20 października 2017


Większość stopów aluminium to materiały spawalne, mimo trudności związanych z błyskawicznym pokrywaniem się oczyszczonego metalu warstwą tlenków i stosunkowo niską temperaturą topnienia, zbliżoną do początku zakresu „świecenia”.

Leszek Gardyński, Michał Adamiak, Hubert Padula, Dariusz Cyganek, Ryszard Jastrzębski, Krzysztof Trześniewski, Grzegorz Cios

Przygotowanie brzegów do spawania
Ze względu na wysoką jakość powierzchni, a przy tym niskie koszty narzędzi, rowek najlepiej przygotować mechanicznie. Brzegi blach i profili walcowanych przygotowuje się do spawania poprzez obróbkę mechaniczną: ukosowarki, frezowanie, struganie (na jeden dzień przed spawaniem).
Przy stosowaniu ukosowarek należy stosować folię nylonową przezroczystą jako smarowanie. Wtedy ukosowarka nie rwie materiału obrabianego.
Przy spawaniu stopów aluminium w ogóle nie należy używać tarcz szlifierskich. Stosowanie szlifowania powoduje pory w spoinie. Szlifowanie można stosować dopiero po zakończeniu spawania. Zalecane jest stosowanie frezów zaokrąglonych (do stopów aluminium).

rys1_s
Rys.1 Przygotowanie krawędzi, układ ściegów w pozycji pionowej, sufitowej i naściennej wraz z techniką spawania stopów aluminium

Do czyszczenia należy używać szczotek drucianych z drutami mosiężnymi na metalowych trzonkach oraz szczotki rotacyjne z drutami mosiężnymi. Przed spawaniem powierzchnię należy odtłuścić np. przy użyciu acetonu lub denaturatu, a następnie oczyścić przy użyciu frezu bądź szczotki drucianej z mosiądzu (używanej jedynie do aluminium). Po oczyszczeniu zaleca się, aby jak najszybciej rozpocząć spawanie – elementy nie mogą być przygotowane do spawania dzień ani nawet więcej niż kilka godzin wcześniej. Hala powinna być wolna od unoszących się pyłów, a spawane elementy nie mogą mieć kontaktu z elementami stalowymi. Jak wiadomo, aluminium i jego stopy swoją wysoką odporność na korozję (która maleje w stopach wraz ze wzrostem zawartości miedzi) zawdzięczają warstwie trudnotopliwych tlenków (Al2O3), która tworzy się na powierzchni. Jednakże warstwa ta utrudnia spawalność aluminium ze względu na wysoką temperaturę topnienia przekraczającą 2000 °C (podczas gdy czyste aluminium topi się przy 660 °C). Poza tym tlenek aluminium ma właściwości higroskopijne, przez co może absorbować wilgoć z powietrza, co z kolei jest przyczyną porowatości.

Technika spawania ciężkich konstrukcji aluminiowych metodą MIG
Podstawowym elementem podczas spawania aluminium, obok odpowiedniego przygotowania, mającym wielki wpływ na jakość spoiny i wynikającym z trudności wykonania takiej spoiny, jest czynnik ludzki. Technika trzymania uchwytu spawalniczego jest niewątpliwie jednym z głównych punktów wykonania dobrej spoiny. Można zauważyć, iż spawacz z dłuższym stażem, nie pracujący stale przy spawaniu aluminium, wykazuje znacznie lepszą technikę i uzyskuje znacznie lepsze spoiny od spawacza pracującego stosunkowo krótko, choć intensywnie. Zależność ta wynika z techniki, która jest doskonalona przez lata i stosunkowo rzadko może być przyswojona przez spawacza w przeciągu kilku miesięcy. Spawanie aluminium jest procesem wymagającym ponadprzeciętnych umiejętności spawacza ze względu na dość skomplikowany ruch wykonywany podczas procesu. Jak wiadomo, aby poprawnie pospawać aluminium, trzeba pozbyć się powierzchniowej warstwy tlenków, która ma znacznie większą temperaturę topnienia niż czyste aluminium.
Uogólniając, podczas spawania aluminium, znaczącą trudnością dla spawacza bez dużego doświadczenia jest stosowanie ruchu posuwisto-zwrotnego (zamiast ruchów zakolowych, stosowanych przy spawaniu stali).

