Spawanie jest najskuteczniejszą i najszybszą metodą łączenia metali. Za pomocą konkretnych urządzeń można spawać elementy wykonane z różnych metali, także nieżelaznych. Część z nich może być wykorzystywana także do spawania aluminium, jednak do tego typu pracy wykorzystywane są tylko najbardziej zaawansowane technicznie maszyny. Do takich zadań zostają oddelegowani najbardziej doświadczeni pracownicy. Dlaczego proces spawania aluminium jest taki skomplikowany i jak go przeprowadzić krok po kroku?
Aluminium – właściwości metalu
Aluminium to pierwiastek chemiczny wykorzystywany do tworzenia stopów stosowanych powszechnie w przemyśle. Zanim przedstawimy sposoby na spawanie aluminium, warto powiedzieć, dlaczego ten materiał cieszy się tak dużą popularnością.
Parametry wytrzymałościowe stopów aluminium są porównywalne do stali czarnej. Jednocześnie stopy aluminium są trzykrotnie lżejsze od stali. Dodatkowo aluminium ulega naturalnej pasywacji, czyli materiał w warunkach atmosferycznych pokrywa się warstwą tlenków. To sprawia, że jest bardziej odporny na korozje niż standardowe stopy stali czarnej. Charakterystycznymi cechami tego materiału jest też plastyczność i podatność na formowanie. Ma on także dobre parametry przewodzenia ciepła.
Z punktu widzenia spawacza, bardzo istotna jest niska temperatura topnienia. Aluminium zmienia stan skupienia na płynny już przy temperaturze 660,3 stopni Celsjusza, podczas gdy stal trzeba rozgrzać do temperatury około 1400 stopni. Ułatwia to wykonywanie odlewów i przeprowadzenie niektórych procesów produkcyjnych, jednak jest sporym utrudnieniem przy wszystkich metodach spawalniczych.
Zastosowanie aluminium w przemyśle
Aluminium należy do materiałów bardzo chętnie stosowanych w przemyśle. Można spotkać go w wielu konstrukcjach typowo przemysłowych, jak i produktach codziennego użytku. Dopiero stosunkowo niedawno metody pozyskiwania i przetapiania aluminium stały się na tyle opłacalne, że stopy metalu zaczęto stosować powszechnie. Nadal w stosunku do aluminium stosowane jest określenie materiału przyszłości, ponieważ jego produkcja z każdym rookiem jest większa.
Najczęściej z elementami aluminiowymi mamy do czynienia przy okazji gaszenia pragnienia napojami w puszkach aluminiowych. Stopy tego pierwiastka zmieszane z magnezem stosuje się do produkcji urządzeń elektronicznych. Aluminium stosowane jest też w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym do tworzenia niektórych elementów maszyn transportowych. Z profili aluminiowych wykonuje się ramy maszyn wymagających dużej odporności na korozje przy zachowaniu niewielkiej wagi. Te same cechy stoją za zastosowaniem aluminium do tworzenia połaci dachowych.
Z czego wynikają trudności przy spawaniu aluminium?
Spawanie aluminium nawet przez doświadczonych spawaczy jest uznawane za trudne – przynajmniej z dwóch powodów. Pierwszym z nich jest powłoka z tlenków, która tworzy się automatycznie na powierzchni aluminium. Jest to dodatkowa reakcja, która wpływa na pogorszenie jakości spoiny i jej parametrów wytrzymałościowych.
Drugim problemem, uznawanym za bardziej dotkliwy, jest właśnie niska temperatura topnienia. Większość spawarek jest przystosowana do wykonywania spoin na stali. W związku z tym regulacja natężenia prądu w niższych wartościach nie jest bardzo precyzyjna. Nawet jeśli istnieje możliwość regulacji, problemem okazuje się precyzyjne ustawienie parametrów dla uzyskania najlepszej jakości spoiny. Dlatego tylko zaawansowane technologicznie maszyny i najbardziej wykwalifikowani spawacze są kierowani do spawania aluminium.
Najważniejsze metody spawania aluminium
Spawanie aluminium przeprowadzane jest w metodach spawalniczych wykorzystujących zjawisko łuku elektrycznego. To strumień elektronów w postaci jasnego łuku, które przepływają pomiędzy elementem o ładunku ujemnym i neutralnym. W wyniku przepływu energii wytwarza się wysoka temperatura, która prowadzi do stopienia krawędzi materiału, połączenia i zespolenia ze sobą łączonych obiektów po stężeniu materiału.
Do najczęściej stosowanych urządzeń w spawaniu aluminium należą migomaty i spawarki TIG. Niezależnie od tego, jaka jest technika, w procesie spawania niezbędna okazuje się osłona z gazów neutralnych, która chroni jeziorko spawalnicze przed zabrudzeniami z zewnątrz. Zarówno przy spawaniu metodą MIG, jak i przy pracy tigiem, niezwykle cenne są umiejętności spawacza i jego precyzja.
Spawanie aluminium migomatem
Spawanie migomatem w metodzie MIG (ang. metal inert gas) jest najpopularniejszym sposobem łączenia elementów aluminiowych. Wykorzystuje się tu elektrodę topliwą w osłonie gazów neutralnych, która wywołuje łuk elektryczny. W wyniku wysokiej temperatury stapiają się krawędzie łączonych elementów, a materiał ze stopionej elektrody uzupełnia jeziorko spawalnicze. Ta metoda sprawdza się przede wszystkim przy łączeniu wyrobów o grubości ponad 1 mm i jest bardzo wydajna.
