Ремонт алюмінієвої форми: як вибрати правильний алюмінієвий зварювальний дріт та технологію зварювання

Технологія зварювання алюмінію

Використання алюмінієвих інструментів стає все більш поширеним. Вибір правильного зварювального дроту та правильна техніка зварювання дозволить ефективно відновити форму.

Колись строго розглядався як прообразний інструментальний матеріал, алюміній поступово став варіантом для виготовлення прес-форм. Розглядаючи цей варіант, важливо спочатку подивитися на різницю між сталлю та алюмінієм, а потім визначити, як використовувати підвищену теплопровідність алюмінію без зниження якості деталі. Також важливо розглянути питання, пов’язані з обслуговуванням цвілі. Виробляти високоякісні деталі з алюмінієвими формами порівняно просто, але ремонт цих форм може становити проблеми. Для забезпечення успішного ремонту алюмінієвих форм необхідно розуміти відмінності між варіантами сталі та алюмінію та алюмінієвого сплаву, а також знання про зварювальні дроти та правильні методи зварювання.

Матеріали: алюміній та сталь

Високоміцні алюмінієві сплави, доступні сьогодні, є життєздатною альтернативою інструментальній сталі. Алюміній в основному використовується для виготовлення прототипів через його низьку вартість, тому алюміній має інші переваги, що робить його життєздатним варіантом для виготовлення прес-форм.

По-перше, через різні основні характеристики матеріалу вартість алюмінієвих форм становить лише приблизно половину вартості сталевих форм, і їх можна доставити приблизно в половину часу. Наприклад, хоча сталь набагато міцніша за алюміній, алюміній важить лише третину алюмінію, а деякі алюмінієві матеріали можуть бути перероблені для отримання міцності, порівнянної зі сталі. Оскільки алюміній м'якший за сталь, його легше різати. Поєднання високої міцності та низької ваги робить алюміній широким спектром використання, який може широко застосовуватися в аерокосмічній галузі, автомобілях та промисловості.

Ще одна перевага алюмінію перед сталлю - його висока стійкість до корозії. При потраплянні алюмінію на повітря утворюється тонкий шар оксиду алюмінію, що підвищує стійкість до корозії. Крім того, зі зниженням температури алюміній не стає крихким, як сталь. Насправді це може підвищити міцність на розрив і підтримувати в'язкість.

Як ми всі знаємо, теплопровідність та електропровідність алюмінію в шість разів перевищують сталь. Теплопровідність алюмінію відіграє найважливішу роль у зварюванні та ремонті цвілі, завдяки чому зварювання швидше затвердіє. Це також допомагає досягти більшої кількості&"практичного GG"; зварювання, краще закріпіть метал на місці та спростіть технічне обслуговування на місці. Висока теплопровідність означає, що теплова енергія, подана на одну частину металу, буде швидко передаватися іншим частинам. Це зберігає матеріал стабільним при збереженні високої температури. Однак, щоб уникнути зносу деталей, алюміній потрібно зварювати більш інтенсивним теплом зі швидкістю, оскільки тепло швидко розсіюється.

Вибір сплаву

Якщо ви вирішили використовувати алюміній у наступному проекті з форми, дуже важливо вибрати правильний алюмінієвий сплав. Додавання елементів, включаючи мідь, магній та цинк, до алюмінієвої матриці дає сплави. Кожен доданий елемент допоможе покращити унікальні корисні властивості алюмінію.

Існує дві основні категорії алюмінієвих сплавів: ковка та лиття. Ковані сплави спочатку відливають у сталеві заготовки, а потім механічно обробляють гарячим або холодним способом прокатки, такими як прокатка, кування, екструдування та формування для досягнення бажаної форми. Прокат використовується для виготовлення алюмінієвих листів, фольги або пластин; кування використовується для отримання складних форм з чудовими властивостями, а екструзія використовується для отримання труб або стрижнів. Сплав лиття безпосередньо виливається в потрібну форму, що робить його дуже придатним для нанесення складних форм.

