Zavarivanje aluminijuma i njegovih legura


Uvod

Aluminijum je metal kojim je najbogatija zemljina kora. Pored ostalog i ovo je razlog za sve veću primenu aluminijuma. U zemljinoj kori je uvek u obliku nekog jedinjenja, nikada kao čist metal.
1886 je prerada aluminijuma postala industrijski proces. Najčešće se dobija iz rude boksita. Dalja prerada ima dve ili više faza. U prvoj fazi se od rude izdvaja Al2O3 a u drugoj se elektrolizom uz veliku potrošnju električne struje na temperaturama oko 950-1000C u jedinjenju kriolit Na2AlF6 dobija aluminjum čistoće 90-95% uz primese Si i Fe. Daljim fazama prerade bilo daljom elektrolizom ili topljenjem se dobija čistoća veća od 99.9%.
Međutim pošto je čist Al slab, sledi dalja metalurška obrada tj legiranje, termička obrada, valjanje, kovanje, plakiranje itd a sve cilju dobijanja materijala sa većom čvrstoćom i uopšte boljim svojstvima.

U 20-tom veku je razvijena još jedna industrija dobijanja aluminjuma a to je reciklaža.


Neke osobine:

- Hemijski simbol je Al.
- Topi se na 660C a isparava na 2467C.
- Srebrenaste je boje.
- Pripada lakim metalima sa specifičnom težinom 2.7 kg/dm3. Lakši od aluminijuma su magnezijum, litijum i berilijum.
- U kontaktu sa vazduhom na površini stvara tvrd, a proziran sloj aluminijum-oksida koja sprečava dalju koroziju. Zato aluminijum ne rđa.
- Tačka topljenja aluminijum oksida je 2060C a tvrdoća je izuzetno velika, kaže se da je najtvrđi posle dijamanta.
- Izuzetno brzo i jako vezuje kiseonik i oduzima ga od drugih metala. Npr pri termitnom zavarivanju, pomešaju se prahovi oksida gvožđa i aluminijuma. Pri zagrevanju, aluminijum oduzima kiseonik gvožđu a sve je praćeno rekakcijom u kojoj se oslobađa velika temperatura, pa je ta hemijska reakcija dovoljna da istopi gvozdeni prah i krajeve kalupa, i da ih zavari a oksid aluminijuma ispliva na površinu kao šljaka.
- Komercijalni ingoti čistog aluminijuma su čistoće 99.5%, a mogu biti dalje rafinisini na 99.99%.
- Čist aluminijum nema veliku čvrstoću ali se za povećanje čvrstoće koriste legiranje sa raznim elementima, plastična deformacija (gnječenje), termička obrada...
- Školska podela je na legure za livenje i legure za gnječenje. Livenje može biti u kalupima i pod pritiskom.
- Termoprovodnost je 6 puta veća od čelika.
- Termičke dilatacije su 2 puta veće od onih kod čelika.
- Nije magnetičan.
- Kada je zagrejan ne menja boju, pa se treba paziti da se ne dodirne vreo metal.

Primena

Visoki odnos čvrstoće prema težini čine da je aluminujum veoma zastupljen kod vazduhoplova, cisterni, kamiona, automobila... kao i u svim primenama gde su bitne mala masa i štednja energije pri prevozu. Naročito je u zadnje vreme primetan trend povećanja učešća u auto i kamionskoj industriji.
Zbog velike toplotne provodljivosti, koristi se npr za posude za kuvanje u domaćinstvu, ali i za klipove u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem.
Dobar je provodnik električne struje (oko 63% od one kod bakra), ali je daleko lakši od bakra.
Koristi se u građevinarstvu, za noseće konstrukcije, za ukrase, za prozore...
Što su temperature niže, aluminijum je jači a zadržava svoju žilavost pa se koristi u kriogeničnoj industriji.
Lako se oblikuje i izvlači, pa se veoma koristi u prehrambenoj industriji kao konzerve za pića npr.

Dobra strana je da se aluminijum može reciklirati, pa je i zbog toga danas poželjan.

Moguće je dobiti dosta vrsta legura, u obliku odlivaka, otkovaka, ekstrudiranih profila, limova...


Sečenje aluminijuma

Termičko sečenje aluminijuma nije lako kao kod čelika zbog velike termičke provodnosti i vatrootpornog površinskog oksida.
Danas se za kvalitetno i precizno rezanje koristi najviše rezanje testerama, vodom (water jet), plazma i unekoliko laser. Preporučuje se skidanje / brušenja ivica dobijenih plazmom ili laserom zbog mogućih mikro pukotina u njima nastalih usled lokalnog dejstva toplote.

Čišćenje aluminijuma pre zavarivanja
Potrebne su dve operacije. Uklanjanje masnoće i prljavštine sa površine i zatim skidanje, najčešće delimično, oxida sa površine, i to tim redom.

Najčešće se masnoća i prljavština skidaju industrijskim acetonom ili nekim blagim alkalnm rastvorom.
Paziti, aceton je veoma zapaljiv. Ako je neko baš pažljiv, ili je sam zavareni spoj veoma bitan, preporuka je čišćenje sa tri krpe, jedna za drugom. Paziti da ne zaostane nešto acetona, jer može da se zapali pri zavarivanju ili ako se koristi neki varničeći alat.

Oksid aluminijuma se najčešće skida četkom sa oštrim čekinjama od nerđajućeg čelika ili grubom turpijom od tvrdog metala (dobri su oni alati za drvo između ostalog). Moguće je koristiti i hemijska sredstva koja su za to namenjena.
Četkati samo u jednom pravcu da bi se izbeglo utrljavanje delića oksida u aluminijum a samu četku koristiti samo dok je oštra i samo za aluminijum. Ne pritiskati previše, jer je potrebno samo razbiti oksidni sloj, a nikako utrljati čestice oksida u meki aluminijum. Samu četku koristiti samo za aluminijum i ni za šta više. Posle nekih 8 sati čišćenja očistiti je acetonom koliko je moguće. Čistiti samo zonu zavarivanja i blisku okolinu a ne ceo komad.

Ćišćenje i skidanje oksida je najbolje izvesti pre samog zavarivanja, jer se oksidni sloj trenutno formira preko čistog metala i postaje tokom vremena sve deblji. Treutno se stvara debljina od nekih 1,5-4 nm a tokom vremena dostiže 25-50 nm. Sam oksid je električni izolator ali zbog male debljine moguće je upaliti luk na njemu. Po mogućnosti, ivice žljeba isturpijati a kod sučenog spoja ivice korene strane takođe oboriti (ovo je jedan od tajnih trikova starih majstora. U nedostatku grube turpije od tvrdog metala koristili su turpiju za drvo) da bi se izbeglo skupljanje oksida po centralnoj liniji šava (tzv efekat bebi guze).

Ako se ne ukloni barem veći deo površinskog oksida, pri zavarivanju može doći do velikih problema. Recimo da se kod tankih limova „napravi rupa“ a ne metalno kupatilo, pojava gde se lim „skvrči“ tj usled toplote aluminijum pređe u tečno stanje ali površinski oksid ne, pa unutrašnjost promeni oblik a površinski oksidni omotač prati novi oblik. To je jedna od čestih greški početnika pri TIG zavarivanju. Dalje taj oksid dovodi do šetanja luka, meša se kao čvrsto telo sa rastopljenim metalom, a pošto je oksid porozan, u njemu uvek ima vlage (naročito su ovome skloni oksidi magnezijuma u legurama tipa AlMg), samim tim se u rastopljeni metal unosi pre svega vodonik koji je kasnije kriv za poroznost metala šava, za kasnije curenje fluida, za prsline, manju čvrstoću...

Koristiti ploče za sečenje, brusne ploče i roto glodala namenjenih za aluminijum a ne prve koje dođu prod ruku. Prosto zavarivanje aluminijuma zahteva disciplinu i ozbiljnost.

Inače, oksid se može ukloniti hemijski, jakim rastvorima ali je to tehnika koja nije poznata široj publici. Ta sredstva sadrže hloride i fluoride i mogu korodirati metal ako se ne uklone posle tretmana. Moguće je koristiti zavarivanje u helijumu gde se velikim strujama postiže topljenje oksida ali zbog velike cene, helijum se u praksi izbegava.

Pri reparaturnom zavarivanju odlivaka, koji su sami po sebi grubozrni i porozni tj tokom rada upili ulje i ko zna koje nečistoće (recimo glave, blokovi, karteri, hladnjaci...), čišćenje je često od kritične važnosti za uspešno zavarivanje. I ovde postoje proverene tehnike ...!

Nekada se u radionicama za zavarivanje aluminijuma koristilo pravilo da odela i naročito rukavice za manipulaciju i zavarivanje moraju biti bele, da bi se lako videlo koliko su zaprljani i da bi se na vreme promenile i izbeglo prljanje delova dodirima.

Za dalju zaštitu od korozije i zbog estetike, radi se tzv anodizacija a taj sloj je recimo 1000 puta deblji od onog prvobitnog. Ovaj sloj zadaje velike probleme pri zavarivanju.

