Które stopy aluminium są najlepsze do spawania?

Aluminium stało się jednym z najważniejszych materiałów inżynieryjnych w dzisiejszych czasach dzięki swoim rzadkim właściwościom lekkości i odporności na korozję w połączeniu z wszechstronnością. Te rodzaje zastosowań obejmują szeroki zakres zastosowań, w tym konstrukcje lotnicze i samochodowe, statki morskie, rurociągi i produkty konsumenckie, zastosowania, w których aluminium jest często wybieranym metalem ze względu na stosunek wytrzymałości do masy i trwałość. Jednym z wielu znanych sposobów produkcji jest proces spawania, który pomaga w tworzeniu opłacalnych zespołów, które są mocne i trwałe.

Niemniej jednak, w porównaniu do stali i innych metali, spawanie aluminium nie jest tak łatwe. Charakteryzuje się ono wysoką przewodnością cieplną, niską temperaturą topnienia i twardą, przezroczystą warstwą, co utrudnia spawanie. Co więcej, właściwości mechaniczne stopów aluminium znacznie się różnią, a stopy mogą albo dobrze zachowywać się podczas spawania, albo być bardzo podatne na pękanie na gorąco, porowatość lub słabą strefę wpływu ciepła. Dla inżynierów i producentów bardzo ważne jest, aby wiedzieć, które rodzaje aluminium są najbardziej odpowiednie do spawania.

Stopy aluminium są podzielone na serie, np. 1xxx, 3xxx, 5xxx, 6xxx i 7xxx i mają różne właściwości. Niektóre z nich, takie jak seria 5xxx, są dobrze znane z doskonałej spawalności i odporności na korozję, podczas gdy inne, takie jak serie 2xxx i 7xxx, są problematyczne. Wybór odpowiedniego stopu poprawi jakość spawania, a także zapewni integralność strukturalną, trwałość i opłacalny produkt końcowy.

W niniejszym artykule omówiono dogłębnie najlepsze stopy aluminium do spawania, rodziny stopów, problem i rozwiązania, a także wykonalne zalecenia dla branży.

1. Klasyfikacja stopów aluminium

Aluminium jest rzadko używane w czystej postaci do zastosowań konstrukcyjnych, ponieważ czyste aluminium, choć wysoce odporne na korozję i plastyczne, nie ma wytrzymałości wymaganej do wymagających celów inżynieryjnych. Aby poprawić jego właściwości mechaniczne i fizyczne, aluminium jest łączone z innymi pierwiastkami, takimi jak miedź, magnez, krzem, mangan i cynk, w wyniku czego powstaje szeroka gama stopów aluminium. Stopy te są klasyfikowane według metody produkcji, mechanizmu wzmacniania i składu chemicznego.

Stopy kute i odlewane

Stopy aluminium dzielą się zasadniczo na dwie kategorie:

• Stopy kute - Są one obrabiane mechanicznie do kształtów takich jak arkusze, płyty, pręty i wytłoczki w procesach takich jak walcowanie, kucie lub wytłaczanie. Są to najczęściej stosowane stopy w spawalnictwie i produkcji konstrukcji.
• Stopy odlewnicze - Stopy te, wytwarzane poprzez wlewanie stopionego aluminium do form, są powszechnie stosowane do produkcji skomplikowanych kształtów komponentów samochodowych i lotniczych. Stopy odlewnicze są generalnie trudniejsze do spawania w porównaniu do stopów kutych, ale niektóre z nich można z powodzeniem łączyć za pomocą specjalistycznych procesów.

Stopy poddające się obróbce cieplnej a stopy niepoddające się obróbce cieplnej

Stopy kute są dalej klasyfikowane na dwie grupy w oparciu o sposób, w jaki osiągają wytrzymałość:

• Stopy niepoddające się obróbce cieplnej: Wzmacniane głównie poprzez hartowanie odkształceniowe (hartowanie robocze). Polegają one na odkształceniu mechanicznym w celu zwiększenia twardości i wytrzymałości na rozciąganie. Przykłady obejmują serie 1xxx, 3xxx i 5xxx. Stopy te zazwyczaj zachowują swoje właściwości po spawaniu, co czyni je wysoce spawalnymi.
• Stopy do obróbki cieplnej: Wzmocnione poprzez utwardzanie wydzieleniowe (obróbka cieplna w roztworze, a następnie starzenie). Obróbka cieplna umożliwia tworzenie się drobnych osadów, które zwiększają wytrzymałość. Przykłady obejmują serie 2xxx, 6xxx i 7xxx. Chociaż stopy te mogą osiągać bardzo wysokie poziomy wytrzymałości, często tracą właściwości mechaniczne w strefie wpływu ciepła podczas spawania.