Ковані та литі сплави далі класифікуються як термічно оброблені та не піддаються термічній обробці. Піддаються термообробці сплави містять легуючі елементи, які підвищують міцність та розчинність матеріалу за допомогою термічної обробки, але зона, що зазнає впливу тепла (HAZ), зазвичай не повністю відпалюється, що впливає на міцність будь-якого зварювального шва. Неплавкі сплави, що піддаються обробці, зміцнюються методами холодної обробки.

Ці класифікації є важливими міркуваннями щодо зварюваності та ремонтопридатності форм з алюмінієвого сплаву. Деякі матеріали більше підходять для конкретних зварювальних процесів, тому коли виробник форми визначає зварювальний матеріал, слід також враховувати спосіб зварювання.

Деякі часто використовувані алюмінієві сплави випускаються із сімейства серій 7000 . Ці сплави привабливі для формоутворювачів, оскільки вони, як правило, мають високу міцність, порівнянну зі сталлю, і більш міцні, ніж інші серії. Цинк є головним легуючим елементом у цих алюмінієвих сплавах. Він використовується в поєднанні з іншими елементами (такими як магній і мідь), щоб допомогти йому стати міцним сплавом при температурі навколишнього середовища. Додавання цинку також робить алюмінієву теплоту обробкою, тим самим твердіючи осад, нагрівальною технікою, що використовується для підвищення межі текучості. Шляхом затвердіння опадів сплави серії 7000 можуть досягати міцності на розрив до 700 МПа (мегапаскалі), найвищої з будь-якого алюмінієвого сплаву. Після розсіювання легуючих елементів прокатом і куванням термообробка є більш ефективною. Поєднання цих трьох процесів встановить властивості, необхідні для високоміцного алюмінію. Хоча сплави серії 7000 мають хорошу втомну міцність та оброблюваність, вони мають меншу стійкість до корозії, ніж інші алюмінієві сплави, тому вони чутливі до корозійного розтріскування і важко зварюються.

Іншими популярними варіантами застосування для виготовлення прес-форм є сплави серії 2000, 5000 та 6000 . Додаючи мідь, ті, що в серії 2000, можуть бути загартовані твердішими опадами, як у серії 7000 , що надає їм схожість на сталі, але сплави в серії 2000 мають нижчу корозійну стійкість, тому порівняно з тими, вони більш чутливі до стресових корозійних розтріскувань. Через цю крихкість у серії 7000 багато сплавів серії 2000 вважаються незварюваними.

Магній додають до 5000 серійних сплавів. Магній може забезпечити зміцнення твердого розчину та покращити деформаційні твердіючі властивості, завдяки чому вони мають високу міцність не нагрівання в алюмінієвих сплавах. Через ці характеристики сплави 5000 серії дуже важко екструдовані та дорогі. Вони в основному складаються з листів і плит і лише зрідка використовуються як формовані деталі.

Алюміній серії 6000 легується магнієм і кремнієм, щоб зробити термостійкий, міцний і легко екструдований сплав з хорошою стійкістю до корозії. Хоча 6000 серійні сплави є одним із загальновживаних сплавів загального призначення, вони не можуть досягти високої міцності 2000 та 7000 серійних сплавів.

Ці інші серії сплавів зазвичай випускаються на тій же фабриці, яка виготовляє заготовки серії сплавів серії 7000 , але вони не прокатуються, не куються і не піддаються термічній обробці для підвищення міцності. Натомість вилийте ці сплави безпосередньо в їх остаточну форму, щоб вони могли отримати свої властивості, включаючи міцність і зварюваність, зі складу сплаву, а не через виробничий процес. Оскільки литий сплав не потрібно згортати чи ковати у форму пластини чи листа, його можна використовувати більш економно для складних форм виробів. Однак вони не матимуть такої міцності, як прокатні або ковані подібні вироби. Литі сплави є популярним вибором для виготовлення прототипів, оскільки вони коштують приблизно в половину вартості сплавів 7000 серії. Для прототипів прийнятні слабкі сплави. Модифіковані 2000 серійні сплави у рулонному чи кованому вигляді також можуть бути забезпечені для досягнення хорошого балансу між міцністю та характеристиками зварювання. Обидва типи сплавів легко зварювати відповідно до їх відповідних характеристик.