Evo nekih naznaka da je aluminijum prljav ili nije uklonjen oksid:
- Luk je nestabilan, šeta...
- Žica koja se kod TIG-a dodaje neće da se rastopi već u obliku kuglice ode na stranu.
- Čest slučaj, kada se zavaruje tanak aluminijum, umesto da se stope ivice jedna za drugu, dešava se da se „skvrče“ jedna od druge tj da se otvori rupa između njih. (Evo šta se dešava: Količina toplote je dovoljna da rastopi aluminijum ispod oksidne prevlake, ali ne i oksidnu prevlaku, koja se ponaša kao membrana, ili kao balon sa vodom I onda aluminijum menja oblik pod toplotom a membrana oksida prati njegov oblik. A ako se membrana probije, rastopljeni aluminijum velikom brzinom izađe „iz balona tj membrane“ ali dalje od izvora toplote tj dalje od one druge ivice gde se isto dešava.

Napomena: Ne koristiti razne čistače, neki od njih sadrže hlor, tj ni perhlor ili trihloretilen. Ako zaostanu, pod dejstvom električnog luka se stvara vrlo otrovno jedinjenje fozgen, bojni otrov.

 

Opšte o aluminijumu njegovim legurama

Prvi problem pri zavarivanju aluminijuma koji se sreće u praksi je problem osnovnog materijala tj njegove identifikacije.
- Izgleda da je sve jedan te isti materijal-ALUMINIJUM! Tako mnogi i nazivaju svaki deo od aluminijuma. Ali nije tako! Odmah treba razumeti da postoji čist aluminijum (sa različitm gradacijama čistoće i mikrolegirajućim elementima) i legure aluminijuma.
Aluminijum i njegove legure se dobijaju "gnječenjem" tj plasticnom deformacijom (nekih 400 legura) i "livenjem" (nekih 200 legura). Svako može da razazna sta je odlivak a sta je lim ili profil...
Dalje, neke legure aluminijuma svoju konačnu čvrstocu dobijaju deformacijom a neke termičkom obradom. U oba slučaja, unos toplote zavarivanjem slabi osnovni materijal. Iz tog razloga, konstruktori aluminijskih konstrukcija, pri projektovanju uzimaju u obzir ovo slabljenje materijala pa proračunom zahtevaju deblje profile i zavarene spojeve teže da sklone iz zona najvećeg opterećenja.
Dalje... par legura aluminijuma su nezavarljive odnosno zavareni spoj nema čvrstoću blisku čvrstoći osnovnog materijala.

Osnovna podela aluminijuma i legura je na tzv serije tj familije. Naziv materijala se sastoji od najmanje 4 cifre gde prva oznacava seriju tj familiju kod legura za gnječenje i 3 cifre kod legura za livenje. Kada se identifikuje serija onda se prema njoj bira i dodatni materijal i tehnologija zavarivanja. Problem identifikacije, tj koji je materijal je ponekad nerešiv na prvi pogled. Ipak... zna se od kojih legura se prave odlivci, zna se od kog su materijala najčešće ekstrudirani profili... postoji i iskustvo šta se koristi u brodogradnji, šta u auto industriji... postoje crteži sa identifikacijom materijala, nekda postoji ugravirana legura materijala na samom delu pa ga treba pažljivo pogledati, postoji internet, postoje „upućeni prijatelji“... U svakom slučaju, potrebno je učiniti napor i pre zavarivanja identifikovati materijal, jer jedni dodatni materijali (žice...) nisu metalurški kompatibilni sa nekim osnovnim materijalima, neki osnovni materijali su baš osetljivi na unos toplote, neki, kao što je rečeno su nezavarljivi ili se zavarivanje ne preporučuje zbog toga što unos toplote dovodi do velikog pada čvrstoće, negde samo treba izbeći veliko a negde malo mešanje dodatnog i osnovnog materijala da bi se izbegle prsline i pad čvrstoće...

 

Osnovne grupe tj serije tj familije materijala za gnječenje i preporučeni dodatni materijal

Oznaka se sastoji od 4 cifre, tipa xxxx. Prva cifra Xxxx označava seriju tj familiju prema glavnom legirajućem elementu. Druga cifra, ako je veća od 0, xXxx označava modifikaciju same legure, a zadnje 2 cifre xxXX označavaju konkretnu leguru u svojoj familiji. Npr materijal 5183 označava sledeće:
- 5 = familija legura sa glavnim legirajućim elementom magnezijom.
- 1 = prva modifikacija prethodnog materijala 5083,
- 83 = oznaka konkretnog materijala u familiji 5xxx...
Odstupanje je samo kod serije 1xxx gde dve zadnje cifre pokazuju procenat Al preko 99%. Npr 1050 znači da je čistoća 99.50%


Familije materijala za gnječenje

1) Serija 1xxx = čist aluminijum
Radi se o aluminijumu cistoce preko 99%... Obično za posude i cevi u prehrambenoj industriji, rezervoare itd...Ima dobru otpornost na atmosferske uticaje, odličan je provodnik struje, pa ga ima u električnim uređajima... Ima malu čvrstoću... Ova familija se najčesce zavaruje takođe dodatnim materijalom koji je čist aluminijum, ali može i AlSi5, AlSi12, AlMg5... Ako je u pitanju neka posuda u hemijskoj industriji ili elektroprovodnik onda je prvi izbor istorodni materijal tj čist aluminijum tipa Al99.5 ili Al99.8... Ako je u pitanju nebitna reparatura... mogu se koristiti i ove druge zice uz poštovanje minimalnog mešanja sa osnovnim materijalom za žice AlMg5 pa i AlSi5... Kad se primenjuje AlSi12 opasnosti koju nosi mešanje ovde nema (sama tehnologija zavarivanja je druga tema...).


2) Serija 2xxx = legure aluminijuma sa bakrom 2-10% (duraluminijum)
Ovi materijali su svoju veliku čvrstocu dobili termičkom obradom kao i naknadnim starenjem i spadaju u teško zavarljive a par legura su jednostavno nezavarljive. Najveća primena je u vazduhoplovstvu i najčesće je spajanje nitovanjem. Ako se radi o delu koji ima svrhu nošenja u nekoj konstrukciji izbegavati zavarivanje. Ali ako je nešto nebitno, za popravke, najbolje je koristiti AlSi12 ili AlSi5 materijal. Inače za delove koji se zavaruju u odgovornim konstrukcijama koristi se najcesce istorodni materijal poznat kao ER2319. Treba reći da ipak postoje zavarljive legure u ovoj klasi, recimo 2014, 2219, 2519... Teško se leme ali se lako zavaruju elektrootporno. Koroziona otpornost nije velika pa se često plakiraju čistim aluminijom (tzv Al-clad materijali). Osim avio industrije koriste se u vojnoj industriji, a recimo da su neki klipovi za motore automobila izrađeni od neke od ovih legura.
Materijali iz ove serije kao i serije 7xxx na granicama svojih zrna izlučuju i niskotopiva jedinjenja što povećava interval solidifikacije tj očvršćavanja i čine ih izuzetno podložnim toplim prslinama pri zavarivanju tj lako se dešavaju prsline zbog napona nastalih skupljanjem posle zavarivanja jer na tim mestima te napone ta jedinjenja ne mogu da izdrže.

3) Serija 3xxx = legure aluminijuma sa manganom
U principu se radi o čistom aluminijumu sa nesto mangana koji podiže otpornost na povišene temperature. Poseduje dobru korozionu otpornost. Legura AlMgMn je npr najčešće korišćena legura za konzerve za piće. Danas se delovi klima instalacija  u kolima uglavnom rade od ovog materijala. Zavarivanje se radi ili cistim aluminijumom Al99.5.. ili AlSi5, AlSi12, AlMg5. Cesto se radi o tankim cevčicama koje se onda leme... Lem je ili na bazi AlSi12 ili specijalni tvrdi lem sa tačkom topljenja od 440C. Postoji na tržištu i meki lem na bazi cinka, kalaja, koji se koristi za ovu namenu...


4) Serija 4xxx = legure aluminijuma sa silicijumom
Ovo su najčešće žice za zavarivanje ili lemljenje. Neki pogrešno u ovu grupu svrstavaju odlivke tipa glave motora, blokova... ali oni ne pripadaju ovde. Oni pripadaju grupi 3xx iz legura za livenje.

5) Serija 5xxx = Legure aluminijuma sa magnezijumom
Nikada ih ne zavarivati sa AlSi žicama!!! Pri zavarivanju sa AlSi žicama dolazi do izlučivanja jedinjenja Mg2Si koje dovodi do krtosti i prslina. Zato je neka preporuka da se AlSi žice koriste samo na AlMg legurama sa max 2.5 %Mg.  Legura AlMg5 nije dobra za primenu na temperaturama preko 60-70C. Uvek koristiti žice za zavarivanje tipa AlMg5 i ev. AlMg3 ili AlMg4.5Mn.... Radi se najčese o limovima i pločama... Tipičan je primer limovi za brodove i camce... Ove legure se već koriste u nekim konstrukcijama zbog svoje dovoljno dobre čvrstoće. Legure sa više od 2.5% Mg se teško leme ili se ne mogu lemiti (...zbog Mg-oksida). Kada se stavlja „zakrpa“ na recimo karter ili slično pri reparaturnom zavarivanju paziti da se ne stavi ovaj 5xxx materijal već 6xxx.

6) Serija 6xxx = Legure aluminijuma sa magnezijumom i silicijumom
Ove legure se najčešće sreću kao ekstrudirani profili i limovi... Prvi izbor za zavarivanje je žica AlSi5 koja je u stvari i razvijena za zavarivanje serije 6xxx. Može i sa AlSi12 mada zbog veće cene nema nikakve potrebe. Može i sa AlMg5. Ispitivanja su pokazala da nema neke velike razlike u čvrstoci pri korišćenju AlSi5 i AlMg5 pri sučeonim spojevima ali pri ugaonim AlMg5 daje vecu čvrstocu spoja. Napomena: Nikada ne zavarivati delove od ove legure bez dodatnog materijala. Na dole prikazanim dijagramima se vidi da pri takvom zavarivanju dolazi do prslina. Inače, sa dodatnim materijalom su odlično zavarljive uz pravilan oblik i geometriju žljeba.