Seria stopów aluminium (stopy kute)

The Stowarzyszenie Aluminium (AA) wykorzystuje czterocyfrowy system numeracji do klasyfikacji stopów kutych:

• Seria 1xxx (zasadniczo czyste aluminium)Zawartość aluminium ≥99%, doskonała odporność na korozję, dobra przewodność elektryczna i cieplna, ale niska wytrzymałość. Bardzo dobra spawalność.
• Seria 2xxx (stopy aluminium i miedzi): Wysoka wytrzymałość, stosowana w przemyśle lotniczym, ale słaba spawalność z powodu pękania na gorąco i utraty wytrzymałości.
• Seria 3xxx (stopy aluminiowo-manganowe): Dobra odporność na korozję i spawalność, umiarkowana wytrzymałość, stosowana w pokryciach dachowych, sidingach i sprzęcie chemicznym.
• Seria 4xxx (stopy aluminium i krzemu): Odporny na zużycie, o umiarkowanej spawalności, często stosowany jako materiał wypełniający zamiast stopu bazowego.
• Seria 5xxx (stopy aluminium i magnezu): Doskonała odporność na korozję, wyjątkowa spawalność, szeroko stosowana w zastosowaniach morskich i konstrukcyjnych.
• Seria 6xxx (stopy aluminium, magnezu i krzemu): Średnia wytrzymałość, dobra odporność na korozję, spawalny, ale traci wytrzymałość w strefie wpływu ciepła; powszechny w przemyśle motoryzacyjnym i rurociągach.
• Seria 7xxx (stopy aluminium i cynku): Niezwykle wysoka wytrzymałość, szeroko stosowany w przemyśle lotniczym, ale słaba spawalność, z wyjątkiem określonych gatunków, takich jak 7005 i 7039.
• Seria 8xxx (różne stopy): Często używany do materiałów opakowaniowych, takich jak folia aluminiowa; zastosowania spawalnicze są ograniczone.

2. Ogólne wyzwania związane ze spawaniem aluminium

Chociaż aluminium jest szeroko stosowane w przemyśle konstrukcyjnym, motoryzacyjnym i lotniczym, jego spawanie wiąże się z wyjątkowymi wyzwaniami w porównaniu ze stalą lub innymi popularnymi metalami konstrukcyjnymi. Właściwości fizyczne i chemiczne aluminium często stwarzają trudności podczas procesu spawania, które, jeśli nie zostaną odpowiednio rozwiązane, mogą pogorszyć jakość spoiny, wytrzymałość mechaniczną i wydajność serwisową. Zrozumienie tych wyzwań jest niezbędne przed wyborem stopów, spoiw i procesów spawania.

Wysoka przewodność cieplna

Aluminium przewodzi ciepło około cztery do pięciu razy szybciej niż stal. Ta właściwość powoduje, że ciepło spawania szybko rozprasza się w otaczającym metalu nieszlachetnym. W rezultacie spawacze często mają trudności z utworzeniem i utrzymaniem stopionego jeziorka spawalniczego, zwłaszcza w przypadku cienkich blach, gdzie może dojść do przegrzania i przepalenia. W przypadku grubszych sekcji szybki transfer ciepła wymaga wyższych prądów spawania i precyzyjnej kontroli dopływu ciepła, aby zapewnić pełne wtopienie i uniknąć zimnych zakładek lub braku wtopienia.

