Jak przygotować stopy aluminium do spawania

Czyszczenie przed spawaniem ma zasadnicze znaczenie dla jakości spoin aluminium i stopów aluminium. Aluminium łatwo ulega utlenianiu, tworząc gęstą, twardą warstwę tlenku, która pochłania wilgoć. Warstwa ta utrudnia prawidłowe stopienie się metali i jest źródłem porowatości oraz wtrąceń. Olej, rdza, zgorzelina i inne zanieczyszczenia również mogą powodować powstawanie porów. Dlatego drut i miejsce połączenia należy dokładnie oczyścić w celu usunięcia tlenku i oleju. Trzy główne metody to odtłuszczanie, czyszczenie chemiczne i czyszczenie mechaniczne.

1. Odtłuszczanie

Zetrzyj olej z drutu spawalniczego i obszaru spawania za pomocą benzyny, alkoholu, acetonu, octanu etylu, czterochlorku węgla lub innego odpowiedniego rozpuszczalnika. Oczyść rowek oraz pasmo o szerokości 30–50 mm po każdej stronie.

2. Czyszczenie chemiczne

Roztwory kwasowe i zasadowe wchodzą w reakcję z olejem, brudem, rdzą, kamieniem i tlenkiem, tworząc produkty rozpuszczalne i odsłaniając metalową powierzchnię przedmiotu obrabianego oraz drutu.

W celu przeprowadzenia pełnego czyszczenia chemicznego:

1. Poddać obrabiany element i drut trawieniu przez 10–15 minut w roztworze NaOH o składzie 8%–10% w temperaturze 40–60°C.
2. Płukać w zimnej wodzie przez około 2 minuty.
3. Zneutralizować w roztworze rozcieńczonego kwasu azotowego w stosunku objętościowym 30%. Nie mogą pozostać żadne żółte ani czarne plamy.
4. Płukać przez 2–3 minuty w wodzie o temperaturze 50–60°C i wyszorować szczotką o sztywnym włosiu.
5. Suszyć przez około 30 minut w piekarniku w temperaturze 100–150 °C.

Jeśli obrabiany element jest zbyt duży, by można go było całkowicie zanurzyć, należy miejscowo usunąć folię:

1. Nagrzej rowek oraz pas o szerokości 30–50 mm po obu stronach do temperatury 80–100°C za pomocą płomienia tlenowo-acetylenowego.
2. Przetrzyj te obszary roztworem NaOH o numerze katalogowym 10%–15%. Gdy zaczną bieleć, zneutralizuj je rozcieńczonym roztworem kwasu azotowego o numerze katalogowym 30%.
3. Dokładnie opłucz w zimnej wodzie.
4. Pozostaw element do wyschnięcia na powietrzu.

Ani temperatura, ani stężenie roztworu nie powinny być zbyt wysokie. Zbyt gwałtowna reakcja powoduje powstanie białej warstwy, która utrudnia spawanie. Należy wypłukać resztki roztworu, aby zapobiec powstawaniu miejscowych wżerów i skróceniu okresu użytkowania. Postępy w produkcji drutu spawalniczego sprawiają, że chemiczne czyszczenie nowoczesnego drutu zazwyczaj nie jest już konieczne.

3. Czyszczenie mechaniczne

Metody mechaniczne służą do usuwania warstw tlenku, produktów korozji oraz zgorzeliny walcowniczej. Stosuje się je zazwyczaj w przypadku dużych elementów, długich cykli produkcyjnych, spoin wielowarstwowych lub ponownego zanieczyszczenia po czyszczeniu chemicznym.

Najpierw należy odtłuścić powierzchnię benzyną, alkoholem, acetonem lub innym rozpuszczalnikiem organicznym. Następnie za pomocą szczotki drucianej ze stali nierdzewnej lub skrobaka należy usunąć warstwę tlenku w odległości do 50 mm od obu stron rowka, aż pojawi się metaliczny połysk. Nie należy używać papieru ściernego ani ściernicy: miękkie aluminium może zatrzymywać cząstki ścierne, które później powodują wady spoiny. Po oczyszczeniu mechanicznym należy przetrzeć powierzchnię czołową oraz obie strony obszaru spoiny acetonem lub alkoholem w celu usunięcia pozostałości tlenku, oleju i innych zanieczyszczeń.

