Як зварваць літой алюміній?

1. Уводзіны

Зварка літога алюмінія - звычайная задача па рамонце і вырабе ў аўтамабільнай прамысловасці, марская, аэракасмічныя і прамысловыя ўстаноўкі - але гэта істотна адрозніваецца ад зваркі каванага алюмінія. Паспяховы рамонт патрабуе загадзя правільнага рашэння, дысцыплінаваная падрыхтоўка (ачыстка, разагрэць, fit-up), адпаведны працэс і выбар напаўняльніка, кантраляванае ўвядзенне цяпла, і мэтавая праверка. Гэта кіраўніцтва тлумачыць металургію, практычныя крокі «як зрабіць»., кіраўніцтва па параметрах, агульныя рэжымы адмовы і дадатковыя параметры, каб цэхі маглі вырабляць надзейныя зварныя швы на адліўках.

2. What is cast aluminum?

«Адліваны алюміній” адносіцца да кампанентаў, вырабленых шляхам залівання расплаўленага алюмініевага сплаву ў форму, дзе ён застывае.

Агульныя сем'і ўключаюць:

• Ліцейныя сплавы Al–Si (A356, 319, A413, "сілумін") — шырока выкарыстоўваецца для блокаў рухавікоў, карпусы і канструкцыйныя адліўкі. Высокае ўтрыманне крэмнія паляпшае цякучасць і памяншае ўсаджванне, але ўплывае на зварваемасць.
• Ліццё пад ціскам сплавы (часта вышэй медзі/Zn пры ліцці пад ціскам) — выкарыстоўваецца для танкасценных спажывецкіх дэталяў; абмежаваная свариваемость.
• Пясок і выплавляемых мадэляў — больш тоўстыя ўчасткі і больш шурпатыя паверхні; часта патрабуецца дадатковая падрыхтоўка.

Літыя сплавы могуць быць адліты, лячэнне цеплааддачы (e.g., T6 для A356), or contain trapped gases and shrinkage porosity from the casting process.

3. Why cast aluminium is different

Key welding challenges with castings:

• Porosity and shrinkage cavities: Entrapped gas or shrink voids are common; they act as stress concentrators and porosity sources for welds.
• Eutectic phases (high Si): Al–Si eutectic lowers the melting range and promotes hot/solidification cracking if heat input or filler selection is wrong.
• Variable section thickness / high thermal mass: Thick bosses conduct heat away; thin fins heat and cool rapidly. Differential cooling produces stresses and distortion.
• Pre-existing defects: Cracks formed during casting may extend into the weld if not prepared out properly.
• Heat treatment sensitivity: Many castings are precipitation-hardened (T6). Welding locally destroys the temper; restoration may require full heat-treatment (рашэнне + re-age), often impractical for repairs.

Understanding these constraints is the first step toward a sound repair strategy.

4. How to decide whether to weld a casting

Feasibility checklist (yes/no quick assessment):

• Is the defect localized (расколіна, small porosity) rather than pervasive? - If localized, welding is often feasible.
• Can you access and grind back to sound metal and create a proper weld groove? - If no, replacement may be required.
• Can the assembly be preheated and clamped to control distortion? - Preheat improves success.
• Will the welded area be in a highly stressed, safety-critical location (pressure vessel, primary structural member)? - If yes, consider replacement or full qualification.
• Is the alloy identifiable (A356, 319, і г.д.) and is restressing/heat treatment an option? - Unknown alloy increases risk.

If any of these checks is negative for a critical part, replacement or non-weld repair solutions (клеі, механічнае мацаванне) варта ўлічваць.

5. Падрыхтоўка: ачыстка, fit-up, joint design and preheat

Чыстка

• Выдаліць алей, вышмаруйце і пафарбуйце з дапамогай шчолачнага абястлушчвальніка або ацэтону.
• Непасрэдна перад зваркай выдаліце ​​аксідны пласт і любыя забруджвання паверхні спецыяльная драцяная шчотка з нержавеючай сталі або абразіўны круг, прызначаны для алюмінія. Пазбягайце шчотак з вугляродзістай сталі (забруджванне жалезам выклікае іржу і ломкасць).
• Пратрыце чыстым растваральнікам і дайце высахнуць.

