Jak spawać aluminium - metoda, gaz i przygotowanie profili

1. Jak spawać aluminium i czym różni się to od spawania stali?

Spawanie aluminium to łączenie elementów ze stopów aluminium łukiem elektrycznym w osłonie gazu obojętnego, z usunięciem warstwy tlenku przed spoiną i kontrolą ciepła w trakcie pracy. Technika jest inna niż przy stali z trzech powodów, które rozstrzygają o jakości każdej spoiny.

• Warstwa tlenku. Tlenek glinu topi się w temperaturze około 2050 °C, a sam metal w około 660 °C. Tlenek odtwarza się w ciągu minut od oczyszczenia i zostaje w jeziorku jako wtrącenia, jeśli nie zostanie zdjęty mechanicznie albo rozbity łukiem prądu przemiennego.
• Przewodność cieplna. Aluminium odprowadza ciepło kilkukrotnie szybciej niż stal. Ścianka 2 mm przepala się w sekundę.
• Rozszerzalność i brak sygnału barwy. Współczynnik rozszerzalności liniowej aluminium wynosi 23·10^-6 1/K, stali około 12·10^-6 1/K (wartości z PN-EN 1999-1-1 i PN-EN 1993-1-1). Aluminium nie zmienia koloru przed stopieniem, więc przepalenie widać dopiero wtedy, gdy jeziorko opada.

2. Którą metodą spawać aluminium - TIG, MIG czy elektrodą?

Konstrukcje z aluminium spawa się metodą TIG (141 wg PN-EN ISO 4063) albo MIG (131). TIG daje najlepszą kontrolę nad jeziorkiem przy cienkich ściankach i spoinach widocznych, MIG wygrywa wydajnością przy długich spoinach i seriach. Elektroda otulona jest metodą awaryjną, nie konstrukcyjną.

Szczegóły techniki TIG opisuje artykuł o spawaniu metodą TIG, a różnice między MIG a MAG przy stali wyjaśnia porównanie metod MIG i MAG.

3. Jaki gaz osłonowy stosuje się do spawania aluminium?

Do spawania aluminium stosuje się argon o czystości co najmniej 99,99 % (gaz I1 wg PN-EN ISO 14175) albo mieszankę argonu z helem (I3). Mieszanki z CO₂ i tlenem, stosowane przy stali, utleniają jeziorko i dają czarną, porowatą spoinę, dlatego do aluminium nie wchodzą w grę.

• TIG. Argon, przepływ w zakresie 6-10 l/min; przy elementach grubych dodatek helu do 30 % zwiększa wtopienie.
• MIG. Argon lub argon z helem, przepływ w zakresie 12-18 l/min; osłona musi obejmować całe jeziorko aż do jego zakrzepnięcia.

4. Jak przygotować profil aluminiowy do spawania?

Profil aluminiowy przygotowuje się do spawania w pięciu krokach: odtłuszczenie, mechaniczne usunięcie tlenku, spawanie w ciągu kilku godzin, suchy materiał i drut oraz oddzielne narzędzia. Pominięcie któregokolwiek kończy się porowatością albo wtrąceniami tlenku.

1. Odtłuszczenie. Rozpuszczalnik lub odtłuszczacz na bazie alkoholu albo acetonu i szmatka bez włókien, przed szczotkowaniem, żeby nie wcierać tłuszczu w powierzchnię.
2. Usunięcie tlenku. Szczotka ze stali nierdzewnej, skrobak lub ściernica przeznaczone wyłącznie do aluminium; pas oczyszczony na około 15-20 mm po obu stronach spoiny.
3. Spawanie po oczyszczeniu. Tlenek odtwarza się od razu, dlatego spawa się w ciągu kilku godzin od szczotkowania, nie następnego dnia.
4. Suchy materiał i drut. Wilgoć dostarcza wodór, który zostaje w spoinie jako pory. Drut pozostaje w zamkniętym opakowaniu do chwili użycia.
5. Oddzielne narzędzia. Opiłki stali wtarte w aluminium inicjują korozję galwaniczną, którą opisujemy w artykule o korozji galwanicznej aluminium i stali.

