Hur man svetsar gjutet aluminium?

1. Introduktion

Svetsning av gjutet aluminium är en rutinmässig reparations- och tillverkningsuppgift inom bilindustrin, marin, flyg- och industrimiljöer — men det skiljer sig väsentligt från att svetsa bearbetat aluminium. Framgångsrik reparation kräver rätt beslut i förväg, disciplinerad förberedelse (rengöring, förvärma, passa upp), lämplig process och val av fyllmedel, kontrollerad värmeingång, och riktad inspektion. Denna guide förklarar metallurgin, praktiska "how-to"-steg, parametervägledning, vanliga fellägen och avancerade alternativ så att butiker kan tillverka tillförlitliga svetsar på gjutgods.

2. Vad är gjuten aluminium?

"Gjutande aluminium” hänvisar till komponenter som produceras genom att hälla smält aluminiumlegering i en form där den stelnar.

Vanliga familjer inkluderar:

• Al-Si gjutlegeringar (A356, 319, A413, "silumins") — används ofta för motorblock, hus och konstruktionsgjutgods. Högt kiselinnehåll förbättrar flytbarheten och minskar krympningen men påverkar svetsbarheten.
• Formgjuten legeringar (ofta högre koppar/Zn vid pressgjutning) — används för tunnväggiga konsumentdelar; begränsad svetsbarhet.
• Sand och investeringsgjutgods — tjockare sektioner och grövre ytor; kräver ofta mer förberedelser.

Gjutna legeringar kan vara gjutna, värmebehandlad (TILL EXEMPEL., T6 för A356), eller innehålla instängda gaser och krympporositet från gjutningsprocessen.

3. Varför gjutet aluminium är annorlunda

Viktiga svetsutmaningar med gjutgods:

• Porositet och krymphålor: Instängd gas eller krymphål är vanliga; de fungerar som spänningskoncentratorer och porositetskällor för svetsar.
• Eutektiska faser (hög Si): Al-Si eutektik sänker smältområdet och främjar sprickbildning i värme/stelnande om värmetillförsel eller val av fyllmedel är fel.
• Variabel sektionstjocklek / hög termisk massa: Tjocka bossar leder bort värme; tunna fenor värmer och kyler snabbt. Differentialkylning ger spänningar och distorsion.
• Redan existerande defekter: Sprickor som bildas under gjutningen kan sträcka sig in i svetsen om de inte förbereds ordentligt.
• Värmebehandlingskänslighet: Många gjutgods är nederbördshärdade (T6). Svetsning lokalt förstör humöret; restaurering kan kräva fullständig värmebehandling (lösning + åldras på nytt), ofta opraktisk för reparationer.

Att förstå dessa begränsningar är det första steget mot en sund reparationsstrategi.

4. Hur man avgör om man ska svetsa ett gjutgods

Genomförbarhet checklista (ja/nej snabb bedömning):

• Är defekten lokaliserad (spricka, liten porositet) snarare än genomgripande? - Om lokaliserad, svetsning är ofta möjlig.
• Kan du komma åt och slipa tillbaka till sund metall och skapa ett ordentligt svetsspår? - Om nej, byte kan krävas.
• Kan aggregatet förvärmas och klämmas fast för att kontrollera distorsion? - Förvärmning förbättrar framgången.
• Kommer det svetsade området att vara i en mycket stressad, säkerhetskritisk plats (tryckkärl, primär konstruktionsdel)? - Om ja, överväga utbyte eller fullständig kvalificering.
• Är legeringen identifierbar (A356, 319, etc.) och är avlastning/värmebehandling ett alternativ? - Okänd legering ökar risken.

Om någon av dessa kontroller är negativ för en kritisk del, ersättnings- eller icke-svetsreparationslösningar (lim, mekanisk infästning) bör övervägas.

5. Förberedelse: rengöring, passa upp, fogdesign och förvärmning

Rengöring

• Ta bort oljan, smörj och måla med ett alkaliskt avfettningsmedel eller aceton.
• Ta bort oxidskiktet och eventuell ytförorening omedelbart före svetsning med en dedikerad stålborste i rostfritt stål eller slipskiva reserverad för aluminium. Undvik kolstålborstar (järnföroreningar orsakar rost och sprödhet).
• Torka av med rent lösningsmedel och låt torka.