Fit-up and joint design

• Вышліфаваць расколіны да добрага металу — падрыхтаваць а V або У пазу, каб цалкам пранікнуць у дэфект. Прасвідруйце невялікія «запорныя адтуліны» на кончыках расколін, каб прадухіліць іх распаўсюджванне.
• Забяспечце належны каранёвы доступ; для глыбокіх расколін, разгледзьце падкладку з медным радыятарам/падкладкай, каб падтрымаць лужыну і адвесці цяпло.
• Пазбягайце празмерна абмежаваных суставаў - некаторая свабода зніжае нагрузку і рызыку расколін.

Разагрэць

• Для адлівак настойліва рэкамендуецца папярэдні нагрэў: 150–250 °C (300–480 °F) з'яўляецца агульным практычным дыяпазонам. Выкарыстоўвайце тэрмапары для кантролю тэмпературы.
• Папярэдні нагрэў памяншае цеплавыя градыенты, дазваляе вадароду выходзіць, і зніжае верагоднасць з'яўлення гарачых расколін. рабіць не перавышае ~300 °C для большасці адлівак з Al-Si, калі не прытрымлівацца спецыяльнага плана металургіі - празмерны папярэдні нагрэў можа размякчыць дэталь або змяніць тэмпературу.

Interpass temperature

• Падтрымлівайце межпраходную тэмпературу ніжэй 250–300 °C каб пазбегнуць металургічнай дэградацыі і некантралюемага размякчэння. Перш чым працягваць, дайце дэталі астыць да прымальнай тэмпературы паміж праходамі.

6. Welding Methods for Cast Aluminum

Выбар правільнага метаду зваркі для рамонту літога алюмінія - адно з самых важных рашэнняў, якія вы павінны прыняць. Метад вызначае цеплаўкладанне, рызыка скажэння, хуткасць нанясення, даступнасць, сумеснае з'яўленне і большасць наступных патрабаванняў да інспекцыі.

Зрадак (GTAW) — AC Aluminum Welding

Калі выкарыстоўваць: дробны лакальны рамонт, Тонкія сцены, касметычная аздабленне, патрабуецца жорсткі кантроль.
Чаму гэта працуе: У рэжыме пераменнага току змяняецца палярнасць электродаў, каб разбурыць аксід Al₂O₃ (ачыстка) і забяспечваюць праварку зварнога шва; TIG забяспечвае дакладны кантроль цяпла і выдатную бачнасць лужыны.
Расходныя матэрыялы: ER4043 (па змаўчанні для адлівак з Al–Si), ER5356, калі патрэбна трываласць/карозія; 2% цырконія або 2% лантанаваны вальфрам для пераменнага току; 99.999% экранаванне аргону.

Парады па тэхніцы:

• Кароткая даўжыня дугі, наўмыснае падарожжа па дузе; апусціце напаўняльнік у пярэдні край лужыны.
• Каб кантраляваць цяпло, выкарыстоўвайце зварныя швы/пераступанне; пазбягайце доўгіх суцэльных шарыкаў.
• Ўстаноўка балансу: павялічыць электрод-станоўчы % ненадоўга для ачысткі, затым паменшыць для пранікнення.
  Плюса: лепшы візуальны кантроль, мінімальны рызыка прадзімання на тонкіх участках пры правільным выкарыстанні.
  Мінусы: павольнае адкладанне; Аператар залежны.

Мне (GMAW) — Spool gun / Push-pull / Pulsed MIG

Калі выкарыстоўваць: больш тоўстыя адліўкі, вытворчыя асяроддзя, вялікі рамонт, дзе хуткасць мае значэнне.
Чаму гэта працуе: больш высокія паказчыкі аблогі; імпульсны рэжым зніжае сярэдняе паступленне цяпла і паляпшае кантроль лужын. Бобільныя пісталеты дазваляюць пазбегнуць праблем з падачай алюмініевага дроту.
Расходныя матэрыялы: цвёрды ER4043 / Правады ER5356; сумесі аргону або Ar/He. Дыяметры дроту звычайна 0.9 мм (0.035«), 1.2 мм (0.045«) або 1.6 мм (0.062«).