5. Które stopy aluminium nadają się do spawania?

Spawalne łukowo są stopy serii 1xxx, 5xxx i 6xxx, czyli 1050A, 5754 oraz 6060 i 6063. Stopy serii 2xxx, w tym 2017A (PA6), pękają na gorąco i łączy się je mechanicznie.

Dobór drutu do gatunku i metody opisuje artykuł o drucie do spawania aluminium, a oznaczenia stanów T5, T6 i T66 wyjaśnia porównanie gatunków 6060, 6063 i 6082.

6. Jak ograniczyć odkształcenia i spadek wytrzymałości przy spoinie?

Spoina i strefa wpływu ciepła w stopach 6060 T66 nie mają wytrzymałości materiału rodzimego, bo ciepło spawania rozpuszcza wydzielenia utwardzające stan T66. PN-EN 1999-1-1 podaje współczynniki redukcji dla strefy wpływu ciepła, a projektant uwzględnia je w obliczeniach nośności złącza.

Odkształcenia wynikają z rozszerzalności: profil o długości 6 m nagrzany o 50 K wydłuża się o około 6,9 mm (6000 mm x 23·10^-6 1/K x 50 K). Ograniczają je cztery działania:

• Kolejność spoin. Spoiny symetryczne, ściegi przerywane i spawanie ściegiem wstecznym rozkładają ciepło równomiernie.
• Przyrządy. Docisk w przyrządzie i podkładki odprowadzające ciepło utrzymują wymiar do zakrzepnięcia spoiny.
• Temperatura międzyściegowa. W stopach serii 5xxx nie przekracza 120 °C, bo wyżej rośnie ryzyko korozji międzykrystalicznej.
• Prostowanie. Elementy po spawaniu prostuje się na zimno, a metody opisuje artykuł o prostowaniu aluminium.

7. Jakie wymagania obowiązują przy spawaniu konstrukcji aluminiowych?

Nośne konstrukcje aluminiowe wytwarza się według PN-EN 1090-3 i projektuje według PN-EN 1999-1-1 (Eurokod 9). Wytwórca opisuje technologię w WPS wg PN-EN ISO 15609-1, potwierdza ją kwalifikacją wg PN-EN ISO 15614-2, a spawacze posiadają uprawnienia wg PN-EN ISO 9606-2 do spawania aluminium.

8. Co mamy w magazynie w Zawadzie

Pod spawane konstrukcje aluminiowe oferujemy profile aluminiowe zamknięte, kątowniki aluminiowe i ceowniki aluminiowe w gatunku 6060 T66, rury aluminiowe w gatunkach 6060 i 6063, blachy aluminiowe w gatunkach 5754 i 1050A oraz pręty aluminiowe, w tym kwadraty ze stopów 6060, 6063 i 2017A (PA6). Zakres dokumentów do partii aluminium potwierdza opiekun działu przed zamówieniem.

9. Co sprawdzić przed zamówieniem - 5 sytuacji

Poniżej sytuacje, w których nie jesteśmy właściwym adresem.

1. Spawanie i gotowa konstrukcja pod klucz. Sprzedajemy profile i blachy jako materiał. Wykonawstwo spawalnicze aluminium zamawia się u wytwórcy z uprawnieniami do aluminium.
2. Argon, drut i sprzęt spawalniczy. Gaz, drut spawalniczy i spawarki to asortyment hurtowni gazów i sprzętu spawalniczego.
3. Stopy utwardzane do spawania. Kwadraty i płaskowniki ze stopu 2017A (PA6) nie nadają się do spawania łukowego. Rama spawana wymaga zamówienia w gatunku 6060, 6063 lub 5754.
4. Odcinki na detal. Prowadzimy wyłącznie sprzedaż hurtową i nie docinamy profili na wymiar dla pojedynczych sztuk.
5. Sztuki poniżej ilości hurtowej. Kilka profili do poprawki warto najpierw skonsultować z opiekunem działu aluminium.

