Firma VIGOR sp. z o.o. 
Aluminium i jego stopy stanowią dziś jedne z najbardziej wszechstronnych i pożądanych materiałów konstrukcyjnych. Ich niska masa w połączeniu z imponującą wytrzymałością sprawia, że są niezastąpione w przemyśle. Zdolność do łączenia elementów aluminiowych za pomocą spawania jest kluczowa dla wykorzystania pełnego potencjału tego materiału w złożonych konstrukcjach. Jednakże, w przeciwieństwie do stali, spawanie aluminium stanowi znacznie większe wyzwanie technologiczne. Wynika to z kilku specyficznych właściwości aluminium.
Wyzwania przeszłości a motywacja do innowacji w spawaniu aluminium
Historycznie, spawanie aluminium było domeną stosunkowo niewielu specjalistów, a procesy takie jak spawanie gazowe czy spawanie łukowe elektrodą otuloną były obarczone licznymi ograniczeniami. Tlenek aluminium, o znacznie wyższej temperaturze topnienia niż sam metal, stanowił poważną przeszkodę, wymagającą stosowania agresywnych topników lub specyficznych technik. Wysoka przewodność cieplna aluminium powodowała szybkie odprowadzanie ciepła ze strefy spawania, utrudniając uzyskanie odpowiedniego przetopu i prowadząc do niekompletnych wtopień. Jednocześnie niska temperatura topnienia zwiększała ryzyko przepalenia cienkich elementów. Dodatkowe problemy stwarzały skłonność do tworzenia porowatości, wynikającej z dużej rozpuszczalności wodoru w ciekłym aluminium oraz ryzyko powstawania pęknięć na gorąco w strefie wpływu ciepła, szczególnie w przypadku niektórych stopów o szerokim zakresie krzepnięcia. Choć metody takie jak spawanie TIG prądem przemiennym zyskały na popularności dzięki zdolności do rozbijania warstwy tlenków, nadal wymagały one wysokich kwalifikacji spawacza i były czasochłonne, szczególnie przy większych grubościach materiału. Spawanie metodą MIG prądem stałym z dodatnią polaryzacją elektrody było szybsze, ale miało ograniczoną zdolność do radzenia sobie z tlenkami i porowatością ,a także generowało znaczące rozpryski. Te wyzwania stały się siłą napędową dla poszukiwania i rozwijania nowoczesnych rozwiązań technologicznych, które pozwoliłyby na szybsze, bardziej efektywne i przede wszystkim powtarzalne spawanie aluminium o wysokiej jakości, minimalizując wady charakterystyczne dla tego materiału. Innowacje skoncentrowały się na precyzyjnej kontroli energii łuku, mechanizacji i automatyzacji procesów oraz wykorzystaniu nowych źródeł ciepła.
Przegląd nowoczesnych procesów spawania aluminium
Postęp technologiczny w dziedzinie spawalnictwa przyniósł szereg innowacyjnych metod, które skutecznie radzą sobie z wyzwaniami związanymi ze spawaniem aluminium. Jednym z kluczowych kierunków rozwoju jest ewolucja metody MIG/MAG. Nowoczesne źródła prądu spawalniczego oferują zaawansowane sterowanie przebiegiem prądu i napięcia, pozwalając na stosowanie trybów pulsacyjnych oraz specyficznych kształtów fali prądowej. Spawanie pulsacyjne MIG dla aluminium charakteryzuje się cyklicznym przechodzeniem między prądem bazowym a prądem impulsowym o wyższym natężeniu. Taki przebieg prądu pozwala na lepszą kontrolę przetopu, ograniczenie wprowadzanej energii cieplnej, zminimalizowanie odkształceń i rozprysków, a także efektywniejsze radzenie sobie z warstwą tlenków. Zaawansowane systemy synergiczne dodatkowo ułatwiają dobór parametrów, dopasowując je automatycznie do prędkości podawania drutu. Inną przełomową technologią, zwłaszcza dla cieńszych materiałów i precyzyjnych połączeń, jest spawanie laserowe. Skoncentrowana wiązka laserowa o wysokiej gęstości energii umożliwia spawanie z niskim wkładem ciepła, co minimalizuje odkształcenia i strefę wpływu ciepła. Choć spawanie laserowe aluminium wymaga dużej precyzji przygotowania złącza i radzenia sobie