Oprava hliníkových forem: jak zvolit správný svařovací drát z hliníku a svařovací technologii

Technologie svařování hliníku

Používání hliníkových nástrojů je stále běžnější. Výběr správného svařovacího drátu a správné svařovací techniky účinně opraví formu.

Jakmile byl přísně považován za prototypový nástrojový materiál, hliník se postupně stal možností výroby forem. Při zvažování této možnosti je důležité nejprve se podívat na rozdíl mezi ocelí a hliníkem a poté určit, jak použít zvýšenou tepelnou vodivost hliníku bez snížení kvality dílu. Je také důležité zvážit problémy spojené s údržbou plísní. Vyrábět vysoce kvalitní díly s hliníkovými formami je relativně snadné, ale oprava těchto forem může být výzvou. Aby byla zajištěna úspěšná oprava hliníkových forem, je nutné pochopit rozdíly mezi ocelí a hliníkem a slitinami hliníku, jakož i znalosti o svařovacích drátech a správných svařovacích technikách.

Materiály: Hliník a ocel

Vysoce pevné hliníkové slitiny, které jsou dnes k dispozici, jsou schůdnou alternativou k nástrojové oceli. Hliník se primárně používá k výrobě prototypů kvůli svým nízkým nákladům, takže hliník má další výhody, což z něj činí životaschopnou možnost výroby forem.

Zaprvé, kvůli různým klíčovým vlastnostem materiálu jsou náklady na hliníkové formy pouze asi polovinou nákladů na ocelové formy a mohou být dodány přibližně za polovinu času. Například ačkoli ocel je mnohem silnější než hliník, hliník váží pouze třetinu hliníku a určité hliníkové materiály lze zpracovat tak, aby poskytovaly pevnost srovnatelnou s ocelí. Protože hliník je měkčí než ocel, je snazší řezat. Kombinace vysoké pevnosti a nízké hmotnosti způsobuje, že hliník má široké využití, které lze široce použít v leteckém, automobilovém a průmyslovém průmyslu.

Další výhodou hliníku oproti oceli je jeho vysoká odolnost proti korozi. Když je hliník vystaven vzduchu, vytvoří se tenká vrstva oxidu hlinitého, což zvyšuje odolnost proti korozi. Navíc, jak teplota klesá, hliník se nestává křehkým jako ocel. Ve skutečnosti může zvýšit pevnost v tahu a udržet tuhost.

Jak všichni víme, tepelná vodivost a elektrická vodivost hliníku je šestkrát vyšší než u oceli. Tepelná vodivost hliníku hraje zásadní roli při svařování a opravách plísní, takže svařování bude rychleji vytvrzovat. To také pomáhá dosáhnout více&"praktického GG"; svařování, lepší upevnění kovu na místě a zjednodušení údržby na místě. Vysoká tepelná vodivost znamená, že tepelná energie aplikovaná na jednu část kovu bude rychle přenesena na jiné části. To udržuje materiál stabilní při udržování vysoké teploty. Aby se však zabránilo poškození součástí, je třeba hliník svařovat intenzivnějším teplem rychleji, protože teplo se rychle odvádí.

Výběr slitiny

Pokud se rozhodnete použít hliník v dalším projektu formy, je velmi důležité zvolit správnou hliníkovou slitinu. Přidání prvků včetně mědi, hořčíku a zinku k hliníkové matrici vytváří slitiny. Každý přidaný prvek pomůže zlepšit jedinečné prospěšné vlastnosti hliníku.

Existují dvě hlavní kategorie hliníkových slitin: kování a lití. Kované slitiny se nejprve odlévají do ocelových předvalků a poté se mechanicky zpracovávají metodami válcování za tepla nebo za studena, jako je válcování, kování, vytlačování a tváření, aby se dosáhlo požadovaného tvaru. Válcování se používá k výrobě hliníkových plechů, fólií nebo desek; Kování se používá k výrobě složitých tvarů s vynikajícími vlastnostmi a vytlačování se používá k výrobě trubek nebo tyčí. Odlévaná slitina se přímo odlévá do požadovaného tvaru, takže je velmi vhodná pro aplikaci složitých tvarů.