Ідеальна якість, притаманна кожній серії сплавів, визначатиме їх відповідне виробниче застосування. Через свою високу міцність сплави серії 7000 зазвичай використовуються у високоефективних додатках, таких як аерокосмічний, бронеавтомобіль та спортивне спорядження. Сплави серії 2000 із порівнянною міцністю зазвичай застосовуються в літальних та космічних областях, тоді як сплави серії 5000 мають більш високу зварюваність і міцність, що не піддається обробці тепла, що робить їх корисними для різних структурних застосувань, таких як мости, будівлі, вантажні автомобілі та ін. Суднобудівні та напірні посудини Сплави серії 6000 - це прості та економічні методи екструзії сплавів, що робить їх придатними як для зварювання, так і для різних форм екструзії.

Вибір зварювального дроту з алюмінієвого сплаву

Для досягнення успішного зварювання різні алюмінієві сплави потребують різних зварювальних дротів. Характеристики зварювального дроту повинні відповідати характеристикам конкретного сплаву, що зварюється, також слід враховувати здатність відповідності кольорів, міцність та вплив на зону впливу тепла зварювального дроту. Крім того, для ефективного зварювання зварювальний дріт повинен мати температуру плавлення, аналогічну температурі його основного матеріалу. Наприклад, сплав алюмінію з високим вмістом магнію слід зварювати із сплавом наповнювача, який також містить високий вміст магнію. Кожен тип зварювального дроту має свій динамічний хімічний склад, який дасть більш ефективні результати для алюмінієвих сплавів з подібними характеристиками. Окрім підвищення ефективності виробництва, також слід зменшити спотворення зварювання.

Обслуговування виробничих форм, виготовлених із кількох сплавів серії 7000 , є складним завданням, оскільки їх чутливість до термічного розтріскування або розтріскування під нанесенням корозії запобігає їх зварюванню за допомогою технології дугового зварювання. Винятки з цього правила - 7003 і 7005 екструдовані сплави та 7039 пластинчасті сплави. Кваліфіковані сплави 7000 серії можуть бути зварені за допомогою зварювального дроту 5356 або 2319 , обидва з яких можуть створювати непористі зварні шви прийнятної міцності, які можуть відповідати цілісності алюмінію сплав. 5356 зазвичай використовується в цих зварювальних проводах, тому що він жорсткий і може забезпечити прийнятну міцність і постійну подачу, тоді як 2319 піддається термічній обробці і має високу міцність і хорошу пластичність. 5356 зварювання дріт також має наповнювач із вмістом магнію 5%, що може знизити чутливість до зварювальних тріщин. Чим вище вміст магнію, тим менший ризик розтріскування.

Дві фабрики, що виробляють алюмінієві сплави серії 7000 , допомогли розробити провідні зварювальні дроти, призначені для алюмінієвих сплавів серії 7000 . Ці вироби широко не використовуються, але всі результати раннього випробування показують, що відповідність кольорів покращується порівняно зі зварювальним дротом 2319 та 5356 . Однак для цих нових проводів зона, що зазнає впливу тепла, навколо зони ремонту зварних швів є загальною для всіх термооброблених сплавів у всіх ремонтних процесах.

2319 зварювальний дріт підходить для зварювальних форм із сплавів серії 2000 . Ковані сплави 2000 можуть бути піддані термічній обробці для досягнення більшої міцності на розрив, яка може досягати 448 МПа. Вони утворюють сплави з міддю і допомагають отримати кращі зварювальні характеристики. Випробування показали, що зварювальний дріт 2319 має чудову якість зварювання та відповідність кольору. Коли відповідність кольорів дуже важлива, вона стає популярним вибором. 2000 Сплави серії мають більш високі властивості старіння та загартування, тому вони мають більш високу стійкість до термічної втоми, ніж сплави серії 7000 , що означає, що тепло, отримане зварювання не призведе до зниження міцності зварного матеріалу.