Czyszczenie mechaniczne jest proste, ale zazwyczaj mniej skuteczne niż czyszczenie chemiczne i sprawia trudności przy usuwaniu tlenku z drutu spawalniczego. Najlepsze wyniki daje połączenie obu metod, choć elementy o mniejszym znaczeniu można czasami spawać po samym odtłuszczeniu.

Spawanie należy rozpocząć niezwłocznie, ponieważ podczas przechowywania tworzy się nowa warstwa tlenku. Odstęp czasu od momentu oczyszczenia nie może przekraczać 4 godzin; w przeciwnym razie elementy należy ponownie oczyścić. Wymóg ten ma szczególne znaczenie w warunkach wysokiej wilgotności względnej. Drut aluminiowy wypolerowany elektrochemicznie może zachować przydatność do użycia przez stosunkowo długi czas w warunkach atmosferycznych oraz przez prawie sześć miesięcy, jeśli jest zamknięty w opakowaniu z tworzywa sztucznego.

4. Listwy podkładowe

Aluminium charakteryzuje się niską wytrzymałością w wysokich temperaturach — zaledwie 10 MPa w temperaturze 370 °C — dlatego spoina może ulec zapadnięciu lub przepaleniu. Często stosuje się podkładkę z grafitu, stali nierdzewnej lub miedzi, która podtrzymuje stopiony metal, umożliwiając jednocześnie pełną penetrację. Miedziana listwa podkładowa nie może zanieczyszczać spoiny: jeśli łuk dotrze do niej, może powstać stop aluminium z miedzią, tworząc kruchą strefę podatną na korozję. Należy wyfrezować łukowaty rowek bezpośrednio pod spoiną, aby nadać jej korzeniowi odpowiedni profil.

Podkład powinien również schładzać korzeń, zmniejszając strefę wpływu ciepła i poprawiając właściwości połączenia. Pręt miedziany chłodzony wodą zapewnia doskonałe schładzanie, natomiast stal nierdzewna daje najsłabszy efekt chłodzenia.

5. Uchwyty spawalnicze

Odpowiednie uchwyty spawalnicze pomagają w szybkim uzyskiwaniu powtarzalnych spoin o wysokiej jakości. Ograniczają one konieczność stosowania spawania punktowego, poprawiają dopasowanie elementów i ułatwiają spawanie. Konstrukcja powinna równomiernie rozkładać siłę zacisku, zapewniać dobry dostęp do palnika, umożliwiać łatwe zdejmowanie oraz być jak najprostsza i jak najbardziej praktyczna.

6. Rozgrzewanie

Stopy aluminium niepoddające się obróbce cieplnej zazwyczaj nie wymagają podgrzewania wstępnego, natomiast w przypadku stopów poddających się obróbce cieplnej podgrzewanie to może przynieść korzyści. Podgrzewanie wstępne usuwa wilgoć z powierzchni, zmniejsza gradienty temperatury dzięki powolnemu ogrzewaniu i chłodzeniu, ogranicza skłonność do odkształceń, niedostatecznej penetracji, porowatości i pękania, zwiększa prędkość przesuwu oraz skraca czas, przez jaki stopione aluminium pozostaje w wysokiej temperaturze, ograniczając w ten sposób utratę pierwiastków stopowych.

Elementy o grubości powyżej 8 mm zazwyczaj wymagają wstępnego podgrzania. Należy stosować temperaturę 100–300°C, ponieważ zbyt wysoka temperatura zmniejsza wytrzymałość spoiny i odporność na korozję. Ogrzewanie można przeprowadzić za pomocą płomienia tlenowo-acetylenowego lub w piecu i powinno ono obejmować około 150 mm po każdej stronie spoiny. W przypadku połączeń elementów o różnej grubości nie należy ogrzewać strony o mniejszej grubości.

Wymagania środowiskowe

Spawanie aluminium jest wrażliwe na temperaturę otoczenia i wilgotność. Zalecane warunki to temperatura co najmniej 8°C i wilgotność względna nieprzekraczająca 80%.