Kované a lité slitiny jsou dále klasifikovány jako tepelně zpracovatelné a tepelně nezpracovatelné. Tepelně zpracovatelné slitiny obsahují legující prvky, které zvyšují pevnost a rozpustnost materiálu tepelným zpracováním, ale zóna ovlivněná teplem (HAZ) obvykle není úplně žíhaná, což ovlivňuje pevnost jakéhokoli svaru. Slitiny, které nelze tepelně zpracovávat, jsou posíleny metodami zpracování za studena.

Tyto klasifikace jsou důležité z hlediska svařitelnosti a udržovatelnosti forem z hliníkových slitin. Některé materiály jsou vhodnější pro specifické svařovací procesy, takže když výrobce formy stanoví svařovací materiál, musí se zvážit také metoda svařování.

Některé běžně používané slitiny hliníku jsou vyráběny ze skupiny 7000 . Tyto slitiny jsou pro formátory atraktivní, protože obvykle mají vysokou pevnost srovnatelnou s ocelí a jsou odolnější než jiné řady. Zinek je hlavním legujícím prvkem těchto slitin hliníku. Používá se v kombinaci s jinými prvky (jako je hořčík a měď), aby se při okolní teplotě stala silnou slitinou. Přídavkem zinku se také hliník tepelně zpracovává, čímž se vytvrzuje sraženina, což je technika zahřívání použitá ke zvýšení meze kluzu. Slitiny řady 7000 srážením mohou dosáhnout pevnosti v tahu až 700 MPa (megapascal), což je nejvyšší ze všech slitin hliníku. Po rozptýlení legujících prvků válcováním a kováním je tepelné zpracování účinnější. Kombinace těchto tří procesů stanoví vlastnosti požadované pro vysoce pevný hliník. Ačkoli slitiny řady 7000 mají dobrou únavovou pevnost a obrobitelnost, mají horší odolnost proti korozi než jiné slitiny hliníku, takže jsou náchylné k praskání korozí pod napětím a je obtížné je svařovat.

Další oblíbenou volbou pro výrobu forem jsou slitiny řady 2000, 5000 a 6000 . Přidáním mědi mohou být slitiny v řadě 2000 vytvrzeny jako v řadě 7000 , což jim dává podobnou pevnost jako ocel, ale slitiny v řadě 2000 mají nižší odolnost proti korozi, takže ve srovnání s těmi jsou náchylnější k praskání koroze pod napětím. Z důvodu této křehkosti řady 7000 je mnoho slitin řady 2000 považováno za ne svařitelné.

Hořčík se přidává do slitin řady 5000 . Hořčík může poskytovat zpevnění pevného roztoku a zlepšené vlastnosti kalení, takže mají vysokou odolnost proti tepelnému zpracování ve slitinách hliníku. Vzhledem k těmto vlastnostem je slitiny řady 5000 velmi obtížně vytlačitelné a drahé. Vyrábějí se převážně na plechy a desky a používají se pouze příležitostně jako lisované díly.

Hliník v řadě 6000 je legován hořčíkem a křemíkem, aby vytvořil tepelně odolnou, silnou a snadno protlačitelnou slitinu s dobrou odolností proti korozi. Přestože slitiny řady 6000 jsou jednou z běžně používaných slitin pro všeobecné použití, nemohou dosáhnout vysoké pevnosti slitin řady 2000 a 7000 .

Tyto další slitinové řady jsou obvykle vyráběny ve stejné továrně, která vyrábí předvalky ze série slitin 7000 , ale nejsou válcovány, kovány a tepelně zpracovány, aby se zvýšila pevnost. Místo toho odlévejte tyto slitiny přímo do jejich konečné formy, aby mohly získat své vlastnosti, včetně pevnosti a svařitelnosti, spíše ze složení slitiny než prostřednictvím výrobního procesu. Protože odlitá slitina nemusí být válcována nebo kována do tvaru desky nebo listu, může být pro složitější tvary produktu použita hospodárněji. Nebudou však mít stejnou pevnost jako válcované nebo kované podobné výrobky. Lité slitiny jsou oblíbenou volbou pro výrobu prototypů, protože stojí zhruba polovinu nákladů na slitiny řady 7000 . Pro prototypy jsou přijatelné slabší slitiny. Pro dosažení dobré rovnováhy mezi pevností a svařovacími vlastnostmi mohou být také upraveny slitiny řady 2000 v válcované nebo kované formě. Oba typy slitin se snadno svařují podle svých příslušných charakteristik.