Niska temperatura topnienia

Temperatura topnienia czystego aluminium wynosi około 660°C (1220°F), czyli znacznie mniej niż w przypadku stali (około 1500°C / 2730°F). Ten wąski margines między temperaturą topnienia metalu podstawowego a wysoką ilością ciepła wymaganą ze względu na przewodność cieplną sprawia, że aluminium jest szczególnie wrażliwe na odkształcenia i wypaczenia podczas spawania. Spawacz musi zrównoważyć wystarczającą ilość energii, aby osiągnąć stopienie bez przegrzania lub zapadnięcia się złącza.

Tworzenie warstwy tlenku

Aluminium naturalnie tworzy cienką, twardą warstwę tlenku (Al₂O₃) na swojej powierzchni, gdy jest wystawione na działanie powietrza. Tlenek ten ma znacznie wyższą temperaturę topnienia (około 2050°C / 3720°F) niż samo aluminium, co może uniemożliwić przenikanie łuku do metalu nieszlachetnego. Jeśli warstwa tlenku nie zostanie odpowiednio usunięta lub przerwana, powoduje słabe stapianie, wtrącenia i słabe połączenia. Z tego powodu usuwanie tlenków poprzez czyszczenie mechaniczne, trawienie chemiczne lub czyszczenie łuku (polaryzacja AC w spawaniu TIG) ma kluczowe znaczenie przed spawaniem.

Porowatość

Porowatość jest częstą wadą spoin aluminiowych. Stopione aluminium ma wysoką rozpuszczalność wodoru, ale w miarę krzepnięcia jego rozpuszczalność gwałtownie spada. Wodór uwięziony w stopionym aluminium tworzy kieszenie gazowe (porowatość) w metalu spoiny. Źródła wodoru obejmują wilgoć, smary, oleje, brud i uwodnione tlenki. Porowatość zmniejsza wytrzymałość mechaniczną, odporność na zmęczenie i ogólną niezawodność spawanej konstrukcji. Środki zapobiegawcze obejmują dokładne czyszczenie powierzchni, podgrzewanie wstępne oraz stosowanie suchego gazu osłonowego i drutu spawalniczego.

Pękanie na gorąco (pękanie zestalające)

Niektóre stopy aluminium, szczególnie te o wysokiej zawartości miedzi lub cynku (np. serie 2xxx i 7xxx), są podatne na pękanie na gorąco podczas krzepnięcia. Dzieje się tak z powodu szerokiego zakresu krzepnięcia, segregacji pierwiastków stopowych i naprężeń szczątkowych w jeziorku spawalniczym. Pęknięcia gorące często inicjują się wzdłuż granic ziaren i są trudne do wykrycia, dopóki spoina nie zostanie przetestowana pod obciążeniem. Właściwy dobór spoiwa, konstrukcja złącza i kontrola procesu są niezbędne do zmniejszenia ryzyka pęknięć.

Utrata właściwości mechanicznych w strefie wpływu ciepła (HAZ)

W przypadku stopów aluminium poddawanych obróbce cieplnej (takich jak serie 6xxx i 7xxx), spawanie może pogorszyć właściwości mechaniczne w strefie wpływu ciepła. Ciepło wejściowe rozpuszcza lub zgrubia osady wzmacniające, prowadząc do zmniejszenia wytrzymałości na rozciąganie, granicy plastyczności i twardości. Podczas gdy stopy niepoddawane obróbce cieplnej (np. serii 5xxx) w dużej mierze zachowują swoje właściwości po spawaniu, stopy poddawane obróbce cieplnej często wymagają obróbki cieplnej po spawaniu lub przeprojektowania konstrukcji w celu skompensowania zmiękczenia strefy wpływu ciepła.

Odkształcenia i naprężenia szczątkowe

Ze względu na wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej aluminium znacznie rozszerza się i kurczy podczas ogrzewania i chłodzenia. Może to powodować odkształcenia, wypaczenia i naprężenia szczątkowe w spawanych zespołach, zwłaszcza w konstrukcjach cienkościennych. Aby zminimalizować te problemy, często wymagane jest mocowanie, podgrzewanie wstępne, kontrolowane sekwencje spawania i techniki o niskim dopływie ciepła.

