Repararea matrițelor din aluminiu: cum să alegeți sârma de sudare din aluminiu și tehnologia de sudare potrivită

Tehnologia de sudare din aluminiu

Utilizarea sculelor din aluminiu devine din ce în ce mai frecventă. Alegerea sârmei corecte de sudare și tehnica corectă de sudare vor repara eficient matrița.

Odată privit strict ca un material prototip de scule, aluminiul a devenit treptat o opțiune pentru producția de matrițe. Atunci când luăm în considerare această opțiune, este important să analizăm mai întâi diferența dintre oțel și aluminiu și apoi să stabilim modul de utilizare a conductivității termice sporite a aluminiului fără a reduce calitatea piesei. De asemenea, este important să avem în vedere probleme legate de întreținerea mucegaiului. Este relativ ușor să produceți piese de înaltă calitate cu matrițe din aluminiu, dar repararea acestor matrițe poate reprezenta provocări. Pentru a asigura repararea cu succes a matrițelor din aluminiu, este necesar să înțelegem diferențele dintre opțiunile din oțel și aluminiu și aliaje de aluminiu, precum și cunoștințe despre firele de sudare și tehnici de sudare adecvate.

Materiale: aluminiu și oțel

Aliajele de aluminiu de înaltă rezistență disponibile astăzi sunt o alternativă viabilă la oțelul sculelor. Aluminiul este utilizat în principal pentru producerea de prototipuri datorită costurilor reduse, astfel încât aluminiu are alte avantaje, ceea ce îl face o opțiune viabilă pentru producerea de matrițe.

În primul rând, datorită diverselor caracteristici cheie ale materialului, costul matrițelor din aluminiu este doar aproximativ jumătate din costul matrițelor din oțel și poate fi livrat în aproximativ jumătate din timp. De exemplu, deși oțelul este mult mai puternic decât aluminiul, aluminiul cântărește doar o treime din aluminiu și anumite materiale din aluminiu pot fi procesate pentru a produce o rezistență comparabilă cu oțelul. Deoarece aluminiul este mai moale decât oțelul, este mai ușor de tăiat. Combinația de rezistență ridicată și greutate redusă face ca aluminiul să aibă o gamă largă de utilizări, care poate fi utilizat pe scară largă în industria aerospațială, auto și în industrie.

Un alt avantaj al aluminiului față de oțel este rezistența mare la coroziune. Când aluminiul este expus la aer, se formează un strat subțire de oxid de aluminiu, care îmbunătățește rezistența la coroziune. În plus, pe măsură ce temperatura scade, aluminiul nu devine fragil ca oțelul. De fapt, poate crește rezistența la tracțiune și menține duritatea.

După cum știm cu toții, conductivitatea termică și conductivitatea electrică a aluminiului este de șase ori mai mare decât cea a oțelului. Conductivitatea termică a aluminiului joacă un rol esențial în sudarea și repararea mucegaiului, astfel încât sudarea se va vindeca mai repede. Acest lucru ajută, de asemenea, la obținerea mai multor GG; sudare, fixați mai bine metalul în loc și simplificați întreținerea la fața locului. Conductivitatea termică ridicată înseamnă că energia termică aplicată unei părți a metalului va fi rapid transferată în alte părți. Acest lucru menține materialul stabil în timp ce menține o temperatură ridicată. Cu toate acestea, pentru a evita deteriorarea pieselor, aluminiul trebuie sudat cu căldură mai intensă la o viteză mai rapidă, deoarece căldura va fi rapid disipată.

Alegerea aliajului

Dacă alegeți să folosiți aluminiu în următorul proiect de matriță, este foarte important să alegeți aliajul de aluminiu potrivit. Adăugarea unor elemente incluzând cupru, magneziu și zinc la matricea de aluminiu produce aliaje. Fiecare element adăugat va ajuta la îmbunătățirea proprietăților benefice unice ale aluminiului.

Există două categorii principale de aliaje de aluminiu: forjare și turnare. Aliajele forjate sunt turnate mai întâi în panouri de oțel, apoi prelucrate mecanic prin metode de laminare la cald sau la rece, cum ar fi rularea, forjarea, extrudarea și formarea, pentru a atinge forma dorită. Rulmentul este utilizat pentru producerea de foi, folii sau plăci de aluminiu; forjarea este folosită pentru a produce forme complexe cu proprietăți excelente, iar extrudarea este utilizată pentru a produce tuburi sau tije. Aliajul de turnare este turnat direct în forma dorită, ceea ce îl face foarte potrivit pentru aplicarea formelor complexe.