10. Jak zamówić profile aluminiowe pod spawanie - 5 kroków

1. Specyfikacja. Gatunek i stan (6060 T66, 5754), przekrój, grubość ścianki, ilości.
2. Przeznaczenie spoiny. Informacja, czy konstrukcja jest nośna i podlega PN-EN 1090-3, czy spawany element jest wyrobem niekonstrukcyjnym.
3. Kontakt. Wiadomość z listą pozycji przez formularz kontaktowy.
4. Potwierdzenie dostępności i dokumentów. Opiekun potwierdza dostępność gatunku oraz zakres dokumentów do partii.
5. Oferta i dostawa. Cena netto, termin ważności oferty i koszt transportu; wysyłka naszym transportem lub spedycją albo odbiór własny w Zawadzie po uzgodnieniu.

Przykładowy zapis w zapytaniu:

Profil aluminiowy 100x100x4,0 6060 T66 - 12 szt. | Kątownik aluminiowy 40x40x3 6060 T66 - 24 szt. | Blacha aluminiowa ryflowana 3,0x1250x2500 5754 - 4 szt.

11. Najczęstsze pytania o spawanie aluminium

Jaki gaz do spawania aluminium?

Do spawania aluminium stosuje się argon o czystości co najmniej 99,99 % (I1 wg PN-EN ISO 14175) albo mieszankę argonu z helem (I3). CO₂ i mieszanki z tlenem odpadają, bo utleniają jeziorko i powodują porowatość.

Jaki drut do spawania aluminium?

Profile 6060 i 6063 spawa się drutem S Al 4043A (AlSi5) lub S Al 5356 (AlMg5), a stop 5754 drutem S Al 5356. Dobór opisuje artykuł o drucie do spawania aluminium.

Czy aluminium można spawać migomatem?

Tak, pod warunkiem zastosowania argonu, drutu aluminiowego, rolek z rowkiem U i wkładki teflonowej w uchwycie.

Czy aluminium można spawać elektrodą?

Można, ale elektroda otulona jest metodą awaryjną. Otulina chłonie wilgoć, a spoina ma porowatość i wymaga całkowitego usunięcia żużla.

Jakim prądem spawać aluminium?

Metodą TIG spawa się prądem przemiennym AC, który rozbija warstwę tlenku w każdym półokresie. Metodą MIG stosuje się prąd stały DC+, a przy ściankach poniżej 2 mm prąd impulsowy.

Czy aluminium można spawać zwykłą spawarką?

Spawarka do stali bez zmian nie spawa aluminium. Potrzebny jest argon, drut aluminiowy z odpowiednim podajnikiem w MIG albo źródło prądu przemiennego w TIG, a przed spoiną usunięcie tlenku.

Źródła

• Eurokod 9 (EN 1999) - projektowanie konstrukcji aluminiowych (Komisja Europejska, JRC)
• Łukasiewicz - Instytut Spawalnictwa - wiedza o technologiach spawania
• Polski Komitet Normalizacyjny - normy PN-EN 1090-3, PN-EN ISO 14175, PN-EN ISO 18273, PN-EN ISO 9606-2

Powiązane produkty i artykuły

• profile aluminiowe zamknięte 6060 T66
• kątowniki aluminiowe
• ceowniki aluminiowe
• blachy aluminiowe 5754 i 1050A
• Drut do spawania aluminium - jak dobrać do gatunku profilu i metody
• 6060, 6063 czy 6082 - jak dobrać gatunek aluminium
• Korozja galwaniczna aluminium i stali - jak zapobiegać
• Na czym polega spawanie metodą TIG? - Akademia Ulamex