rys2
Rys. 2 Typowe konstrukcje aluminiowe platform wiertniczych. Morska Stocznia Remontowa Świnoujście

Wynika to z tego, że przy spawaniu materiału o dużej przewodności cieplnej, kroplę należy dodawać w środku jeziorka (nie wolno wykonywać zakosów, bo dodawanie kropli po bokach zatrzymałoby topienie). Dalej, aby się wtopić przy spawaniu w lewo (metodą pchania), trzeba szybko przeciągnąć łuk elektryczny do przodu, natomiast aby uformować ścieg i wyprowadzić gazy z jeziorka spawalniczego, należy cofnąć łuk do tyłu i lekko przytrzymać. Ten powtarzający się cykl spawania pozwala na wykonanie prawidłowej spoiny aluminiowej. Wykonywanie przetopu na podkładce podczas spawania stopów aluminium stosuje się w celu uzyskania ładniejszej spoiny oraz w celu zaoszczędzenia czasu (brak zbędnego szlifowania). Podkładkę, po podgrzaniu brzegów blach, należy przyklejać taśmą aluminiową samoprzylepną spawalniczą. Podkładki te łatwo się odklejają po zakończeniu spawania. Jeżeli w podkładce wykonamy rowek frezowany, to lico od strony grani zostanie uformowane w tym rowku. Jeżeli będziemy spawali na podkładce płaskiej, to konieczne będzie wyfrezowanie grani frezem stożkowym palcowym, zaokrąglonym na końcu, i pospawanie tak wykonanego rowka.
Podczas spawania aluminium ważne jest przygotowanie odpowiedniej szczeliny (rys.1) i wstępne podgrzewanie materiału. Do podgrzewanie należy używać palnika acetylenowo-tlenowego; blachy o grubości do 10 mm podgrzewa się do 50 °C, blachy o grubości powyżej 10 mm do 100 °C.
Nieprawidłowe trzymanie uchwytu przez spawacza ma bezpośredni wpływ na jakość i wygląd tworzonej spoiny. Efektem złego trzymania uchwytu najczęściej jest nieusunięcie (wydmuchanie) zanieczyszczeń, czyli tworzenie wad w spoinie. Niezależnie od grubości elementów spoiny powinny być jak najcieńsze.
Kąt prowadzenia uchwytu powinien być zbliżony do 75° . Wolny wylot elektrody, przy najczęściej stosowanej w praktyce średnicy drutu 1,2 mm, powinien być długi na ok. 1,5 cm.
Podczas pracy spawacz odpowiednio kontroluje prędkość spawania, aby nie prowadzić łuku zbyt szybko i nie wyprzedzać łukiem jeziorka, co może skutkować brakiem wtopienia. Zbyt wolne prowadzenie łuku skutkuje nadmiernym nadlewem lica i brakiem wtopienia.
Przy spawaniu na nowoczesnych spawarkach zalecane jest ustawienie funkcji „Gorący start”, która powoduje zwiększenie prądu na początku spawania i umożliwia prawidłowe rozpoczęcie procesu. Kończąc, używa się funkcji „Wypełniania krateru” powodującej spokojne opadanie prądu, wyprowadzanie gazów i prostowanie ugiętego ciśnieniem łuku jeziorka.
W Morskiej Stoczni Remontowej Świnoujście do spawania ciężkich konstrukcji aluminiowych, jako gaz osłonowy do spawania MIG, stosuje się mieszankę zawierającą 70% Ar i 30% He. Należy przy tym pamiętać, iż aluminium powinno być spawane cienkimi ściegami. Ponadto trzeba uważać, aby nie przekroczyć temperatury międzyściegowej (max 120 °C) podczas samego procesu, co sygnalizuje zmiana koloru spoiny – ma to znaczny wpływ na własności mechaniczne połączenia.