Drut ER4043: dane techniczne, zastosowanie i parametry spawania

Co to jest drut ER4043 i dlaczego zawartość krzemu ma znaczenie

Oznaczenie ER4043 jest zgodne z systemem klasyfikacji elektrod/prętów AWS: „E” oznacza elektrodę, „R” oznacza pręt (działa jako oba), „4043” umieszcza go w rodzinie stopów aluminiowo-krzemowych serii 4000. Wysoka zawartość krzemu – do 6% – zasadniczo determinuje zachowanie drutu podczas spawania na trzy sposoby:

Po pierwsze, krzem obniża temperaturę topnienia wypełniacza aluminiowego, poprawiając płynność i działanie zwilżające w jeziorku spawalniczym. Jeziorko spawalnicze 4043 łatwiej wnika w szczeliny połączeń i nieregularną geometrię rowków niż wypełniacz o niższej zawartości krzemu, dlatego też ER4043 jest preferowany do spawania w pozycjach przesuniętych i do połączeń o zmiennym dopasowaniu. Po drugie, krzem zawęża zakres krzepnięcia metalu spoiny — okno temperaturowe pomiędzy likwidusem i solidusem jest zmniejszone, co radykalnie obniża wrażliwość na pękanie na gorąco (pękanie krzepnięcia). Jest to główny powód, dla którego ER4043 jest stosowany w stopach serii 6xxx, takich jak 6061, 6063 i 6082, które same w sobie są podatne na pękanie na gorąco podczas spawania z wypełniaczami, które raczej poszerzają niż zawężają zakres krzepnięcia. Po trzecie, zawartość krzemu powoduje powstanie nieco ciemniejszej, szarej powierzchni ściegu spoiny, co jest znaną cechą — spoiny anodowane 4043 wydają się ciemniejsze niż metal macierzysty, co ma znaczenie w zastosowaniach architektonicznych i dekoracyjnych, gdzie wygląd spoiny po anodowaniu ma znaczenie.

ER4043 Skład chemiczny i właściwości mechaniczne

Poniższe tabele przedstawiają limity chemiczne określone w AWS A5.10 i właściwości mechaniczne drutu ER4043 po osadzeniu. Są to wartości, względem których należy weryfikować wyniki badań certyfikacyjnych przy kwalifikowaniu nowego dostawcy.

Kompatybilność metali nieszlachetnych — jakie stopy ER4043 spawają najlepiej

ER4043 nie jest uniwersalnie kompatybilny ze wszystkimi stopami aluminium. Wysoka zawartość krzemu sprawia, że ​​jest on doskonały dla niektórych rodzin stopów, a nieodpowiedni lub ograniczony dla innych. Poniższy podział obejmuje najczęstsze rodziny metali nieszlachetnych spotykane w pracach produkcyjnych i naprawczych:

• Seria 6xxx (6061, 6063, 6082, 6005): Podstawowym zastosowaniem ER4043. Stopy te zawierają magnez i krzem jako pierwiastki wzmacniające, a zakres ich krzepnięcia jest ściśle porównywalny z wypełniaczem 4043. Odporność na pękanie na gorąco stali 6061-T6 zespawanej z ER4043 jest znacznie lepsza niż z ER5356. Możliwa jest obróbka cieplna po spawaniu złączy 6061 zespawanych materiałem ER4043, co pozwala na częściowe odzyskanie wytrzymałości T6 — strefa spoiny może sięgać około 60–70% wytrzymałości metalu nieszlachetnego po rozwiązaniu i leczeniu wieku.
• Seria 3xxx (3003, 3004): Dobra kompatybilność. ER4043 spoiny 3003 i 3004 bez pęknięć na gorąco, a powstała spoina ma akceptowalną odporność na korozję dla typowych zastosowań 3xxx (przewody HVAC, wymienniki ciepła, naczynia kuchenne). Wytrzymałość jest odpowiednia do zastosowań niekonstrukcyjnych.
• Seria 1xxx (1100, 1050, 1070): Kompatybilny i powszechnie stosowany do aluminium 1100, gdzie ER4043 zapewnia lepszą płynność i nieco wyższą wytrzymałość spoiny niż czysty wypełniacz 1xxx. Stosowany w sprzęcie do przetwarzania chemicznego i spożywczego, gdzie podstawą projektu jest odporność na korozję metalu nieszlachetnego.
• Seria 2xxx (2024, 2014, 2219): Ograniczone użycie — ER4043 można stosować ostrożnie na 2219, ale większość stopów 2xxx uważa się za niespawalne lub wymagają specjalnego doboru wypełniacza. Nie stosować w roku 2024 bez konsultacji ze specjalistą-spawalnikiem.
• Seria 5xxx (5052, 5083, 5086, 5456): Niezalecane. Kiedy ER4043 zostanie osadzony na stopach 5xxx zawierających więcej niż 3% magnezu (5083, 5086, 5456), powstały metal spoiny zawiera nadmiar Mg2Si, który wytrąca się na granicach ziaren i poważnie zmniejsza ciągliwość i odporność na korozję. Do prac konstrukcyjnych 5xxx użyj ER5356 lub ER5183.
• Seria 7xxx (7005, 7039): Ograniczone i specyficzne dla aplikacji. ER4043 jest czasami używany do spawalnych stopów 7xxx, ale skład o niskiej zawartości magnezu oznacza, że ​​strefa spoiny nie może reagować na utwardzanie wydzieleniowe po spawaniu tak skutecznie, jak wypełniacze o wyższej zawartości Mg. Zapoznaj się z arkuszem danych stopu.

ER4043 vs ER5356 — wybór odpowiedniego przewodu do danego zastosowania

Dwa najpopularniejsze druty spawalnicze do aluminium to ER4043 i ER5356, a wybór między nimi jest jedną z najczęściej podejmowanych błędnych decyzji w produkcji aluminium. Nie są one wymienne, a właściwy wybór ma znaczący wpływ na pękanie, wytrzymałość i wydajność użytkowania.

Praktyczna zasada decyzyjna: stosować ER4043 podczas spawania stopów 6xxx, gdzie głównym problemem jest ryzyko pękania, gdzie spoina będzie wystawiona na działanie podwyższonej temperatury lub gdy planowana jest obróbka cieplna po spawaniu. Stosuj ER5356, gdy metalem podstawowym jest stop konstrukcyjny 5xxx, gdy wymagana jest maksymalna wytrzymałość po osadzeniu lub gdy dopasowanie kolorów po anodowaniu jest ważne ze względów estetycznych.

Parametry spawania MIG dla drutu ER4043

Drut ER4043 jest dostępny w standardowych średnicach szpul MIG: 0,030 cala (0,8 mm), 0,035 cala (0,9 mm), 0,047 cala (1,2 mm) i 1/16 cala (1,6 mm). Wybór średnicy drutu zależy od grubości metalu nieszlachetnego i zakresu natężenia prądu spawarki. Poniższe parametry stanowią punkty wyjścia do spawania w pozycji płaskiej i poziomej na czystym metalu rodzimym 6061-T6:

Kluczowe wymagania procesowe, które różnią się od spawania stali MIG i które muszą być przestrzegane w przypadku ER4043:

• Stosować gaz osłonowy 100% argon: Żadnego CO2 ani gazów mieszanych — CO2 gwałtownie utlenia aluminium i powoduje zanieczyszczoną spoinę. Czysty argon przy natężeniu przepływu 35–50 CFH (17–24 l/min) jest standardem w większości zastosowań MIG. W przypadku większych objętości spoin lub wietrznych warunków zewnętrznych zwiększyć do 55–60 CFH.
• Użyj teflonowej lub nylonowej prowadnicy MIG: Miękka powierzchnia drutu ER4043 o niskim współczynniku tarcia powoduje, że tworzy on gniazda dla ptaków i zacina się w standardowych stalowych wykładzinach. W celu zapewnienia niezawodnego podawania drutu, szczególnie w przypadku odcinków drutu dłuższych niż 8 stóp (2,4 m), obowiązkowa jest wkładka teflonowa przeznaczona do drutu aluminiowego. Często wymieniaj końcówkę prądową — aluminium jest bardziej miękkie niż stal i szybciej zużywa się owalny otwór końcówki.
• Kąt pchania, nie przeciągania: Aluminium MIG należy prowadzić techniką pchania (forhendu) – pistolet przechylony o 10–15 stopni w kierunku jazdy. Kąt oporu (backhand) zatrzymuje gaz osłonowy argon za jeziorkiem spawalniczym, powodując porowatość i wtrącenia utleniające w ściegu.
• Agresywne czyszczenie wstępne: Tlenek glinu tworzy się natychmiast na każdej odsłoniętej powierzchni i ma temperaturę topnienia 2072°C — znacznie powyżej temperatury topnienia metalu nieszlachetnego (660°C). Posmaruj złącze drucianą szczotką ze stali nierdzewnej (przeznaczoną wyłącznie do aluminium – nigdy do stali węglowej), a następnie bezpośrednio przed spawaniem przetrzyj acetonem. Nie dotykaj czyszczonej powierzchni gołymi rękami.
• Rozgrzej w przypadku grubych przekrojów: W przypadku metalu nieszlachetnego o grubości powyżej 6 mm rozgrzej wstępnie do 100–150°C (212–302°F) w celu zmniejszenia gradientu termicznego i zapobiegania porowatości spowodowanej szybkim krzepnięciem zewnętrznej strefy spoiny przed całkowitym odgazowaniem jeziorka. Nie przekraczać 180°C w przypadku stopów 6xxx w stanie T6 — powyżej tej temperatury rozpoczyna się nadmierne starzenie i zmniejsza reakcję na obróbkę cieplną.

Spawanie TIG prętem ER4043 — technika i rozmiary prętów

Jako klasyfikacja „ER” (elektroda/pręt), Przewód ER4043 jest również dostarczany w postaci przyciętych prętów TIG, zwykle o średnicy Długości 36 cali (914 mm). przy średnicach 1/16 cala, 3/32 cala i 1/8 cala (1,6, 2,4 i 3,2 mm). Spawanie TIG za pomocą ER4043 jest preferowane w przypadku prac precyzyjnych, napraw cienkich przekrojów i zastosowań wymagających możliwie najlepszego wyglądu spoiny i minimalnego dopływu ciepła.

