Hvordan sveise støpt aluminium?

1. Introduksjon

Sveising av støpt aluminium er en rutinemessig reparasjons- og fabrikasjonsoppgave i bilindustrien, Marine, romfart og industrielle omgivelser - men det er vesentlig forskjellig fra sveising av bearbeidet aluminium. Vellykket reparasjon krever riktig beslutning på forhånd, disiplinert forberedelse (rengjøring, forvarme, passe opp), passende prosess og fyllstoffvalg, kontrollert varmeinngang, og målrettet inspeksjon. Denne veiledningen forklarer metallurgien, praktiske "how-to"-trinn, parameterveiledning, vanlige feilmoduser og avanserte alternativer slik at butikker kan produsere pålitelige sveiser på støpegods.

2. Hva er støpt aluminium?

"Støpt aluminium” refererer til komponenter produsert ved å helle smeltet aluminiumslegering i en form der den størkner.

Vanlige familier inkluderer:

• Al-Si støpelegeringer (A356, 319, A413, "silumins") — mye brukt til motorblokker, hus og konstruksjonsstøpegods. Høyt silisiuminnhold forbedrer flyten og reduserer krymping, men påvirker sveisbarheten.
• Die-cast legeringer (ofte høyere kobber/Zn i formstøping) — brukes til tynnveggede forbrukerdeler; begrenset sveisbarhet.
• Sand og investeringsstøpegods — tykkere partier og grovere overflater; krever ofte mer forberedelse.

Støpte legeringer kan være som støpte, varmebehandlet (F.eks., T6 for A356), eller inneholde innestengte gasser og krympeporøsitet fra støpeprosessen.

3. Hvorfor støpt aluminium er annerledes

Sentrale sveiseutfordringer med støpegods:

• Porøsitet og krympende hulrom: Innestengt gass eller krympehull er vanlige; de fungerer som spenningskonsentratorer og porøsitetskilder for sveiser.
• Eutektiske faser (høy Si): Al-Si eutektikk senker smelteområdet og fremmer varme-/størkningssprekker hvis varmetilførsel eller valg av fyllstoff er feil.
• Variabel snitttykkelse / høy termisk masse: Tykke bosser leder varmen bort; tynne finner varme og avkjøles raskt. Differensiell kjøling gir spenninger og forvrengning.
• Eksisterende defekter: Sprekker som dannes under støping kan strekke seg inn i sveisen hvis den ikke er klargjort på riktig måte.
• Varmebehandlingsfølsomhet: Mange støpegods er nedbørsherdet (T6). Sveising lokalt ødelegger temperamentet; restaurering kan kreve full varmebehandling (løsning + eldes på nytt), ofte upraktisk for reparasjoner.

Å forstå disse begrensningene er det første skrittet mot en god reparasjonsstrategi.

4. Hvordan bestemme om en støpegods skal sveises

Sjekkliste for gjennomførbarhet (ja/nei rask vurdering):

• Er defekten lokalisert (sprekk, liten porøsitet) heller enn gjennomgripende? - Hvis lokalisert, sveising er ofte mulig.
• Kan du få tilgang til og slipe tilbake til lydmetall og lage et skikkelig sveisespor? - Hvis nei, utskifting kan være nødvendig.
• Kan sammenstillingen forvarmes og klemmes for å kontrollere forvrengning? - Forvarming forbedrer suksess.
• Vil det sveisede området være i en sterkt stresset, sikkerhetskritisk sted (trykkbeholder, primære konstruksjonselement)? - Hvis ja, vurdere utskifting eller full kvalifisering.
• Er legeringen identifiserbar (A356, 319, etc.) og er avlastning/varmebehandling et alternativ? - Ukjent legering øker risikoen.

Hvis noen av disse kontrollene er negative for en kritisk del, erstatningsløsninger eller ikke-sveisede reparasjonsløsninger (lim, mekanisk feste) bør vurderes.

5. Preparat: rengjøring, passe opp, fugedesign og forvarming

Rengjøring

• Fjern olje, smør og mal med et alkalisk avfettingsmiddel eller aceton.
• Fjern oksidlaget og eventuell overflateforurensning umiddelbart før sveising med en dedikert stålbørste i rustfritt stål eller slipeskive reservert for aluminium. Unngå børster i karbonstål (jernforurensning forårsaker rust og sprøhet).
• Tørk av med rent løsemiddel og la tørke.