Ideální kvalita inherentní každé sérii slitin určí jejich vhodné výrobní aplikace. Slitiny řady 7000 se díky své vysoké pevnosti běžně používají ve vysoce výkonných aplikacích, jako jsou letectví, obrněná vozidla a sportovní vybavení. Slitiny řady 2000 se srovnatelnou pevností se běžně používají v aplikacích pro letectví a letectví, zatímco slitiny řady 5000 mají vyšší svařitelnost a pevnost bez tepelného zpracování, díky čemuž jsou užitečné pro různé konstrukční aplikace, jako jsou mosty, budovy, nákladní auta atd. Stavba lodí a tlakové nádoby. Slitiny řady 6000 jsou jednoduché a hospodárné metody vytlačování slitin, díky čemuž jsou vhodné jak pro svařování, tak pro různé tvary vytlačování.

Výběr svařovacího drátu ze slitiny hliníku

Různé hliníkové slitiny vyžadují různé svařovací dráty pro dosažení úspěšného svařování. Charakteristiky svařovacího drátu by měly odpovídat charakteristikám specifické slitiny, která má být svařována, a měla by se také zvážit schopnost přizpůsobení barev, pevnost a vliv na zónu svařovacího drátu ovlivněnou teplem. Kromě toho musí mít svařovací drát teplotu tání podobnou teplotě jeho základního materiálu, aby bylo možné provádět efektivní svařování. Například hliníková slitina s vysokým obsahem hořčíku by měla být svařována s plnivovou slitinou, která také obsahuje vysoký obsah hořčíku. Každý typ svařovacího drátu má své vlastní dynamické chemické složení, které poskytne účinnější výsledky pro slitiny hliníku s podobnými vlastnostmi. Kromě zlepšení efektivity výroby by mělo být také sníženo zkreslení svařování.

Údržba výrobních forem vyrobených z několika slitin řady 7000 je náročná, protože jejich citlivost na tepelné praskání nebo praskání koroze namáháním jim zabraňuje svařování pomocí technologie obloukového svařování. Výjimky z tohoto pravidla jsou 7003 a 7005 extrudované slitiny a 7039 slitiny desek. Kvalifikované slitiny řady 7000 lze svařovat pomocí svařovacího drátu ze slitiny 5356 nebo 2319 , z nichž oba mohou vytvářet neporézní svary přijatelné pevnosti, které lze přizpůsobit celistvosti hliníku slitina. 5356 se běžně používá v těchto svařovacích drátech, protože je tuhá a může poskytovat přijatelnou pevnost a nepřetržitý posuv, zatímco 2319 je tepelně zpracovatelná a má vysokou pevnost a dobrou tažnost. 5356 svařování drát má také plnivo s 5% obsahem hořčíku, což může snížit citlivost na praskliny při svařování. Čím vyšší je obsah hořčíku, tím nižší je riziko praskání.

Dvě továrny vyrábějící slitiny hliníku řady 7000 pomohly vyvinout proprietární dráty pro svařování slitin určené pro slitiny hliníku řady 7000 . Tyto výrobky nebyly široce používány, ale všechny výsledky prvních testů ukazují, že sladění barev je zlepšeno ve srovnání se svařovacími dráty 2319 a 5356 . Pro tyto nové dráty je však zóna ovlivněná teplem kolem oblasti opravy svarů společná pro všechny tepelně zpracované slitiny ve všech opravných procesech.

Svařovací drát 2319 je vhodný pro svařovací formy vyrobené ze slitin řady 2000 . Kované slitiny řady 2000 lze tepelně zpracovat, aby se dosáhlo vyšší pevnosti v tahu, která může být až 448 MPa. Vytvářejí slitiny s mědí a pomáhají vytvářet lepší svařovací vlastnosti. Testy ukázaly, že 2319 svařovací drát má vynikající kvalitu svařování a přizpůsobení barev. Když je sladění barev velmi důležité, stává se oblíbenou volbou. Slitiny řady 2000 mají vyšší vlastnosti stárnutí a temperování, takže mají vyšší odolnost proti tepelné únavě než slitiny řady 7000 , což znamená, že teplo generované svařování nezpůsobí snížení pevnosti svařovaného materiálu.

