Žica ER4043: Specifikacije, primjena i parametri zavarivanja

Što je žica ER4043 i zašto je bitan sadržaj silicija

Oznaka ER4043 slijedi AWS sustav klasifikacije elektrode/šipke: "E" označava elektrodu, "R" označava šipku (funkcionira kao oboje), "4043" je uključen u obitelj legura aluminija i silicija serije 4000. Visok sadržaj silicija — do 6 % — temeljno određuje ponašanje žice tijekom zavarivanja na tri načina:

Prvo, silicij snižava točku taljenja aluminijskog punila, poboljšavajući fluidnost i djelovanje vlaženja u zavarenoj kupki. 4043 zavareni bazen lakše teče u spojeve i nepravilne geometrije utora od punila s nižim sadržajem silicija, zbog čega se ER4043 preferira za zavarivanje izvan položaja i za spojeve s promjenjivim prilagodbom. Drugo, silicij sužava raspon skrućivanja metala zavare — temperaturni prozor između likvidusa i solidusa je smanjen, što dramatično smanjuje osjetljivost na vruće pucanje (pukotine uslijed skrućivanja). Ovo je primarni razlog zašto se ER4043 koristi na legurama serije 6xxx kao što su 6061, 6063 i 6082, koje su same po sebi osjetljive na vruće pucanje kada su zavarene s punilima koja se proširuju, a ne sužavaju raspon skrućivanja. Treće, sadržaj silicija stvara malo tamnije, sivo obojenu površinu zavarenog ruba, što je poznata karakteristika — anodizirani 4043 zavari izgledaju tamnije od osnovnog metala, što je relevantno u arhitektonskim i dekorativnim primjenama gdje je izgled zavara nakon eloksiranja bitana.

ER4043 Kemijski sastav i mehanička svojstva

Sljedeće tablice predstavljaju AWS A5.10 specifična kemijska ograničenja i deponirana mehanička svojstva za ER4043 žicu. Ovo su vrijednosti u odnosu na koje treba provjeriti rezultate certifikacijskih testova prilikom kvalificiranja novog dobavljača.

Kompatibilnost s osnovnim metalima — Koje legure ER4043 najbolje zavaruju

ER4043 nije univerzalno kompatibilan sa svim aluminijskim legurama. Njegov visok sadržaj silicija čini ga izvrsnim za neke obitelji legura i neprikladnim ili ograničenim za druge. Sljedeća podjela pokriva najčešće obitelji osnovnih metala koje se susreću u proizvodnji i popravcima:

• Serija 6xxx (6061, 6063, 6082, 6005): Primarna primjena za ER4043. Ove legure sadrže magnezij i silicij kao elemente za ojačavanje, a njihov raspon skrućivanja vrlo je sličan 4043 punilu. Otpornost na vruće pukotine u 6061-T6 zavarenom s ER4043 značajno je bolja nego s ER5356. Moguća je toplinska obrada nakon zavarivanja 6061 spojeva zavarenih s ER4043 i omogućuje djelomično vraćanje čvrstoće T6 — zona zavarivanja može doseći pribl. 60–70% čvrstoće osnovnog metala nakon tretmana otopinom i dobi.
• 3xxx serija (3003, 3004): Dobra kompatibilnost. ER4043 zavaruje 3003 i 3004 bez vrućih pukotina, a dobiveni zavar ima prihvatljivu otpornost na koroziju za tipične 3xxx primjene (HVAC kanali, izmjenjivači topline, posuđe). Čvrstoća je primjerena za nestrukturalne usluge.
• 1xxx serija (1100, 1050, 1070): Kompatibilan i obično se koristi za 1100 aluminij, gdje ER4043 pruža bolju fluidnost i nešto veću čvrstoću zavare od čistog 1xxx punila. Koristi se u opremi za kemijsku i prehrambenu preradu gdje je otpornost na koroziju osnovnog metala pokretač dizajna.
• 2xxx serija (2024, 2014, 2219): Ograničena uporaba — ER4043 se može pažljivo koristiti na 2219, ali većina 2xxx legura smatra se nezavarljivom ili zahtijeva poseban odabir punila. Nemojte koristiti 2024 bez savjetovanja s inženjerom za zavarivanje.
• Serija 5xxx (5052, 5083, 5086, 5456): Ne preporučujem se. Kada se ER4043 nalazi na 5xxx legure koje sadrže više od 3% magnezija (5083, 5086, 5456), rezultirajući metal za zavarivanje sadrži prekomjernu količinu Mg2Si, koji se nalazi na granicama zrna i ozbiljno smanjuje duktilnost i otpornost na koroziju. Koristite ER5356 ili ER5183 za konstrukcijske 5xxx radove.
• Serija 7xxx (7005, 7039): Ograničen i specifičan za primjenu. ER4043 se ponekad koristi na zavarljivim legurama 7xxx, ali sastav s niskim udjelom magnezija znači da zona zavarivanja ne može tako učinkovito reagirati na utvrđivanje starenjem nakon zavarivanja kao punila s više Mg. Pogledajte tehnički popis legure.

