Alumiinimuottien korjaus: kuinka valita oikea alumiinihitsauslanka ja hitsaustekniikka

Alumiinihitsaustekniikka

Alumiinityökalujen käyttö on yleistymässä. Oikean hitsauslangan ja oikean hitsaustekniikan valitseminen korjaa muotin tehokkaasti.

Alumiinista, jota pidetään tiukasti prototyyppityökalumateriaalina, on vähitellen tullut vaihtoehto muottien valmistukseen. Tätä vaihtoehtoa harkittaessa on tärkeää tarkastella ensin teräksen ja alumiinin eroa ja määrittää sitten, kuinka alumiinin kohotettua lämmönjohtavuutta voidaan käyttää alentamatta osan laatua. On myös tärkeää pohtia homeen ylläpitoon liittyviä kysymyksiä. On suhteellisen helppoa valmistaa korkealaatuisia osia alumiinimuodoilla, mutta näiden muottien korjaaminen voi aiheuttaa haasteita. Alumiinimuottien onnistuneen korjaamisen varmistamiseksi on välttämätöntä ymmärtää teräksen ja alumiinin ja alumiiniseoksen vaihtoehtojen väliset erot sekä tiedot hitsauslangoista ja oikeista hitsaustekniikoista.

Materiaalit: alumiini ja teräs

Nykyään saatavilla olevat lujat alumiiniseokset ovat käyttökelpoinen vaihtoehto työkaluteräkselle. Alumiinia käytetään pääasiassa prototyyppien tuottamiseen alhaisten kustannustensa vuoksi, joten alumiinilla on muita etuja, mikä tekee siitä käyttökelpoisen vaihtoehdon muottien valmistukseen.

Ensinnäkin, erilaisista avainominaisuuksista johtuen, alumiinimuottien kustannukset ovat vain noin puolet teräsmuottien kustannuksista, ja ne voidaan toimittaa noin puolessa ajasta. Esimerkiksi, vaikka teräs on paljon vahvempi kuin alumiini, alumiini painaa vain kolmanneksen alumiinista, ja tietyt alumiinimateriaalit voidaan jalostaa teräkseen verrattavan lujuuden tuottamiseksi. Koska alumiini on pehmeämpää kuin teräs, sitä on helpompi leikata. Korkean lujuuden ja pienen painon yhdistelmä tekee alumiinista monenlaisia ​​käyttökohteita, joita voidaan käyttää laajasti ilmailu-, auto- ja teollisuudessa.

Toinen alumiinin etu teräkseen verrattuna on sen korkea korroosionkestävyys. Kun alumiini altistetaan ilmalle, muodostuu ohut kerros alumiinioksidia, mikä parantaa korroosionkestävyyttä. Lisäksi lämpötilan laskiessa alumiini ei muutu hauraaksi kuin teräs. Itse asiassa se voi lisätä vetolujuutta ja ylläpitää sitkeyttä.

Kuten kaikki tiedämme, alumiinin lämmönjohtavuus ja sähkönjohtavuus on kuusi kertaa teräksen. Alumiinin lämmönjohtavuudella on tärkeä merkitys hitsauksessa ja muottien korjaamisessa, joten hitsaus kovettuu nopeammin. Tämä auttaa myös saavuttamaan enemmän GG-tarjouksia; käytännöllinen GG-tarjous; hitsaamalla, kiinnitä metalli paremmin paikalleen ja yksinkertaista huoltoa paikan päällä. Korkea lämmönjohtavuus tarkoittaa, että metallin yhteen osaan käytetty lämpöenergia siirtyy nopeasti muihin osiin. Tämä pitää materiaalin vakaana pitäen samalla korkean lämpötilan. Osien vaurioiden välttämiseksi alumiini on kuitenkin hitsattava voimakkaammalla lämmöllä nopeammin, koska lämpö hajoaa nopeasti.

Seoksen valinta

Jos päätät käyttää alumiinia seuraavassa muottihankkeessa, on erittäin tärkeää valita oikea alumiiniseos. Elementtien, mukaan lukien kupari, magnesium ja sinkki, lisääminen alumiinimatriisiin tuottaa seoksia. Jokainen lisätty elementti auttaa parantamaan alumiinin ainutlaatuisia hyödyllisiä ominaisuuksia.