Tillpassning och fogdesign

• Slipa ut sprickor till ljudmetall — förbered en V eller U spår för att helt penetrera defekten. Borra små "stopphål" vid sprickspetsarna för att förhindra spridning.
• Ge tillräcklig root-åtkomst; för djupa sprickor, överväg att backa med en kylfläns av koppar/stödstång för att stödja pölen och ta bort värme.
• Undvik alltför trånga leder - viss frihet minskar stress och risk för sprickbildning.

Förvärma

• Förvärmning rekommenderas starkt för gjutgods: 150–250 ° C (300–480 °F) är ett vanligt praktiskt utbud. Använd termoelement för att övervaka temperaturen.
• Förvärmning minskar termiska gradienter, tillåter väte att fly, och minskar sannolikheten för hetsprickbildning. Do inte överstiga ~300 °C för de flesta Al-Si-gjutgods såvida de inte följer en specifik metallurgiplan – överdriven förvärmning kan mjuka upp delen eller ändra temperament.

Interpass temperatur

• Håll interpasstemperaturen under 250–300 ° C för att undvika metallurgisk nedbrytning och okontrollerad uppmjukning. Låt delen svalna till acceptabel interpass-temperatur innan du fortsätter.

6. Svetsmetoder för gjutet aluminium

Att välja rätt svetsmetod för en reparation av gjuten aluminium är ett av de enskilt viktigaste besluten du kommer att fatta. Metoden bestämmer värmetillförseln, risk för snedvridning, deponeringshastighet, tillgänglighet, fogutseende och de flesta av kraven på efterföljande inspektion.

Tigga (Gtaw) — AC aluminiumsvetsning

När ska användas: små lokala reparationer, tunna väggar, kosmetiska ytbehandlingar, strikt kontroll krävs.
Varför det fungerar: AC-läget alternerar elektrodpolariteten för att bryta Al2O3-oxiden (rengöring) och ge svetsgenomträngning; TIG ger exakt värmekontroll och utmärkt synlighet i pölen.
Förbrukningsvaror: ER4043 (standard för Al-Si-gjutningar), ER5356 där styrka/korrosion behövs; 2% zirkoniumoxid eller 2% lantanerad volfram för AC; 99.999% argon skärmning.

Tekniktips:

• Kort båglängd, avsiktlig bågfärd; doppa fyllmedel i framkanten av pölen.
• Använd svetsstickning/backstegning för att kontrollera värmen; undvik långa sammanhängande pärlor.
• Balansinställning: öka elektrodpositiv % kort för rengöring, minska sedan för penetration.
  Proffs: bästa visuella kontroll, lägsta risken för genomblåsning på tunna områden vid korrekt användning.
  Nackdelar: långsam avsättning; operatörsberoende.

MIG (Gäver) — Spolpistol / Tryck-drag / Pulsera MIG

När ska användas: tjockare gjutgods, produktionsmiljöer, stora reparationer där hastigheten spelar roll.
Varför det fungerar: högre deponeringshastigheter; pulserat läge minskar den genomsnittliga värmetillförseln och förbättrar pölkontrollen. Spolpistoler undviker problem med trådmatning av aluminium.
Förbrukningsvaror: solid ER4043 / ER5356 ledningar; argon eller Ar/He-blandningar. Vanligtvis tråddiametrar 0.9 mm (0.035″), 1.2 mm (0.045″) eller 1.6 mm (0.062″).

Tekniktips:

• Använd pulserad överföring på manuella eller robotsystem för att minska porositet och stänk.
• Använd spolpistol eller push-pull matare; aluminiumtråd måste hållas torr och matas smidigt.
• Håll skyddsgasflödet 12–20 l/min; använd Ar/He för tjockare sektioner för att öka penetrationen.
  Proffs: snabb; bra för flerpasssbyggen.
  Nackdelar: högre värmetillförsel än TIG, kräver korrekt trådmatningsinställning för att undvika fågelbo och porositet.

Pulsera MIG & Hot-wire ME

När ska användas: när du behöver högre deponering med bättre värmekontroll än konventionell MIG. Hot-wire förvärmer tillsatstråden elektriskt innan den går in i pölen, sänka erforderlig ljusbågsenergi (minskar HAZ).
Gynn: snabbare avsättning, lägre total värme per avsatt massa, förbättrad kontroll av pärlformen.
Ansökningar: medeltjocka till tjocka gjutgods där distorsion måste begränsas.