• Użyj prądu przemiennego: TIG aluminium wymaga prądu przemiennego, aby zapewnić katodowe działanie czyszczące warstwę tlenku glinu. Dodatni półcykl wydmuchuje tlenek z powierzchni; ujemny półcykl podgrzewa wolfram. A 60–75% salda EN (elektroda ujemna). jest optymalny dla większości zastosowań — więcej EN daje węższy, cieplejszy łuk z lepszą penetracją; więcej EP zwiększa skuteczność czyszczenia tlenków kosztem trwałości wolframu.
• Użyj elektrody z czystego wolframu lub wolframu cyrkonowego: Czysty wolfram (zielony pasek) podczas spawania prądem przemiennym tworzy kulistą końcówkę, która jest stabilna i lepsza niż elektrody cerowane lub torowane, które są przeznaczone do zastosowań prądu stałego. Wolfram cyrkonowy (biały pasek) przewodzi większy prąd niż czysty wolfram i jest preferowany w zastosowaniach prądu przemiennego o wyższym natężeniu. Przed uformowaniem kuli zeszlifuj elektrodę na tępo – nie używaj najpierw prądu stałego.
• Średnica pręta w stosunku do metalu nieszlachetnego: Orientacyjnie można przyjąć, że średnica pręta powinna odpowiadać grubości metalu podstawowego lub być o jeden rozmiar mniejsza, aż do około 4 mm. W przypadku metalu nieszlachetnego o średnicy 2 mm odpowiedni jest pręt o średnicy 1/16 cala (1,6 mm); do metalu nieszlachetnego 4–6 mm, 3/32 cala (2,4 mm); dla 6–10 mm, 1/8 cala (3,2 mm). Pręty o większej średnicy stosowane do cienkich materiałów schładzają jeziorko spawalnicze i powodują brak wtopienia.
• Start z wysoką częstotliwością i brak zarysowań: Zawsze używaj zajarzania łuku o wysokiej częstotliwości (HF) — w przypadku aluminium TIG nigdy nie rozpoczynaj przez dotyk ani przez zarysowanie. Rozpoczęcie przez zarysowanie powoduje zanieczyszczenie elektrody tlenkiem glinu, który następnie przenosi wtrącenia wolframu do spoiny. Start HF inicjuje łuk w określonej szczelinie bez kontaktu z elektrodą.

Przechowywanie, obsługa i zapobieganie porowatości drutu ER4043

Porowatość — puste przestrzenie gazowe uwięzione w zestalonej spoinie — jest najczęstszą wadą jakości spawania aluminium, a stan drutu ER4043 jest głównym czynnikiem. Głównymi źródłami porowatości są tlenek glinu i uwodniony wodorotlenek glinu na powierzchni drutu; obu przypadkach można zapobiec poprzez prawidłowe przechowywanie i obchodzenie się z:

• Przechowywać w szczelnie zamkniętym opakowaniu do czasu użycia: Przewód ER4043 and rod absorb moisture from humid air within hours of package opening. A spool of wire left on the MIG machine in a humid shop overnight can develop sufficient surface hydroxide to cause visible porosity in the next day's welding. Store open spools in a sealed bag with a desiccant pouch. Return cut TIG rods to their original sealed tube. A heated rod oven (60°C / 140°F) is the best long-term storage solution in humid environments.
• Przed użyciem sprawdź powierzchnię drutu: Nowy drut ER4043 powinien mieć jasne, lekko metalicznie-srebrne wykończenie powierzchni. Drut, który wydaje się matowo biały, ma widoczny biały proszek na powierzchni lub widoczne wżery, należy odrzucić — warstwa tlenków/wodorotlenków na powierzchni już się rozwinęła i będzie powodować porowatość niezależnie od wysiłku czyszczącego metal nieszlachetny.
• Nie używaj drutu ani prętów, które zostały zamoczone: Wilgoć wchłonięta przez warstwę wodorotlenku glinu na powierzchni drutu rozkłada się podczas spawania do wodoru atomowego. Wodór ma niezwykle wysoką rozpuszczalność w ciekłym aluminium, ale bliską zeru rozpuszczalność w stałym aluminium – gaz wytrąca się w postaci porów podczas krzepnięcia. Nawet krótkotrwałe wystawienie na działanie deszczu lub kondensację na pręcie TIG sprawia, że ​​nie nadaje się on do spawania produkcyjnego bez ponownego suszenia.
• Minimalny promień zgięcia przy obsłudze drutu: ER4043 twardnieje pod wpływem zginania — miękki drut aluminiowy załamuje się nieodwracalnie, jeśli zostanie zgięty do promienia mniejszego niż w przybliżeniu 10× jego średnica . Zagięty drut powoduje nierównomierne podawanie drutu, nieregularną długość łuku i zmienne osadzanie się podczas spawania MIG. Nigdy nie zmuszaj szpuli do rozwijania się, ciągnąc drut pod kątem — podawaj z odpowiednio zamontowanego uchwytu szpuli, który umożliwia swobodny obrót.