La bobina di alluminio viene unita in due punti distinti in una linea di produzione: giunzione da bobina-a-in modo che un nastro continuo possa alimentare una pressa o un laminatoio e saldatura di fabbricazione per costruire serbatoi, condotti, telai e involucri. Entrambe le operazioni devono affrontare gli stessi due ostacoli, vale a dire una pellicola di ossido che fonde a più di tre volte il punto di fusione del metallo di base e una conduttività termica che allontana il calore dal bagno di saldatura più velocemente dell'acciaio. Gestirli correttamente è ciò che distingue una saldatura sana da una che si rompe durante il raffreddamento.
Rimozione dell'ossido e preparazione dei giunti
L'ossido di alluminio fonde a circa 2070 C mentre il metallo sottostante fonde a circa 660 C, quindi la pellicola deve essere rimossa meccanicamente o rotta elettricamente prima che l'arco possa formare una pozza. La spazzolatura del filo di acciaio inossidabile con una spazzola dedicata, seguita dallo sgrassaggio, è la normale pratica di officina e la superficie pulita dovrebbe essere saldata entro poche ore. Il solo lavaggio con solvente non è sufficiente perché rimuove l'olio ma non l'ossido. I bordi vengono solitamente preparati squadrati per materiali fino a circa 4 mm e smussati a 60 gradi di angolo totale incluso per le sezioni più pesanti. Gli impianti devono essere in acciaio inossidabile o alluminio non-magnetico, poiché le barre di supporto in rame disperdono il calore troppo rapidamente.
Selezione del processo: TIG, MIG e Laser
La saldatura ad arco di tungsteno a gas a corrente alternata con un elettrodo di tungsteno lantanato o zirconiato è la scelta standard per materiali da 1 mm a circa 6 mm, poiché il semiciclo positivo fornisce la pulizia catodica che rompe lo strato di ossido. Gli elettrodi di tungsteno sono classificati in AWS A5.12 e un elettrodo con punta sferica o troncata viene utilizzato con corrente alternata. L'elettrodo negativo a corrente continua viene utilizzato per sezioni più spesse dove la penetrazione conta più della pulizia della superficie. La saldatura ad arco metallico a gas con trasferimento pulsato viene utilizzata da 3 mm in su per tassi di deposizione più elevati ed è comune nella fabbricazione di serbatoi e condotti. La saldatura laser produce la zona influenzata dal calore più stretta-e la minima distorsione, il che la rende interessante per la giunzione di bobine e i lavori su involucri di spessore sottile-, ma richiede un adattamento stretto del giunto-, in genere uno spazio inferiore a 0,1 volte lo spessore del materiale.
Selezione del metallo d'apporto
I metalli d'apporto per l'alluminio sono classificati in AWS A5.10 e due famiglie coprono la maggior parte dei lavori. Il riempitivo di tipo 4043-, una lega di alluminio-silicio, offre la migliore resistenza alle crepe e l'aspetto del cordone più liscio ed è la prima scelta per 6061 e altre leghe trattabili termicamente-sensibili alle crepe. Il suo svantaggio è una resistenza depositata leggermente inferiore e un colore anodizzato più scuro. Il riempitivo di tipo 5356, una lega di alluminio-magnesio, conferisce una maggiore resistenza al deposito e corrisponde al colore originale dopo l'anodizzazione, il che lo rende standard per i lavori 5052 e 5083, ma è più soggetto a fessurazioni a caldo in giunti altamente vincolati. Quando un metallo di base 5xxx viene saldato a un metallo di base 6xxx, di solito si preferisce un riempitivo di tipo 4043 per ridurre il rischio di fessurazione. Il diametro del riempitivo deve corrispondere al volume del giunto; un errore comune su bobine sottili è utilizzare un materiale di apporto troppo grande e trascinare l'arco.
Distorsione e controllo del calore
L’alluminio si espande circa il doppio dell’acciaio a parità di aumento di temperatura e la sua conduttività termica è molte volte superiore, quindi l’apporto di calore deve essere concentrato e la velocità di viaggio mantenuta elevata. Le misure pratiche includono la saldatura a gradini posteriori-, sequenze bilanciate attorno all'asse neutro, puntature a spaziatura ravvicinata e l'uso di barre di raffreddamento o supporto raffreddato ad acqua-su materiale sottile. Il preriscaldamento è raramente necessario sui materiali 1xxx, 3xxx e 5xxx e normalmente viene evitato perché aumenta la larghezza della zona rammollita senza migliorare la penetrazione. Le sezioni spesse 6061 rappresentano un'eccezione, dove un preriscaldamento nella regione di 150 C può aiutare a evitare la porosità. La temperatura di interpass dovrebbe essere limitata, poiché un eccessivo apporto di calore rende grossolana la struttura e riduce la resistenza della saldatura.
Ispezione e accettazione
I controlli di qualità della saldatura normalmente combinano l'esame visivo con almeno un metodo volumetrico. Il test con liquidi penetranti segue ASTM E165/E165M ed è utile per difetti superficiali-che rompono come crepe nei crateri e mancanza di fusione sulla punta. L'esame radiografico del giunto completato segue la norma ASTM E1032 ed è il metodo di accettazione consueto per le saldature che mantengono la pressione. La qualificazione meccanica viene effettuata mediante prove di trazione secondo ASTM B557 o ASTM E8/E8M, spesso integrate da prove di piegatura sui tagliandi di qualificazione della procedura. La porosità è il difetto più comune ed è solitamente ricondotta a una copertura inadeguata del gas di protezione, a contaminazione del giunto o intrappolamento di ossido piuttosto che ai parametri di saldatura stessi.
Domande frequenti
Q:Perchè la saldatura dell'alluminio necessita di una preparazione diversa da quella dell'acciaio?
R: La pellicola di ossido sull'alluminio fonde a circa 2070 C mentre il metallo fonde a 660 C, quindi la pellicola deve essere rimossa meccanicamente o rotta mediante pulizia catodica prima che l'arco possa formare una pozza.
Q:Quale riempitivo deve essere utilizzato per la bobina 5052?
R: Un riempitivo di tipo 5356- è la corrispondenza normale perché fornisce una resistenza adeguata e una corrispondenza di colore dopo l'anodizzazione. Un riempitivo di tipo 4043 viene utilizzato laddove il rischio di fessurazione a caldo in un giunto vincolato supera la differenza di resistenza.
Q:È necessario il preriscaldamento prima di saldare la bobina di alluminio?
R: Non per materiali 1xxx, 3xxx o 5xxx con spessori normali. Il preriscaldamento è generalmente limitato alle sezioni spesse 6061, dove aiuta a controllare la porosità e la penetrazione.
Q:Come viene rilevata la porosità in una saldatura di alluminio?
R: L'esame radiografico secondo ASTM E1032 è il metodo volumetrico standard. Il test con liquidi penetranti secondo ASTM E165/E165M rileva indicazioni di rottura della superficie-ma non può rivelare la porosità interna.
Q:Cosa causa le crepe del cratere alla fine di una saldatura?
R: Il cratere si restringe rapidamente quando l'arco si ferma e il metallo solidificandosi si lacera se l'arco si spegne improvvisamente. Riempire il cratere con una rastremazione corrente o con linguette-scolabili evita il difetto.
Q:È possibile saldare la bobina di alluminio all'acciaio inossidabile?
R: Non mediante saldatura per fusione convenzionale senza giunto di transizione intermedio. La fusione diretta crea composti intermetallici fragili, quindi viene utilizzato un pezzo di transizione bimetallico o un giunto meccanico.