Ako zvárať odlievaný hliník: techniky, príprava a bežné chyby

Áno, liaty hliník je možné zvárať – vyžaduje si to však starostlivú prípravu, správny proces a pochopenie toho, prečo sa správa inak ako tvárnený hliník. Najspoľahlivejšou metódou je zváranie TIG (GTAW) striedavým prúdom, s použitím ER4043 alebo ER5356 plniaci drôt, po dôkladnom očistení a predhriatí dielu na 150–230 °C (300–450 °F). Preskočte ktorýkoľvek z týchto krokov a riskujete prasknutie, pórovitosť alebo neúplné spojenie.

Prečo sa odlievaný hliník zvára ťažšie ako tvárnený hliník

Liate hliníkové zliatiny obsahujú vyššie hladiny kremíka (až 12 % v niektorých druhoch tlakového odlievania) a často majú zachytené plyny, oxidové inklúzie a vnútornú pórovitosť z pôvodného procesu odlievania. Keď aplikujete teplo, tieto zachytené plyny expandujú a unikajú cez zvarový kúpeľ, čo spôsobuje bubliny a dutiny. Nerovnomerná štruktúra zrna tiež spôsobuje, že materiál je náchylnejší na praskanie za tepla v blízkosti tepelne ovplyvnenej zóny (HAZ).

Medzi bežné zliatiny hliníka, s ktorými sa stretnete, patria:

• A356 / 356,0 — hlavy valcov, sacie potrubia (najzvárateľnejšie)
• A380 — tlakovo liate puzdrá, konzoly (veľmi ťažké, vysoký obsah zinku)
• 319 - bloky motora (stredná obtiažnosť)
• 535 — námorné časti (zvárateľné, s vysokým obsahom horčíka)

Ak nepoznáte presnú zliatinu, berte to ako náročnú prácu a pomýľte sa na strane viacerých prípravných prác.

Nevyhnutná príprava predtým, ako zapálite oblúk

Príprava predstavuje zhruba 80 % úspešného zvaru liateho hliníka. Zlá príprava je hlavným dôvodom zlyhania zvarov.

Krok 1 – Identifikujte a odstráňte kontamináciu

Olej, mastnota, farba a starý tesniaci materiál musia byť odstránené pred použitím akéhokoľvek tepla. Použite acetón alebo špeciálny čistič hliníka na handričku, ktorá nepúšťa vlákna. Nepoužívajte rozpúšťadlo na báze ropy – zanecháva zvyšky. Pre diely motora je v profesionálnych predajniach štandardnou praxou namáčanie horúcej nádrže alebo umývanie dielov odmasťovačom bezpečným pre hliník s následným opláchnutím.

Krok 2 — Mechanické čistenie vrstvy oxidu

Hliník vytvára vrstvu oxidu hlinitého (Al2O3) takmer okamžite po vystavení vzduchu. Tento oxid má teplotu topenia približne 2 050 °C – oveľa vyššiu ako je teplota topenia samotného hliníka 660 °C. Ak ho zvaríte, oxid zabráni fúzii. Bezprostredne pred zváraním použite špeciálnu drôtenú kefu z nehrdzavejúcej ocele (nikdy nepoužívanú na oceľ, inak by kontaminovala hliník). Na väčšie plochy sa dobre hodí aj lamelový kotúč so zrnitosťou 80 na uhlovej brúske.

Krok 3 — V-drážka alebo skosenie trhliny

V prípade prasklín vybrúste alebo vyfrézujte plnú V-drážku, aby ste získali čistý a pevný kov. Drážka by mala byť v hornej časti široká aspoň 3–4 mm a mala by siahať do celej hĺbky trhliny. Na konci každej trhliny vyvŕtajte 3–4 mm dorazový otvor, aby sa zabránilo pokračovaniu trhliny pri zahrievaní. Ak preskočíte zastavenie vŕtania, trhlina sa často rozšíri o 10–15 mm za miesto, kde ju môžete vidieť počas zvárania.

Krok 4 — Predhriatie dielu

Predhrievanie znižuje tepelný šok a odvádza vlhkosť. Použite rúru, teplovzdušnú pištoľ alebo propánový horák na zahriatie dielu na 150 – 230 °C (300 – 450 °F). Teplotu overte kontaktným teplomerom alebo tyčinkami na indikáciu teploty (Tempilstik). Pre tenkostenné odliatky pod 6 mm postačuje spodná hranica tohto rozsahu (150°C). Hrubé časti, ako sú bloky motora, ťažia z vyššieho konca. Neprekračujte 260 °C – nad touto teplotou niektoré zliatiny začnú trvalo strácať pevnosť.

Výber správneho procesu zvárania

Pre veľkú väčšinu opráv – prasknuté rozvody, zlomené konzoly, poškodené odliatky – je TIG zváranie AC tou správnou voľbou. Nastavte svoj stroj na striedavý prúd s vysokofrekvenčným štartom, použite 100 % argónový ochranný plyn pri 10–15 l/min a vyberte elektródu z čistého volfrámu alebo zirkónového volfrámu (nie tóriový typ používaný pre oceľ).