Alumiiniseoksista on kaksi pääluokkaa: taonta ja valu. Taotut seokset valataan ensin teräsharkoihin ja prosessoidaan sitten mekaanisesti kuuma- tai kylmävalssausmenetelmillä, kuten valssaamalla, takomalla, suulakepuristamalla ja muovaamalla, halutun muodon saavuttamiseksi. Valssausta käytetään alumiinilevyjen, kalvojen tai levyjen valmistukseen; taonta käytetään monimutkaisten muotojen tuottamiseen, joilla on erinomaiset ominaisuudet, ja puristamista käytetään putkien tai tankojen valmistukseen. Valuseos valuu suoraan haluttuun muotoon, mikä tekee siitä erittäin sopivan monimutkaisten muotojen levittämiseen.

Taotut ja valetut seokset luokitellaan edelleen lämpökäsiteltäviksi ja muilla kuin lämmöllä käsiteltäviksi. Lämpökäsiteltävät seokset sisältävät seostavia elementtejä, jotka lisäävät materiaalin lujuutta ja liukoisuutta lämpökäsittelyn avulla, mutta lämpövaikutteinen alue (HAZ) ei yleensä ole hehkutettu kokonaan, mikä vaikuttaa minkä tahansa hitsin lujuuteen. Lämpökäsittelemättömät seokset vahvistetaan kylmällä työmenetelmällä.

Nämä luokitukset ovat tärkeitä näkökohtia, jotka koskevat alumiinilejeerinkimuottien hitsattavuutta ja ylläpidettävyyttä. Jotkut materiaalit sopivat paremmin tiettyihin hitsausprosesseihin, joten kun muotin valmistaja määrittää hitsausmateriaalin, on myös harkittava hitsausmenetelmää.

Jotkut yleisesti käytetyt alumiiniseokset on valmistettu 7000 -sarjasta. Nämä seokset ovat houkuttelevia muotteihin, koska niillä on yleensä korkea lujuus verrattuna teräkseen ja ne ovat kestävämpiä kuin muut sarjat. Sinkki on tärkein seosaine näissä alumiiniseoksissa. Sitä käytetään yhdessä muiden elementtien (kuten magnesiumin ja kuparin) kanssa siitä, että siitä tulee voimakas seos ympäristön lämpötilassa. Sinkin lisääminen tekee alumiinista myös lämmön hoidettavissa, jolloin saostuma kovettuu, kuumennustekniikan avulla, jota käytetään saantolujuuden lisäämiseen. Saostuskovettuessa 7000 -sarjalejeeringit voivat saavuttaa 700 MPa: n (megapaskalit) vetolujuuden, joka on suurin alumiiniseoksista. Sen jälkeen kun seostavat elementit on dispergoitu valssaamalla ja takomalla, lämpökäsittely on tehokkaampaa. Näiden kolmen prosessin yhdistelmä vahvistaa korkealujuiselle alumiinille vaadittavat ominaisuudet. Vaikka 7000 -sarjan seoksilla on hyvä väsymislujuus ja työstettävyys, niillä on huonompi korroosionkestävyys kuin muilla alumiiniseoksilla, joten ne ovat alttiita rasituskorroosiohalkeilulle ja vaikeita hitsata.

Muut suositut valinnat muottisovellusten valmistukseen ovat 2000, 5000 ja 6000 -sarjojen seokset. Lisäämällä kuparia 2000 -sarjan sarjoissa olevat saostumat voidaan kovettaa kuten 7000 -sarjassa, mikä antaa niille saman lujuuden kuin teräkselle, mutta 2000 -sarjan seoksilla on alhaisempi korroosionkestävyys, joten verrattuna niihin, ne ovat alttiimpia jännityskorroosiohalkeilulle. Tämän 7000 -sarjan herkkyyden vuoksi monia 2000 -sarjaseoksia pidetään hitsaamattomina.

