Dlaczego w spoinach aluminiowych powstaje porowatość?

Porowatość jest jedną z najczęstszych wad spoin w aluminium i stopach aluminium. Głównym gazem odpowiedzialnym za to zjawisko jest wodór. Może on przedostać się do łuku spawalniczego z wilgoci zawartej w atmosferze, gazie osłonowym, warstwie tlenku, drucie spawalniczym lub powierzchni obrabianego elementu, a następnie zostać uwięziony w trakcie krzepnięcia jeziorka spawalniczego.

Dlaczego wodór zostaje uwięziony

Rozpuszczalność wodoru w aluminium spada z około 0,69 ml/100 g w aluminium w stanie ciekłym do 0,036 ml/100 g w aluminium w stanie stałym, co stanowi spadek mniej więcej dwudziestokrotny.

Czyste aluminium jest bardziej podatne na porowatość wodorową niż stopy Al-Mg, ponieważ jego krytyczne ciśnienie cząstkowe wodoru, p_H2, jest niższa. Zawartość gazu powodująca powstawanie porów w czystym aluminium może zatem w spoinie Al-Mg pozostawać poniżej progu tworzenia się porów.

Skąd pochodzi wodór

• Atmosfera i gaz osłonowy: Para wodna może ulegać dysocjacji w łuku elektrycznym i dostarczać wodór.
• Warstwy tlenkowe: Tlenek glinu łatwo pochłania wilgoć. Luźny tlenek na stopach Al-Mg może zatrzymywać jeszcze więcej wody.
• Zanieczyszczenie drutu i obrabianego elementu: Olej, zanieczyszczenia i produkty korozji zwiększają ilość dostępnego wodoru.

Spawanie metodą MIG i spawanie metodą TIG w różny sposób pochłaniają wodór, ponieważ warunki występowania łuku i przenoszenia kropli są w tych metodach różne. Podczas spawania metodą TIG w obszarze korzenia pozostałości tlenku w tym miejscu mogą powodować powstawanie skupisk porów. Rozkład porów oraz zmiany koloru tlenku mogą pomóc w zidentyfikowaniu tej przyczyny. Pory znajdujące się bezpośrednio pod powierzchnią mogą później przybrać postać pęcherzy.

Dlaczego bąbelki nie mogą się wydostać

Metal spawalniczy z aluminium stygnie około cztery do siedmiu razy szybciej niż metal spawalniczy ze stali węglowej. Chociaż aluminium ma mniejszą gęstość, co sprzyja unoszeniu się pęcherzyków, szybkie krzepnięcie skraca czas, w którym mogą one uciec. Pęcherzyki wodoru, które powstają w późniejszym etapie, zostają zatem uwięzione w spoinie.

Jak zapobiegać porowatości spoin aluminiowych

1. Obrobek, drut spawalniczy i układ osłonowy należy utrzymywać w stanie suchym. Producent zaleca stosowanie argonu o zawartości wilgoci poniżej 0,08%.
2. Bezpośrednio przed spawaniem należy usunąć tlenek, olej i inne zanieczyszczenia. W przypadku ręcznego spawania metodą TIG blachy LF3 o grubości 1,8 mm źródło zaleca zeskrobanie obszaru o szerokości 20 mm oraz wykonanie przygotowania krawędzi spawalniczej w kształcie odwróconej litery V.
3. Należy wybrać parametry umożliwiające ucieczkę gazu. W spawaniu metodą TIG zazwyczaj korzystne jest stosowanie wyższego prądu, większej prędkości przesuwu oraz mniejszego całkowitego wkładu cieplnego. W spawaniu metodą MIG może być konieczne zastosowanie mniejszej prędkości przesuwu i większego wkładu cieplnego w celu wydłużenia czasu utrzymywania się jeziorka spawalniczego.
4. W razie potrzeby należy zastosować odpowiednie podgrzewanie wstępne, zwłaszcza w przypadku grubych lub dobrze przewodzących elementów.

Skuteczna kontrola porowatości to całościowy system: suche materiały eksploatacyjne, czyste powierzchnie, stabilne osłony oraz cykl termiczny, który daje wodorowi czas na opuszczenie zbiornika.