16 października 2021



Struktura spoiny przy spawaniu aluminium
W złączu spawanym możemy wyróżnić: spoinę, strefę częściowego stopienia (SCS), strefę roztworu stałego, strefę miękką oraz materiał rodzimy (nienaruszony przez wpływ ciepła, rys 4).
Spoina ma charakter dendrytyczny. W przestrzeniach pomiędzy dendrytami znajdują się fazy niskotopliwe oraz pęcherze gazowe. W strefie roztworu stałego następuje rozpuszczenie się wydzieleń (istniejących po utwardzaniu wydzieleniowym stopu) i przesycenie roztworu skutkujące rozrostem ziarna. Strefa miękka cechuje się największym spadkiem twardości, można się więc spodziewać, że właściwości mechaniczne tutaj będą pogorszone. Stopy obrabiane cieplnie, po spawaniu i przesyceniu, mają właściwość naturalnego starzenia po procesie spawania (wydzielają się drobne fazy umacniające stop) /1/.

rys3_b
Rys. 3 Strefy złącza spawanego aluminiowego i rozkłady twardości dla stopów odkształconych na zimno i obrabianych cieplnie /3/, /4/

Wytrzymałość złącza aluminiowego może wynosić 50-90% wytrzymałości materiału rodzimego. Na rys. 4 schematycznie przedstawiono struktury strefy wpływu ciepła spoin stopów obrabianych i nieobrabianych cieplnie /3/. W obszarze odprężanym w temperaturze od 300 °C do 450 °C (rekrystalizacja i odbudowa struktury) występuje zmiękczenie odprężeniowe, a w wyniku wydzielania się składników stopowych wzrasta kruchość i spada odporność korozyjna.

rys4_b
Rys.  4  Porównanie wygląd stref obróbki spoiny na przekroju stopów obrabianych i nieobrabianych cieplnie wraz z rozkładem twardości Rockwella stopu AL.-Zn-Mg (japońskie stopy T4 i T6) /3/

Jak wynika z rysunku 4, w przypadku spawania stopu obrabianego cieplnie, zaraz po spawaniu spoina i strefa wpływu ciepła ulegają zmiękczeniu, lecz przy prawidłowym doborze stopiwa, po pewnym czasie twardość spoiny wraca do poziomu twardości materiału rodzimego. Strefa wpływu ciepła SWC stopów nie obrabianych cieplnie, utwardzanych poprzez umocnienie w roztworze stałym na skutek wydzielania się dodatków stopowych, których rozpuszczalność spada, nie wykazuje dużego spadku wytrzymałości /3/.

Wnioski:
1/ Temperaturę podgrzewania określamy po lustrzanym połysku spawanego materiału obok jeziorka spawalniczego.
2/ Duża przewodność cieplna wymaga dużego napięcia, które służy do grzania podłoża do metalicznego połysku. Ponieważ topienie odbywa się w wyniku fizycznego kontaktu gorących gazów łuku (plazma jest odpychana od materiału), to prąd spawania nie zależy od przewodności cieplnej spawanego materiału, a od grubości spawanej blachy, dochodząc do 180A. Te parametry musi zapewnić półautomat spawalniczy i mieszanka gazowa.
3/ Spawanie ciężkich konstrukcji aluminiowych o grubości powyżej 20mm wymaga czystej hali , wysokiej jakości urządzenia, drutu odgazowanego próżniowo i dużego doświadczenia spawacza pracującego małymi energiami liniowymi.
4/ Przy spawaniu aluminium, zamiast ruchów zakolowych, stosujemy ruchy posuwisto zwrotne (podłużne).

dr inż. Leszek Gardyński, Michał Adamiak,
Politechnika Lubelska
Hubert Padula, Dariusz Cyganek,
Morska Stocznia Remontowa, Świnoujście
Ryszard Jastrzębski, Krzysztof Trześniewski, Grzegorz Cios,
Instytut Łączenia Metali w Krakowie

Autorzy dziękują Janowi Borawskiemu
i Zenonowi Stadnickiemu za cenne uwagi praktyczne

Literatura:
/1/ R. Jastrzębski , G. Cios , L. Gardyński : „Wprowadzenie do metalurgii spawania aluminium i jego stopów” Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie 9/2012
/2/ L.A. Dobrzański „Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo”
/3/ Japan Welding Society: „Metody spawania oraz urządzenia spawalnicze”, wydawnictwo Sanpō, 2008.
/4/ Japan Welding Society: „Metalurgia Spawania” wydawnictwo Sanpō, 1978
/5/ G. Padula, R. Jastrzębski, J. Nowacki , Z. Latała: Decodificación de los conocimientos prácticos como un paso más hacia la creación de software de apoyo para el análisis microscópico cualitativo de las juntas. Materiały konferencyjne EUROJOIN 6, Santiago de Compostela
/6/ Gardyński L.: „Odporność na pękanie zmęczeniowe materiałów stosowanych na tłoki. Cz. I Materiały stosowane na tłoki”. Samochody Specjalne, nr 4/2003
/7/ Gardyński L.: „Odporność na pękanie zmęczeniowe materiałów stosowanych na tłoki. Cz. II Badania odporności materiału tłoka na zmęczenie cieplne”. Samochody Specjalne, nr 5/2003
/8/ A. Jastrzębski, E. Tasak: Wpływ pulsacji łuku MIG na strukturę spoin stopów aluminium, Przegląd spawalnictwa 7/2009