Aliajele forjate și turnate sunt clasificate în continuare ca fiind tratabile termic și non-tratabile termic. Aliajele tratabile cu căldură conțin elemente de aliere care cresc rezistența și solubilitatea materialului prin tratamentul termic, dar zona afectată de căldură (HAZ) nu este de obicei completată, ceea ce afectează rezistența oricărei suduri. Aliajele care nu pot fi tratate termic sunt consolidate prin metode de lucru la rece.

Aceste clasificări sunt considerente importante privind sudabilitatea și mentenabilitatea matrițelor din aliaj de aluminiu. Unele materiale sunt mai potrivite pentru procese de sudare specifice, astfel încât atunci când producătorul de matrițe determină materialul de sudare, trebuie luată în considerare și metoda de sudare.

Unele aliaje de aluminiu utilizate în mod obișnuit sunt produse din familia de serii 7000 . Aceste aliaje sunt atractive pentru modelele, deoarece de obicei au o rezistență ridicată comparabilă cu oțelul și sunt mai durabile decât alte serii. Zincul este principalul element de aliere din aceste aliaje de aluminiu. Este utilizat în combinație cu alte elemente (cum ar fi magneziu și cupru) pentru a-l ajuta să devină un aliaj puternic la temperatura ambiantă. Adăugarea de zinc face, de asemenea, tratarea termică cu aluminiu, întărind astfel precipitatul, o tehnică de încălzire folosită pentru a crește rezistența la randament. Prin întărirea precipitațiilor, aliajele din seria 7000 pot atinge o rezistență la tracțiune de până la 700 MPa (megapascali), cel mai înalt din orice aliaj de aluminiu. După dispersarea elementelor de aliere prin laminare și forjare, tratamentul termic este mai eficient. Combinația dintre aceste trei procese va stabili proprietățile necesare pentru aluminiu de înaltă rezistență. Deși aliajele din seria 7000 au o rezistență bună la oboseală și prelucrabilitate, acestea au o rezistență la coroziune mai slabă decât alte aliaje de aluminiu, astfel încât acestea sunt susceptibile la fisurarea coroziunii la stres și sunt greu de sudat.

Alte opțiuni populare pentru aplicațiile de matrițe de producție sunt aliajele din seria 2000, 5000 și 6000 . Prin adăugarea de cupru, cele din seria 2000 pot fi întărite de precipitații ca în seria 7000 , oferindu-le o rezistență similară cu oțelul, dar aliajele din seria 2000 au o rezistență mai mică la coroziune, în comparație cu acestea, acestea sunt mai sensibile la fisurarea coroziunii la stres. Datorită acestei fragilități în seria 7000 , multe aliaje din seria 2000 sunt considerate ne-sudabile.

Magneziul este adăugat la aliajele din seria 5000 . Magneziul poate oferi o consolidare a soluției solide și proprietăți îmbunătățite de întărire a eforturilor, astfel încât acestea să aibă o rezistență ridicată a tratamentului termic în aliajele de aluminiu. Datorită acestor caracteristici, aliajele din seria 5000 sunt foarte greu de extras și costisitoare. Sunt făcute în principal în foi și plăci și sunt folosite ocazional doar ca piese turnate.

Aluminiul din seria 6000 este aliat cu magneziu și siliciu pentru a realiza un aliaj rezistent la căldură, puternic și ușor de extrudat, cu o bună rezistență la coroziune. Deși aliajele din seria 6000 sunt unul dintre aliajele de uz general utilizate în general, acestea nu pot atinge rezistența ridicată a aliajelor din seria 2000 și 7000 .

Aceste alte serii de aliaje sunt, de obicei, produse de aceeași fabrică care fabrică panourile din seria de aliaje 7000 , dar nu sunt laminate, forjate și tratate termic pentru a crește rezistența. În schimb, aruncați aceste aliaje direct în forma lor finală, astfel încât să își poată obține proprietățile, inclusiv rezistența și sudabilitatea, din compoziția aliajului decât prin procesul de fabricație. Deoarece aliajul turnat nu trebuie să fie laminat sau forjat într-o formă de placă sau foaie, el poate fi utilizat mai economic pentru forme complexe ale produsului. Cu toate acestea, nu vor avea aceeași rezistență ca produsele similare laminate sau forjate. Aliajele turnate sunt o alegere populară pentru producția de prototipuri, deoarece costă aproximativ jumătate din costul aliajelor din seria 7000 . Pentru prototipuri, aliajele mai slabe sunt acceptabile. Pot fi, de asemenea, furnizate aliaje din seria 2000 în formă laminată sau forjată pentru a obține un echilibru bun între rezistența și caracteristicile de sudare. Ambele tipuri de aliaje sunt ușor de sudat în funcție de caracteristicile respective.