3. Spawalność serii stopów aluminium

Seria 1xxx (zasadniczo czyste aluminium)

• Przykłady: 1100, 1350.
• Charakterystyka: Doskonała odporność na korozję, wysoka plastyczność, niska wytrzymałość.
• Spawalność: Doskonały - Czyste aluminium nie ma prawie żadnych problemów z pękaniem. Można je łatwo spawać metodą TIG lub MIG.
• Zastosowania: Sprzęt chemiczny, fasady architektoniczne, sprzęt do przetwarzania żywności.
• Wada: Niska wytrzymałość ogranicza zastosowanie strukturalne.

Seria 2xxx (stopy aluminium i miedzi)

• Przykłady: 2024, 2219.
• Charakterystyka: Wysoka wytrzymałość, szeroko stosowana w przemyśle lotniczym.
• Spawalność: Słaby - Wysoka podatność na pękanie na gorąco i utratę właściwości mechanicznych w strefie wpływu ciepła. 2219 jest w pewnym stopniu spawalny i stosowany w zbiornikach lotniczych.
• Zastosowania: Lotnictwo i kosmonautyka, obronność.
• Werdykt: Ogólnie nie zaleca się spawania, z wyjątkiem specjalnych przypadków z 2219 przy użyciu kontrolowanych procedur.

Seria 3xxx (stopy aluminiowo-manganowe)

• Przykłady: 3003, 3105.
• Charakterystyka: Dobra odporność na korozję, umiarkowana wytrzymałość.
• Spawalność: Doskonały - Stopy te nie poddają się obróbce cieplnej, dzięki czemu zachowują swoje właściwości po spawaniu.
• Zastosowania: Arkusze dachowe, siding, puszki po napojach, sprzęt chemiczny.

Seria 4xxx (stopy aluminium i krzemu)

• Przykłady: 4032, 4045.
• Charakterystyka: Odporny na zużycie, wysoka zawartość krzemu obniża współczynnik rozszerzalności cieplnej.
• Spawalność: Umiarkowany - Często stosowany jako materiał wypełniający (np. 4045) zamiast stopu bazowego. Wysoka zawartość Si może zmniejszać ciągliwość.
• Zastosowania: Elementy silników samochodowych, części zużywające się.

Seria 5xxx (stopy aluminium i magnezu)

• Przykłady: 5052, 5083, 5754, 5456.
• Charakterystyka: Doskonała odporność na korozję, dobra wytrzymałość, szczególnie w środowisku morskim.
• Spawalność: Znakomity - Najczęściej spawane stopy aluminium. Nie poddają się obróbce cieplnej, więc HAZ zachowuje dobre właściwości. Należy uważać na pękanie korozyjne naprężeniowe, jeśli zawartość Mg >3%.
• Zastosowania: Przemysł stoczniowy, zbiorniki ciśnieniowe, platformy morskie, zbiorniki kriogeniczne.
• Werdykt: Jeden z najlepszych stopów aluminium do spawania.

Seria 6xxx (stopy aluminium, magnezu i krzemu)

• Przykłady: 6061, 6063, 6082.
• Charakterystyka: Średnia wytrzymałość, dobra odporność na korozję, bardzo popularne stopy konstrukcyjne.
• Spawalność: Dobry - Poddaje się obróbce cieplnej, więc spawanie zmniejsza wytrzymałość w strefie wpływu ciepła. Jednak obróbka cieplna po spawaniu lub nadprojekt mogą to zrekompensować. Często spawane przy użyciu wypełniaczy 4045 lub 5356.
• Zastosowania: Rurociągi, zbiorniki ciśnieniowe, ramy samochodowe, lotnictwo i kosmonautyka, budownictwo.
• Werdykt: Bardzo dobra spawalność ale wymaga uwzględnienia w projekcie zmiękczenia strefy wpływu ciepła.

Seria 7xxx (stopy aluminium i cynku)

• Przykłady: 7075, 7475.
• Charakterystyka: Niezwykle wysoka wytrzymałość, szeroko stosowana w przemyśle lotniczym.
• Spawalność: Słaby - Podatne na pękanie na gorąco, porowatość i znaczną utratę wytrzymałości. Generalnie unika się ich stosowania w konstrukcjach spawanych. Wyjątki obejmują 7005 i 7039, które są umiarkowanie spawalne.
• Zastosowania: Lotnictwo i kosmonautyka, obronność, sprzęt sportowy.
• Werdykt: Niezalecane do spawania, z wyjątkiem szczególnych przypadków.