7) Serija 7xxx = Legure aluminijuma sa cinkom
Ovo su najjace legure aluminijuma (osim cinka imaju i magnezijuma i eventualno bakra), neke imaju čvrstoću čelika, a od kojih su neke nezavarljive (tipično legura 7075). Najjače su one legure sa bakrom. Jedan tipičan primer su rešetkasti antenski stubovi a takodje i delovi u vazduhoplovstvu, ramovi bicikala, bezbol palice.... One koje se mogu zavarivati, zavaruju se legurama na bazi AlMg i to najcesce
AlMg4.5MnZr i AlMg4.5Mn... Unos toplote kao i termički ciklus treba biti propisan od tehnologa.

8) Legure serije 8xxx su sve ostale legure sa poznatim elementima (npr sa Litijumom itd)... Tehnologiju zavarivanja traziti od proizvodjaca...

9) Legure serije 9xxx su one sa neutvrđenim legirajućim grupama.

Serije 1xxx, 3xxx i 5xxx su legure koje svoju čvrstoću dobijaju plastičnom deformacijom a ne termičkom obradom. Ovo treba imati u vidu pri eventualnom izboru neke legure za neku konstrukciju. Preporuka je izabrati leguru serije 5xxx jer ne povlači probleme pri zavarivanju kao legure koje čvrstoću dobijaju termičkom obradom, a serija 5xxx ima prilično veću čvrstoću od serija 1xxx i 3xxx. Jedino što neke legure serije 5xxx imaju pad čvrstoće na temperaturama preko 60C.
Serije 2xxx, 6xxx i 7xxx su legure koje svoja svojstva dobijaju termičkom obradom. Unosom toplote pri zavarivanju dolazi do pada čvrstoće i eventualno potpune degradacije materijala tj njegove strukture, pa se mnoge od legura iz serija 2xxx i 7xxx ne zavaruju ako je primena za noseće konstrukcije.
Legure serije 4xxx se sastoje i od onih koje se termički obrađuju i od onih koje se termički ne tretiraju.

Napomena: Postoji i alfanumeričko označavanje npr „AlMg1Si0.5“ gde se koriste hemijski simboli i njihov sadržaj.

Označavanje legura za livenje

Zasniva se na 3 cifre i jednim decimalnim mestom tipa XXX.X (npr 356.0).
Prva cifra Xxx.x označava glavni legirajući element i to prema tabeli:

Druga i treća cifra xXX.x su proizvoljni brojevi koji identifikuju konkretnu leguru.
Broj iza decimale označava formu odlivka. 0 = konkretan odlivak (npr nosač motora, glava...), 1 i 2 = ingot. 
Veliko slovo ispred ove cifre označava modifikaciju konkretne legure. Npr legura A 356.0 znači: A = modifikacija legure, 3 označava leguru sa silicijumom plus bakar /ili magnezijum. 56 = je konkretna legura u ovoj klasi, a .0 znači da je konačna forma u obliku konkretnog predmeta (recimo glava motora) a nije ingot.
Legure 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x i 7xx.x se termički obrađuju. A gnječenje tj plastična deformacija se uglavnom ne primenjuje na odlivcima.

Naročito se često sreću legure 3xx.x i 4xx.x (glave, blokovi, kućišta...). Silicijum daje livkost i tečljivost, snižava tačku topljenja a po potrebi se doda malo Mg i/ili Cu radi dobijanja vece čvrstoce... Glave, blokovi, karteri, nosači motora... su uglavnom legure AlSi7 + „ostalo“ pa do recimo AlSi13+... Zavarivanje se najbolje radi sa AlSi12. Neke glave motora su od legure AlSi7Mg(Cu) koje su termički obrađene i koje mogu biti teško zavarljive, pogotovo ako postoje nevidljive prsline, ili ako postoji veliki zamor materijala tokom eksploatacije.

Više o zavarljivosti aluminijuma i legura

Zavarljivost aluminijuma se suštinski svodi na dobijanje jedrog, nepropusnog, besporoznog šava, bez prslina, sa što je moguće većom čvrstoćom čistog metala šava ali i zone uticaja toplote (ZUT-a) osnovnog materijala. Već je rečeno da jedne legure svoju čvrstoću dobijaju gnječenjem tj plastičnom deformacijom a druge termičkom obradom. Unosom toplote pri zavarivanju, veća zona oko šava biva izložena velikim temperaturama pa se ove prve odžaruju i omekšavaju u zoni pored metala šava a ove druge menjaju strukturu i takođe „slabe“. Konstruktori aluminijumskih struktura znaju za ovo i u proračune ubacuju koefecijente slabljenja materijala ili zone sa zavarenim spojevima stavljaju dalje od mesta najvećih naprezanja. Ovo bi morali da znaju i oni koji se bave reparaturnim zavarivanjem, koji ne poznaju materijal kao oni konstruktori: Zavarivanjem aluminijumskih legura, se u najvećem broju slučajeva oslabljuje mesto zavarivanja. Često ga zato treba ojačati npr rebrima ili sličnim rešenjima, a tokom ekspolatacije paziti i izbegavati extremna opterećenja tih mesta.


Neke karakteristike zavarivanja aluminijuma su:
- Velika toplotna provodnost tj odvođenje toplote. To je suštinsko svojstvo aluminijuma i mora se razumeti i mora mu se prilagoditi za perfektno zavarivanje.
Praktično to znači da iako je tačka topljenja niska (oko 660C), potrebna je velika toplota za topljenje. Konkretno, kod REL, TIG i MIG je potreban visok hot-start za izbegavanje nalepljivanja u prvih nekoliko milimetara šava. Struje tokom zavarivanja moraju biti jake. Kod MIG-a se uspešno koristi pulsno zavarivanje kod koga je recimo srednja struja (tj ona koja se vidi na displeju) 150A ali u stvari postoji vrlo jaka kratkotrajna struja od npr 300A koja pada na recimo 50A. Ovo dovodi i do čuđenja kod početnika koji su prvobitno imali posla sa čelikom. Prosto na početku zavarivanja su potrebne vrlo velike struje, ponekad se mora iskoristiti i pomoć predgrevanja, a onda kod manjih i tanjih delova počinje zasićenje toplotom. Tako se mogu naći vrlo kontradiktorne preporuke, tipa potrebna je struja od 45A za 1 mm debljine, koja ponekad nije dovoljna na početku a onda tokom zavarivanja dolazi do progorevanja jer je to prevelika struja za dalji rad. Početnik često nema izbora, pa da ne bi progoreo materijal mora da staje posle svakih 10-20-30 mm da bi sačekao da se materijal ohladi, što veoma usporava i frustrira a često su ti česti startovi i zaustavljanja mesto grešaka a opet često ne može da reši hot-start ili mu treba mnogo vremena za njegovo podešavanje.
Ovaj problem se inače prevazilazi konkretnom tehnikom zavarivanja, a koja se npr kod TIG zavarivanja smatra jednom od „tajni“ vrhunskih majstora. Naravno radi se o razumevanju i prilagođavanju svojstvu aluminijuma da je veliki provodnik toplote i konkretnom delu u smislu njegove debljine i geometrije.

Kupovinom TIG AC/DC aparata od nas, upoznaćemo Vas sa ovom suštinski bitnom tehnikom! Veliki broj loših zavarivanja aluminijuma potiče od neznanja za podešavanje aparata i primene pravilne tehnike zavarivanja.

- Kod nekih legura širok je opseg očvršćavanja tj širok je razmak između likvidus i solidus linije. Pojednostavljeno, rastopljena legura aluminijuma počinje očvršćavanje na nekoj temperaturi (npr 680C)  a potpuno ga završava na nekoj nižoj (npr 620C). U interval, pri hlađenju, od 680C do 620C postoje i čvrsta faza ali i tečna. Čvrstoća ovakve čvrsto-tečne faze je veoma mala i često su ovakve legure sklone prslinama, bilo zbog stvaranja unutrašnjih napona bilo i zbog tzv osetljivosti na tople prsline (jer tokom očvršćavanja prvo očvršćavaju kristali uz zidove žljeba a tečna faza zaostaje u sredini gde je najtoplije. U jednom momentu se dešava da tečna faza „nosi tj bori se“ sa naprezanjem, a pošto je čvrstoća te faza vrlo mala, dolazi do prslina). (Zamislite da u jednom momentu dva čvrsta dela drži sloj tečnog lepka, koji može biti i jak ali i slab).

Da bi se izvelo uspešno zavarivanje ovakvih legura potrebno je znati sa kojom legurom imamo posla, koji je njen opseg očvršćavanja, prema ovome znati izabrati dodatni materijal u smislu korektnog mešanja radi izbegavanja niskotopivih faza i smanjenja osetljivosti na tople prsline, znati izabrati parametre zavarivanje za što brži (tj vremenski kraći) prolazak kroz onaj interval očvršćavanja, a to se postiže brzim zavarivanjem, korišćenjem pulsnog MIG postupka i korektnim amperažama, znati izabrati pravilan žljeb radi korektnog mešanja rastopljenog metala od dodatnog i osnovnog materijala itd...