Парады па тэхніцы:

• Выкарыстоўвайце імпульсную перадачу ў ручных або рабатызаваных сістэмах, каб паменшыць сітаватасць і пырскі.
• Выкарыстоўвайце пісталет для катушак або кармушку для націскання; алюмініевы дрот павінен быць сухім і падаваць плаўна.
• Падтрымлівайце паток ахоўнага газу 12–20 л/мін; выкарыстоўвайце Ar/He для больш тоўстых секцый, каб павялічыць пранікненне.
  Плюса: хуткі; добра для шматпраходных зборак.
  Мінусы: больш высокая цеплааддача, чым TIG, патрабуецца правільная ўстаноўка падачы дроту, каб пазбегнуць гнездавання птушак і сітаватасці.

Pulsed MIG & Hot-wire MIG

Калі выкарыстоўваць: калі вам патрэбна больш высокае адкладанне з лепшым кантролем цяпла, чым звычайны MIG. Гарачы дрот электрычна награвае дрот перад уваходам у лужыну, зніжэнне неабходнай энергіі дугі (зніжае ЗТВ).
Выгод: больш хуткае адкладанне, меншае агульнае цяпло на адкладзеную масу, палепшаны кантроль формы шарыка.
Прыкладанне: ліццё ад сярэдняй таўшчыні да тоўстага, дзе скажэнне павінна быць абмежавана.

Лазерная зварка & Laser–Arc Hybrid

Калі выкарыстоўваць: капітальны рамонт, дакладная лакалізаваная зварка, вобласці, дзе мінімальная ЗТВ і скажэнні маюць вырашальнае значэнне. Гібрыдныя сістэмы спалучаюць магчымасць запаўнення дугі з лазерным пранікненнем.
Чаму гэта працуе: высокая шчыльнасць магутнасці дазваляе глыбокае пранікненне з вузкімі зварнымі швамі і нізкім агульным падводам цяпла.
Ноты: часта выкарыстоўваецца з папярэдне размешчаным напаўняльнікам або аўтагенным рэжымам; дэталі павінны быць дакладна ўстаноўлены і замацаваны. Лепш за ўсё выконваць у спецыялізаваных крамах.
Плюса: мінімальная апрацоўка пасля зваркі, нізкія скажэнні.
Мінусы: капітальны кошт, падгонка суставаў крытычна важная, абмежаваны доступ для вялікіх адлівак.

Electron Beam (EB) Вінжаванне

Калі выкарыстоўваць: спецыялізаваныя, дробнасерыйны, крытычны рамонт або вытворчасць, дзе патрабуецца надзвычайная якасць зваркі і глыбокае пранікненне. Патрабуецца вакуумная камера.
Плюса: надзвычай нізкая сітаватасць, глыбокае плаўленне, малая ЗТВ.
Мінусы: патрабаванне вакууму, высокі капітал & абмежаваная дэталёвая практычнасць.

Friction Stir Repair (FSR)

Калі выкарыстоўваць: when the casting geometry allows a rotating FSW tool to process along a defect (e.g., linear cracks on accessible surfaces). Produces solid-state joints with no fusion porosity.
Плюса: Выдатныя механічныя ўласцівасці; no filler required in many cases.
Мінусы: tooling and fixturing complexity; tool access and part clamping limit applicability; not applicable for internal cavities.

Пайка / Torch Repair

Калі выкарыстоўваць: thin-wall non-structural components, decorative repairs or where fusion welding is undesirable. Brazed joints use aluminum brazing alloys (with flux) and lower temperature.
Плюса: нізкая цеплааддача, simple equipment.
Мінусы: much lower joint strength than fusion welds; flux residues must be removed; not suitable for structural repairs.

Comparative table

7. Расходныя матэрыялы & экранаванне: filler alloys, electrode choices, бензін & wire sizes

Filler alloys

• ER4043 (Al–5Si): Widely used for Al–Si castings (A356, 319). Good fluidity, less tendency to hot-crack. Conservative default for most cast-aluminum repairs.
• ER5356 (Al–5Mg): Higher strength and better corrosion resistance (especially marine). Use cautiously on high-Si castings as it can increase cracking sensitivity.
• ER2319 / ER3125 etc.: Specialty fillers for specific alloys/conditions. Check manufacturer recommendations.