Tilpasning og skjøtdesign

• Slip ut sprekker til lydmetall — klargjør en V eller U rille for å penetrere defekten helt. Bor små "stopphull" ved sprekkspissene for å forhindre forplantning.
• Gi tilstrekkelig root-tilgang; for dype sprekker, vurder å støtte med en kjøleribbe/støttestang av kobber for å støtte kulpen og fjerne varme.
• Unngå altfor begrensede ledd - noe frihet reduserer stress og sprekkerrisiko.

Forvarm

• Forvarming anbefales sterkt for støpegods: 150–250 ° C. (300–480 °F) er et vanlig praktisk utvalg. Bruk termoelementer for å overvåke temperaturen.
• Forvarming reduserer termiske gradienter, lar hydrogen slippe ut, og reduserer sannsynligheten for varm sprekkdannelse. Gjøre ikke overstige ~300 °C for de fleste Al-Si-støpegods med mindre du følger en spesifikk metallurgiplan - overdreven forvarming kan myke delen eller endre temperament.

Interpass temperatur

• Hold interpass-temperaturen under 250–300 ° C. for å unngå metallurgisk nedbrytning og ukontrollert mykning. La delen avkjøles til akseptabel interpass-temperatur før du fortsetter.

6. Sveisemetoder for støpt aluminium

Å velge riktig sveisemetode for en reparasjon av støpt aluminium er en av de viktigste avgjørelsene du tar. Metoden bestemmer varmetilførselen, forvrengningsrisiko, deponeringshastighet, tilgjengelighet, felles utseende og de fleste av nedstrøms inspeksjonskrav.

Tig (Gtaw) — AC aluminiumsveising

Når du skal bruke: små lokale reparasjoner, tynne vegger, kosmetiske finisher, tett kontroll kreves.
Hvorfor det fungerer: AC-modus veksler elektrodepolaritet for å bryte Al2O3-oksidet (rengjøring) og gi sveisegjennomtrengning; TIG gir presis varmekontroll og utmerket synlighet i sølepytten.
Forbruksvarer: ER4043 (standard for Al–Si-støping), ER5356 hvor styrke/korrosjon er nødvendig; 2% zirkonium eller 2% lanthanert wolfram for AC; 99.999% argon skjerming.

Teknikktips:

• Kort buelengde, bevisst buereise; dypp fyllstoffet i forkanten av kulpen.
• Bruk sveisesøm/baktrinn for å kontrollere varmen; unngå lange sammenhengende perler.
• Innstilling av balanse: øke elektrodepositive % kort for rengjøring, deretter redusere for penetrering.
  Fordeler: beste visuelle kontroll, lavest risiko for gjennomblåsing på tynne områder ved riktig bruk.
  Ulemper: langsom avsetning; operatøravhengig.

MEG (Gawn) — Spolepistol / Push-pull / Puls MEG

Når du skal bruke: tykkere støpegods, produksjonsmiljøer, store reparasjoner der fart betyr noe.
Hvorfor det fungerer: høyere avsetningsrater; pulserende modus reduserer gjennomsnittlig varmetilførsel og forbedrer sølepyttkontrollen. Spolepistoler unngår problemer med trådmating av aluminium.
Forbruksvarer: solid ER4043 / ER5356 ledninger; argon eller Ar/He-blandinger. Tråddiametre vanligvis 0.9 mm (0.035″), 1.2 mm (0.045″) eller 1.6 mm (0.062″).

Teknikktips:

• Bruk pulserende overføring på manuelle eller robotsystemer for å redusere porøsitet og sprut.
• Bruk spolepistol eller push-pull mater; aluminiumstråd må holdes tørr og mates jevnt.
• Hold beskyttelsesgassstrømmen 12–20 l/min; bruk Ar/He for tykkere seksjoner for å øke penetrasjonen.
  Fordeler: rask; bra for flerpassbygg.
  Ulemper: høyere varmetilførsel enn TIG, krever riktig trådmatingsoppsett for å unngå fuglehekking og porøsitet.

Puls MEG & Hot-wire ME

Når du skal bruke: når du trenger høyere avsetning med bedre varmekontroll enn konvensjonell MIG. Hot-wire forvarmer fylletråden elektrisk før den går inn i sølepytten, senke nødvendig lysbueenergi (reduserer HAZ).
Fordeler: raskere avsetning, lavere totalvarme per avsatt masse, forbedret kontroll over perleformen.
Applikasjoner: middels tykke til tykke avstøpninger der forvrengning må begrenses.

