Sudura aluminiului – Tehnologii moderne pentru lucrari de calitate

Civilizatia umana se bazeaza pe folosirea intensa a metalelor de tot felul. Dintre diversele elemente pe care omul le extrage din pamant si pe care le purifica si le transforma in obiecte utile se remarca aluminiul. Acest metal este unul dintre cele mai abundente elemente chimice existente pe pamant si are anumite caracteristici care il diferentiaza de celelalte metale, facandu-l util intr-o gama larga de domenii de activitate. 

In ceea ce priveste transformarea aluminiului in diverse piese si mecanisme ce pot fi intrebuintate in viata de zi cu zi, in comert si industrie este necesara aplicarea anumitor prelucrari dintre care se remarca sudarea acestui metal. Activitatea este destul de complexa si mai greu de aplicat corespunzator fata de alte metale si, din acest motiv, inainte de a se trece la aplicarea in practica este necesara o informare aprofundata asupra problemei si procurarea sculelor si accesoriilor potrivite. 

In articolul de mai jos vei descoperi ce este aluminiul si de ce acest metal are o importanta majora in dezvoltarea civilizatiei. De asemenea, vei afla care sunt principalele tehnici de sudura ale acestui element, care sunt aparatele ce pot fi folosite in acest sens si cum se pot evita diferite probleme.  

1. Ce este aluminiul si de ce este importanta sudura acestui metal

Aluminiul este unul dintre metalele pe care se sprijina civilizatia moderna. Datorita abundentei, aproximativ opt la suta din totalul masei pamantului fiind reprezentat de acest material chimic, si a calitatilor sale (greutate redusa, rezistenta si durabilitate) aluminiul a inceput sa fie tot mai folosit intr-o gama diversa de industrii, precum aeronautica, constructii, fabricarea de automobile, de ambalaje etc. 

Aluminiul este un metal cu greutate redusa, de culoare argintie, facand parte din categoria neferoaselor. Este intalnit in abundenta in scoarta terestra, sub forma unor compusi chimici variati, cunoscuti sub numele generic de bauxita. Prin purificarea acestei materii prime se obtine un metal cu proprietati fizice si chimice distincte, ce il fac util intr-o gama foarte larga de aplicatii:

• Aluminiul este foarte usor, datorita densitatii scazute avand o greutate de aproximativ trei ori mai mica decat a otelului. Densitatea redusa nu afecteaza rezistenta, rigiditatea si rezistenta la tractiune.
• Aluminiul are o conductivitate termica si electrica ridicata. Caldura si curentul electric se transfera cu usurinta facand, astfel, aluminiul potrivit pentru cabluri electrice si schimbatoare de caldura.
• Aluminiul rezista la coroziune. Metalul pur se oxideaza foarte rapid, insa stratul de oxid de aluminiu aparut la suprafata protejeaza metalul, nepermitand continuarea oxidarii.
• Aluminiul are o culoare placuta, argintie, si un luciu caracteristic, ceea ce face din acesta o alegere pentru realizarea finisarilor in diverse imprejurari.

In mod normal, aluminiul pur nu poate fi folosit, pentru ca are o duritate redusa. In schimb, prin adaugarea unor cantitati reduse din alte substante rezulta aliaje cu caracteristici dorite, care pastreaza calitatile aluminiului, dar permit obtinerea unora noi. Exista zeci de tipuri de aliaje de aluminiu, impartite in sapte categorii principale, in functie de materialul suplimentar adaugat:

• Seria 1000 este reprezentata de materiale ce contin cel putin 99 la suta aluminiu pur;
• Seria 2000 se obtine prin amestecul aluminiului cu cuprul rezultand un aliaj ce poate fi tratat termic si care este folosit, in special, in domeniul aerospatial;
• Seria 3000 se realizeaza prin amestecul aluminiului cu manganul rezultand un aliaj cu coroziune redusa, ce poate fi folosit la fabricarea de schimbatoare de caldura, oale si tigai;
• Seria 4000 este formata din acele aliaje in care se foloseste siliconul si din care rezulta un material utilizat pentru producerea sarmelor de umplere pentru sudare;
• Seria 5000 se obtine prin amestecul aluminiului cu magneziul, rezultand un material potrivit pentru industria auto in construirea de nave maritime si a elementelor de constructie pentru cladiri;
• Seria 6000 se obtine prin utilizarea magneziului si siliconului in amestec cu aluminiul, rezultand un aliaj folosit pentru functii decorative si pentru extrudari;
• Seria 7000 este obtinuta prin amestecul cu zinc. Rezulta un aliaj foarte dur, cu rezistenta maxima la presiune.