TIG electrodes

• 2% zirconia (Zr) або 2% лантанаваны tungsten recommended for AC aluminum welding. Zirconiated gives stable arc on AC. Thoriated (2% ThO₂) not ideal for AC and has radiological concerns.

Shielding gas

• Argon (99.995%) standard. Flow: 10–20 L/min (20–40 SCFH) depending on nozzle size.
• Argon/Helium blends (e.g., 75/25 Ar/He) increase heat input and wetting for thicker sections — useful when more penetration is required; helium increases cost and may require higher flow and attention to oxidation.

Wire diameters (Мне)

• Common sizes: 0.8 мм (0.030«), 0.9 мм (0.035«), 1.2 мм (0.045«) і 1.6 мм (0.062«). Choose smaller dia for thin sections and better control; larger for heavy deposition.

8. Welding Technique and Tips

Зрадак (пераменны ток) тэхніка

• Ужываць AC with appropriate balance (polarity %EN/EP) — more electrode positive (У) increases cleaning action but reduces penetration; balance for oxide removal and penetration.
• AC frequency (60–120 Hz) tightens arc and improves control on small welds.
• Use a short arc length and maintain consistent torch angle (usually 10–15° drag or push depending on technique).
• Add filler by dipping into the leading edge of the puddle; avoid overheating.

MIG technique

• Выкарыстоўвайце a spool gun to minimize feeding issues. Keep push angle, control travel speed to avoid porosity. Pulsed MIG helps limit heat input and improves wetting control.

Puddle management

• Castings have uneven cooling. Control heat input: shorter runs (зварка швоў) with pauses between stitches let heat dissipate and avoid long continuous beads that build up stress.
• Backstep technique and alternating passes reduce distortion.

Peening

• Historically used to reduce residual tensile stresses and cracking risk. Today peening is used sparingly because it can introduce other defects and is not a substitute for correct process selection.

Backing bars / copper backing

• Use copper backing to cool puddle and support root; also aids in heat dissipation and reduces burn-through.

9. Post-weld handling: астуджэнне, Стрэс дапамогі, repair grinding and PWHT considerations

Астуджэнне

• Allow кантраляванае астуджэнне to ambient; avoid water quench. Rapid cooling increases thermal shock, residual tensile stress and cracking.

Зняцце стрэсу

• For critical welds a low-temperature stress-relief bake (e.g., 150–200 °C for 1–2 hours) can reduce residual stresses — but check alloy compatibility.

Repair grinding

• Dress welds smoothly to remove undercut or overlapping beads; maintain rounded transitions to avoid notch stress concentrators.

PWHT and age-restoration

• Many castings are precipitation-hardened (e.g., A356 T6). Welding locally destroys the T6 temper. Restoring full mechanical properties may require solution heat treatment (~530–540 °C), quenching and artificial aging (~155–180 °C) — processes that often demand complete part dismantling and are seldom practical for large castings. If full strength is required, plan for replacement or full heat-treatment after welding.

10. Агульныя дэфекты, першапрычыны і сродкі прававой абароны

11. Inspection, testing and acceptance criteria

Візуальны агляд

• Check for uniform bead profile, no undercut, no surface cracks, acceptable porosity levels.

Фарбавальнік пенетрант

• Good for finding surface cracks and lack-of-fusion indications.

Рэнтгенаграфія (Рэнтгенаў прамень)

• Effective for detecting internal porosity and shrinkage cavities in thicker repairs — used where structural integrity is critical.

Ультрагукавое даследаванне (UT)

• Useful on thicker castings to detect subsurface flaws.

Ціск / leak testing

• For housings that carry fluids, a hydrostatic or pneumatic pressure test may be the final acceptance.

Карціраванне цвёрдасці і механічныя выпрабаванні

• Where mechanical properties are critical, extract test coupons or perform hardness surveys and, if possible, tensile tests on representative splices.