4. Najlepsze stopy aluminium do spawania

W oparciu o powyższą analizę, najlepsze stopy aluminium do spawania to:

1. Seria 1xxx (np. 1100) - Łatwe do spawania, ale o niskiej wytrzymałości.
2. Seria 3xxx (np. 3003, 3105) - Doskonała odporność na korozję, dobra spawalność.
3. Seria 5xxx (np. 5052, 5083, 5754, 5456) - Doskonała wytrzymałość i odporność na korozję, szczególnie w zastosowaniach morskich.
4. Seria 6xxx (np. 6061, 6063, 6082) - Szeroko stosowane stopy konstrukcyjne; dobra spawalność z metalami wypełniającymi.

Wśród nich stopy 5xxx są często uważane za najbardziej niezawodne do spawania, zwłaszcza w wymagających środowiskach, takich jak aplikacje morskie i przybrzeżne.

5. Procesy spawania aluminium

Spawanie aluminium wymaga specjalistycznych technik i kontroli procesu ze względu na wyjątkowe wyzwania związane z tym materiałem. W przeciwieństwie do stali, aluminium ma niską temperaturę topnienia, wysoką przewodność cieplną, ogniotrwałą warstwę tlenku oraz podatność na porowatość i pękanie. Aby przezwyciężyć te problemy, procesy spawania aluminium muszą zapewniać precyzyjny dopływ ciepła, skuteczną osłonę i usuwanie tlenków. Wybór procesu zależy od takich czynników, jak rodzaj stopu, grubość, konstrukcja złącza, wielkość produkcji i wymagana jakość spoiny.

Poniżej opisano najczęściej stosowane procesy spawania aluminium.

Spawanie łukiem wolframowym (GTAW / TIG)

Spawanie łukiem wolframowym, znane również jako spawanie TIG, jest szeroko stosowane do aluminium ze względu na jego zdolność do wytwarzania wysokiej jakości, precyzyjnych i czystych spoin.

• Zasada: Między elektrodą wolframową nietopliwą a elementem spawanym powstaje łuk elektryczny. Wypełniacz metalowy może być dodawany oddzielnie w razie potrzeby Obojętnym gazem osłonowym jest argon lub hel, który zapobiega utlenianiu atmosferycznemu stopionego jeziorka spawalniczego.
• Kluczowe cechy aluminium:
  • Wymaga prądu przemiennego (AC) do okresowego usuwania warstwy tlenku poprzez czyszczenie katodowe.
  • Zapewnia doskonałą kontrolę nad dopływem ciepła, dzięki czemu nadaje się do cienkich blach aluminiowych.
  • Tworzy spoiny o minimalnej porowatości i odpryskach.
• Zalety: Wysokiej jakości spoiny, precyzyjna kontrola, doskonałe do krytycznych zastosowań.
• Ograniczenia: Wolniejszy niż inne procesy, wymaga wykwalifikowanych operatorów, mniej ekonomiczny w przypadku grubych sekcji.
• Produkty Podział aplikacji: Komponenty lotnicze, odtwarzacz, zbiornik ciśnieniowy, asystent karoserii.

Spawanie łukiem gazowym (GMAW / MIG)

Najczęściej stosowaną metodą spawania aluminium w przemyśle jest spawanie łukowe gazowo-metalowe lub powszechnie określane jako spawanie MIG, które charakteryzuje się dużą szybkością, elastycznością i produktywnością.

• Zasada: Drut elektrodowy podawany w sposób ciągły do jeziorka spawalniczego w osłonie gazu obojętnego (argonu lub mieszanki argonu i helu).
• Kluczowe cechy aluminium:
  • Często używany z elektrodą dodatnią prądu stałego (DCEP) dla stabilnego łuku i dobrej penetracji.
  • Wymaga pistoletów szpulowych lub podajników push-pull, aby zapobiec problemom z podawaniem drutu ze względu na miękkość aluminium.
  • Skuteczny w przypadku średnich i grubych odcinków.
• Zalety: Wysokie szybkości stapiania, szybsze niż TIG, dobre do spawania produkcyjnego.
• Ograniczenia: Mniej precyzyjne niż TIG, bardziej podatne na porowatość, jeśli czystość i osłona gazowa nie są kontrolowane.
• Zastosowania: Przemysł stoczniowy, ramy samochodowe, wagony kolejowe, rurociągi, produkcja konstrukcji.

