Μέθοδοι συγκόλλησης αλουμινίου και τεχνικές συγκόλλησης κράματος αλουμινίου: λεπτομερές οδηγός

Το αλουμίνιο και τα κράματα αλουμινίου αντιπροσωπεύουν την πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη κατηγορία μη σιδηρούχων δομικών υλικών στη βιομηχανία. Αυτά τα κράματα αλουμινίου χαρακτηρίζονται από καλή αντοχή στη διάβρωση, υψηλή ειδική αντοχή και θερμική αγωγιμότητα, καθώς και από την ικανότητα να διατηρούν ευνοϊκές μηχανικές ιδιότητες σε χαμηλές θερμοκρασίες. Χάρη σε αυτές τις ιδιότητες, η συγκόλληση κράματος αλουμινίου εφαρμόζεται εκτενώς σε τομείς όπως η αεροδιαστημική, η αυτοκινητοβιομηχανία, η ηλεκτρολογική μηχανική, η χημική βιομηχανία, οι μεταφορές και η εθνική άμυνα.

Υπάρχουν πολλές διαθέσιμες μέθοδοι συγκόλλησης αλουμινίου, καθεμία από τις οποίες ταιριάζει σε διαφορετικά σενάρια εφαρμογής. Εκτός από τη συμβατική συγκόλληση με σύντηξη αλουμινίου, τη συγκόλληση με αντίσταση και τη συγκόλληση με αέριο, άλλες διαδικασίες σύνδεσης αλουμινίου - όπως η συγκόλληση με τόξο πλάσματος, η συγκόλληση με δέσμη ηλεκτρονίων, η συγκόλληση με συγκόλληση και η συγκόλληση διάχυσης κενού - μπορούν επίσης να ενώσουν εύκολα κράματα αλουμινίου.

Η επιλογή μιας κατάλληλης τεχνικής συγκόλλησης αλουμινίου βασίζεται στην ποιότητα του αλουμινίου ή του κράματος αλουμινίου, στο πάχος του τεμαχίου εργασίας, στη δομή του προϊόντος και στις απαιτήσεις συγκολλησιμότητας, μεταξύ άλλων παραγόντων.

(1) Συγκόλληση αερίου για αλουμίνιο (συγκόλληση οξυ-ακετυλενίου)
Η φλόγα συγκόλλησης αερίου οξυ-ακετυλενίου διαθέτει χαμηλή θερμική ισχύ και σχετικά διασπαρμένη θερμότητα, η οποία οδηγεί σε σημαντική παραμόρφωση του τεμαχίου εργασίας και χαμηλή παραγωγικότητα. Κατά τη συγκόλληση με αέριο παχύτερα εξαρτήματα αλουμινίου, απαιτείται προθέρμανση. το μέταλλο μετά τη συγκόλληση όχι μόνο παρουσιάζει χονδροειδείς κόκκους και χαλαρή δομή, αλλά είναι επίσης επιρρεπές σε ελαττώματα όπως εγκλείσματα αλουμίνας, πορώδες και ρωγμές. Αυτή η μέθοδος συγκόλλησης με αέριο αλουμινίου χρησιμοποιείται μόνο για μη κρίσιμα δομικά μέρη αλουμινίου με πάχη στην περιοχή 0,5–10 mm και για επισκευαστική συγκόλληση χυτών.

(2) Συγκόλληση τόξου βολφραμίου με αέριο (GTAW / Συγκόλληση TIG για αλουμίνιο)
Αυτή η μέθοδος εκτελείται υπό θωράκιση αερίου αργού. Η θερμότητα είναι σχετικά συγκεντρωμένη, το τόξο καίγεται σταθερά, το μέταλλο συγκόλλησης είναι πυκνό και οι συγκολλημένοι σύνδεσμοι έχουν υψηλή αντοχή και ολκιμότητα. Το αλουμίνιο συγκόλλησης TIG έχει αποκτήσει ολοένα και πιο διαδεδομένη βιομηχανική εφαρμογή. Η συγκόλληση τόξου με αέριο βολφραμίου είναι μια εξαιρετικά εκλεπτυσμένη διαδικασία συγκόλλησης αλουμινίου. Ωστόσο, ο εξοπλισμός του είναι σχετικά πολύπλοκος και δεν είναι κατάλληλος για λειτουργία σε εξωτερικούς, υπαίθριους χώρους.