Osim opsega očvrščavanja bitna je i brzina očvršćavanja. Brže očvršćavanje će dati finije zrno i time bolja mehanička svojstva od sporog hlađenja..

- I kod legura koje svoju čvrstoću postižu termičkom obradom i kod legura koje čvrstoću postižu plastičnom deformacijom, može se očekivati posle zavarivanja da će metal šava i ZUT imati nižu čvrstoću. Konstruktori moraju ovo znati i projektovati deblje preseke na mestu šavova ili šavove smestiti u zone nižeg opterećenja.

- Takođe, treba voditi računa da su aluminijumske legure osetljive na koncentraciju napona, tj na oštre prelaze i zareze. Zato ih treba izbegavati i na mestu zavarenih spojeva.

- Sklonost nekih legura ka toplim prslinama pri zavarivanju.

Ove slike pokazuju uticaj legirajućih elemenata Cu, Si, Mg i Si+Mg (Mg2Si) na sklonost ka prslinama. Odavde je lako izvući dva pravila. Što je legura aluminijuma dalje od kritičnih % uticajnih elemenata (mesta na kojima kriva osetljivosti ima maximume), koristiti što sličniji dodatni materijal osnovnom. Što legura ima hemijski sastav bliži ovim kritičnim vrednostima, potrebno je koristiti dodatni materijal sa što višim % legirajućih elemenata (i plus geometrijom žljeba i amperažom) da bi se stvorio metal šava sa sadržajem uticajnih elemenata van kritičnog područja.

Opasnost od toplih prslina se smanjuje korišćenjem pogodnog dodatnog materijala i geometrije žjeba kao i amperažom tj unosom toplote.
Gornje slike predstavljaju vodič za izbegavanje prslina pri zavarivanju aluminijuma. Imajući ovu sliku u vidu, prema osnovnom materijalu treba izabrati odgovarajući dodatni materijal, amperažu i oblik žljeba da bi se pobeglo od ovih kritičnih vrednosti.
Primer kako koristiti ove slike. Uzmimo sliku br1 tj koja pokazuje da je legura aluminijuma sa oko 0.5 – 2.0% Si osetljiva na prsline. Zamislimo da zavarujemo čisti aluminijum. Ako uzmemo dodatni materijal AlSi5 (sa 5%Si) i ako zavarujemo sa malom amperažom, a žljeb je takav da metal šava sadrži mnogo osnovnog materijala, dolazimo u opasno područje jer će metal zavara koji je mešavina osnovnog materijala i žice imati tu negde oko opasnih 2% Si. U tom slučaju, zavarivanje čistog Al sa žicom AlSi5, potrebno je koristiti manju amperažu radi manjeg mešanja sa osnovnim materijalom kao i oblik žljeba koji će omogućiti da metal šava bude većinom od AlSi5 žice, tj da sadrži oko bezopasnih 2.5-3% Si.

Ovo je recimo često izraženo kao problem pri zavarivanju sveprisutne serije 6xxx. Prema slikama se vidi da ako metal šava ima % Mg2Si od 0.5% do 3%, da će gotovo sigurno doći do toplih prslina. Neki zavarivači bez pardona pokušavaju da ovaj materijal zavare bez dodatnog materijala ili da ga zavare tako što od istog materijala iseču jednu traku i dodaju je u metal šava. Rezultat je prslina. Zato ovaj materijal treba obavezno zavarivati sa dodatnim materijalom koji je „više legiran“. Konkretno, baš za ovaj materijal je razvijena legura AlSi5 kao žica tj kao dodatni materijal, a odlični zavareni spojevi se mogu postići sa AlMg5 uz malo veću opreznost za izbegavanje prslina... Ovo dalje dovodi i da kada se plazmom seku limovi od 6xxx, moguća je pojava prslina, pa neki standardi zahtevaju mehaničku obradu ivica materijala 6xxx posle plazma sečenja.

Iste slike pokazuju problem zavarivanja legure AlMg5 sa više od 2.8%Mg sa žicama tipa AlSi5... Takav metal šava će sadžati kritičan procenat Mg2Si, i biti osetljiv na prsline. Zato se recimo legure tipa AlMg5 zavaruju isključivo istorodnim AlMg5 (ili AlMg4.5Mn... ili sličnim...).

Još jedan dijagram, kojim se opšte poznatom (!!!) „metodom poluge“, može odrediti kritična zona sadržaja Mg + Si u metalu šava.

Objašnjenje šta se vidi na dijagramu: Zavarivanje legure 6061:
- Pri zavarivanju bez dodatnog materijala ili nekom trakom od istog materijala metal šava će biti u tamno sivoj zoni tj zoni sa velikom verovatnoćom pojave prslina,
- Pri zavarivanju sa dodatnim materijalom tipa AlMg5 velika je verovatnoća da će metal šava biti u svetlo sivoj zoni (u zavisnosti od stepena mešanja tj amperaže i oblika žljeba i načina polaganja gusenica kao i brzine vođenja pištolja tj brenera tj unosa toplote).
- Pri zavarivanju sa dodatnim materijalom tipa AlSi5, velika je verovatnoća da će metal šava biti u beloj zoni tj zoni neosetljivoj na prsline.

Poroznost. Poroznost je često neizbežna, a nekad u izvesnoj meri i prihvatljiva. Stvaranje pora je moguće kod legura sa širokim pojasom temperature očvršćavanja, prosto jedan deo tečnog metala ne ispunjava prostor između već očvrslog. Pojava se dešava kod čistog aluminijuma, pre nego kod legura. Zato je ponekad lek za ovo manje kupatilo ili zavarivanje sa dodatnim materijalom koji ima mali opseg temperature očvršćavanja.
Ipak, najveći krivac za poroznost su gasni uključci, koji vode poreklo iz vazduha (loša gasna zaštita), od prljavštine sa osnovnog i/ili dodatnog materijala, iz oksida koji nije odstranjen, od lošeg zaštitnog gasa...
Gasni uključci najčešće nastaju zbog vodonika koji upija tečni metal pri zavarivanju. Aluminijum ima veliki afinitet ka redukciji tj ka vezivanju kiseonika. Tako iz vlage, aluminijum redukuje vlagu, tj vodu tj oduzima joj kiseonik i ostaje vodonik. Rastvorljivost vodonika u aluminijumu opada sa padom temperature i tada nastaju gasne pore. Nastaju kako u unutrašnjosti tako i u završnom krateru pri zavarivanju. Za ovaj drugi slučaj je lek popuna završnog kratera, što iskusniji zavarivači svakako rade i pri zavarivanju svih metala.
Treba reći da je sam oksid, tj oksidna prevlaka na aluminijumu higroskopna tj sadrži vlagu, pa ako se dovoljno ne odstrani, ostaje opasnost da vodonik uđe u metal šava i napravi pore. Poroznost je nekada estetski ružna, nekad snižava čvrstoću a nekad dovodi do propuštanja fluida.
Lek za poroznost je temeljno čišćenje (otud bele rukavice i odela u radionicama za zavarivanje aluminijuma), predgrevanje, korišćenje argona visoke i proverene čistoće, brži rad i u TIG-u i u MIG-u, manje metalno kupatilo... Konkretno, sa invertorskim TIG aparatima je moguće raditi brže, sa manjim i koncentrisanijim lukom, time i manjim rastopljenim metalom a sa MIG aparatima sa pulsom.

Oksidni uključci. Pri zavarivanju, oksidni uključci koji se tope na 2050C, ponekad ne bivaju odstranjeni niti pretopljeni pa ulaze u metal šava kao „čvrste čestice“ i imaju isti smisao kao uključci šljake kod čelika. Treba reći da se ponekad ne mogu izbeći, zato treba stvoriti uslove da njihova količina bude što manja.

Uključci volframa. Pri TIG zavarivanju, čest je slučaj dodirivanja metalnog rastopa volfram elektrodom. Dešava se da se pogrešno uzme tanji volfram i da se potpuno zašilji i pri zavarivanju otpadne deo ili otpadaju delići. Naročito je simptomatična pojava volframa užasno lošeg kvaliteta, čiji se vrhovi prosto dezintegrišu tokom zavarivanja. Ovaj volfram, zvani „plač majke božije“, treba izbegavati. Kada se zavaruje aluminijum, nikada se ne kupuje najjeftiniji volfram, već se izbor vrši samo između kvalitetnih.