Lasersveising & Laser–Arc Hybrid

Når du skal bruke: høyverdi reparasjoner, presisjonslokalisert sveising, områder hvor minimal HAZ og forvrengning er kritisk. Hybridsystemer kombinerer lysbuefyllingsevne med laserpenetrering.
Hvorfor det fungerer: høy effekttetthet tillater dyp penetrering med smale sveiser og lav total varmetilførsel.
Merknader: ofte brukt med forhåndsplassert filler eller autogen modus; deler må monteres og festes nøyaktig. Best utført i spesialforretninger.
Fordeler: minimal ettersveising, lav forvrengning.
Ulemper: kapitalkostnad, leddtilpasning kritisk, begrenset tilgang for store støpegods.

Elektronstråle (EB) Sveising

Når du skal bruke: spesialisert, liten batch, kritiske reparasjoner eller produksjon der ekstrem sveisekvalitet og dyp penetrering er nødvendig. Krever vakuumkammer.
Fordeler: ekstremt lav porøsitet, dyp fusjon, liten HAZ.
Ulemper: vakuumkrav, høy kapital & begrenset delstørrelse praktisk.

Friction Stir Repair (FSR)

Når du skal bruke: når støpegeometrien tillater et roterende FSW-verktøy å behandle langs en defekt (F.eks., lineære sprekker på tilgjengelige overflater). Produserer solid-state skjøter uten fusjonsporøsitet.
Fordeler: Utmerkede mekaniske egenskaper; ingen fyllstoff kreves i mange tilfeller.
Ulemper: verktøy og festekompleksitet; verktøytilgang og delklemming begrenser anvendelighet; ikke aktuelt for indre hulrom.

Lodding / Reparasjon av fakkel

Når du skal bruke: tynnveggede ikke-strukturelle komponenter, dekorative reparasjoner eller der smeltesveising er uønsket. Loddede skjøter bruker aluminiumsloddelegeringer (med fluks) og lavere temperatur.
Fordeler: Lavvarmeinngang, enkelt utstyr.
Ulemper: mye lavere fugestyrke enn smeltesveiser; flussrester må fjernes; ikke egnet for strukturelle reparasjoner.

Sammenligningstabell

7. Forbruksvarer & skjerming: fyllstofflegeringer, elektrodevalg, gass & ledningsstørrelser

Fylllegeringer

• ER4043 (Al-5Si): Mye brukt til Al-Si støpegods (A356, 319). God flyt, mindre tendens til hot-crack. Konservativ standard for de fleste reparasjoner av støpt aluminium.
• ER5356 (Al–5 mg): Høyere styrke og bedre korrosjonsbestandighet (spesielt marine). Bruk forsiktig på høy-Si støpegods, da det kan øke følsomheten for sprekker.
• ER2319 / ER3125 osv.: Spesialfyllstoffer for spesifikke legeringer/forhold. Sjekk produsentens anbefalinger.

TIG-elektroder

• 2% zirkoniumoksid (Zr) eller 2% lanthanert wolfram anbefales for AC-aluminiumsveising. Zirkonert gir stabil lysbue på AC. Thoriated (2% ThO₂) ikke ideell for AC og har radiologiske bekymringer.

Beskyttelsesgass

• Argon (99.995%) standard. Strømme: 10–20 l/min (20–40 SCFH) avhengig av dysestørrelse.
• Argon/helium blandinger (F.eks., 75/25 Ar/He) Øk varmetilførsel og fukting for tykkere seksjoner – nyttig når mer penetrering er nødvendig; helium øker kostnadene og kan kreve høyere flyt og oppmerksomhet på oksidasjon.

Tråddiametre (MEG)

• Vanlige størrelser: 0.8 mm (0.030″), 0.9 mm (0.035″), 1.2 mm (0.045″) og 1.6 mm (0.062″). Velg mindre dia for tynne seksjoner og bedre kontroll; større for kraftig avsetning.

8. Sveiseteknikk og tips

Tig (AC) teknikk

• Bruk AC med passende balanse (polaritet %EN/EP) — mer elektrodepositiv (I) øker rensevirkningen, men reduserer penetrasjonen; balanse for oksidfjerning og penetrering.
• AC frekvens (60–120 Hz) strammer lysbuen og forbedrer kontrollen på små sveiser.
• Bruk en kort lysbuelengde og oppretthold jevn brennervinkel (vanligvis 10–15° dra eller skyv avhengig av teknikk).
• Tilsett fyllstoff ved å dyppe i forkanten av kulpen; unngå overoppheting.