Zgrzewanie oporowe (zgrzewanie punktowe i zgrzewanie szwów)

Zgrzewanie oporowe, w szczególności zgrzewanie punktowejest czasami używany do łączenia blach aluminiowych.

• Zasada: Ciepło jest generowane na powierzchniach zgrzewania poprzez przepuszczanie prądu przez elektrody podczas wywierania nacisku.
• Wyzwania związane z aluminium:
  • Wysoka przewodność aluminium wymaga bardzo wysokich prądów.
  • Elektrody zużywają się szybko z powodu przywierania aluminium.
• Zastosowania: Ograniczone zastosowanie w panelach karoserii samochodowych i połączeniach elektrycznych, gdzie stosowane są cienkie blachy aluminiowe.

Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem (FSW)

Spawanie tarciowe z przemieszaniem to proces spawania w stanie stałym, który zmienił technologię łączenia aluminium, szczególnie w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym i stoczniowym.

• Zasada: Obracające się, jednorazowe narzędzie z trzpieniem i ramieniem zagłębia się w złącze, generując ciepło tarcia, które uplastycznia (ale nie topi) metal. Następnie narzędzie miesza i wykuwa materiał, tworząc spoinę w fazie stałej.
• Kluczowe cechy aluminium:
  • Eliminuje porowatość i pękanie na gorąco, ponieważ nie dochodzi do topnienia.
  • Zachowuje właściwości mechaniczne w strefie wpływu ciepła lepiej niż spawanie.
  • Tworzy spoiny o doskonałej wytrzymałości zmęczeniowej i minimalnych odkształceniach.
• Zalety: Wysokiej jakości spoiny, niskie odkształcenia, brak konieczności stosowania metalu wypełniającego.
• Ograniczenia: Wymaga specjalistycznego sprzętu, wolniejszych prędkości jazdy, ogranicza się do prostych lub prostych połączeń.
• Zastosowania: Panele kadłubów samolotów, podwozia samochodowe, wagony kolejowe, kadłuby statków.

Spawanie wiązką laserową (LBW)

Spawanie wiązką laserową oferuje precyzyjne i szybkie spawanie cienkich elementów aluminiowych.

• Zasada: Skupiona wiązka lasera topi i stapia złącze, zapewniając ochronę przed gazami osłonowymi.
• Kluczowe cechy aluminium:
  • Wysoka gęstość energii umożliwia głęboką penetrację przy wąskich spoinach.
  • Wrażliwy na dopasowanie złącza ze względu na mały rozmiar wiązki.
  • Wymaga precyzyjnej kontroli w celu uniknięcia porowatości.
• Zastosowania: Elektronika, komponenty lotnicze i kosmiczne, obudowy akumulatorów samochodowych.

Spawanie wiązką elektronów (EBW)

Spawanie wiązką elektronów to wysoce precyzyjny, oparty na próżni proces stosowany do krytycznych elementów aluminiowych.

• Zasada: Skupiona wiązka elektronów o wysokiej prędkości uderza w obrabiany przedmiot, generując intensywne miejscowe ciepło, które stapia złącze.
• Zalety: Niezwykle głęboka penetracja, minimalne zniekształcenia, doskonała jakość.
• Ograniczenia: Wysoki koszt, wymaga komory próżniowej, ograniczony rozmiar części.
• Zastosowania: Przemysł lotniczy i obronny, zbiorniki kriogeniczne, komponenty nuklearne.

Spawanie tlenowe i spawanie łukiem krytym (SMAW)

Tradycyjne procesy, takie jak spawanie gazowe tlenowo-paliwowe i SMAW (spawanie elektrodą otuloną), są rzadko stosowane w przypadku aluminium ze względu na trudności w kontrolowaniu dopływu ciepła, zanieczyszczenie tlenkami i niską jakość spoiny. Są one zazwyczaj ograniczone do prac naprawczych, w których nowoczesne procesy są niedostępne.