Calitatea ideală inerentă fiecărei serii de aliaje va determina aplicațiile lor adecvate de producție. Datorită rezistenței sale ridicate, aliajele din seria 7000 sunt utilizate în mod obișnuit în aplicații de înaltă performanță, cum ar fi aerospațial, vehicule blindate și echipamente sportive. Aliatele din seria 2000 cu o rezistență comparabilă sunt utilizate în mod obișnuit în aplicații aeronautice sau aerospațiale, în timp ce aliajele din seria 5000 au o capacitate mai mare de sudare și rezistență non-termică, ceea ce le face utile pentru diverse aplicații structurale, cum ar fi poduri, clădiri, camioane etc. Construcția navelor și vasele sub presiune. Aleele din seria 6000 sunt metode simple și economice de extrudare a aliajelor, ceea ce le face potrivite atât pentru sudare cât și pentru diferite forme de extrudare.

Selectarea sârmei de sudare din aliaj de aluminiu

Diferite aliaje de aluminiu necesită fire de sudare diferite pentru a realiza sudarea cu succes. Caracteristicile sârmei de sudare trebuie să se potrivească cu caracteristicile aliajului specific ce urmează a fi sudat și trebuie luate în considerare și capacitatea de asociere a culorilor, rezistența și influența asupra zonei afectate de căldură a sârmei de sudare. În plus, firul de sudare trebuie să aibă o temperatură de topire similară cu cea a materialului său de bază pentru a putea efectua sudarea eficientă. De exemplu, un aliaj de aluminiu cu un conținut ridicat de magneziu trebuie sudat cu un aliaj de umplutură care conține și un conținut ridicat de magneziu. Fiecare tip de sârmă de sudură are propria compoziție chimică dinamică, care va produce rezultate mai eficiente pentru aliajele de aluminiu cu caracteristici similare. Pe lângă îmbunătățirea eficienței producției, distorsiunea sudării ar trebui, de asemenea, redusă.

Întreținerea matrițelor de producție realizate cu mai multe aliaje din seria 7000 este dificilă, deoarece sensibilitatea lor la fisurarea termică sau la fisurarea coroziunii la stres le împiedică să se sudeze folosind tehnologia de sudare pe arc. Excepțiile de la această regulă sunt 7003 și 7005 aliaje extrudate și aliaje de plăci 7039 . Aliajele calificate din seria 7000 pot fi sudate cu ajutorul sârmei de sudare din aliaj 5356 sau 2319 , ambele putând produce suduri neperoase de rezistență acceptabilă, care pot fi adaptate la integritatea aluminiului aliaj. 5356 este frecvent utilizat în aceste fire de sudare, deoarece este rigid și poate asigura o rezistență acceptabilă și o alimentare continuă, în timp ce 2319 este tratabil termic și are o rezistență ridicată și o ductilitate bună. 5356 sudare sârma are, de asemenea, o umplutură cu 5% conținut de magneziu, care poate reduce sensibilitatea la fisurile de sudare. Cu cât conținutul de magneziu este mai mare, cu atât este mai mic riscul de fisurare.

Două fabrici producătoare de aliaje de aluminiu din seria 7000 au contribuit la dezvoltarea firelor de sudare proprii ale aliajelor proiectate pentru aliaje de aluminiu din seria 7000 . Aceste produse nu au fost utilizate pe scară largă, dar toate rezultatele testelor timpurii arată că potrivirea culorilor este îmbunătățită comparativ cu firele de sudare 2319 și 5356 . Cu toate acestea, pentru aceste noi fire, zona afectată de căldură în jurul zonei de reparație a sudurilor este comună pentru toate aliajele tratate termic în toate procesele de reparație.

Sârmă de sudare 2319 este potrivită pentru modelele de sudare realizate din aliaje din seria 2000 . Aliajele din seria forjată 2000 pot fi tratate termic pentru a obține o rezistență la tracțiune mai mare, care poate fi la fel de mare ca 448 MPa. Formează aliaje cu cupru și ajută la producerea caracteristicilor de sudare mai bune. Testele au arătat că sârma de sudare 2319 are o calitate excelentă a sudării și o potrivire a culorilor. Atunci când potrivirea culorilor este foarte importantă, devine o alegere populară. 2000 aliajele din serie au proprietăți de îmbătrânire și temperare mai mari, deci au o rezistență la oboseală termică mai mare decât aliajele din seria 7000 , ceea ce înseamnă că căldura generată de sudarea nu va determina scăderea rezistenței materialului sudat.