Teknisk MIG

• Bruk en spolepistol for å minimere fôringsproblemer. Hold skyvevinkelen, kontroller reisehastigheten for å unngå porøsitet. Puls MEG bidrar til å begrense varmetilførselen og forbedrer fuktkontroll.

Pytthåndtering

• Støpegods har ujevn kjøling. Kontroller varmetilførselen: kortere løp (stingsveising) med pauser mellom maskene la varmen forsvinne og unngå lange sammenhengende perler som bygger opp stress.
• Backstep-teknikk og vekslende pasninger reduserer forvrengning.

Peening

• Historisk brukt for å redusere gjenværende strekkspenninger og sprekkrisiko. I dag brukes peening sparsomt fordi det kan introdusere andre defekter og er ikke en erstatning for riktig prosessvalg.

Støttestenger / kobber bakside

• Bruk kobberbakside for å avkjøle sølepytten og støtte roten; bidrar også til varmeavledning og reduserer gjennombrenning.

9. Håndtering etter sveising: kjøling, stressavlastning, reparasjonssliping og PWHT-hensyn

Kjøling

• Tillate Kontrollert kjøling til ambient; unngå vannslukking. Rask avkjøling øker termisk sjokk, gjenværende strekkspenning og sprekker.

Stressavlastning

• For kritiske sveiser en avspenningsavlastning ved lav temperatur (F.eks., 150–200 °C i 1–2 timer) kan redusere gjenværende spenninger - men kontroller legeringskompatibilitet.

Reparasjonssliping

• Kle sveiser jevnt for å fjerne underskårne eller overlappende perler; opprettholde avrundede overganger for å unngå hakkspenningskonsentratorer.

PWHT og aldersrestaurering

• Mange støpegods er nedbørsherdet (F.eks., A356 T6). Sveising lokalt ødelegger T6 temperamentet. Å gjenopprette fulle mekaniske egenskaper kan kreve Løsningsvarmebehandling (~530–540 °C), slukking og kunstig aldring (~155–180 °C) — prosesser som ofte krever fullstendig demontering av deler og sjelden er praktiske for store støpegods. Hvis full styrke er nødvendig, plan for utskifting eller full varmebehandling etter sveising.

10. Vanlige defekter, grunnleggende årsaker og rettsmidler

11. Undersøkelse, testing og akseptkriterier

Visuell inspeksjon

• Se etter jevn perleprofil, ingen underskjæring, ingen overflatesprekker, akseptable porøsitetsnivåer.

Dye penetrant

• Bra for å finne overflatesprekker og indikasjoner på manglende fusjon.

Radiografi (Røntgen)

• Effektivt for å detektere indre porøsitet og krympende hulrom i tykkere reparasjoner - brukes der strukturell integritet er kritisk.

Ultrasonic testing (Ut)

• Nyttig på tykkere støpegods for å oppdage feil under overflaten.

Trykk / lekkasjetesting

• For hus som fører væske, en hydrostatisk eller pneumatisk trykktest kan være den endelige aksepten.

Hardhetskartlegging og mekanisk testing

• Der mekaniske egenskaper er kritiske, trekke ut testkuponger eller utføre hardhetsundersøkelser og, hvis mulig, strekkprøver på representative skjøter.

12. Avanserte sveiseteknikker

• Lasersveising / hybrid laser-bue: Svært lav varmetilførsel og dyp penetrasjon – ideell for presisjonslokaliserte reparasjoner, minimere forvrengning. Krever forberedte kanter og spesialisert feste.
• Elektronstråle (EB) sveising: Ultrahøy energitetthet i vakuum — utmerket for små, kritiske reparasjoner i tykke støpegods når de utføres i spesialiserte anlegg.
• Friksjonsrørreparasjon (FSR): Fremvoksende teknikk; produserer feilfrie solid-state skjøter, men krever tilgang og verktøy for FSR-verktøy.
• Robotisk pulsert-MIG med synkronisert forvarming: For produksjonsmiljøer, automatisert pulsert MIG med kontrollert forvarming og kjøling gir repeterbare resultater for store serier av reparasjoner.

