Jak svařovat litý hliník: Techniky, příprava a běžné chyby

Ano, litý hliník lze svařovat – vyžaduje to však pečlivou přípravu, správný postup a pochopení toho, proč se chová jinak než tvářený hliník. Nejspolehlivější metodou je svařování TIG (GTAW) střídavým proudem, za použití ER4043 nebo ER5356 plnicí drát, po důkladném vyčištění a předehřátí součásti na 150–230 °C (300–450 °F). Přeskočte kterýkoli z těchto kroků a riskujete praskání, poréznost nebo neúplné spojení.

Proč se litý hliník svařuje hůře než tvářený hliník

Slitiny litého hliníku obsahují vyšší hladiny křemíku (až 12 % v některých jakostích litých pod tlakem) a často obsahují zachycené plyny, oxidové inkluze a vnitřní poréznost z původního procesu odlévání. Když aplikujete teplo, tyto zachycené plyny expandují a unikají přes svarovou lázeň, což způsobuje bubliny a dutiny. Nerovnoměrná struktura zrna také činí materiál náchylnějším k praskání za tepla v blízkosti tepelně ovlivněné zóny (HAZ).

Mezi běžné lité hliníkové slitiny, se kterými se setkáte, patří:

• A356 / 356,0 — hlavy válců, sací potrubí (nejsvařitelnější)
• A380 — tlakově litá pouzdra, držáky (velmi obtížné, vysoký obsah zinku)
• 319 - bloky motoru (střední obtížnost)
• 535 — námořní části (svařitelné, s vysokým obsahem hořčíku)

Pokud neznáte přesnou slitinu, považujte to za náročnou práci a pomýlejte se na straně více přípravných prací.

Nezbytná příprava, než udeříte oblouk

Příprava tvoří zhruba 80 % úspěšného svaru litého hliníku. Špatná příprava je hlavním důvodem selhání svarů.

Krok 1 – Identifikujte a odstraňte kontaminaci

Olej, mastnota, barva a staré těsnění musí být odstraněny před aplikací tepla. Použijte aceton nebo speciální čistič hliníku na hadřík, který nepouští vlákna. Nepoužívejte rozpouštědlo na bázi ropy – zanechává zbytky. U částí motoru je v profesionálních obchodech běžnou praxí namáčení horké nádrže nebo myčka dílů odmašťovačem bezpečným pro hliník s následným opláchnutím.

Krok 2 — Mechanické čištění vrstvy oxidu

Hliník vytváří vrstvu oxidu hlinitého (Al₂O3) téměř okamžitě po vystavení vzduchu. Tento oxid má bod tání přibližně 2 050 °C – mnohem vyšší než bod tání samotného hliníku 660 °C. Pokud to svaříte, oxid zabrání fúzi. Bezprostředně před svařováním použijte speciální drátěný kartáč z nerezové oceli (nikdy nepoužívaný na ocel, jinak by kontaminoval hliník). Lamelový kotouč se zrnitostí 80 na úhlové brusce funguje dobře i na větší plochy.

Krok 3 — V-drážka nebo zkosení trhliny

V případě prasklin vybruste nebo vyfrézujte plnou V-drážku, aby byl čistý, pevný kov. Drážka by měla být nahoře alespoň 3–4 mm široká a měla by dosahovat celé hloubky trhliny. Na konci každé trhliny vyvrtejte 3–4 mm dorazový otvor, aby se zabránilo pokračování trhliny za tepla. Pokud vynecháte zastavovací vrtání, trhlina se často rozšíří o 10–15 mm za místo, kde ji můžete vidět během svařování.

Krok 4 — Předehřejte díl

Předehřev snižuje tepelné šoky a vyhání vlhkost. Použijte troubu, horkovzdušnou pistoli nebo propanový hořák k zahřátí součásti na 150–230 °C (300–450 °F). Teplotu ověřte kontaktním teploměrem nebo tyčinkami s ukazatelem teploty (Tempilstik). Pro tenkostěnné odlitky pod 6 mm stačí spodní hranice tohoto rozsahu (150°C). Tlusté díly, jako jsou bloky motoru, těží z vyššího konce. Nepřekračujte teplotu 260 °C – nad touto teplotou začnou některé slitiny trvale ztrácet pevnost.

Výběr správného svařovacího procesu

Pro převážnou většinu oprav – prasklé potrubí, zlomené konzoly, poškozené odlitky – je TIG svařování s AC tou správnou volbou. Nastavte svůj stroj na střídavý proud s vysokofrekvenčním startem, použijte 100% argonový ochranný plyn při 10–15 l/min a zvolte čistou wolframovou nebo zirkonizovanou wolframovou elektrodu (ne thoriovaný typ používaný pro ocel).