Lasersvetsning & Laser–Arc Hybrid

När ska användas: högvärdiga reparationer, precisionslokaliserad svetsning, områden där minimal HAZ och distorsion är kritiska. Hybridsystem kombinerar ljusbågsfyllningskapacitet med laserpenetrering.
Varför det fungerar: hög effekttäthet tillåter djup penetrering med smala svetsar och låg total värmetillförsel.
Anteckningar: används ofta med förplacerat fyllmedel eller autogent läge; delar måste monteras och fixeras exakt. Bäst utförs i specialiserade butiker.
Proffs: minimal eftersvetsningsbearbetning, låg distorsion.
Nackdelar: kapitalkostnad, fogpassning kritisk, begränsad tillgång för stora gjutgods.

Elektronstråle (EB) Svetsning

När ska användas: specialiserad, liten sats, kritiska reparationer eller produktion där extrem svetskvalitet och djup penetration krävs. Kräver vakuumkammare.
Proffs: extremt låg porositet, djup fusion, liten HAZ.
Nackdelar: vakuumkrav, högt kapital & begränsad praktisk funktion i delstorlek.

Friction Stir Repair (FSR)

När ska användas: när gjutgeometrin tillåter ett roterande FSW-verktyg att bearbeta längs en defekt (TILL EXEMPEL., linjära sprickor på tillgängliga ytor). Producerar solid-state fogar utan smältporositet.
Proffs: utmärkta mekaniska egenskaper; inget fyllmedel krävs i många fall.
Nackdelar: verktygs- och fixturkomplexitet; verktygsåtkomst och delklämningsgräns för tillämplighet; inte tillämpligt för inre hålrum.

Lödning / Reparation av ficklampa

När ska användas: tunnväggiga icke-strukturella komponenter, dekorativa reparationer eller där smältsvetsning är oönskad. Hårlödda fogar använder aluminiumlödningslegeringar (med flux) och lägre temperatur.
Proffs: låg värmeingång, enkel utrustning.
Nackdelar: mycket lägre foghållfasthet än smältsvetsar; flussmedelsrester måste avlägsnas; inte lämplig för strukturella reparationer.

Jämförande tabell

7. Förbrukningsvaror & avskärmning: fyllmedelslegeringar, elektrodval, gas & trådstorlekar

Fyllnadslegeringar

• ER4043 (Al-5Si): Används ofta för Al-Si-gjutgods (A356, 319). Bra flyt, mindre benägenhet att hot-crack. Konservativ standard för de flesta gjutna aluminiumreparationer.
• ER5356 (Al–5 mg): Högre hållfasthet och bättre korrosionsbeständighet (speciellt marina). Använd försiktigt på hög-Si gjutgods eftersom det kan öka sprickkänsligheten.
• ER2319 / ER3125 osv.: Specialfyllmedel för specifika legeringar/förhållanden. Kontrollera tillverkarens rekommendationer.

TIG-elektroder

• 2% zirkoniumoxid (Zr) eller 2% lanthanerade volfram rekommenderas för AC-aluminiumsvetsning. Zirkon ger stabil ljusbåge på AC. Thoriated (2% ThO₂) inte idealisk för AC och har radiologiska problem.

Skyddsgas

• Argon (99.995%) standard. Flöde: 10–20 l/min (20–40 SCFH) beroende på munstycksstorlek.
• Argon/helium blandningar (TILL EXEMPEL., 75/25 Ar/He) öka värmetillförseln och vätningen för tjockare sektioner — användbart när mer penetration krävs; helium ökar kostnaderna och kan kräva högre flöde och uppmärksamhet på oxidation.

Tråddiametrar (MIG)

• Vanliga storlekar: 0.8 mm (0.030″), 0.9 mm (0.035″), 1.2 mm (0.045″) och 1.6 mm (0.062″). Välj mindre dia för tunna sektioner och bättre kontroll; större för kraftig deponering.

8. Svetsteknik och tips

Tigga (AC) teknik

• Använda AC med lämplig balans (polaritet %EN/EP) — mer elektrodpositiv (I) ökar rengöringsverkan men minskar penetrationen; balans för oxidavlägsnande och penetration.
• AC frekvens (60–120 Hz) drar åt bågen och förbättrar kontrollen på små svetsar.
• Använd en kort båglängd och bibehåll konsekvent brännarvinkel (vanligtvis 10–15° dra eller tryck beroende på teknik).
• Tillsätt fyllmedel genom att doppa i den främre kanten av pölen; undvika överhettning.