Do spawania migomatem potrzebny jest odpowiedni drut, który traktuje się jako spoiwo. Jego skład chemiczny powinien być zbliżony do tego, jaki mają materiały spawane. Drut najczęściej dostarczany jest w rolkach w kilkudziesięciometrowych odcinkach. Zamontowany w maszynie będzie automatycznie podawany do uchwytu. Drut dostępny jest w różnych średnicach w zakresie od 0,8 do 4 mm. Należy dobrać go do grubości łączonych elementów zgodnie z zaleceniami instrukcji spawalniczej. Z kolei długość drutu należy dopasować do intensywności prowadzonych prac.
Spawanie aluminium spawarką TIG
Metoda TIG także wykorzystuje zjawisko łuku elektrycznego i neutralny gaz osłonowy. W tym przypadku jednak za wywołanie i prowadzenie łuku odpowiada nietopliwa elektroda wolframowa. W tej technice nie ma konieczności stosowania topika, który uzupełni jeziorko spawalnicze, co znacznie przyspiesza pracę przy łączeniu materiału o niewielkich grubościach. Jeśli zajdzie taka potrzeba, drut ze stopu glinu można podawać manualnie, jednocześnie drugą ręką stale obsługując uchwyt spawarki.
Spawanie aluminium metodą TIG jest stosowane głównie przy łączeniu cienkiego aluminium i elementów o grubości mniejszej, niż 10 mm. Technika sprawdza się nawet przy pracy z blachami, których grubość nie przekracza 1 mm. Metoda spawania w osłonie obojętnego gazu jest stosowana głównie do spawania blach w technice brzeżnej, a także łączenia na zakładkę. Spawanie metodą TIG wykonuje się najczęściej z wykorzystaniem prądu zmiennego AC.
Jaki gaz do spawania aluminium?
Spawanie aluminium migomatem i TIG prowadzi się w osłonie gazowej nazywanej neutralną lub obojętną. Są to gazy, które chronią roztopiony metal przed dostawaniem się do niego zabrudzeń i niepożądanych składników. Zarówno namiar azotu, wilgoci, jak i drobne zanieczyszczenia mogą zmniejszyć trwałość i wytrzymałość gotowej spoiny. Dlatego gaz dostarczany przez głowicę spawarki stale utrzymuje w okolicy końcówki elektrody warunki najbardziej optymalne dla właściwości spoiny.
Neutralność gazu polega na tym, że nie bierze on czynnego udziału w samym zjawisku spawania. Nie podnosi temperatury ani nie stabilizuje łuku spawalniczego. Najczęściej do spawania aluminium stosuje się argon, który jest bardzo uniwersalny i pozwala na stabilny przepływ łuku elektrycznego. Nieco mniej popularny jest hel, choć obniża koszt wykonywania spoiny. W niektórych metodach zalecane jest mieszanie helu z azotem.
Spawanie aluminium metodami gazowymi
Poza wspomnianymi sposobami spawania aluminium, w których wykorzystuje się łuk elektryczny w osłonie gazowej, istnieje jeszcze jedna metoda łączenia tego materiału. Spawanie gazowe jest jedną z najstarszych metod i najbardziej uniwersalnych. W spawarkach nie występuje uchwyt elektrodowy, a jedynie dysza palnika gazowego. To w wyniku spalania strumienia acetylenu wytwarza się temperatura pozwalająca na stopienie krawędzi łączonych elementów.
W spawaniu gazowym wytwarzana jest temperatura nieco niższa od tej generowanej przy spawarkach MIG MAG. Istnieje też możliwość bardzo precyzyjnego wyregulowania strumienia gazu za pomocą pokrętła na dyszy. To pozwala na dobranie szerokości płomienia i dostosowanie jej do grubości metalu. Nie jest tu potrzebny drut do spawania, a prace można wykonywać nawet na mokrym materiale. Największą wadą spawania elementów aluminium jest wysoki koszt gazu.
Przygotowanie podłoża i regulacja spawarki przy spawaniu aluminium
Spawanie powierzchni aluminiowych metodą TIG, MIG, a także gazową wymaga wcześniejszego przygotowania podłoża. Nie można rozpocząć prac spawalniczych bez oczyszczenia miejsca łączenia, ponieważ mogłoby to doprowadzić do osłabienia jakości połączenia. Drobne zanieczyszczenia, tłuszcz, drobinki kurzu w jeziorku spawalniczym prowadzą do powstawania porów w strukturze spoiny.
- Zanim spawacz sięgnie po migomat, trzeba odtłuścić miejsce wykonania łączenia.
- Ważne jest też starcie wszystkich zabrudzeń i zanieczyszczeń za pomocą szczotki z twardym włosiem.
- Przy spawaniu metodami z wykorzystaniem łuku elektrycznego powierzchnia łączenia musi być też całkowicie sucha.
- Warto rozpocząć pracę natychmiast po zakończeniu czyszczenia, zanim zabrudzenia ponownie pojawią się w miejscu układania spoiny.
Aluminium jest metalem o niskiej temperaturze topnienia, dlatego tak ważne jest precyzyjne dobranie ustawień migomatu. W metodach MIG lub TIG, a także przy spawaniu gazowym należy postępować dokładnie zgodnie z instrukcjami konstruktora. Prace trzeba rozpocząć od najniższych zalecanych natężeń prądu i stopniowo podnosić je do uzyskania optymalnej jakości spoiny. Należy też pamiętać o dostosowaniu przepływu gazu osłonowego do warunków pracy.
Spawanie aluminium – podsumowanie
Spawanie aluminium wymaga sporych umiejętności od spawacza. W pracy niezbędne jest dopasowanie ustawień do składu chemicznego i właściwości materiału. Nie da się wykonać estetycznej i trwałej spoiny bez dobrej jakości sprzętu. Przed zakupem migomatu i spawarki TIG trzeba sprawdzić, czy te urządzenia będą odpowiednie do łączenia materiału.