z wysoką odbiciowością materiału, jest niezwykle szybkie i doskonale nadaje się do automatyzacji. Kolejną interesującą metodą jest spawanie plazmowe, które wykorzystuje zjonizowany gaz do wytworzenia bardzo skoncentrowanego łuku plazmowego. Jest to metoda o większej gęstości energii niż TIG, pozwalająca na spawanie grubszych elementów z pełnym przetopem w jednym przejściu oraz lepszą kontrolę jeziorka spawalniczego. Na szczególną uwagę zasługują także metody spawania w stanie stałym, takie jak spawanie tarciowe z przemieszaniem. Proces ten nie polega na topieniu materiału, lecz na jego plastycznym odkształceniu i przemieszaniu pod wpływem obracającego się narzędzia. FSW eliminuje wiele problemów związanych z topnieniem aluminium (porowatość, pęknięcia na gorąco, osłabienie stopów utwardzanych wydzieleniowo) i pozwala na łączenie stopów trudno spawalnych tradycyjnymi metodami. Choć wymaga specjalistycznego sprzętu i ogranicza się głównie do połączeń liniowych, znajduje szerokie zastosowanie w wielu branżach. Współczesne technologie często łączą zalety różnych metod, tworząc procesy hybrydowe, takie jak spawanie laserowo-MIG, które wykorzystuje synergiczne działanie wiązki laserowej i łuku MIG dla zwiększenia prędkości, poprawy jakości i lepszej tolerancji na szczeliny w złączu.
Dobór technologii i zapewnienie jakości w procesie spawania aluminium
Wybór odpowiedniej, nowoczesnej technologii spawania aluminium jest decyzją złożoną, zależną od wielu czynników. Kluczowe znaczenie ma rodzaj spawanych stopów aluminium. Niektóre z nich, np. stopy serii 2xxx czy 7xxx, są znacznie bardziej podatne na pęknięcia na gorąco niż stopy serii5xxx czy 6xxx, co może wymagać zastosowania specjalistycznych metod, takich jak FSW. Grubość materiału jest kolejnym istotnym parametrem; metody takie jak TIG czy cienko łukowe MIG/MAG nadają się lepiej do cieńszych blach, podczas gdy Pulse MIG, spawanie plazmowe czy hybrydowe są efektywniejsze przy większych grubościach. Geometria złącza, wymagania dotyczące precyzji, poziom dopuszczalnych odkształceń, a także wolumen produkcji i możliwości automatyzacji również wpływają na wybór technologii. Niezależnie od wybranej metody, kluczem do uzyskania wysokiej jakości w procesie spawanie aluminium jest rygorystyczne przestrzeganie procedur. Podstawą jest perfekcyjne przygotowanie powierzchni – usunięcie warstwy tlenków (mechaniczne lub chemiczne)oraz wszelkich zanieczyszczeń (olejów, smarów, wilgoci)bezpośrednio przed spawaniem. Niewielkie ilości wilgoci uwięzionej w warstwie tlenku mogą być główną przyczyną porowatości. Ważny jest również odpowiedni dobór drutu spawalniczego, którego skład chemiczny często różni się od materiału rodzimego, aby przeciwdziałać pęknięciom na gorąco. Kontrola parametrów spawania w trakcie procesu – natężenia prądu, napięcia, prędkości spawania, a w przypadku metod gazowych przepływu gazu ochronnego jest absolutnie niezbędna. Nowoczesne źródła prądu z cyfrowym sterowaniem ułatwiają utrzymanie stabilnych parametrów. Po zakończeniu spawania, kluczową rolę odgrywa kontrola jakości. Oprócz oględzin wizualnych, niezbędne są badania nieniszczące, zwłaszcza badania radiograficzne lub ultradźwiękowe do wykrywania porowatości i innych wad wewnętrznych. W przypadku odpowiedzialnych konstrukcji, badania niszczące (np. próby zginania, rozciągania)na próbkach technologicznych mogą być wymagane do potwierdzenia właściwości mechanicznych spoiny. Dbanie o te wszystkie aspekty -od wyboru technologii, przez przygotowanie, proces, aż po kontrolę – jest fundamentalne dla zapewnienia, że spawanie aluminium w nowoczesnych zastosowaniach spełnia najwyższe standardy jakości i bezpieczeństwa.
Firma VIGOR sp. z o.o., Słupsk