Teknisk MIG

• Använd A spolpistol för att minimera utfodringsproblem. Behåll tryckvinkeln, kontrollera färdhastigheten för att undvika porositet. Pulsera MIG hjälper till att begränsa värmetillförseln och förbättrar vätningskontrollen.

Pölhantering

• Gjutgods har ojämn kylning. Styr värmetillförseln: kortare körningar (sömsvetsning) med pauser mellan stygnen låt värmen försvinna och undvik långa sammanhängande pärlor som bygger upp stress.
• Backstep-teknik och alternerande passningar minskar distorsion.

Peening

• Historiskt använt för att minska kvarvarande dragspänningar och sprickrisk. Idag används pening sparsamt eftersom det kan introducera andra defekter och är inte ett substitut för korrekt processval.

Stödstänger / kopparbaksida

• Använd kopparunderlag för att kyla pölen och stödja roten; hjälper också till med värmeavledning och minskar genombränning.

9. Hantering efter svetsning: kyl-, stressavlastning, reparationsslipning och PWHT-överväganden

Kyl

• Tillåta kontrollerad kylning till omgivande; undvika vattensläckning. Snabb kylning ökar termisk chock, kvarvarande dragspänning och sprickbildning.

Stressavlastning

• För kritiska svetsar en lågtemperaturavspänningsavlastning (TILL EXEMPEL., 150–200 °C i 1–2 timmar) kan minska kvarvarande spänningar - men kontrollera legeringskompatibiliteten.

Reparera slipning

• Klä svetsar smidigt för att ta bort underskurna eller överlappande pärlor; bibehålla rundade övergångar för att undvika hackspänningskoncentratorer.

PWHT och åldersrestaurering

• Många gjutgods är nederbördshärdade (TILL EXEMPEL., A356 T6). Svetsning lokalt förstör T6-tempen. Det kan krävas att återställa fullständiga mekaniska egenskaper lösningsvärmebehandling (~530–540 °C), släckning och artificiellt åldrande (~155–180 °C) — processer som ofta kräver fullständig demontering och sällan är praktiska för stora gjutgods. Om full styrka krävs, planera för utbyte eller fullständig värmebehandling efter svetsning.

10. Vanliga defekter, grundorsaker och botemedel

11. Inspektion, testnings- och acceptanskriterier

Visuell inspektion

• Kontrollera om det finns en enhetlig pärlprofil, ingen underskärning, inga ytsprickor, acceptabla porositetsnivåer.

Färgpenetrant

• Bra för att hitta ytsprickor och indikationer på bristande smältning.

Radiografi (Röntgenstråle)

• Effektiv för att detektera inre porositet och krymphål vid tjockare reparationer - används där strukturell integritet är kritisk.

Ultraljudstestning (Ut)

• Användbar på tjockare gjutgods för att upptäcka brister under ytan.

Tryck / läckagetestning

• För hus som transporterar vätskor, ett hydrostatiskt eller pneumatiskt trycktest kan vara det slutliga godkännandet.

Hårdhetskartläggning och mekanisk provning

• Där mekaniska egenskaper är kritiska, ta ut testkuponger eller utföra hårdhetsundersökningar och, om möjligt, dragprov på representativa skarvar.

12. Avancerade svetstekniker

• Lasersvetsning / hybrid laserbåge: Mycket låg värmetillförsel och djup penetration — idealisk för precisionslokaliserade reparationer, minimera distorsion. Kräver förberedda kanter och specialiserad fixtur.
• Elektronstråle (EB) svetsning: Ultrahög energitäthet i vakuum — utmärkt för små, kritiska reparationer i tjocka gjutgods när de utförs i specialiserade anläggningar.
• Reparation av friktionsrör (FSR): Ny teknik; producerar defektfria solid-state fogar men kräver åtkomst och verktyg för FSR-verktyg.
• Robotic pulsed-MIG med synkroniserad förvärmning: För produktionsmiljöer, automatiserad pulsad MIG med kontrollerad förvärmning och kylning ger repeterbara resultat för stora serier av reparationer.