13. Trinn-for-trinn rask prosedyre (sjekkliste for arbeidsflyt)

1. Identifiser legering & vurdere reparasjonsmulighet.
2. Fjern maling, korrosjon og fett; rengjøres med løsemiddel.
3. Slip ut defekter til lydmetall; lage passende sporgeometri.
4. Forvarm støping til 150–250 ° C. (skjerm med termoelement).
5. Velg filler (ER4043 standard for Al-Si støpegods; ER5356 hvor styrke/korrosjon krever).
6. Oppsett maskin: TIG AC med zirkonium/lantanert wolfram; argon skjerming 12–20 L/min; angi strømstyrke per tabell ovenfor.
7. Børst oksid umiddelbart før sveising; start sveisingen med stiftsekvens og stingmønster for å kontrollere forvrengning.
8. Gjør sveisepasseringer med kontrollert interpass temp (<250–300 ° C.). Hold perleprofilen jevn.
9. La kontrollert avkjøles <100 °C før du fjerner klemmene.
10. Inspeksjon etter sveising: visuell, fargestoff-penetrant, trykk eller røntgen etter behov.
11. Om nødvendig, utføre PWHT eller re-age (bare hvis planlagt og gjennomførbart).

14. Konklusjon

Sveisestøpt aluminium er en teknisk disiplin som krever presisjon i forberedelsen, utvalg av forbruksvarer, og teknikk – men belønningen er betydelig: reduserte skrotsatser, utvidet komponentlevetid, og 40–60 % kostnadsbesparelser vs. erstatning.

Kjerneprinsippene er konsistente på tvers av applikasjoner: eliminere fuktighet og oksid, match fyllstofflegering med uedelt metall, kontrollere varmetilførselen for å forhindre sprekkdannelse, og validere kvalitet med standardiserte inspeksjoner.

Ved å følge AWS D1.2-standarder, utnytte datadrevne parametere, og takle støpt aluminiums unike utfordringer (porøsitet, Høy varmeledningsevne), sveisere kan oppnå feilfri, strukturelle lydsveiser.

Enten reparasjon av bilmotorblokker, industrielle pumper, eller romfartskomponenter, denne veiledningen gir det tekniske grunnlaget for å mestre sveising av støpt aluminium.

 

Vanlige spørsmål

Hvilken filler skal jeg bruke for A356-reparasjoner?

ER4043 (Al-5Si) er det konservative valget for Al–Si-støpegods. ER5356 (Al–5 mg) kan brukes når høyere styrke eller bedre korrosjonsmotstand er nødvendig, men kan øke sprekkfølsomheten i høy-Si støpegods.

Kan jeg gjenopprette T6-styrken etter sveising?

Sveising lokalt ødelegger T6 temperament. Full restaurering krever løsningsbehandling (~530–540 °C), slukke og kunstig aldring (~155–180 °C), som ofte er upraktisk.

Vurder om reparasjonen må behandles på nytt eller delen erstattes.

Er TIG alltid bedre enn MIG?

TIG tilbyr overlegen kontroll for små, presise reparasjoner. MEG (med spolepistol eller pulserende modus) er raskere og mer produktiv på tykkere seksjoner. Velg ut fra fugestørrelse, tilgjengelighet og produksjonsbehov.

Kan jeg sveise støpt aluminium med stålfyllmetall?

Nei – stålfyllstoff forårsaker galvanisk korrosjon (korrosjonshastigheten øker med 10x) og sprø intermetalliske forbindelser (sveisestyrke <100 MPA). Bruk alltid aluminiumsfyll (AWS A5.10).

Kan jeg sveise støpt aluminium i kaldt vær?

Ja – forvarm komponenten til 100–120°C og beskytt sveiseområdet mot trekk (bruk vindskjerm) for å opprettholde beskyttelsesgassdekning.

Hva er maksimal tykkelse jeg kan sveise med TIG?

TIG-sveising er effektiv for 1–12 mm tykkelse. For tykkere partier (>12 mm), bruk multi-pass TIG med forvarming eller bytt til MIG-sveising for høyere avsetningshastigheter.

Hvordan reparere en støpt aluminiumskomponent med gruppert porøsitet?

Slip det porøse området til solid metall (verifisere med ultralydtesting), rengjør grundig, og sveis med ER4047 filler (Høy fluiditet) for å fylle hulrommet—flere passeringer kan være nødvendig.