Výběr správného plnicího drátu

Dvě výplňové slitiny pokrývají většinu úloh z litého hliníku:

• ER4043 (4% křemík) — nejběžnější volba pro litý hliník. Dobře teče, minimalizuje praskání a je shovívavý. Použijte jej pro součásti motoru, skříně a neznámé slitiny.
• ER5356 (5 % hořčíku) — pevnější a tvrdší, ale náchylnější k praskání za tepla na odlitcích s vysokým obsahem křemíku. Použijte, když je prioritou pevnost po svařování a víte, že základní slitina je kompatibilní (např. odlitky řady 535 nebo 5xxx).

Průměr výplně by měl obecně odpovídat tloušťce materiálu: drát 1,6 mm pro sekce do 4 mm, 2,4 mm pro 4–8 mm a 3,2 mm pro těžší sekce.

TIG svařování litého hliníku: Nastavení a technika

Správné nastavení je kritické. Použijte je jako výchozí bod a upravte je pro váš konkrétní stroj a tloušťku materiálu:

• Typ proudu: AC (střídavý proud)
• Proud: přibližně 1 ampér na 0,025 mm (0,001 palce) tloušťky – takže 6mm odlitek potřebuje ve špičce zhruba 240 ampérů
• Frekvence střídavého proudu: 80–120 Hz (vyšší frekvence vytváří užší, zaostřenější oblouk)
• Vyvážení střídavého proudu: 65–70 % záporná elektroda (EN) – to čistí oxid bez přehřátí wolframu
• Ochranný plyn: 100% argon, 10–15 L/min
• Wolfram: 2–3 mm čistý (zelený) nebo zirkonový, kuličkový hrot na AC

Udržujte stejnou rychlost jízdy a pohybujte se dostatečně rychle, abyste zabránili hromadění tepla v jedné oblasti. Zastavte se a nechte součást vychladnout na teplotu předehřátí, pokud vidíte, že se louže zpomaluje nebo se nadměrně mění barva okolního kovu. Použijte tkací pohyb tam a zpět na širších drážkách spíše než stohování více průchodů ve stejné linii.

Úprava po svařování

Jakmile je svařování dokončeno, neochlazujte součást ve vodě ani ji rychle neochlazujte stlačeným vzduchem. Nechte jej pomalu vychladnout na nehybném vzduchu nebo jej zabalte do svářečských přikrývek, abyste zpomalili rychlost chlazení. Rychlé ochlazení znovu zavede tepelné napětí a může prasknout svar nebo sousední odlitek.

Po ochlazení zkontrolujte svar penetračním prostředkem (PT), abyste zkontrolovali povrchové trhliny. U dílů nesoucích tlak (kanály pro chladicí kapalinu, palivové systémy) se před opětovným uvedením dílu do provozu doporučuje provést tlakovou zkoušku při 1,5× pracovním tlaku.

Pokud bude odlitek obráběn po svařování, nechte jej 24 hodin odpočinout, aby se případné zbytkové napětí mohlo přerozdělit před provedením dokončovacích řezů.

Běžné příčiny selhání svaru na litém hliníku

• Pórovitost — téměř vždy způsobeno vlhkostí, znečištěním nebo nedostatečným pokrytím plynem. Ujistěte se, že základní kov je suchý, očistěte plnicí drát acetonem a zkontrolujte, zda nedochází k průvanu, který narušuje ochranný plyn.
• Horké praskání — nastává, když svarová lázeň tuhne pod tahovým napětím. Je-li to možné, snižte omezení na součásti, použijte ER4043 (odolnější proti prasknutí) a povolte pomalejší chlazení.
• Nedostatek fúze — obvykle způsobeno nedostatečným teplem nebo vrstvou oxidu, která nebyla odstraněna. Mírně zvyšte proud a znovu vyčistěte spoj.
• Propálení — nejčastější problém u tenkých profilů pod 3 mm. Použijte opěrnou lištu (měděná nebo nerezová opěrná deska za spojem odvádí teplo) a snižte proud.

Když svařování není tou správnou volbou

Některé slitiny litého hliníku – zejména jakosti odlévané pod tlakem s vysokým obsahem zinku, jako je A380 – jsou v podstatě nesvařitelné běžnými prostředky. Obsah zinku způsobuje silné praskání za tepla a poréznost bez ohledu na techniku. V těchto případech zvažte:

• Pájení hliníku nebo pájení — pro kosmetické opravy nebo opravy s nízkým namáháním při teplotách pod 450 °C
• Kovové prošívání (lock-n-stitch) — technika opravy za studena, která používá do sebe zapadající kovové kolíky a zástrčky; není potřeba žádné teplo, zachovává původní vlastnosti slitiny
• Epoxidové opravné směsi — jako JB Weld KwikWeld nebo Belzona 1111, vhodné pro nekonstrukční opravy, kde je nízký tlak a teplota
• Náhradní odlitek — pokud je původní odlitek vážně poškozen nebo strukturálně narušen