12. Перадавыя метады зваркі

• Лазерная зварка / hybrid laser–arc: Very low heat input and deep penetration — ideal for precision localized repairs, minimizing distortion. Requires prepared edges and specialized fixturing.
• Electron beam (EB) вінжаванне: Ultra-high energy density in vacuum — excellent for small, critical repairs in thick castings when performed in specialized facilities.
• Friction stir repair (FSR): Emerging technique; produces defect-free solid-state joints but requires access and tooling for FSR tool.
• Robotic pulsed-MIG with synchronized preheat: For production environments, automated pulsed MIG with controlled preheat and cooling delivers repeatable results for large series of repairs.

13. Пакрокавая хуткая працэдура (кантрольны спіс працоўнага працэсу)

1. Identify alloy & evaluate repair feasibility.
2. Remove paint, corrosion and grease; clean with solvent.
3. Grind out defects to sound metal; create appropriate groove geometry.
4. Preheat casting to 150–250 °C (monitor with thermocouple).
5. Select filler (ER4043 default for Al-Si castings; ER5356 where strength/corrosion requires).
6. Setup machine: TIG AC with zirconia/lanthanated tungsten; argon shielding 12–20 L/min; set amperage per table above.
7. Brush oxide immediately before welding; start weld with tack sequence and stitch pattern to control distortion.
8. Make weld passes with controlled interpass temp (<250–300 °C). Keep bead profile smooth.
9. Allow controlled cool to <100 °C before removing clamps.
10. Post-weld inspection: visual, фарбавальнік-пенетрант, pressure or radiography as required.
11. If required, perform PWHT or re-age (only if planned and feasible).

14. Conclusion

Weld cast aluminum is a technical discipline that demands precision in preparation, consumable selection, and technique—but the rewards are substantial: reduced scrap rates, extended component life, and 40–60% cost savings vs. замена.

The core principles are consistent across applications: eliminate moisture and oxide, match filler alloy to base metal, control heat input to prevent cracking, and validate quality with standardized inspections.

By following AWS D1.2 standards, leveraging data-driven parameters, and addressing cast aluminum’s unique challenges (сітаватасць, высокая цеплаправоднасць), welders can achieve defect-free, structural sound welds.

Whether repairing automotive engine blocks, industrial pumps, or aerospace components, this guide provides the technical foundation to master cast aluminum welding.

 

FAQ

Які напаўняльнік я павінен выкарыстоўваць для рамонту A356?

ER4043 (Al–5Si) is the conservative choice for Al–Si castings. ER5356 (Al–5Mg) can be used when higher strength or better corrosion resistance is required, but may increase cracking sensitivity in high-Si castings.

Ці магу я аднавіць трываласць T6 пасля зваркі?

Welding locally destroys T6 temper. Full restoration requires solution treatment (~530–540 °C), quench and artificial aging (~155–180 °C), which is often impractical.

Evaluate whether the repair must be re-treated or the part replaced.

TIG заўсёды лепш, чым MIG?

TIG offers superior control for small, precise repairs. Мне (with spool gun or pulsed mode) is faster and more productive on thicker sections. Choose based on joint size, accessibility and production needs.

Ці можна зварваць літой алюміній са сталлю?

No—steel filler causes galvanic corrosion (corrosion rate increases by 10x) and brittle intermetallic compounds (weld strength <100 МПА). Always use aluminum filler (AWS A5.10).

Ці можна зварваць літой алюміній у халоднае надвор'е?

Yes—preheat the component to 100–120°C and protect the weld area from drafts (use a wind screen) to maintain shielding gas coverage.

Якую максімальную таўшчыню я магу зварваць TIG?

TIG welding is effective for 1–12 mm thickness. Для больш тоўстых секцый (>12 мм), use multi-pass TIG with preheating or switch to MIG welding for higher deposition rates.

Як адрамантаваць літой алюмініевы кампанент з кластарнай сітаватасцю?

Grind out the porous area to solid metal (verify with ultrasonic testing), clean thoroughly, and weld with ER4047 filler (высокая цякучасць) to fill the cavity—multiple passes may be required.