Magnesium lisätään 5000 -sarjaseoksiin. Magnesium voi tarjota kiinteän liuoksen lujittamisen ja parannetut venymiskovetusominaisuudet siten, että niillä on korkea alumiiniseoksien lämpökäsittelylujuus. Näiden ominaisuuksien takia 5000 -sarjalejeeringit on erittäin vaikea puristaa ja ovat kalliita. Ne tehdään pääasiassa levyiksi ja levyiksi, ja niitä käytetään vain toisinaan valettuina osina.

Sarjan 6000 alumiini seostetaan magnesiumilla ja piillä lämmönkestävän, vahvan ja helposti suulakepuristetun seoksen valmistamiseksi, jolla on hyvä korroosionkestävyys. Vaikka 6000 -sarjalejeeringit ovat yksi yleisesti käytetyistä yleiskäyttöseoksista, ne eivät voi saavuttaa {{6} }- ja 7000 -sarjalejeeringien korkeaa lujuutta.

Nämä muut seosterässarjat valmistetaan yleensä samassa tehtaassa, joka valmistaa 7000 -sarjan seosterässarjat, mutta niitä ei valssatta, taotuta ja lämpökäsitellä lujuuden lisäämiseksi. Sen sijaan heitä nämä seokset suoraan lopulliseen muotoonsa, jotta ne voivat saada ominaisuutensa, mukaan lukien lujuus ja hitsattavuus, lejeerinkiseoksesta valmistusprosessin sijasta. Koska valettua seosta ei tarvitse valssata tai taata levyn tai levyn muotoon, sitä voidaan käyttää taloudellisemmin monimutkaisissa tuotemuodoissa. Niiden lujuus ei kuitenkaan ole sama kuin valssattujen tai taottujen samanlaisten tuotteiden. Valuseokset ovat suosittu valinta prototyyppituotannossa, koska ne maksavat noin puolet 7000 -sarjan seosten kustannuksista. Prototyypeille heikommat seokset ovat hyväksyttäviä. Voidaan myös toimittaa muokattuja 2000 -sarjan seoksia valssatussa tai taotussa muodossa hyvän tasapainon lujuuden ja hitsausominaisuuksien välillä saavuttamiseksi. Molemmat tyyppiset seokset ovat helppo hitsata omien ominaisuuksiensa mukaan.

Kullekin seossarjalle ominainen ihanteellinen laatu määrittelee niiden sopivat tuotantosovellukset. Korkean lujuutensa vuoksi 7000 -sarjan seoksia käytetään yleisesti suorituskykyisissä sovelluksissa, kuten ilmailu-, panssaroituissa ajoneuvoissa ja urheiluvälineissä. 2000 -sarjan lejeeringit, joilla on vastaava lujuus, käytetään yleisesti ilma-aluksissa tai ilmailualan sovelluksissa, kun taas 5000 -sarjan lejeerinkeillä on parempi hitsattavuus ja muulla kuin lämmöllä käsiteltävä lujuus, mikä tekee niistä hyödyllisiä erilaisissa rakenteellisissa sovelluksissa, kuten silloissa, rakennukset, kuorma-autot jne. Laivanrakennus- ja paineastiat. 6000 -sarjan seokset ovat yksinkertaisia ​​ja taloudellisia seosten suulakepuristusmenetelmiä, joten ne soveltuvat sekä hitsaukseen että erilaisiin suulakepuristusmuotoihin.

Alumiiniseoshitsauslangan valinta

Eri alumiiniseokset vaativat erilaisia ​​hitsauslankoja onnistuneen hitsauksen saavuttamiseksi. Hitsauslangan ominaisuuksien tulisi olla yhdenmukaisia ​​hitsaamisen erityisen seoksen ominaisuuksien kanssa, ja myös hitsauslangan värinsovituskyky, lujuus ja vaikutus lämpövaikutteiseen vyöhykkeeseen on otettava huomioon. Lisäksi hitsauslangan sulamislämpötilan on oltava samanlainen kuin sen perusmateriaalissa, jotta hitsaus voidaan suorittaa tehokkaasti. Esimerkiksi korkean magnesiumpitoisuuden omaava alumiiniseos tulisi hitsata täyteseoksella, joka sisältää myös korkean magnesiumpitoisuuden. Jokaisella hitsauslangan tyypillä on oma dynaaminen kemiallinen koostumus, joka tuottaa tehokkaampia tuloksia alumiiniseoksille, joilla on samanlaiset ominaisuudet. Tuotantotehokkuuden parantamisen lisäksi myös hitsauksen vääristymiä tulisi vähentää.