Predgrevanje može biti od pomoći i kod aluminijuma ali uvek treba poštovati konkretnu leguru jer poenekad može biti štetno pogotovo ako su temperature predgrevanja velike (npr legure tipa AlMg5 ne treba predgrevati na više od 60-70C zbog velikog pada čvrstoće na temperaturam većim od ovih). Prosto, nekad nije ni potrebno predgrevanje, jer predgrevanje nema uticaj na zaštitu strukture kao kod čelika, ako je aparat za zavarivanje i podešena amperaža dovoljno velika. Predgrevanjem se može postići isparavanje pojedinih nečistoća, može se sprečiti nalepljivanje na samom početku zavarivanja, može se pomoći „utapanje“ tj penetracija pri zavarivanju aparatima sa slabim amperažama debelih preseka... Kod legura koje čvrstoću dobijaju termičkom obradom, povećava se unos toplote, vreme zavarivanja, smanjuje se vreme hlađenja što sve negativno utiče na strukturu ZUT-a. Recimo kod serija 2xxx dolazi do rastvaranja izlučenih faza koje daju čvrstoću, ili do pogrubljena strukture i dodatnog izlučivanja kod serije 6xxx.
Treba biti oprezan sa predgrevanje oksi-acetilenskim plamenom, jer se može desiti da se materijal omekša tj oslabi u širokoj zoni a takođe da se temperaturom i kiseonikom iz plamena napravi još deblji oksid na površini.
Ako imate dobar i jak TIG ili MIG aparat, možda se može reći da Vam predgravanje nije potrebno a ako je potrebno, potrebno je kao pomoć za bolju penetraciju, a ne za poboljšanje strukture kao kod čeila. Sve se može srediti jakim „hot-startom“ i dovoljnom amperažom na početku zavarivanja.
Sa druge strane, ponekad je poželjno imati bakarne podloške radi boljeg odvođenja toplote previše zagrejanog dela usled zavarivanja. Tek se u praksi može sagledati ova čudna osobina pri zavarivanju aluminijuma. Zbog toga je i nezahvalno pominjati potrebne amperaže (tipa 45-50A po 1 mm). Prosto na početku su stvarno potrebne visoke amperaže ali u jednom momentu, ono što se može opisati frazom „aluminijum je veliki provodnik toplote i trebaju mu velike amperaže“ na samom početku zavarivanja, postaje posle nekog vremena zasićen toplotom i sklon je omekšavanju vrlo široke zone pored mesta zavarivanja i prokapljivanja na mestu zavarivanja ako se nastavi zavarivanje velikim strujama. Problem se može sagledati samo u praksi i rešiti prilagođavanjem, na početku je potrebna velika toplota a kod tanjih preseka na kraju, tj od jednog momenta su potrebne srednje ili male amperaže a veća brzina zavarivanja.

Unos toplote i brzina zavarivanja. U principu, što je veća brzina hlađenja šava tj očvršćavanja dobija se povoljnija, finija struktura. Jedino se preporučuje oprez: tačno je da metalno kupatilo manjih dimenzija daje superiorniju strukturu, ali ako se pretera, pa bude manje od neke kritične vrednosti, moguće su prsline usled termičkih napona tj napona pri hlađenju i skupljanju, a pogotovu pri većem ukrućenju zavarivanih delova tj debljih preseka. Takođe voditi računa da se iz veće zapremine šava lakše odvode gasovi koji inače mogu uzrokovati poroznost i niža mehanička svojstva.
Kod debljih preseka kada treba naneti nekoliko slojeva ipak se preporučuje da se žljeb popuni sa što manje slojeva, tj poželjnije je uraditi manji broj debljih slojeva nego veći broj manjih. Prosto, vreme izlaganja temperaturi zavarivanja je manje i povoljnije po strukturu ZUT-a. Iz ovoga proizilazi da je za dobijanje najboljih mehaničkih svojstava najbolje polagati pravolinijske zavare bez njihanja i šetanja.
Pad čvrstoće legure aluminijuma u zavisnosti od unosa toplote
(već rečeno, legure aluminijuma svoju čvrstoću dobijaju legiranjem, gnječenjem, termičkom obradom... Unosom toplote, tj zavarivanjem degradira se materijal tj gubi se deo čvrstoće. Na ovoj slici se vidi kako veći unos toplote više obara čvrstoću materijala i to u široj zoni od manjeg unosa toplote).

Izbegavanje krivljenja.
Za početak, kao i uvek se preporučuje da se ne pretera sa ukupnim dimenzijama metala šava. Prosto, termički naponi usled zagrevanja tj širenja i hlađenja tj skupljanja treba da budu što manji. Dakle, od velike važnosti je proračunati tj odrediti korektnu veličinu preseka šava a ne preterivati po principu „više je bolje“ (što je običaj kod zavarivanja ugaonih spojeva od samoukih majstora). Potrebno je upoznati zavarivače sa ovom preporukom i snadbeti ih merilima ili šablonima da bi kontrolisali veličinu šava, naročito kod ugaonih spojeva. Kod sučeonih, žljeb napraviti da bude manji, a zazor takođe što manji. Izbeći veliko nadvišenje pokrivnog sloja.
Ako je moguće, koristiti X žljebove i dvostrano zavarivanje umesto V žljeba i jednostranog, tj ako mora jednostrano dati prednost U obliku žljeba u odnosu na V.
Ako se može, dati prednost prekidnim šavovima u odnosu na kontinualne.
Smanjiti broj slojeva i prolaza. Bolje je manji broj slojeva i prolaza u odnosu na veći broj.
Prednost dati bržem procesu. Npr pulsni MIG je bolji od TIG-a a brzo zavarivanje sa TIG invertorom je bolje od sporog zavarivanja sa starim AC TIG trafoima (zbog mogućeg korišćenja AC frekvencije i asimetričnih amperaža pozitivne i negativne poluperiode kod invertroskih TIG aparata nove generacije, luk je stabilniji, fokusiraniji i moguće je brže raditi nego kod starih AC TIG trafoa).
Razmisliti i primeniti pogodan plan zavarivanja, sa povratnim korakom, sa preskocima...
Zavarivati od centra ka spolja i od fixiranog dela ka slobodnom.
Često se koriste stezna tela, tako da se ukruti struktura koja se zavaruje, i otpušta se tek kada se deo ohladi.
Iskusni majstori nekad koriste odmicanje u jednu stranu očekujući da će za toliko da „var povuče“ na drugu stranu...
Koristiti pripoje, pri čemu ih kasnije treba odstraniti ili pretopiti tokom zavarivanja. Ako se pretapaju, poželjno je obraditi ih radi lakšeg pretapanja.

Završni krater
Ako se ne popuni pravilno, u završnom krateru će se pojaviti prsline, koje kasnije mogu da se prošire. Razlog za pojavu ovog kratera je što ga pravi pritisak luka a pri gašenju luka, aluminijum se brzo steže i ostaje takav sa kraterom. U tom krateru, dok je vruć postoje veliki naponi skupljanja i sve može dovesti do prslina. Izbegavanje se vrši pravilnom popunom. Danas svi dobri TIG i MIG aparati imaju programe za pomoć za pravilno popunjavanje kratera pa ga zato i treba koristiti.

Da bi se izegla prslina u završnom krateru, osim pomenutih programa, moguće je koristiti i sledeće tehnike:
- zavarivanje prekinuti van šava, na tzv završnoj pločici,
- vratiti var nazad na već položen šav.

Podloške
Za zavarivanje sučeonih spojeva moguće je korišćenje podloški od keramike, bakra, nerđajućeg čelika, (anodiziranog aluminijuma...).
Podloške mogu biti privremene i trajne tj ulaze u metal šava (u ovom slučaju od istorodnog materijala kao osnovni). Kada se koriste privremene podloške običaj je da nema zazora u žljebu a kada se koristi trajna podloška da se ostavi prigodan zazor.

Vađenje korena i prevarivanje
Čest je slučaj da se posle zavarivanja sa jedne strane, brušenjem tj roto glodalom ili mašinski odstrani korena strana i da se prevari u cilju dobijanja „potpune penetracije“. Ponekad, potrebno je razjasniti da li se dozvoljava vađenje korena i prevarivanje.

Zavarivanje odlivaka i livenih legura
Ovaj segment je veoma zanimljiv svim zavarivačima jer mnogi delovi koji se polome i donesu na popravku su odlivci tipa: blokovi motora, glave, nosači motora, kućišta alata i mašina... Odlivci su legure tipa AlSi sa Mg i/ili Cu. Karakteriše ih prisustvo mikroporoznosti. Ovo predstavlja teškoću jer su često odlivci tretirani hemijskim sredstvom da popunjavanje ove poroznosti tj dobijanje nepropusnosti. U drugom slučaju u ove mikropore ulaze razni gasovi, ulja, nečistoće. Pri zavarivanju dolazi i do isparavanja i do mešanja sa metalom šava što veoma otežava zavarivanje.
Često su odlivci sa komplikovanom geometrijom, sa dosta tankih i debelih zidova, pa je blagorodno primeniti predgrevanje oko 100-200C.

Zavarivanje-napomene o procesima
Zavarivanje aluminijuma i legura i nije teško ako se odmah prihvati da je drugačije od zavarivanja čelika.  Ali je zato skupo. Praktično, smatra se da je potrebno uložiti oko 4000-8000 EUR u pristojnu opremu za jedno zavarivačko mesto, gas visoke čistoće, i proći obuku i vežbanje od recimo 25-50 sati. Za početak čistoća je prioritet, treba čak i odvojiti radionicu za aluminijum od one za čelik.
Obično se koristi čist argon, povišene čistoće. Pominje se i helijum ali on je preskup.

Zavarivanje je moguće gasno plamenim postupkom, obloženim aluminijumskim elektrodama, TIG, MIG postupkom, elektrotporno kao i nekonvencionalnim postupcima (trenjem, ultrazvuk, laser, elektronski snop).

Uvek je preporuka uraditi deblje pripoje, da bi izdržali napone skupljanja. Dalje, obavezno popuniti pravilno završni krater jer je on često sklon pojavi prslina. Aluminijum je osetljiv na zarez tj koncentraciju napona, pa ne preterivati sa AC frekvencijom i sa dodavanjem žice radi dobijanja izgleda šava u obliku „ripni“ („krljušti“).