Slitiny řady 6000 jsou tepelně zpracovatelné tvářené slitiny, které vykazují kolem oblasti svařování zónu ovlivněnou teplem. Vhodný svařovací drát pro svařování hliníkové slitiny řady 6000 je 4043, což je jeden z snadno ovladatelných svařovacích drátů. Má nižší bod tání a lepší tekutost, takže je méně citlivý na svařovací trhliny. Tento svařovací drát je vhodný pro kritické aplikace, kde je pevnost a barva svařovací oblasti sladěna. Pokud však bude základní materiál po opravě eloxován, 5356 svařovací drát je lepší volbou a bude mít těsnější barevnou shodu, protože 4043 se po eloxování stane tmavě šedou.

Protože lité slitiny poskytují silnější strukturu zrn a kované slitiny mají vyšší porozitu, je pravděpodobnější, že vykazují silnější opravitelnost svarů. Ideální volbou pro slitiny hliníku řady 5000 je 5356 svařovací drát, zatímco 2319 svařovací drát je vhodný pro slitiny 2000 . Tyto svařovací dráty vytvářejí vynikající sladění barev se slitinou kvůli jejich nízkému obsahu křemíku, který udržuje eloxovaný stříbro efekt namísto zjevné a neatraktivní černé. Jako tepelně nezpracovaný produkt nemá odlitá slitina kolem svaru žádnou zónu ovlivněnou teplem, takže svarová oblast není na hotovém povrchu formy viditelná.

Hliníkové formy opravy dovedností

Po výběru vhodného svařovacího drátu musí být ohnisko posunuto na příslušnou technologii svařované formy. To je důležitý faktor pro úspěšnou opravu svaru. Vhodná technologie zahrnuje nejen skutečné svařování, ale také více technologií. Musí také brát v úvahu podmínky prostředí a předehřívání materiálu, což eliminuje kondenzaci a zlepšuje její svařitelnost.

Obecně se ke svařování hliníku používá střídavý proud (AC), ale stejnosměrný proud (DC) může při opravě slitin formy dosáhnout lepších výsledků. AC a DC označují polaritu proudu, když protéká elektrodami. Výběr elektrody se správnou polaritou bude mít významný vliv na pevnost a kvalitu svaru.

Jak bylo uvedeno výše, když je hliník vystaven vzduchu, vytvoří se tenká vrstva oxidu hlinitého. Pokud nebude oxidová vrstva odstraněna, bude to mít nepříznivý vliv na správnou svařovací fúzi a tekutost. Teplota potřebná k odstranění této vrstvy je mnohem vyšší než teplota potřebná k roztavení základního hliníku. Střídavý proud teče polovinu času v jednom směru a polovinu v druhém směru. Protože střídavý proud často mění polaritu (polarita se mění 120 krát za sekundu při proudu 60 Hz), je nejprve odstraněna oxidová vrstva, což umožňuje rychlému tavení a tavení základního kovu. Pro dosažení dobrých výsledků je v obou směrech nutný stejný a vyvážený proud.

Stejnosměrný proud teče pouze v jednom směru a vytváří konstantní polaritu. DC pulzní svary budou vytvářet obloukové impulsy mezi vysokými špičkovými a nízkými proudy v pozadí, které zúží zónu ovlivněnou teplem a teplo aplikované na základní materiál, čímž se zachová původní výkon kovu. Použití střídavých pulzních svarů vede k větší poréznosti ve svařované oblasti a špatnému sladění barev. Při použití příliš nízkého svařovacího proudu, když je plyn strháván svařovací turbulencí, může dojít k porozitě. Na hliníku by mělo být svařování provedeno rychle, aby se zabránilo pronikání tepla do matečného bloku. Pokud je provádění příliš pomalé, zvyšuje se riziko přepálení.

Jak se používání hliníkových nástrojů zvyšuje, náklady na díly se sníží, což zase způsobí častější používání hliníkových nástrojů. Výběr správného svařovacího drátu a technologie usnadní potenciální obtížné procesy a poskytne vynikající výsledky svařování.