ER4043 u odnosu na ER5356 — Odabir prave žice za vašu primjenu

Dvije najčešće aluminijske žice za zavarivanje su ER4043 i ER5356, a odabir između njih jedna je od najčešće pogrešnih odluka u proizvodnji aluminija. Nisu međusobno zamjenjivi, a ispravan odabir ima značajan učinak na pucanje, čvrstoću i radnu učinkovitost.

Pravilo praktične odluke: koristite ER4043 pri zavarivanju 6xxx legura gdje je rizik od pukotine primarne brige, gdje će zavar doživjeti rad na povišenoj temperaturi ili gdje se planira toplinska obrada nakon zavarivanja. Koristite ER5356 kada je osnovna metalna 5xxx strukturna legura, kada je potrebna maksimalna čvrstoća nakon nanošenja ili kada je podudaranje boje nakon anodizacije važno iz estetskih razloga.

Parametri MIG zavarivanja za ER4043 žicu

Žica ER4043 dostupna je u standardnim MIG kolutima promjera od 0,030 in (0,8 mm), 0,035 in (0,9 mm), 0,047 in (1,2 mm) , i 1/16 inča (1,6 mm). Odabir promjera žice ovisi o debljini osnovnog metala i rasponu amperaže aparata za zavarivanje. Sljedeći parametri su početne točke za ravno i horizontalno zavarivanje na čistom osnovnom metalu 6061-T6:

Ključni procesni zahtjevi koji se razlikuju od MIG zavarivanja čelika i moraju se poštovati s ER4043:

• Koristite 100% argon kao zaštitni plin: Bez CO2 ili miješanih plinova — CO2 snažno oksidira aluminij i proizvodi kontaminirani zavar. Čisti argon pri protoku od 35–50 CFH (17–24 L/min) je standard za većinu MIG aplikacija. Za veći volumen spojeva ili vjetrovite vanjske uvjete, povećajte na 55–60 CFH.
• Koristite teflonsku ili najlonsku MIG oblogu: Meka površina žice ER4043 s niskim trenjem uzrokuje gniježđenje i zaglavljivanje u standardnim čeličnim oblogama. Teflonska obloga namijenjena za aluminijsku žicu obavezna je za pouzdano uvlačenje žice, osobito za žicu duljinu od 8 stopa (2,4 m). Često mijenjajte kontaktni vrh — aluminij se izmiješa od čelika i brže troši ovalni otvor vrha.
• Kut guranja, a ne povlačenja: Aluminijski MIG treba pokretati tehnikom guranja (forehand) — pištolj nagnut 10–15 stupnjeva u smjeru kretanja. Kut otpora (leđi) zarobljava zaštitni plin argona iza zavarene kupke, uzrokujući poroznost i oksidacijske inkluzije u zrnu.
• Prethodno agresivno čišćenje: Aluminijev oksid se odmah stvara na bilo kojoj izloženoj površini i ima talište od 2,072°C — daleko iznad tališta osnovnog metala (660°C). Očistite spoj žičanom četkom četkom od nehrđajućeg čelika (samo za aluminij — nikad ugljični čelik), zatim obrišite acetonom neposredno prije zavarivanja. Ne dodirujte očišćenu površinu golim rukama.
• Prethodno zagrijte za deblje dijelove: Na osnovnom metalu debljine veće od 6 mm, prethodno zagrijte na 100–150°C (212–302°F) kako bi se smanjio toplinski gradijent i spriječila poroznost uzrokovana brzim skrućivanjem vanjske zone zavara prije nego što se bazen potpuno otplini. Nemojte prekoračiti 180°C na legurama 6xxx u stanju T6 — prekomjerno starenje počinje iznad te temperature i smanjuje odziv toplinske obrade.

TIG zavarivanje ER4043 šipkom — tehnika i veličina šipke

Kao "ER" (elektroda/šipka) klasifikacija, ER4043 žica također se isporučuje kao rezane TIG šipke, obično u 36 inča (914 mm) duljine u promjerima od 1/16 in, 3/32 in i 1/8 in (1,6, 2,4 i 3,2 mm). TIG zavarivanje s ER4043 preferira se za precizne radove, popravke spremnika i primjene koje zahtijevaju najbolji mogući izgled zavarivanja i minimalni unos topline.