Danas je zavarivanje aluminijuma i legura gasno plamenim postupkom potpuno zastarelo. Inače izvodi se žicama za TIG tipa AlSi5 i AlSi12 i odgovarajućim topiteljom. Zavaruju se samo legure koje se mogu zavarivati AlSi dodatnim materijalom. U Srbiji ga gotovo niko ne radi, eventualno se pojave entuzijasti, koji brzo odustanu. Nije zavarivanje, ali moguće je lemljenje aluminijuma, pa oni koji ne uspeju da ovladaju gasnim zavarivanjem prilično dobro ovladaju lemljenjem (biće posebno opisano).
U Srbiji, a i šire, po principu snađi se, neki majstori koriste AlSi5 ili AlSi12 obloženu elektrodu za gasno zavarivanje.

Zavarivanje obloženim elektrodama je veliki mamac za neupućene. Naime pri reklamiranju REL aparata za zavarivanje, često se napomene da aparat može zavarivati elektrodama za aluminijum.
Činjenica je da postoji 4 tipa aluminijumskih elektroda (čist Al, AlMn, AlSi5 i AlSi12, od kojih je ova poslednja najčešće korišćena). Obloga elektrode sadrži soli tj hemiju za rastvaranje oksida kao i elemente za stabilizaciju luka i zaštitu od atmosfere.

Ko je probao da zavaruje sa ovim elektrodama mogao je da primeti:
- Ne mogu svi REL aparati zavarivati sa aluminijumskim elektrodama, potreban je dobar prigodan ugrađeni hot start i rezerva radnog napona. Preporuka je probati aparat pre kupovine, kako radi sa alu elektrodom ako je to nekome bitno.
- kada se luk upali i povede se elektroda, njeno trošenje je takvo da se mora bukvalno gurati i nabijati u šav (naročito ona od 2.5 mm).
- Jako je teško razaznati šta se dešava u metalnom kupatilu, tek po prekidanju zavarivanja i uklanjanju šljake vidi se rezultat.
- Poroznost je veoma izvesna kod ovog postupka,
- Šljaka često ostaje u metalu šava,
- Šljaka je inače korozivna i potrebno ju je temeljno odstaniti, u praksi to izgleda ovako, zavari se jedna gusenica, čekićem se ukloni veći deo šljake a onda biaksom ili brusilicom se odstranjuje onaj deo metala zavara koji ima šljaku.

Rezultat je najčešće takav da zavareni spoj drži ali gotovo nikada nije odličan, npr mereno nivoima kvaliteta po standardu, ispod je svakog nivoa. To ide toliko daleko da npr standard SRPS EN ISO 9606-2: 2009 (koji opisuje proceduru atestacije zavarivača za zavarivanje aluminijuma) uopšte ne priznaje REL postupak, već samo TIG i MIG. Drugim rečima, ne postoji mogućnost da neko dobije atest za zavarivanje aluminijuma REL postupkom.

Elektroda se priključuje na + pol. Voditi je vertikalno sa kratkim lukom, što praktično znači, zbog brze potrošnje bukvalno guranje elektrode  tokom brzog vođenja. Ovaj način „brzo guranje+brzo vođenje“ ne postoji ni kod jedne druge elektrode, pa i najveštiji zavarivač mora da se uvežba. Zbog malog ukupnog lokalnog unosa toplote, delove preko 4-5 mm je uvek preporučivo predgrejati, 100-250C. Metalno kupatilo se teško prati, pogotovo kod lošijih aluminijumskih elektroda, pa se može samo nagađati kakav će se var dobiti. Tek kada se šljaka skine, može se tačno videti rezultat. Šljaka je korozivna i treba je totalno ukloniti, znači i skidanje čekićem i četkom, ali ako treba i obrusiti deo metala sa zarobljenom šljakom. Ako je elektroda delimično potrošena, pre paljenja skinuti pokoricu koja se stvorila na vrhu elektrode pa tek onda kresati. U Srbiji je bilo nekoliko majstora koju su uspevali da postignu odlične zavarene spojeve recimo pri reparaturnom zavarivanju glava i blokova motora, koristeći elektrode najvišeg kvaliteta.

Obloga elektrode je higroskopna, tj sklona je upijanju vlage, pa se preporučuje oprez pri čuvanju. Inače u livnicama se elektroda koristi za popravak lunkera tj šupljina u odlivcima.

I kuriozitet, ponekad se obložena elektroda može iskoristiti za šustersko zavarivanje:
- za zavarivanje gasnim plamenom, naročito AlSi12 tip. Obloga mu dođe kao topitelj.
- za TIG zavarivanje sa wolframom na – polu. – pol daje penetraciju a obloga hemijski rastvara okside sa površine.

Zaključak je da je moguće zavarivati aluminijum REL postupkom, pre svega da bi nešto „držalo“, moguće je prilično dobro navarivati udubljena mesta, uz čišćenje šljake i brušenje posle svakog prolaza, moguće je uz dosta muke reparaturno zavarivati kartere, blokove, glave, ali ovaj postupak je prosto totalno inferioran u odnosu na TIG ili pulsni MIG.

TIG zavarivanje aluminijuma

TIG zavarivanje aluminijuma je jedan od dominantnih procesa pogotovo kada je bitna estetika, kada su u pitanju tanki delovi, precizni spojevi... U zadnje vreme deo TIG područja je uzeo MIG uz pomoć naprednih funkcija elektronske kontrole luka.

TIG postupak je toliko atraktivan da će biti opisan sa svojim detaljima u posebnom obliku.

Ovde treba napomenuti da je za zavarivanje TIG-om potrebno imati AC/DC aparat, tj aluminijum se zavaruje u AC režimu. AC režim znači da struja u luku menja polaritet, tj čas je negativna a čas pozitivna. U opštem slučaju frekvencija AC struje luka prati frekvenciju struje iz mreže a to je u Evropi 50 Hz. Razlog za ovo je priroda aluminijuma tj oksidni sloj kao i priroda TIG zavarivanja.
Kod TIG zavarivanja, kada je elektroda na – polu smatra se da se u osnovni materijal unosi 70% toplote luka a 30% ide na volfram. Kada je elektroda na + polu, stvar je obrnuta, 70% toplote ide u wolfram, a 30% u osnovni materijal. Konkretno to znači da je uvarivanje tj penetracija u materijal veća kada je elektroda na – polu. Međutim ako bi se zavarivalo samo na – polu u gasu argonu, toplota ne bi bila dovoljna da razbije niti da rastopi oksidni sloj, već bi ga unosila u metal šava. Pri zavarivanju na + polu dešava se da se oksidni sloj razbija i razbacuje van mesta zavarivanja. Ranija teorija je bila da elektroni čistog aluminijuma udaraju u oksidni sloj i razbijaju ga. Nova teorija (jer stara teorija nije mogla da objasni kako elektroni koji praktično nemaju masu mogu nešto da razbiju) kaže da joni gasa, koji imaju masu a time i znatnu kinetičku energju, udaraju i razbijaju oksidni sloj.
Zato se koristi naizmenična struja za zavarivanje aluminijuma argonom, u jednojfazi kada je elektroda na + polu, joni gasa razbijaju oksid a kada je elektroda na – polu, sledi rastapanje osnovnog materijala i duboko uvarivanje.

Prva slika pokazuje razbijanje oksidnog sloja jonima kada je elektroda na + polu, a druga pokazuje potencijal jonizacije oksida aluminijuma i čiste legure ispod.
Nova teorija kaže da elektroni ne razbijaju oksid jer nemaju masu a sa druge strane, potencijal jonizacije same legure je veći od potencijala jonizacije oksida. Ovo dovodi do paradoksa. Čist metal uključujući i onaj u rastopljenom stanju je loš emiter elektrona. Zato preporuku za skidanje oksida ne treba shvatiti bukvalno jer ako se sav oksid ukloni, luk će postati nestabilan. Iz razloga stabilnosti luka, potrebno je da ostane nešto oksida posle čišćenja.

O konkretnim specifičnostima TIG zavarivanja će biti pisano u posebnom tekstu.

 

MIG zavarivanje aluminijuma

Sve što je rečeno o čišćenju važi i ovde.
MIG zavarivanje aluminijuma je uspešan postupak, a naročito danas kada elektronika preuzima kontrolu nad električnim lukom i pojavom pulsnog zavarivanja i njegovih varijacija (puls- u jednom momentu je struja jako velika, recimo 300 A, u drugom svega 80 A a prosečna je recimo 180 A, a razlivanje je kao da se radi normalnim sprej režimom sa 250 A, što će reći, unos toplote je mali, moguće je zavarivanje u vertikali, razlivanje i penetracija su odlični, ukupan negativni uticaj unosa toplote i zona uticaja toplote je manja samim tim i veća čvrstoća spoja...)...
MIG zavarivanje je kao takvo prvobitno i bilo namenjeno zavarivanju aluminijuma.
Ako se setimo da postoje 4 najčešća tipa MIG/MAG zavarivanja (kratkim spojem, sprejom, pulsom, krupnokapljičasto), zavarivanje aluminijuma se ne može raditi kratkim spojem jer je uneta toplota, tj luk koji se pali i gasi je hladan i ne može dovoljno istopiti ni osnovni materijal niti utopiti kapljicu sa žice, niti se oksid može očistiti, već se radi u spreju i pulsu.
Krupnokapljičasti prenos je naravno potpuno neprihvatljiv ovde.
Sprej se koristi za debljine veće od 3 mm, a današnji pulsni aparati već mogu raditi i debljine od 1.0 mm.
Zahtevi za zavarivanje aluminijuma u spreju su: MIG/MAG aparat od barem 200 A (poželjno barem 300 A), sa finom ili kontinualnom regulacijom napona, 4 točkića za guranje aluminijumske žice sa U žljebovima na svakom od njih, teflonski bužir u polikablu, dizna za aluminujum, gas čist argon i naravno žica za zavarivanje aluminijuma. Najbolje se u spreju radi sa žicama 1.2 mm mada je moguće dobre rezultate dobiti i žicom prečnika 1.0 mm.
Sprej je struja malih kapljica, manjih od prečnika žice, koje teku od žice ka rastopljenom metalu na osnovnom materijalu. Nema prštanja, čuje se samo lepo šuštanje.