Сплави серії 6000 - це ковані сплави, які піддаються термічній обробці, які показують зону впливу тепла навколо зони зварювання. Відповідний зварювальний дріт для зварювання алюмінієвого сплаву серії 6000 - це 4043, який є одним із простих в обробці зварювальних дротів. Він має нижчу температуру плавлення і кращу плинність, тому менш чутливий до зварювальних тріщин. Цей зварювальний дріт підходить для критичних застосувань, коли міцність і колір місця зварювання співпадають. Однак якщо основний матеріал буде анодований після ремонту, 5356 зварювальний дріт є кращим вибором і дасть ближчу кольорову відповідність, оскільки 4043 стане темно-сірим після анодування.

Оскільки литі сплави забезпечують більш міцну структуру зерна, а ковані сплави мають більшу пористість, вони, швидше за все, демонструють більш високу стійкість до зварювання. Ідеальний вибір алюмінієвого сплаву серії 5000 - це зварювальний дріт 5356 , тоді як зварювальний дріт 2319 підходить для сплаву серії 2000 . Ці зварювальні дроти дають чудову відповідність кольору зі сплавом через їх низький вміст кремнію, який підтримує ефект анодизованого змішування срібла замість очевидного та непривабливого чорного кольору. Як продукт, який не піддається термічній обробці, литий сплав не має зони термічного впливу навколо зварного шва, тому область зварного шва не видно на готовій поверхні форми.

Навички ремонту алюмінієвої форми

Після того, як обраний відповідний зварювальний дріт, фокус слід змістити на відповідну технологію форми, яку потрібно зварювати. Це важливий фактор для успішного ремонту зварних швів. Відповідна технологія передбачає не тільки власне зварювання, але й більше технологій. Він також повинен враховувати умови навколишнього середовища та попереднє нагрівання матеріалу, що усуне конденсацію та покращить його зварюваність.

Як правило, для зварювання алюмінію використовується змінний струм (змінного струму), але постійний струм (постійний струм) може давати кращі результати при ремонті прес-форм. AC і DC відносяться до полярності струму, коли він протікає через електроди. Вибір електрода з належною полярністю матиме істотний вплив на міцність і якість зварного шва.

Як згадувалося раніше, коли алюміній потрапляє на повітря, утворюється тонкий шар оксиду алюмінію. Якщо оксидний шар не буде видалений, це негативно вплине на належне плавлення та плавкість зварювання. Температура, необхідна для видалення цього шару, набагато вище температури, необхідної для розплавлення основного алюмінію. Змінного струму тече половину часу в одному напрямку і наполовину в іншому напрямку. Оскільки змінний струм часто змінює полярність (полярність змінюється 120 разів на секунду при струмі 60 Гц), оксидний шар спочатку видаляється, що дозволяє основний метал плавитися і плавитися швидше. Для отримання хороших результатів потрібен рівний і врівноважений струм в обох напрямках.

Прямий струм тече лише в одному напрямку, утворюючи постійну полярність. Імпульсні зварювачі постійного струму створюватимуть дугові імпульси між високими піковими та низькими фоновими струмами, що звузить зону впливу тепла та тепла, що подається на основний матеріал, зберігаючи тим самим початкові показники металу. Використання імпульсних зварювальних пристроїв змінного струму призводить до більшої пористості в зоні, що зварюється, і поганої відповідності кольорів. Якщо застосовується занадто низький зварювальний струм, коли газ заважає турбулентність зварювання, може виникати пористість. Що стосується алюмінію, зварювання повинно проводитися швидко, щоб запобігти проникненню тепла в материнський блок. Якщо виконання буде занадто повільним, ризик перевитрати зросте.

Із збільшенням використання алюмінієвих інструментів вартість деталей зменшиться, що, в свою чергу, зробить використання алюмінієвих інструментів більш поширеним. Вибір правильного зварювального дроту та технології полегшить потенційно складні процеси та забезпечить чудові результати зварювання.