• Koristite izmjeničnu struju: Aluminijski TIG zahtijeva AC (izmjeničnu struju) za katodno čišćenje sloja aluminijevog oksida. Pozitivni poluciklus eksplodira oksid s površine; negativni poluciklus zagrijavanje volfram. A 60–75% ravnoteže EN (negativna elektroda). optimalan je za većinu primjena — više EN proizvodi uži, topliji luk s boljim prodiranjem; više EP povećava čišćenje oksida nauštrb vijeka trajanja volframa.
• Upotrijebite elektrodu od čistog volframa ili cirkonskog volframa: Čisti volfram (zelena traka) oblikuje kuglasti završetak tijekom zavarivanja izmjeničnom strujom koja je stabilna i poželjnija od cerijernih ili torijeranih elektroda, koje su dizajnirane za DC aplikacije. Cirkonirani volfram (bijela traka) nosi veću struju od čistog volframa i poželjan je za aplikacije s izmjeničnom strujom veće amperaže. Izbrusite elektrodu do tupog vrha prije formiranja kuglice — nemojte prvo koristiti na DC.
• Promjer šipke u odnosu na osnovni metal: Kao grubi vodič, promjer šipke trebao bi odgovarati ili biti za jednu veličinu manju od debljine osnovnog metala do otprilike 4 mm. Za osnovni metal od 2 mm prikladna je šipka od 1/16 in (1,6 mm); za 4–6 mm obični metal, 3/32 in (2,4 mm); za 6–10 mm, 1/8 in (3,2 mm). Šipke većeg promjera koje se koriste na tankom materijalu hlade bazen za zavarivanje i uzrokuju nedostatak taljenja.
• Visokofrekventni start i bez ogrebotina: Uvijek koristite visokofrekventni (HF) početak luke — nikada ne dodirujte ili grebite na aluminijskom TIG-u. Početak grebanjem zagađuje elektrodu aluminijevim oksidom, koji zatim prenosi volframove inkluzije u zavareni spoj. HF start inicira luk na definiranom razmaku bez kontakta s elektrodom.

Slaganje, rukovanje i sječenje poroznosti za ER4043 žicu

Poroznost — plinske šupljine zatvorene u skrutnutom zavaru — najčešći je nedostatak kvalitete u zavarivanju aluminija, a stanje žice ER4043 primarni je faktor koji pridonosi. Aluminijev oksid i hidratizirani aluminijev hidroksid na površini žice glavni su izvori poroznosti; oboje se može spriječiti pravilnim skladištenjem i rukovanjem:

• Čuvati u zatvorenoj ambalaži do upotrebe: Žica i šipka ER4043 apsorbiraju vlagu iz vlažnog zraka nekoliko sati nakon otvaranja pakiranja. Kolut žice ostavljen na MIG stroju u vlažnoj radionici preko noći može razviti dovoljno površinskog hidroksida da izazove vidljivu poroznost pri zavarivanju sljedećeg dana. Čuvajte otvorene kaleme u zatvorenoj vrećici s vrećicom za sušenje. Vratite izrezane TIG šipke u njihovu originalnu zapečaćenu cijev. Grijana pećnica (60°C / 140°F) najbolje je rješenje za dugoročno skladištenje u vlažnim okruženjima.
• Provjerite površinu žice prije upotrebe: Nova žica ER4043 trebala bi imati svijetlu, blago metalnu srebrnu površinu. Žicu koja izgleda mutnobijela, ima vidljiv bijeli prah na površini ili ima vidljivu rupičastu žicu koju treba odbaciti — površinski sloj oksida/hidroksida već je razvijen i uzrokovati će poroznost bez obzira na napor čišćenja osnovnog metala.
• Nemojte koristiti žicu ili šipke koje su bile mokre: Vlaga apsorbirana u sloj aluminijevog hidroksida na površini žice koja se tijekom zavarivanja razgrađuje na atomski vodič. Vodik ima izuzetno visoku topljivost u tekućem aluminiju, ali gotovo nultu topljivost u čvrstom aluminiju — plin se taloži kao pore tijekom skrućivanja. Čak i kratka izloženost kiši ili kondenzaciji na TIG šipku čini se neprikladnom za proizvodno zavarivanje bez ponovnog sušenja.
• Minimalni radijus savijanja za rukovanje žicom: ER4043 otvrdnjava pri savijanju — mekana aluminijska žica nepovratno se savija ako je savijena na radijus manji od približno 10× njegov promjer . Presavijena žica uzrokuje nedosljedno dodavanje žice, nestalnu duljinu luka i promjenjivo taloženje kod MIG zavarivanja. Nikada nemojte prisiljavati kalem da se odmota povlačenjem žice pod kutom — povucite iz pravilno postavljenog držača kalema koji omogućuje slobodno okretanje.