Sada treba samo lepo podesiti aparat tj ima tu nekih 10-tak podešavanja. Kupovinom aparata od nas biće Vam do detalja objašnjena i praktično demonstrirana podešavanja za perfektno MIG zavarivanje u spreju.

Kao što je rečeno, problem sa sprejom je veliki unos toplote i opasnost od progorevanja materijala pa se praktično preporučuje za debljine iznad 3 mm. Još jedna napomena je da je veliki problem guranje mekane žice kroz točkiće i polikabl i diznu.
- Neki kažu da je guranje mekane aluminijumske žice točkićima kroz polikabl i diznu jednaka guranju konca kroz iglu na daljinu od 1 metra.  Ako ima samo dva točkića, velika je verovatnoća da će točkići gnječiti žicu, praviti je ovalnom i praviti veliki problem pri zavarivanju (žica će izlaziti kao da štuca, sa trzajima, luk će se poremećivati, zavar će biti napljuckan umesto da bude lep...). Zato je najbolje imati 4 točkića da bi se sila rasporedila na 4 tačke umesto na dve i time pritisak na žicu bio manji i izbeglo se gnječenje žice. Treba znati npr da su AlMg5 i AlMg3 tvrde a da su Al95.5, AlSi5 i AlSi12 meke žice. Praktično ove prve još i mogu da se guraju sa dva točkića ako je prečnik 1.2 mm, mada kada je 1.0 mm već ima problema sa 2 točkića. Meke žice 1.0 je gotovo nemoguće gurati sa 2 točkića. Vrlo skupi aparati imaju posebne tzv push-pull pištolje, tako da se na samom pištolju nalaze dva točkića koji vuku a točkići na aparatu guraju žicu. U principu, današnji aparati sa 4 točkića i merama opreza daju sasvim zadovoljavajuće guranje žica 1.0 mm i 1.2 mm
- Bužir mora biti teflonski da bi trenje sa žicom bilo što manje kao i da se izbegne da klasični spiralni čelični bužir ošteti žicu.
- Preporuka je da dužina polikabla za zavarianje aluminijuma bude što manja (recimo max 3.5 m) a tokom zavarivanja paziti da polikabl bude što je moguće više prav.
- Dizna za aluminijum uvek ima veći otvor za žicu nego ona za čelik. Npr otvor na dizni 1.0 mm za aluminijum je jednak otvoru 1.2 dizne za čelik. Otvor dizne 1.2 mm za aluminijum je jednak otvoru dizni za čelik 1.4 ili 1.6 mm. Pošto se aluminijumska žica zagreva u zoni dizne ona se širi, i često se dešava da zaglavljuje u dizni. Razlog je najčešće da su točkići zgnječili žicu, od okrugle je napravili elipsastu pa pri širenju ona veća dimenzija se toliko raširi da se zaglavljuje u dizni. Drugi razlog je da je dizna sa manjim otvorom, recimo neko uzme 1.2 diznu za čelik za zavarivanje 1.2 mm aluminijumskom žicom. Zaglavljivanje je vrlo brzo verovatno. Zato se trebaju uzimati prave i dobre dizne za aluminijum sa pravim otvorima ili uzimati za broj veće dizne za čelik (za 1.0 mm alu žicu uzeti 1.2 mm diznu za čelik i za 1.2 mm alu žicu uzeti diznu 1.6 mm za čelik). (Ne treba preterivati jer se može desiti da dođe do stvaranja luka između dizne i žice).
- Uvek gurati pištolj (recimo pod 10-15 stepeni) a glavu malo iskriviti da se lepo vidi cela okolina kupatila. Nikada ne vući pištolj jer će se desiti poroznost, crnilo u metalu zavara zbog loše gasne zaštite i lošeg čišćenja oksida jonima/elektronima... Potrebno je da joni argona razbiju oksid (kod MIG-a žica je uvek na + polu, tako je na svim aparatima po definiciji).
- Često se dešava zalepljivanje žice za diznu. Rešava se gore pomenutim podešavanjima (brzina žice, prepust žice, tzv run-in (creep start...), burn-back...(pod uslovom da aparat ima ova zadnja dva).
- U principu, sve žice koje postoje za TIG, postoje i u MIG verziji.
- Paziti na to da žice AlSi bolje provode struju od žica AlMg (zato na pulsnim aparatima uvek postoji poseban program za AlSi žice i poseban za AlMg žice). Svako ko zna za Omov zakon U=R x I će lako razumeti kako podesiti brzinu žice AlSi a kako AlMg.
- Bolje je raditi pravolinijsko vođenje. Izbegavati široka njihanja jer se tako izbegavaju nalepljivanja, poroznost itd.
- Pri zavarivanju tanjeg aluminijuma, u jednom momentu povećati brzinu i po potrebi stati jer se deo zasićuje toplotom i omekšava u velikoj zoni, što dovodi do progorevanja i omekšavanja, tj pada čvrstoće.
- Pametno je raditi sa prekidnim zavarima, sa povratnim korakom...
- Po potrebi postaviti nešto ispod dela koji se zavaruje radi upijanja tj odvođenja toplote.
- Materijale iz serije 5xxx zavarivati sa kraćim lukom a jačim strujama.
- Ne raditi sa prevelikim prepustima žice jer se tako gubi gasna zaštita.

Danas, ko želi ozbiljnije da se bavi MIG zavarivanjem aluminijuma, koristi moderne invertorske pulsne MIG aparate. Sve što je gore rečeno važi i za zavarivanje u pulsu, osim da je podešavanje brzine žice i voltaže ostavljeno kompjuteru u aparatu. Do zavarivača je da izabere samo debljinu materijala, prečnik žice i gas, a kompjuter sam prema programu u njemu proizvodi prigodan luk. Naravno da je pulsno-sinergetsko zavarivanje stvar razvoja i znanja pa nisu svi aparati isti. Neki aparati su napravljeni na osnovu eksperimenata a neki na osnovu kopiranja ovih prvih. Zato je preporuka, pošto su ovi pulsni aparati skupi, uvek prvo probati, makar ceo dan, i proveriti da li pulsno zavarivanje daje željeni rezultat.
Pri pulsnom zavarivanju postoji jedna vrsta talasanja rastopljenog metalo što je povoljno u smislu odvođenja gasova tj sprečavanja ili  smanjivanja poroznosti. Luk je vrlo stabilan. Moguće je perfektno zavarivati tanke limove, i to recimo od 1.0 mm. Dobri aparati imaju programe gde se tanki limovi mogu raditi debljim žicama, npr žicom 1.2 mm se zavaruje lim od 1.0 mm, što znači nižu cenu žice, ali i manji unos oksida jer deblja žica ima manji odnos oksidirane površine prema svojoj zapremini. Moguć je rad u prisilnim položajima.

Neke preporuke za uspešno MIG pulsno zavarivanje bi bile:
- Puls je blagotvoran postupak za zavarivanje legura aluminijuma. Ukupna unesena toplota je manja nego kod spreja a time se smanjuje i omekšavanje materijala tj gubitak čvrstoće. Pri tome je potpuno stabilan, bez prštanja i sa potpunom penetracijom.
- raditi sa amperažama na gornjem limitu a sa što kraćim lukom koji je stabilan da bi energija plazme bila veća a time se izbeglo nalepljivanje i pobollšalo čišćenje zone zavarivanja,
- voditi pravolinijski, bez mnogo njihanja.
- puls je odličan za zavarivanje vertikalno naviše,
- puls „vibrira i talasa“ metalno kupatilo što poboljšava izbacivanje gasova koji prave poroznost,

 

Osobenosti dodatnih materijala za zavarivanje aluminijuma po procesima

Postoje obložene elektrode za zavarivanje aluminijuma i to 4 tipa: Al99.5% (za čist Al tj serije 1xxx i 3xxx), AlSi5 (za serije 1xxx, 3xxx, 6xxx i Al-Si legure do 7 % Si), AlSi12 (za serije 1xxx, 3xxx, 6xxx i sve AlSi legure kao i za raznorodne spojeve prethodnih) i AlMgMn (za seriju 1xxx, 3xxx i AlMg legure do 3% Mg).

(Uočiti da ne postoji elektroda za zavarivanje materijala sa više od 3% Mg).

Već je rečeno da se u struci ne smatraju prihvatljivim načinom zavarivanja i uglavnom se koriste za teško pristupačna mesta, za popravke površinskih grešaka u livnicama, kao i za zavarivanje tipa „bolje ikako nego nikako“... Obloge sadrže jedinjenja na bazi soli koja su potrebna za hemijsko nagrizanje i rastvaranje oksida na površini dela koji se zavaruje. Soli su na bazi halogenih baznih metala tipa K-Cl, Na-F, Na-Cl (kuhinjska so)... kao i Na3-Al-Fe koji se dodaje da bi se dobio prenos sitnijim kapljicama i stabilan luk...
Sama žica, tj metalno jezgro elektrode je slična osnovnim materijalima kojima je namenjena uz povećan sadržaj pojedinih elemenata jer neki od njih sagorevaju tokom zavarivanja (pa recimo ako nekog elementa ima 5% može se očekivati da će ga u metalu šava biti 4 % a 1 % će ispariti i sagoreti u luku. Zato se stavi recimo 6.5% tog elementa, pa 1.5% ispari, ostaje željenih 5 % u metalu šava).