(3) Συγκόλληση με τόξο μετάλλων με αέριο (GMAW / MIG Welding για αλουμίνιο)
Η αυτόματη και ημιαυτόματη συγκόλληση μεταλλικού τόξου αερίου διαθέτουν υψηλή ισχύ τόξου, συγκεντρωμένη θερμότητα και μια μικρή ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα. Η παραγωγικότητα μπορεί να αυξηθεί κατά 2 έως 3 σε σύγκριση με τη χειροκίνητη συγκόλληση TIG. Αυτή η διαδικασία συγκόλλησης αλουμινίου MIG μπορεί να συγκολλήσει πλάκες καθαρού αλουμινίου και κράματος αλουμινίου πάχους έως 50 mm. Για παράδειγμα, μια πλάκα αλουμινίου πάχους 30 mm μπορεί να συγκολληθεί χωρίς προθέρμανση. Εφαρμόζοντας μόνο δύο περάσματα, ένα στο μπροστινό μέρος και ένα στο πίσω μέρος, προκύπτει μια συγκόλληση με λεία επιφάνεια και εξαιρετική ποιότητα. Η ημιαυτόματη συγκόλληση αλουμινίου MIG είναι κατάλληλη για συγκολλήσεις με κόλληση, διακοπτόμενες βραχείες συγκολλήσεις και εξαρτήματα ακανόνιστου σχήματος. Ο ημιαυτόματος φακός συγκόλλησης επιτρέπει την άνετη και ευέλικτη λειτουργία, αλλά επειδή η διάμετρος του σύρματος πλήρωσης είναι σχετικά λεπτή, οι συγκολλήσεις από κράμα αλουμινίου που προκύπτουν παρουσιάζουν υψηλότερη ευαισθησία πορώδους.

(4) Παλμική συγκόλληση TIG για κράματα αλουμινίου
Αυτή η μέθοδος παλμικής συγκόλλησης αλουμινίου TIG βελτιώνει σημαντικά τη σταθερότητα της διαδικασίας συγκόλλησης σε χαμηλά ρεύματα και διευκολύνει τον έλεγχο της ισχύος τόξου και του σχηματισμού σφαιριδίων συγκόλλησης μέσω της προσαρμογής διαφόρων παραμέτρων διεργασίας. Παράγει ελάχιστη παραμόρφωση του τεμαχίου εργασίας και μια στενή ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα, καθιστώντας το ιδιαίτερα κατάλληλο για συγκόλληση φύλλων αλουμινίου, συγκόλληση σε όλες τις θέσεις και τη συγκόλληση θερμοευαίσθητων κραμάτων όπως σφυρηλάτηση κραμάτων αλουμινίου, ντουραλουμίου και σούπερ ντουραλουμίου.

(5) Αντίσταση σημειακής συγκόλλησης για φύλλα αλουμινίου
Αυτή η μέθοδος συγκόλλησης σε σημείο με αντίσταση αλουμινίου μπορεί να εφαρμοστεί για την ένωση φύλλων από κράμα αλουμινίου πάχους έως 4 mm. Για προϊόντα με υψηλότερες απαιτήσεις ποιότητας, μπορούν να χρησιμοποιηθούν μηχανές συγκόλλησης με παλμικό σημείο και ραφής συνεχούς ρεύματος. Αυτή η διαδικασία σημειακής συγκόλλησης αλουμινίου απαιτεί σχετικά πολύπλοκο εξοπλισμό και υψηλό ρεύμα συγκόλλησης, ωστόσο προσφέρει υψηλή παραγωγικότητα, καθιστώντας την ιδιαίτερα κατάλληλη για εξαρτήματα και εξαρτήματα μαζικής παραγωγής.

(6) Συγκόλληση με τριβή ανάδευσης (FSW) κραμάτων αλουμινίου
Το αλουμίνιο συγκόλλησης με τριβή ανάδευσης είναι μια τεχνολογία σύνδεσης στερεάς κατάστασης που εφαρμόζεται σε διάφορες πλάκες κραμάτων. Σε σύγκριση με τη συμβατική συγκόλληση με σύντηξη, το FSW αλουμινίου δεν παράγει πιτσίλισμα, χωρίς αναθυμιάσεις, δεν απαιτεί ούτε σύρμα πλήρωσης ούτε προστατευτικό αέριο και παράγει αρμούς χωρίς πορώδες και ρωγμές. Σε σύγκριση με τη συνηθισμένη συγκόλληση με τριβή, δεν περιορίζεται σε αξονικά συμμετρικά μέρη και μπορεί να συγκολλήσει ευθείες ραφές. Αυτή η μέθοδος συγκόλλησης αλουμινίου με τριβή ανάδευσης προσφέρει μια σειρά από περαιτέρω πλεονεκτήματα, όπως εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες αρμού, εξοικονόμηση ενέργειας, λειτουργία χωρίς ρύπανση και χαμηλές απαιτήσεις για προετοιμασία πριν από τη συγκόλληση. Λόγω του χαμηλού σημείου τήξης τους, το αλουμίνιο και τα κράματά του είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για τη διαδικασία συγκόλλησης αλουμινίου FSW.