Výber správneho plniaceho drôtu

Dve zliatiny plniva pokrývajú väčšinu úloh z liateho hliníka:

• ER4043 (4% kremík) — najbežnejšia voľba pre liaty hliník. Dobre tečie, minimalizuje praskanie a je zhovievavý. Použite to pre komponenty motora, kryty a neznáme zliatiny.
• ER5356 (5 % horčíka) — pevnejší a tvrdší, ale náchylnejší na praskanie za tepla na odliatkoch s vysokým obsahom kremíka. Použite, keď je prioritou pevnosť po zváraní a viete, že základná zliatina je kompatibilná (napr. odliatky série 535 alebo 5xxx).

Priemer výplne by sa mal vo všeobecnosti zhodovať s hrúbkou materiálu: 1,6 mm drôt pre sekcie do 4 mm, 2,4 mm pre 4–8 mm a 3,2 mm pre ťažšie sekcie.

TIG zváranie liateho hliníka: Nastavenia a technika

Správne nastavenie je kritické. Použite ich ako východiskový bod a upravte ich pre konkrétny stroj a hrúbku materiálu:

• Typ prúdu: AC (striedavý prúd)
• Prúdová sila: približne 1 ampér na 0,025 mm (0,001 palca) hrúbky – takže 6 mm odliatok potrebuje na maximum približne 240 ampérov
• Frekvencia striedavého prúdu: 80–120 Hz (vyššia frekvencia vytvára užší, sústredenejší oblúk)
• Striedavá rovnováha: 65–70 % záporná elektróda (EN) – to čistí oxid bez prehriatia volfrámu
• Ochranný plyn: 100% argón, 10–15 l/min
• Volfrám: 2–3 mm čistý (zelený) alebo zirkónový, guľôčkovaný hrot na AC

Udržujte rýchlosť jazdy konzistentnú a pohybujte sa dostatočne rýchlo, aby ste zabránili hromadeniu tepla v jednej oblasti. Pozastavte sa a nechajte diel vychladnúť na teplotu predhriatia, ak uvidíte, že kaluž pomaly klesá alebo okolitý kov nadmerne mení farbu. Na širších drážkach použite tkací pohyb tam a späť, než stohovanie viacerých priechodov v rovnakej línii.

Úprava po zváraní

Po dokončení zvárania diel neochlaďte vo vode ani ho rýchlo neochladzujte stlačeným vzduchom. Nechajte ho pomaly vychladnúť na nehybnom vzduchu alebo ho zabaľte do zváracej prikrývky, aby ste spomalili rýchlosť chladenia. Rýchlym ochladením sa znovu zavedie tepelné napätie a môže dôjsť k prasknutiu zvaru alebo priľahlého odliatku.

Po ochladení skontrolujte zvar penetračným prostriedkom (PT), aby ste skontrolovali povrchové trhliny. Pre diely nesúce tlak (kanály chladiacej kvapaliny, palivové systémy) sa pred opätovným uvedením dielu do prevádzky odporúča vykonať tlakovú skúšku pri 1,5× pracovnom tlaku.

Ak sa bude odliatok opracovávať po zváraní, nechajte ho 24 hodín odpočívať, aby sa prípadné zvyškové napätie mohlo prerozdeliť pred vykonaním dokončovacích rezov.

Bežné príčiny zlyhania zvaru na liatom hliníku

• Pórovitosť — takmer vždy spôsobené vlhkosťou, kontamináciou alebo nedostatočným pokrytím plynom. Uistite sa, že základný kov je suchý, vyčistite plniaci drôt acetónom a skontrolujte prievan, ktorý narúša ochranný plyn.
• Horúce praskanie — nastáva, keď zvarový kúpeľ stuhne pod ťahovým napätím. Ak je to možné, znížte zadržiavanie dielu, použite ER4043 (odolnejšie voči prasknutiu) a umožnite pomalšie chladenie.
• Nedostatok fúzie — zvyčajne spôsobené nedostatočným teplom alebo vrstvou oxidu, ktorá nebola odstránená. Mierne zvýšte prúd a znovu vyčistite spoj.
• Prepálenie — najčastejší problém na tenkých profiloch pod 3 mm. Použite podpornú lištu (medená alebo nehrdzavejúca podporná doska za spojom odvádza teplo) a znížte intenzitu prúdu.

Keď zváranie nie je tou správnou voľbou

Niektoré zliatiny liateho hliníka – najmä druhy odlievané pod tlakom s vysokým obsahom zinku, ako je A380 – sú v podstate nezvárateľné konvenčnými prostriedkami. Obsah zinku spôsobuje silné praskanie za tepla a pórovitosť bez ohľadu na techniku. V týchto prípadoch zvážte:

• Spájkovanie alebo spájkovanie hliníka — na kozmetické opravy alebo opravy s nízkym namáhaním pri teplotách pod 450 °C
• Kovové šitie (zámkový steh) — technika opravy za studena, ktorá využíva do seba zapadajúce kovové kolíky a zástrčky; nie je potrebné žiadne teplo, zachováva pôvodné vlastnosti zliatiny
• Epoxidové opravné zmesi — ako JB Weld KwikWeld alebo Belzona 1111, vhodné na nekonštrukčné opravy, kde je nízky tlak a teplota
• Náhradný odliatok — ak je pôvodný odliatok vážne poškodený alebo štrukturálne narušený