Caracteristicile aluminiului si ale aliajelor sale le transforma in materiale foarte versatile. Pentru a se utiliza avantajele oferite este nevoie, insa, de prelucrari prin sudare. Sudura aluminiului este foarte importanta, pentru ca prin intermediul ei se pot obtine echipamente si piese cu caracteristici utile:

• Prin sudura pieselor de aluminiu rezulta componente cu greutate redusa, dar cu rigiditate si rezistenta la tractiune mare;
• Tot prin sudura pot sa rezulte echipamente care profita de conductivitatea termica si electrica a metalului, precum radiatoarele, schimbatoarele de caldura si echipamentele electrice;
• Prin sudura pieselor de aluminiu se pot obtine echipamente rezistente la coroziune, datorita stratului de oxid ce protejeaza structura pieselor;
• Aluminiul are un aspect si un luciu placut si, din acest motiv, prin intermediul sudurii se pot obtine elemente decorative de calitate superioara.

2. Tehnici pentru sudura aluminiului – cum si cu ce se sudeaza aluminiul

Aliajele de aluminiu sunt utilizate in mod frecvent datorita caracteristicilor superioare. Sudura acestora presupune, insa, o tehnica superioara, deoarece tocmai aceste caracteristici pozitive transforma activitatea de sudare intr-una mai dificila decat in cazul altor metale. In ultima vreme au aparut diferite tehnologii noi, care permit aplicarea unei suduri de calitate, chiar si de catre utilizatorii cu mai putina experienta in domeniu. 

In orice caz este necesara o informare cu privire la tipul de aliaj de aluminiu ce va fi sudat pentru a se alege in mod corespunzator tehnica potrivita si accesoriile necesare. 

2.1. Sudarea aluminiului cu arc

Sudarea cu arc este cel mai intalnit procedeu de imbinare a pieselor din aliaje de aluminiu. Printre aliajele care se preteaza la aceasta tehnica se numara cele din seria 1000, 3000, 5000 si 6000. Cele din partea superioara a seriei 7000 si a seriei 2000 nu sunt potrivite.  Pentru rezultate optime pot fi utilizate aparate de sudura TIG si aparate de sudura MIG-MAG, ambele oferind rezultate asemanatoare. 

Diferenta este data de faptul ca aparatul MIG este potrivit in sudarea tablelor de aluminiu, deoarece ofera o cantitate de caldura mai mica. Varianta TIG (tungsten inert gas) poate fi efectuata cu aparate de sudura WIG si poate fi folosita atat pentru piese de dimensiuni subtiri, cat si pentru piese groase. In ceea ce priveste accesoriile de sudura se recomanda utilizarea argonului pur ca gaz de protectie, iar tija de sudura sau firul sa fie dintr-un material cat mai apropiat de piesele sudate.

Sudura cu aparate cu electrozi folosita intens in cazul otelului poate fi aplicata si pentru aluminiu. Este necesara, insa, procurarea unor aparate de sudura cu electrod de calitate superioara, care sa ofere o tensiune controlabila si utilizarea unor electrozi speciali, adecvati pentru acest metal.

Detalii aici

Detalii aici

2.2. Sudarea aluminiului cu laser sau cu fascicul de electroni

In vederea conectarii aliajelor de aluminiu este posibila si utilizarea unui proces mai modern, si anume sudarea cu laser. Avantajele acestei tehnologii sunt date de posibilitatea obtinerii unor suduri de calitate ridicata, cu latime ingusta si adancime mare de sudura. Tehnologia poate fi folosita si pentru materiale sensibile la caldura, precum cele din seria 6000. 

Dezavantajul tehnologiei este dat de pretul mai mare al aparatelor de sudura de acest fel, in mare parte din cauza relativei noutati a tehnologiei. 

Sudura cu fascicul de electroni este, de asemenea, o varianta moderna, inovativa, ce permite obtinerea unor suduri cu puritate crescuta. Aceasta caracteristica vine din realizarea sudurii in vid, ceea ce elimina necesitatea existentei unui gaz de protectie. 

2.3. Sudarea aluminiului prin frecare

Sudarea prin frecare este o varianta ce ofera rezultate foarte bune in imbinarea aliajelor de aluminiu, deoarece imbinarea se face in stare solida, fara topirea metalului. Astfel, nu se utilizeaza gaz de protectie si nici nu apar deformari termice semnificative. 