(7) Συνεχής Συγκόλληση Ατμόσφαιρας Αζώτου (Αλουμίνιο CAB Brazing)
Ο κλίβανος συγκόλλησης με ατμόσφαιρα συνεχούς αζώτου είναι ένας κλίβανος σήραγγας με στατική ατμόσφαιρα που χρησιμοποιείται συνήθως για τη συγκόλληση αλουμινίου. Γενικά αποτελείται από μια μονάδα εφαρμογής ροής, έναν κλίβανο ξήρανσης, έναν θάλαμο συγκόλλησης, έναν θάλαμο ψύξης νερού και έναν θάλαμο ψύξης αέρα.

1. Μονάδα εφαρμογής ροής – Μεταφέρει τους εναλλάκτες θερμότητας αλουμινίου με έναν μεταφορικό ιμάντα, ψεκάζει ένα εναιώρημα ροής πάνω τους και στη συνέχεια φυσά το πλεονάζον υγρό.

2. Θάλαμος ξήρανσης – Στεγνώνει τη ροή στους 200°C περίπου.

3. Θάλαμος συγκόλλησης - Οι διαδικασίες πλήρωσης του κενού ροής, πλήρωσης μεταλλικού κενού πλήρωσης και αλληλεπίδρασης μεταξύ του μετάλλου πλήρωσης και του υλικού βάσης εμφανίζονται εδώ. Αυτός ο θάλαμος κλιβάνου συγκόλλησης αλουμινίου διαθέτει ενσωματωμένη δομή σιγαστήρα από ανοξείδωτο χάλυβα, με πλωτό άκρο εισόδου και σταθερό άκρο εξόδου. Ένας ανοξείδωτος δικτυωτός ιμάντας περνά μέσα από το σιγαστήρα, το οποίο διατηρείται κάτω από μια προστατευτική ατμόσφαιρα αζώτου και τα τεμάχια κατεργασίας ολοκληρώνουν τη συγκόλληση εντός του σιγαστήρα. Το άζωτο εισάγεται στο τμήμα όπου τα τεμάχια προς κατεργασία θερμαίνονται στη θερμοκρασία συγκόλλησης και εκκενώνεται προς την είσοδο και την έξοδο του θαλάμου. Τα ηλεκτρικά θερμαινόμενα στοιχεία είναι τοποθετημένα πάνω και κάτω από το σιγαστήρα με ζώνες ελέγχου PID και η περιφέρεια περιβάλλεται από θερμομόνωση και εξωτερικό χαλύβδινο περίβλημα.

4. Μπουφάν νερού ψύξης και θάλαμος ψύξης αέρα – Βρίσκονται στο τμήμα της ουράς, οι εναλλάκτες θερμότητας από συγκολλημένο αλουμίνιο περνούν διαδοχικά μέσα από το θάλαμο του χιτωνίου ψύξης νερού και τον θάλαμο ψύξης αέρα, όπου ψύχονται σε θερμοκρασία δωματίου.

(8) Συγκόλληση κενού για κράματα αλουμινίου
Η συγκόλληση κενού αλουμινίου αναφέρεται σε μια διαδικασία κατά την οποία τα τεμάχια εργασίας θερμαίνονται μέσα σε ένα θάλαμο κενού. Χρησιμοποιείται κυρίως για προϊόντα χαλκοσυγκόλλησης αλουμινίου υψηλής ποιότητας και για υλικά ευαίσθητα στην οξείδωση.

Πλεονεκτήματα της συγκόλλησης αλουμινίου υπό κενό:

1. Επειδή δεν χρησιμοποιείται ροή, η συγκόλληση αλουμινίου χωρίς ροή ενισχύει σημαντικά την αντοχή στη διάβρωση του προϊόντος, εξαλείφει διάφορες μορφές ρύπανσης και το σχετικό κόστος του εξοπλισμού επεξεργασίας και παρέχει ευνοϊκές ασφαλείς συνθήκες παραγωγής.

2. Η συγκόλληση υπό κενό αλουμινίου όχι μόνο εξοικονομεί μεγάλη ποσότητα δαπανηρής μεταλλικής ροής, αλλά επίσης απαλλάσσει από πολύπλοκες διαδικασίες καθαρισμού ροής, μειώνοντας έτσι το κόστος παραγωγής των εξαρτημάτων αλουμινίου.

3. Το πληρωτικό μέταλλο στη συγκόλληση κενού επιδεικνύει καλή διαβρεξιμότητα και ρευστότητα, επιτρέποντας τη συγκόλληση εξαρτημάτων με πολύπλοκες και στενές διόδους. Αυτή η διαδικασία συγκόλλησης αλουμινίου βελτιώνει την απόδοση του προϊόντος και παράγει στιβαρές, καθαρές επιφάνειες εργασίας.

4. Σε σύγκριση με άλλες μεθόδους, η εσωτερική δομή του κλιβάνου συγκόλλησης κενού και η στερέωση απολαμβάνουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, η οποία με τη σειρά της μειώνει το κόστος συντήρησης για τις εργασίες σύνδεσης αλουμινίου.