Svařování
V porovnání s ocelí se při svařování hliníku můžeme setkat s určitými problémy, které vyplývají z některých specifických vlastnosti hliníku a jeho slitin. Pokud bereme tyto vlastnosti v úvahu, nemusí svařování hliníku přinést žádné nepřekonatelné problémy. některé vlastnosti, které mohou svařování negativně ovlivnit jsou:
Hliníkový oxidační povlak
Jak již bylo řečeno v kapitole „anodická oxidace“, tvoří se na vzduchu na lesklém hliníku okamžitě kompaktní, dobře přilnavá oxidová vrstva. Bod tání oxidu hlinitého je přibližně 2050°C a je tedy významně vyšší než bod tání hliníku. Oxid hlinitý má navíc větší specifickou hmotnost než hliník, proto tuhý oxid hlinitý při vysokých teplotách v tavicí lázni klesá. Výsledkem jsou chyby vázání a uzavření oxidu. Vedle těchto chyb svařování může být oxidová vrstva i důvodem poréznosti. Oxid hlinitý je totiž hygroskopický. Při svařování vzniká ze vstřebané vody vodík, který se dostane do tavicí lázně. Pro vznik kvalitativně dobrého svaru musí být oxidová vrstva odstraněna nebo alespoň protržena. U procesů svařování plynovým obloukem /MIG a TIG/ dojde k odstranění nebo protržení oxidové vrstvy vlivem zredukovaného účinku oblouku.
Tepelná vodivost
Tepelná vodivost je fyzikální vlastností a současně mírou rychlosti, kterou materiál přenáší teplo. Tepelná vodivost hliníku je přibližně 4 x vyšší než tepelná vodivost nelegované oceli, což znamená, že při sváření nelegované oceli musí být přivedeno mnohem více tepla. Následkem vysoké tepelné vodivosti je nutno plech o síle přibližně nad 15mm předehřát, aby bylo dosaženo správných svářecích podmínek.
Žíhání naměkko
Žíhání naměkko slouží k dosažení co nejměkčího možného stavu u vytvrzených materiálů. Toto tepelné ošetření se většinou používá k umožnění a zjednodušení formovacích procesů. Jak již bylo řečeno, spočívá žíhání naměkko u nevytvrditelných materiálů vytvrzených za studena z rekrystalizačního žíhání. U vytvrzených materiálů je cílem žíhání naměkko dosažení stabilního stavu, který by trval i při pokojové teplotě. To znamená, že se zvýšení síly, dosažené při vytvrzení, zcela vyruší. U žíhání naměkko vytvrditelných slitin je nutno dát pozor, aby zchlazení z teploty žíhání naměkko probíhalo dostatečně pomalu. Takto zůstanou legovací prvky v lázni a umožní tak opětovné vytvrzení.
Koeficient lineárníroztažnosti
Koeficient lineární roztažnosti je hodnota označující změnu délky materiálů v důsledku změny teploty. Relativně vysoký koeficient rozpínání hliníku je příčina toho, že při zchlazení po svařování vzniká relativně vysoké napětí smršťováním, což
vede k deformacím a/nebo trhlinám.
Příprava svařovacích spojů
Svářecí hrany mohou být vytvořeny frézováním, stříháním, řezáním nebo plazmovým řezáním. Důležité je odstranit eventuální otřepy. Broušení má tu nevýhodu, že se na povrch může otisknout mimo jiné špína, z těchto důvodů se nedoporučuje.
Boky spojů a bezprostřední okolí musí být čisté, odmaštěné a suché. Jelikož je přírodní oxidová vrstva na povrchu hliníku poměrně hygroskopická, doporučuje se tuto vrstvu těsně před svařením odstranit, například nerezovými ocelovými kartáči.
Ocelové kartáče se nesmí používat v souvislosti s nebezpečím koroze kvůli ulpívajícím částečkám železa. Oxidový povlak, který vznikne přímo po vyčistění, ještě neobsahuje žádnou vodu, čímž zmizí jedna velmi častá příčina poréznosti. Tato
oxidová vrstva je zároveň (ještě) tenká a tedy lehce odstranitelná redukčním působením svářecího oblouku.
Vliv na mechanické vlastnosti
Při sváření se zpracovávaný materiál v blízkosti spoje vždy zahřívá na teplotu, která se pohybuje mezi pokojovou teplotou a teplotou, při které materiál taje. Diky tomuto je ve vysoké míře ovlivněno tzv. přechodové pásmo.
Rozlišujeme mezi:
Nelegovaný hliník
Nelegovaný hliník netvrzený za studena působí s ohledem na pevnost po svařování nejméně problémů. V nevytvrzeném stavu je pevnost přibližně stejná jako pevnost základního materiálů. Kvůli nízké pevnosti se nelegovaný hliník příliš nepoužívá
pro konstrukce, takže svařování nehraje takovou roli.
Netvrditelné slitiny
Pevnost těchto jakostí může být zvýšena jedině vyztužením. Tyto jakosti bývají také často dodávány ve stavu po tvarování za studena. Při svařování těchto slitin pevnost v závislosti na přívodu tepla v přechodovém pásmu klesá díky zotavení žíháním nebo rekrystalizaci. V nejhorším případě je pevnost v přechodovém pásmu rovna pevnosti v měkce žíhaném stavu. Z tohoto důvodu se jako údaj k výpočtu používají mechanické hodnoty v žíhaném stavu. Slitina AlMg4,5Mn vykazuje ze všech nevytvrditelných slitin největší pevnost v měkkém stavu.
Vytvrditelné slitiny
Pevnost slitin této skupiny je způsobena důmyslným tepelným ošetřením. Vlivem svařování se pevnost v přechodovém pásmu samozřejmě výrazně sníží. V závislosti na slitině a okolnostech svařování (zejména rychlosti vychladnutí) může postupně dojít k ztvrdnutí, čímž se ztráta na pevnosti do určité míry vyrovná. Pevnosti v přechodovém pásmu lze opětovně dosáhnout tepelným ošetřením, vhodným pro typ slitiny.
Výběr přídavného materiálu
Výběr přídavného materiálu závisí na materiálech, které mají být spojeny požadavcích na sváry.
Při výběru je nutno mimo jiné počítat s následujícími aspekty. Zejména vytvrzené slitiny jsou citlivé na pukliny způsobené horkem v přechodové zóně. Z těchto důvodů se doporučuje často používané slitiny na základě AlMgSi svářet slitinou AlSi5 jako přídavným materiálem. Pro optimální pevnost jsou tyto slitiny svařovány především slitinou AlMg. Ve standardních případech je svar na materiálu po ano dické oxidaci viditelný, protože dochází ke změně barvy. Tato odlišná barva je způsobena změnami struktury, které se mohou objevit v přechodovém pásmu, a druhem materiálu, který má v porovnání se základním kovem odlišné složení. Správným výběrem přídavného materiálu je možno tyto odlišnosti omezit na minimum.