Useilla 7000 -sarjaseoksilla valmistettujen muottien ylläpito on haastavaa, koska niiden herkkyys lämpöhalkeilulle tai rasituskorroosiohalkeilulle estää niitä hitsaamasta kaarihitsaustekniikan avulla. Poikkeuksia tähän sääntöyn ovat 7003 ja 7005 suulakepuristetut seokset ja 7039 levylejeeringit. Pätevät 7000 -sarjan seokset voidaan hitsata käyttämällä 5356 tai 2319 -seoshitsauslankaa, jotka molemmat voivat tuottaa epähuokoisia hitsauksia, joiden lujuus on hyväksyttävä ja jotka voidaan sovittaa alumiinin eheyteen. metalliseos. 5356 käytetään yleisesti näissä hitsauslankoissa, koska se on jäykkä ja voi tarjota hyväksyttävän lujuuden ja jatkuvan syöttön, kun taas 2319 on lämpökäsitelty ja sillä on korkea lujuus ja hyvä sitkeys. 5356 hitsaus langassa on myös täyteainetta, jonka magnesiumpitoisuus on 5%, mikä voi vähentää herkkyyttä hitsaushalkeamille. Mitä suurempi magnesiumpitoisuus, sitä pienempi halkeilun riski.

Kaksi 7000 -sarjan alumiiniseoksia tuottavaa tehtaata ovat auttaneet kehittämään patenttisuojattuja metalliseoshitsauslankoja, jotka on suunniteltu 7000 -sarjan alumiiniseoksille. Näitä tuotteita ei ole käytetty laajalti, mutta kaikki varhaiset testitulokset osoittavat, että värien yhteensopivuus on parantunut verrattuna 2319 ja 5356 hitsauslankoihin. Näille uusille johdoille lämpövaikutteinen vyöhyke hitsin korjausalueen ympärillä on kuitenkin yhteinen kaikille lämpökäsitellyille seoksille kaikissa korjausprosesseissa.

2319 hitsauslanka sopii 2000 -sarjaseoksista valmistettujen muottien hitsaukseen. Taotut 2000 -sarjan seokset voidaan lämpökäsitellä suuremman vetolujuuden saavuttamiseksi, joka voi olla jopa 448 MPa. Ne muodostavat seoksia kuparilla ja auttavat tuottamaan parempia hitsausominaisuuksia. Testit ovat osoittaneet, että 2319 hitsauslangalla on erinomainen hitsauslaatu ja värinsovitus. Kun värien yhteensovittaminen on erittäin tärkeää, siitä tulee suosittu valinta. 2000 -seosseoksilla on korkeammat vanhenemis- ja karkaisuominaisuudet, joten niillä on korkeampi lämpörasituskestävyys kuin 7000 -sarjaseoksilla, mikä tarkoittaa, että hitsaus ei aiheuta hitsatun materiaalin lujuuden heikkenemistä.

6000 -sarjan lejeeringit ovat lämpökäsiteltyjä takoitettuja seoksia, jotka osoittavat lämpövaikutteisen alueen hitsausalueen ympärillä. Soveltuva hitsauslanka 6000 -sarjan alumiiniseoksen hitsaukseen on 4043, joka on yksi helposti käsiteltävistä hitsauslangoista. Sillä on alhaisempi sulamispiste ja parempi juoksevuus, joten se on vähemmän herkkä hitsaushalkeamille. Tämä hitsauslanka sopii kriittisiin sovelluksiin, joissa hitsausalueen lujuus ja väri vastaavat toisiaan. Kuitenkin, jos perusmateriaali anodisoidaan korjauksen jälkeen, 5356 hitsauslanka on parempi valinta ja tuottaa läheisemmän väriyhteyden, koska 4043 tulee tummaharmaaksi anodisoinnin jälkeen.