A najbolje elektrode, smatra se da pravi jedna fabrika iz USA koja se smatra najmodernijom fabrikom za proizvodnju obloženih elektroda za aluminijum i mnogi brendovi prosto kupuju i preprodaju pod svojim imenom njihove elektrode. Proizvodnja je organizovana na liniji tj mašinama od nerđajućeg čelika, elektrode se suše osim grejanjem još i infracrvenim zracima, koristi se „najmodernija hemija“ za obloge elektroda (već rečeno, obloge alu elektroda su na bazi soli, uglavnom ostavljaju korozionu šljaku koju trebe potpuno odstraniti posle zavarivanja)... Pri zavarivanju, oseti se da su neke elektrode bolje od drugih, prosto luk je lakše održavati, i može se unekoliko kontrolisati šljaka. Kod loših elektroda, ne može se kontrolisati podlivanje šljake preko luka i rastopljenog metala.

Obloge ovih elektroda su osetljive na upijanje vlage (kaže se stručno „higroskopne su“), a kada upiju vlagu postanu neupotrebljive. Zato ih čuvati u suvom okruženju u zatvorenoj kutiji

Zato jeste preporuka, uvek kupovati najbolje aluminijumske elektrode a nikad se ne voditi najjeftinijom cenom. Inače, za očekivati je da cena obložene elektrode bude 3-5 puta veća od cene TIG žica ili MIG žica plus treba računati na gubitak u šljaku, rasprsnute kapljice, pikavac.. pa ispadne da su skuplje oko 8 puta a daju var ispod prihvatljivog nivoa kvaliteta.

Žice za MIG zavarivanje se prema načinu pravljenja mogu podeliti na one pravljenje od recikliranog aluminijuma kao i one pravljenje od devičanski čistog aluminijuma. Ove druge, nazovimo ih najboljim na tržištu, barem u Evropi se dobijaju iz rude iz jednog rudnika u Grčkoj i jednog u Francuskoj. Kasnije se prerađuju, legiraju... strogo kontrolisanim procesima. Najbolje žice se izvlače i kalibrišu metodom „brijanja“ tj trostrukog brijanja. Pri prolasku žice kroz alate za kalibrisanje tokom izvlačenja, sami alati su od dijamanta. Žice se tokom procesa izvlačenja vode preko raznih valjaka i ureza, a podmazuju se raznim sapunima na tim mestima gde dolazi do jakog trenja. Ti sapuni tj lubrikanti se moraju odstraniti pre samog namotavanja. Lošiji proces je hemijskim putem a najbolji ultrazvučnim čišćenjem.

Žice dobijene direktno iz rude, tj od devičanski čistog aluminijuma, brijane pri kalibraciji, kao i ultrazvučno čišćenje daju daleko bolje performanse pri zavarivanju. Luk je stabilniji (nema fluktuacija luka zbog lošeg hemijskog sastava, nema sagorevanja hemikalija zaostalih posle čišćenja), nema opiljaka u dodavaču (one loše žice se mnogo krune, jer su hrapave, pa se ti „rapavi“ delići krzaju), zbog kontrolisanog hemijskog sastava mehanička svojstva metala šava su bolja...

Pri proizvodnji dobrih i kvalitetnih žica se vrši njihovo mikrolegiranje raznim elementima npr Zr, Ti, Cr... Razlog je dezoksidacija metala šava kao i povećanje centara kristalizacije tj što ima više centara kristalizacije (očvršćavanja) to će biti sitnije zrno i mehanička svojstva bolja (veća čvrstoć i žilavost).

Za žice za TIG zavarivanje važi sve rečeno za žice za MIG zavarivanje.

Specifične oblasti primene legura aluminijuma


Brodogradnja i čamci

Činjenica da brodovi i čamci lakši znači da su brži, troše manje goriva, mogu duže da plove sa istim rezervoarom, moguća je manja snaga motora...
Još jedna od prednosti u odnosu na čelik je ta što je daleko koroziono otporniji u vodi i rečnoj i morskoj, pa je stopa gubitka mase usled korozije daleko manja od one kod čelika, pa se ne mora predimenzionisati debljina zida.

Najproduktivniji i najlakši proces je MIG zavarivanje i to najčešće u pulsu. Po potrebi za neke nepropusne spojeve, koristi se TIG.

Najbolje je koristiti materijal iz serije 5xxx, zbog njegove velike čvrstoće. A dodatni materijal se preporučuje AlMg4.5Mn ili AlMg5.

Problemi galvanske korozije (na dodiru čeličnih i aluminijumskih delova) se izbegavaju pravilnim odvajanjem i izolacijom.

Ipak, pošto je ovaj materijal skup, mnogi za samogradnju koriste neki iz serije 6xxx.

 

Auto i kamionska industrija

Ogroman je porast primene aluminijuma u autoindustriji, počevši od motora, preko branika, do limarije.

Svest o zaštiti čovekove okoline i smanjenju zagađenja kaže da se sa težinom manjom za 10% štedi 8% goriva, a sa druge strane aluminijum je lako reciklirati.

Aluminijumske delove je lako ekstrudirati, tako da se konstruktorima omogućava da prave vrlo čvrste konstrukcije na jeftiniji način u odnosu na čelik.
Evo primera koje materijale neki proizvođači automobila iz Evrope koriste za haube:
Haube kod raznih kola. Hauba se sastoji od unutrašnjeg lima (inner panel) i spoljnjeg (outer panel).

Aluminijumska šasija Audi A8

 

Izgled spoljneg i unutrašnjeg lima haube kod Reanult lagune II i Peugeot 607

Mala težina branika kod automobila ima sledeću svrhu:
- apsorpcija energije udara na početku sudara i sposobnost provođenja te energije na željena ojačana mesta karoserije,
- pri malim i srednjim brzinama štete su male, što smanjuje troškove osiguranja,
- na većim brzinama, sile udara se vode ka jakim delovima karoserije tako da je verovatnoća raspadanja automobila mala a šanse za preživljavanje veće,
- ponekad je sposobnost apsorpcije energije udara propisana direktivama jedino moguća branicima od aluminijuma.

Perfektna apsorpcija energije udara – profil od aluminijuma

 

Materijal branika nekih automobila

 

U kamionskoj industriji, karoserije od aluminijuma drstično povećavaju profit preduzeća koje se bave prevozom tereta. Nosivost korisnog tereta se drastično povećava sa aluminijumskom karoserijom.

Reparatura oštećenih panela na karoserijama kamiona je vrlo laka i brza pulsnim MIG aparatima.

Kratak pregled materijala od aluminijuma kod automobila i kamiona:
- Limarija sa spoljne strane je najčešće od 6111 legure a unutrašnji limovi od 5083 ili 5754,
- Haube kao što je predstavljeno gornjom tabelom od 6016 i 6111,
- delovi šasija, limovi od 5182 ili 5754 a ekstrudirani delovi od 6061 i 6063,
- limarija na karoserijama kamiona i prikolica je najčešće od 5456,
- hladnjaci su najčešće od legura serije 3xxx a cevčice od 6xxx,

Lako je naći pogodan dodatni materijal za zavarivanje kada se zna osnovni.

Reparaturno zavarivanje glava, blokova, felni, hladnjaka će biti posebno objavljena.

Nekonvencionalni postupci zavarivanja

Tu spadaju tzv Friction Stir Welding, zavarivanje laserom, plazmom, elektronskim snopom...

Nekonvencionalni (šusterski) postupci zavarivanja aluminijuma u Srbiji

A u Srbiji, zbog nemogućnosti nabavke AC/DC TIG aparata, to su sledeći postupci:
- TIG zavarivanje na REL/TIG aparatima sa paljenjem kresanjem a kontrolom gasa ventilom na breneru. Brener se poveže na + pol a dodaje se potrebna TIG žica najčešće AlSi5 ili AlMg5. Ova struja na + polu bukvalno ždere wolfram, ali kakav takav spoj se može postići. Voditi računa da se minimalno koristi 3.2 mm wolfram i da će u materijal ići oko 30% podešene amperaže (ako se na tabli izabere 150 A, u materijal će ići oko 45-50 A), pa je poželjno predgrejati sve deblje od 2 mm.
- TIG zavarivanje na – polu na REL/TIG aparatima, ali se dodaje obložena elektroda,
- Skine se prah sa obložene elektrode, smrvi i prospe preko žljeba pa se sa brenerom na – polu na REL/TIG aparatima pokuša zavarivanje dodavanjem TIG žice tipa AlSi5.

Bezbednost na radu:
Zavarivanje aluminijuma, kao i svako zavarivanje donosi opasnosti zbog razvijenih dimova i gasova (naročito kod TIG-a se razvija ozon, zatim NOx gasovi, CO, CO2 itd). Zato je apsolutna preporuka za dugotrajnija zavarivanja koristiti maske sa dovodom filtriranog čistog vazduha. Stvar postaje još opasnija pri reparaturi delova koji su u svojim milroporama upili razna ulje i hemikalije, gde je nemoguće odstraniti svu farbu, pa tokom zavarivanja ta farba isparava i stvara otrovne gasove.

Možemo Vam ponuditi vrhunsku masku sa dovodom svežeg vazduha!