Aliajele din seria 6000 sunt aliaje forjate tratate termic care prezintă o zonă afectată de căldură în jurul zonei de sudură. Firul de sudare adecvat pentru sudarea seria 6000 din aliaj de aluminiu este 4043, care este unul dintre firele de sudare ușor de manevrat. Are un punct de topire mai mic și o fluiditate mai bună, deci este mai puțin sensibil la fisurile de sudare. Acest fir de sudură este potrivit pentru aplicații critice în care rezistența și culoarea zonei de sudare sunt potrivite. Cu toate acestea, dacă materialul părinte va fi anodizat după reparare, 5356 firul de sudare este o alegere mai bună și va produce o potrivire a culorilor mai strânsă, deoarece 4043 va deveni gri închis după anodizare.

Deoarece aliajele turnate asigură o structură mai puternică a bobului, iar aliajele forjate au o porozitate mai mare, acestea sunt mai susceptibile să prezinte o reparabilitate mai puternică a sudurii. Alegerea ideală pentru aliajul de aluminiu din seria 5000 este 5356 sârmă de sudură, în timp ce sârmă de sudare {{2} este potrivită pentru seria 2000 . Aceste fire de sudare produc o potrivire excelentă a culorilor cu aliajul datorită conținutului lor scăzut de siliciu, care menține efectul de amestecare a argintului anodizat în locul negrului evident și neatractiv. Ca un produs care nu este tratat termic, aliajul turnat nu are nicio zonă afectată de căldură în jurul sudurii, astfel încât zona de sudură nu este vizibilă pe suprafața finisată a matriței.

Abilități de reparare a matriței din aluminiu

Odată ce sârma de sudare corespunzătoare este selectată, focalizarea trebuie deplasată către tehnologia corespunzătoare a matriței care urmează să fie sudată. Acesta este un factor important pentru repararea cu succes a sudurilor. Tehnologia adecvată implică nu numai sudarea efectivă, ci și mai multe tehnologii. De asemenea, trebuie să ia în considerare condițiile de mediu și preîncălzirea materialului, ceea ce va elimina condensul și va îmbunătăți sudabilitatea acestuia.

În general, curentul alternativ (AC) este utilizat pentru sudarea aluminiului, dar curentul continuu (CC) poate produce rezultate mai bune la repararea aliajelor de mucegai. AC și DC se referă la polaritatea curentului atunci când acesta trece prin electrozi. Alegerea electrodului cu polaritatea corespunzătoare va avea un impact semnificativ asupra rezistenței și calității sudurii.

Așa cum am menționat anterior, când aluminiul este expus la aer, se formează un strat subțire de oxid de aluminiu. Dacă stratul de oxid nu este îndepărtat, acesta va afecta negativ fuziunea și fluiditatea corespunzătoare a sudurii. Temperatura necesară pentru îndepărtarea acestui strat este mult mai mare decât temperatura necesară pentru a topi aluminiu de bază. Curentul alternativ curge jumătate din timp într-o direcție și jumătate în cealaltă direcție. Deoarece curentul alternativ modifică adesea polaritatea (polaritatea este modificată 120 de ori pe secundă la un curent de 60 Hz), stratul de oxid este mai întâi îndepărtat, permițând metalului de bază să se topească și să se topească mai rapid. Pentru a obține rezultate bune, este necesar un curent egal și echilibrat în ambele direcții.

Curentul curent curge doar într-o direcție, formând o polaritate constantă. Sudurile cu impulsuri continue vor produce impulsuri de arc între curenții de fund ridicați și cei mici, care vor îngusta zona afectată de căldură și căldura aplicată materialului-mamă, păstrând astfel performanța inițială a metalului. Utilizarea sudurilor cu impulsuri ca conduce la o porozitate mai mare în zona sudată și o potrivire slabă a culorilor. Când se utilizează un curent de sudură prea scăzut, când gazul este antrenat de turbulența de sudare, poate apărea porozitatea. La aluminiu, sudarea trebuie efectuată rapid pentru a împiedica căldura să pătrundă în blocul-mamă. Dacă execuția este prea lentă, riscul de supraîncărcare va crește.

Pe măsură ce utilizarea sculelor din aluminiu crește, costul pieselor va scădea, ceea ce la rândul său va face utilizarea instrumentelor din aluminiu mai frecvente. Alegerea sârmei și tehnologiei potrivite de sudare va facilita procesele potențial dificile și va oferi rezultate excelente de sudare.