Tabela 1 Podsumowanie procesów

Wybór procesu spawania aluminium zależy od wymagań aplikacji. W przypadku krytycznych, cienkich i wysokiej jakości spoin preferowana jest metoda TIG. W przypadku produkcji i grubszych sekcji dominuje MIG. W przypadku zastosowań nowej generacji wymagających doskonałej wytrzymałości i połączeń bez wad, coraz większą popularnością cieszą się procesy półprzewodnikowe, takie jak spawanie tarciowe z przemieszaniem. Zaawansowane metody, takie jak spawanie laserowe i wiązką elektronów, służą wyspecjalizowanym, precyzyjnym branżom.

6. Zastosowania przemysłowe i studia przypadków

• Przemysł stoczniowy: 5083 i 5456 to stopy wybierane do kadłubów i pokładów ze względu na odporność na wodę morską i spawalność.
• Lotnictwo i kosmonautyka2219 jest używany do spawania zbiorników paliwa; jednak większość konstrukcji unika spawania na rzecz nitowania ze względu na słabą spawalność stopów 2xxx i 7xxx.
• Motoryzacja6061 i 6082 są używane do ram i konstrukcji zderzeniowych; coraz częściej stosuje się FSW.
• Budowa: 3003 i 6063 są stosowane w pokryciach dachowych, sidingach, rurociągach i mostach.

7. Zalecenia praktyczne

• Do ogólnych zastosowań: Stosować serię 5xxx (najlepsze połączenie wytrzymałości, odporności na korozję, spawalności).
• Do cienkich arkuszy i paneli dekoracyjnych: Użyj serii 1xxx lub 3xxx.
• Do zastosowań konstrukcyjnych wymagających większej wytrzymałości: Użyć serii 6xxx, ale uwzględnić zmiękczenie HAZ.
• Unikać serii 2xxx i 7xxx, chyba że występują specjalne warunki (spawanie FSW lub specjalistyczne spawanie lotnicze).
• Zawsze wybieraj odpowiednie stopy wypełniające (zwykle 4045, 5356 lub 5556), aby zmniejszyć ryzyko pęknięć.

Wnioski

Aluminium jest ważnym materiałem inżynieryjnym stosowanym w różnych sektorach, jednak spawanie aluminium ma swoje własne problemy, ponieważ ma wysoką tendencję do przewodzenia ciepła, a zatem ma tendencję do niskiej temperatury topnienia, warstwy tlenku, porowatości i rozwoju pęknięć gorących. Wybór stopu jest kluczowym parametrem wpływającym na spawalność, właściwości mechaniczne i długoterminową awaryjność konstrukcji spawanych.

Spośród rodzin stopów najlepsze są 1xxx, 3xxx, 5xxx i 6xxx. Najbardziej niezawodne z nich obejmują serię 5xxx (stopy aluminiowo-magnezowe), które optymalizują połączenie odporności na korozję, wytrzymałości i łatwości spawania, zwłaszcza na morzu i na morzu. Seria 6xxx, pomimo podatności na zmiękczanie strefy wpływu ciepła, jest stale wykorzystywana ze względu na swoją wytrzymałość strukturalną / zdolność adaptacji. Serie 1xxx i 3xxx są łatwe do spawania, ale mają raczej niską wytrzymałość i były używane w zastosowaniach niekonstrukcyjnych / dekoracyjnych.

Z kolei stopy 2xxx (aluminium-miedź) i 7xxx (aluminium-cynk) nie nadają się w ogóle do spawania i są szczególnie podatne na pękanie na gorąco i utratę właściwości mechanicznych, co ogranicza ich zastosowanie w konstrukcjach spawanych do kilku niszowych przypadków, takich jak przemysł lotniczy.

Ostatecznie spawanie aluminium będzie realizowane w odniesieniu do stosowanych metali wypełniających i procesów spawania wraz z przygotowaniem powierzchni, oprócz wyboru stopu. Łącząc właściwe decyzje i metody, można osiągnąć pełny potencjał aluminium jako lekkiego, trwałego i elastycznego materiału.