Exista mai multe variante de sudare, printre care pot fi amintite tehnologiile FSW, RFSSW, LFW, RFW. 

3. Sfaturi si recomandari pentru evitarea problemelor ce pot aparea in sudura aluminiului

Sudura aliajelor de aluminiu nu este recomandata mesterilor incepatori, deoarece din cauza unor proprietati ale metalului apar trei probleme principale:

• Din cauza conductivitatii termice ridicate caldura generata de echipamentul de sudura se disipa rapid, pe o suprafata intinsa, ceea ce duce la necesitatea aplicarii unei calduri si mai mari pentru a se atinge temperatura dorita. Acest lucru poate sa duca la manevrarea dificila a piesei, dar si la aparitia unor deformari semnificative.

• Hidrogenul este solubil in aluminiul topit si tinde sa fie absorbit in bazinul de sudura in timpul prelucrarii. Gazul ramane in structura metalului si dupa solidificare, ducand la aparitia unei porozitati care poate genera fracturi.

• Oxidarea rapida a aluminiului creeaza probleme, deoarece exista o diferenta foarte mare intre punctul de topire al acestuia (peste 2000 de grade Celsius) si cel al aluminiului (aproximativ 650 de grade Celsius). In momentul sudarii, oxidul de aluminiu nu se topeste, se include in regiunea de sudura si afecteaza calitatea acesteia.

Pentru obtinerea unor rezultate corecte, sudorii ce vor sa deprinda aceasta tehnica trebuie sa tina cont de cateva sfaturi utile, ce sunt usor de aplicat. O precautie de baza este acordarea unei atentii deosebite alegerii aparatului de sudura potrivit, ce utilizeaza tehnologii care fac fata cerintelor. Printre cele mai bune aparate de sudura pentru aluminiu sunt de tip TIG (WIG), MIG si MMA (sudura cu electrod acoperit). 

• Inainte de aplicarea sudurii este necesara o pregatire adecvata a pieselor. Zonele ce vor fi imbinate trebuie sa fie curatate si degresate cu atentie pentru a se indeparta urmele de oxizi sau de alti contaminanti. In acest sens este utila folosirea unei perii de curatare fabricata din sarma care sa elimine oxizii si a unor solventi speciali pentru restul de contaminanti.
• Pentru a se evita oxidarea aluminiului la contactul cu aerul este obligatorie utilizarea unui gaz inert in timpul sudarii, care impiedica oxigenul sa ajunga la atomii de aluminiu. Cele mai bune rezultate sunt obtinute prin folosirea argonului ca gaz inert.
• Materialele de umplere (tijele si electrozii) trebuie sa fie alese in functie de tipul de aliaj de aluminiu folosit. Atat materialele de umplere, cat si aliajele sunt marcate cu un cod care permite alegerea corecta.
• Foarte important este controlul caldurii. Aluminiul se incalzeste si se raceste foarte rapid, ceea ce face complicata pastrarea unei temperaturi adecvate in timpul sudurii. In cazul in care aceasta este prea mica, sudura nu va fi rezistenta, iar daca este prea mare, atunci pot aparea deformari si tensiuni excesive. Pentru controlul temperaturii exista mai multe masuri ce se pot lua printre care reglarea curentului de sudura in mod corespunzator, aplicarea unei tehnici de sudura corecte si o viteza potrivita de avans a sarmei de adaos.
• Procesul de racire trebuie sa fie aplicat corect pentru a se evita aparitia unor deformari si a unor tensiuni. In acest sens se recomanda racirea lenta si naturala a piesei si nu racirea brusca, ce poate afecta structura sudurii.
• Tehnica de sudura folosita trebuie sa corespunda si cu grosimea materialului sudat. O anumita tehnica este potrivita pentru conectarea tablelor de aluminiu si o alta pentru sudarea unor piese masive. In acest caz definitorie este experienta si, din acest motiv, este recomandata practicarea unor suduri de control pe deseuri pentru a se observa care tehnica este cea potrivita.

Detalii aici

In concluzie, sudura aluminiului poate fi efectuata la calitate superioara, chiar daca este mai complexa decat cea a altor metale (de exemplu, otelul). In vederea obtinerii unor rezultate optime este necesara alegerea tehnologiei corecte, dar si existenta unei experiente indelungate. 

Surse foto: atomico.ro, unsplash.com