako aj kvalitu zvarového spoja.
Otázka: Sú hliníkové zliatiny série 2xxx vhodné na zváranie?
Odpoveď: Na rozdiel od iných sérií sa hliníkové zliatiny série 2xxx ťažko zvárajú kvôli vysokému obsahu medi, čo podporuje praskanie v kovoch. Takéto techniky a materiály sú potrebné pre efektívne výsledky pri zváraní zliatin obsahujúcich meď.
Otázka: Aké je použitie hliníka a jeho zliatin, najmä pri zváraní?
Odpoveď: Hliník a jeho zliatiny sa používajú v rôznych odvetviach vrátane automobilového a leteckého priemyslu, stavebníctva a námorníctva. Výber hliníkovej zliatiny na zváranie v týchto odvetviach však závisí od požadovaných mechanických a antikoróznych vlastností.
Otázka: Je možné spájanie kovov dosiahnuť v tepelne spracovateľných zliatinách?
Odpoveď: Väčšinu tepelne spracovateľných zliatin, najmä sériu 6 profilov, je možné zvárať, hoci následné tepelné spracovanie je často potrebné správne na obnovenie ich mechanických vlastností po zváraní. Tieto zliatiny majú dobrý kompromis medzi pevnosťou a zvariteľnosťou a možno ich použiť pri výrobe konštrukcií.
Otázka: Aký je prínos extrúznych zliatin z hľadiska zvárateľnosti?
Odpoveď: Rovnako ako séria 6xxx, vytláčané zliatiny majú dobrú zvárateľnosť a používajú sa v aplikáciách, ktoré vyžadujú zložité konfigurácie s vysokou pevnosťou. Zloženie materiálov umožňuje ich ľahké tvarovanie a zváranie, preto majú široké využitie v mnohých odvetviach.