Koska valetut seokset tarjoavat vahvemman raerakenteen ja taontalejeeringillä on suurempi huokoisuus, niillä on todennäköisemmin parempi hitsin korjauskelpoisuus. Ihanteellinen valinta 5000 -sarjan alumiiniseokselle on 5356 hitsauslanka, kun taas 2319 -hitsauslanka sopii 2000 -sarjalejeeringille. Nämä hitsauslangat tuottavat erinomaisen värinsovituksen seoksen kanssa niiden pienen piipitoisuuden takia, mikä ylläpitää anodisoidun hopean sekoitusvaikutusta ilmeisen ja epätyydyttävän mustan sijasta. Lämpökäsittelemättömänä tuotteena valuseoksella ei ole lämpövaikutettua vyöhykettä hitsin ympärillä, joten hitsausalue ei ole näkyvissä muotin valmiilla pinnalla.

Alumiinimuottien korjaustaidot

Kun sopiva hitsauslanka on valittu, painopiste on siirrettävä hitsattavan muotin sopivaan tekniikkaan. Tämä on tärkeä tekijä onnistuneessa hitsauksen korjauksessa. Sopiva tekniikka sisältää paitsi varsinaisen hitsauksen myös lisää tekniikoita. Sen on myös otettava huomioon materiaalin ympäristöolosuhteet ja esilämmitys, mikä eliminoi tiivistymisen ja parantaa sen hitsattavuutta.

Alumiinin hitsaamiseen käytetään yleensä vaihtovirtaa (AC), mutta tasavirta (DC) voi tuottaa parempia tuloksia muotiseosten korjaamisessa. AC ja DC tarkoittavat virran napaisuutta, kun se virtaa elektrodien läpi. Elektrodin valinnalla, jolla on oikea napaisuus, on merkittävä vaikutus hitsin lujuuteen ja laatuun.

Kuten aikaisemmin mainittiin, alumiini altistuu ilmalle, jolloin muodostuu ohut kerros alumiinioksidia. Jos oksidikerrosta ei poisteta, se vaikuttaa haitallisesti hitsauksen sulamiseen ja juoksevuuteen. Tämän kerroksen poistamiseksi vaadittava lämpötila on paljon korkeampi kuin lämpötila, joka vaaditaan perusalumiinin sulamiseen. Vaihtovirta virtaa puolet ajasta yhteen suuntaan ja puolet toiseen suuntaan. Koska vaihtovirta muuttaa usein polaarisuutta (napaisuus muuttuu 120 kertaa sekunnissa 60 Hz: n virralla), oksidikerros poistetaan ensin, jolloin epäjaloa metallia sulaa ja sulaa nopeammin. Hyvien tulosten saamiseksi vaaditaan tasavertainen ja tasapainoinen virta molempiin suuntiin.

Tasavirta virtaa vain yhteen suuntaan muodostaen vakiopolaarisuuden. DC-pulssihitsaukset tuottavat kaaripulsseja korkean huipun ja alhaisen taustavirran välillä, mikä kaventtaa lämpövaikutteista vyöhykettä ja perusmateriaaliin kohdistuvaa lämpöä, säilyttäen siten metallin alkuperäisen suorituskyvyn. AC-pulssihitsausten käyttö johtaa suurempaan huokoisuuteen hitsatulla alueella ja huonojen värien sovittamisesta. Kun käytetään liian matalaa hitsausvirtaa, kun kaasua tarttuu hitsausturbulenssilla, voi esiintyä huokoisuutta. Alumiinilla hitsaus tulisi suorittaa nopeasti, jotta lämpö ei tunkeutuisi emälohkoon. Jos toteutus on liian hidasta, ylikuormitusriski kasvaa.

Alumiinityökalujen käytön lisääntyessä osien kustannukset vähenevät, mikä puolestaan ​​tekee alumiinityökalujen käytöstä yleisemmän. Oikean hitsauslangan ja tekniikan valinta mahdollisesti vaikeita prosesseja helpottaa ja antaa erinomaiset hitsaustulokset.