13. Steg-för-steg snabb procedur (checklista för arbetsflöde)

1. Identifiera legering & utvärdera reparationsmöjligheten.
2. Ta bort färg, korrosion och fett; rengör med lösningsmedel.
3. Slipa ut defekter till sund metall; skapa lämplig spårgeometri.
4. Förvärm gjutning till 150–250 ° C (monitor med termoelement).
5. Välj filler (ER4043 standard för Al-Si-gjutgods; ER5356 där hållfasthet/korrosion kräver).
6. Ställ in maskin: TIG AC med zirkoniumoxid/lantanerad volfram; argonavskärmning 12–20 L/min; ställ in strömstyrka enligt tabellen ovan.
7. Borsta oxid omedelbart före svetsning; börja svetsa med häftsekvens och stygnmönster för att kontrollera distorsion.
8. Gör svetspass med kontrollerad interpass temp (<250–300 ° C). Håll pärlprofilen jämn.
9. Låt kontrollerat svalna till <100 °C innan du tar bort klämmorna.
10. Eftersvetsinspektion: visuell, färgpenetrerande medel, tryck eller röntgen efter behov.
11. Om det behövs, utföra PWHT eller re-age (endast om det är planerat och genomförbart).

14. Slutsats

Svetsgjuten aluminium är en teknisk disciplin som kräver precision vid förberedelse, val av förbrukningsmaterial, och teknik – men belöningarna är betydande: minskade skrotpriser, utökad komponentlivslängd, och 40–60 % kostnadsbesparingar vs. ersättning.

Kärnprinciperna är konsekventa i alla applikationer: eliminera fukt och oxid, matcha fyllnadslegering med oädel metall, kontrollera värmetillförseln för att förhindra sprickbildning, och validera kvalitet med standardiserade inspektioner.

Genom att följa AWS D1.2-standarder, utnyttja datadrivna parametrar, och ta itu med gjutaluminiums unika utmaningar (porositet, hög värmeledningsförmåga), svetsare kan uppnå felfri, strukturella ljudsvetsar.

Oavsett om du reparerar bilmotorblock, industriella pumpar, eller flyg- och rymdkomponenter, denna guide ger den tekniska grunden för att behärska svetsning av gjuten aluminium.

 

Vanliga frågor

Vilket fyllmedel ska jag använda för A356-reparationer?

ER4043 (Al-5Si) är det konservativa valet för Al-Si-gjutgods. ER5356 (Al–5 mg) kan användas när högre hållfasthet eller bättre korrosionsbeständighet krävs, men kan öka sprickkänsligheten i hög-Si gjutgods.

Kan jag återställa T6-styrkan efter svetsning?

Svetsning lokalt förstör T6-tempereringen. Fullständig restaurering kräver lösningsbehandling (~530–540 °C), släcka och artificiellt åldrande (~155–180 °C), vilket ofta är opraktiskt.

Utvärdera om reparationen måste ombehandlas eller delen bytas ut.

Är TIG alltid bättre än MIG?

TIG erbjuder överlägsen kontroll för små, exakta reparationer. MIG (med spolpistol eller pulsläge) är snabbare och mer produktiv på tjockare sektioner. Välj utifrån fogstorlek, tillgänglighet och produktionsbehov.

Kan jag svetsa gjuten aluminium med ståltillsatsmetall?

Nej – stålfyllmedel orsakar galvanisk korrosion (korrosionshastigheten ökar med 10x) och spröda intermetalliska föreningar (svetshållfasthet <100 MPA). Använd alltid aluminiumspackel (AWS A5.10).

Kan jag svetsa gjuten aluminium i kallt väder?

Ja – förvärm komponenten till 100–120°C och skydda svetsområdet från drag (använd en vindruta) för att upprätthålla skyddsgastäckningen.

Vad är den maximala tjockleken jag kan svetsa med TIG?

TIG-svetsning är effektiv för 1–12 mm tjocklek. För tjockare avsnitt (>12 mm), använd multi-pass TIG med förvärmning eller byt till MIG-svetsning för högre avsättningshastigheter.

Hur man reparerar en gjuten aluminiumkomponent med klustrad porositet?

Slipa ut det porösa området till solid metall (verifiera med ultraljudstestning), rengör noggrant, och svetsa med ER4047 spackel (högfluiditet) för att fylla kaviteten – flera pass kan krävas.