Filo ER4043: specifiche, applicazioni e parametri di saldatura

Cos'è il filo ER4043 e perché il contenuto di silicio è importante

La designazione ER4043 segue il sistema di classificazione elettrodo/asta AWS: "E" indica l'elettrodo, "R" indica l'asta (funziona come entrambi), "4043" lo colloca nella famiglia delle leghe di alluminio-silicio della serie 4000. L'elevato contenuto di silicio, fino al 6%, determina fondamentalmente il comportamento del filo durante la saldatura in tre modi:

Innanzitutto, il silicio abbassa il punto di fusione del riempitivo di alluminio, migliorando la fluidità e l'azione bagnante nel bagno di saldatura. Un bagno di saldatura 4043 scorre più facilmente negli spazi vuoti dei giunti e nelle geometrie irregolari delle scanalature rispetto a un riempimento a basso contenuto di silicio, motivo per cui ER4043 è preferito per la saldatura fuori posizione e per giunti con adattamento variabile. In secondo luogo, il silicio restringe l'intervallo di solidificazione del metallo saldato: la finestra di temperatura tra liquidus e solidus è ridotta, il che riduce drasticamente la sensibilità alla cracking a caldo (fessurazione da solidificazione). Questo è il motivo principale per cui l'ER4043 viene utilizzato sulle leghe della serie 6xxx come 6061, 6063 e 6082, che sono a loro volta suscettibili alla criccatura a caldo quando saldate con riempitivi che ampliano anziché restringere l'intervallo di solidificazione. In terzo luogo, il contenuto di silicio produce una superficie del cordone di saldatura leggermente più scura, con sfumature grigie, che è una caratteristica nota: le saldature anodizzate 4043 sembrano più scure del metallo base, il che è rilevante nelle applicazioni architettoniche e decorative in cui l'aspetto della saldatura post-anodizzata è importante.

ER4043 Composizione chimica e proprietà meccaniche

Le seguenti tabelle presentano i limiti chimici specifici di AWS A5.10 e le proprietà meccaniche depositate per il filo ER4043. Questi sono i valori rispetto ai quali devono essere verificati i risultati dei test di certificazione quando si qualifica un nuovo fornitore.

Compatibilità con i metalli di base: quali leghe ER4043 saldano meglio

ER4043 non è universalmente compatibile con tutte le leghe di alluminio. Il suo alto contenuto di silicio lo rende eccellente per alcune famiglie di leghe e inadatto o limitato per altre. La seguente ripartizione copre le famiglie di metalli di base più comuni riscontrate nei lavori di fabbricazione e riparazione:

• Serie 6xxx (6061, 6063, 6082, 6005): L'applicazione principale per ER4043. Queste leghe contengono magnesio e silicio come elementi rinforzanti e il loro intervallo di solidificazione è strettamente correlato al riempitivo 4043. La resistenza alla fessurazione a caldo nel 6061-T6 saldato con ER4043 è significativamente migliore rispetto a quella con ER5356. È possibile il trattamento termico post-saldatura dei giunti 6061 saldati con ER4043 e consente il recupero parziale della resistenza T6: la zona di saldatura può raggiungere circa 60–70% della resistenza del metallo base dopo la soluzione e il trattamento dell'età.
• Serie 3xxx (3003, 3004): Buona compatibilità. ER4043 salda 3003 e 3004 senza cricche a caldo e la saldatura risultante ha una resistenza alla corrosione accettabile per le tipiche applicazioni 3xxx (condutture HVAC, scambiatori di calore, pentole). La forza è adeguata per il servizio non strutturale.
• Serie 1xxx (1100, 1050, 1070): Compatibile e comunemente utilizzato per l'alluminio 1100, dove ER4043 fornisce una migliore fluidità e una resistenza della saldatura leggermente superiore rispetto a un riempitivo puro 1xxx. Utilizzato in apparecchiature per la lavorazione chimica e alimentare dove la resistenza alla corrosione del metallo di base è il fattore determinante della progettazione.
• Serie 2xxx (2024, 2014, 2219): Uso limitato: ER4043 può essere utilizzato su 2219 con cautela, ma la maggior parte delle leghe 2xxx sono considerate non saldabili o richiedono una selezione specifica del riempitivo. Non utilizzare su 2024 senza consultare un tecnico di saldatura.
• Serie 5xxx (5052, 5083, 5086, 5456): Non consigliato. Quando ER4043 viene depositato su leghe 5xxx contenenti più del 3% di magnesio (5083, 5086, 5456), il metallo saldato risultante contiene una quantità eccessiva di Mg2Si, che precipita ai bordi dei grani e riduce pesantemente la duttilità e la resistenza alla corrosione. Utilizzare ER5356 o ER5183 per lavori strutturali 5xxx.
• Serie 7xxx (7005, 7039): Limitato e specifico per l'applicazione. L'ER4043 viene talvolta utilizzato su leghe saldabili 7xxx, ma la composizione a basso contenuto di magnesio significa che la zona di saldatura non può rispondere all'indurimento per invecchiamento post-saldatura con la stessa efficacia dei riempitivi con un contenuto di Mg più elevato. Consulta la scheda tecnica della legge.

ER4043 vs ER5356: scegli il cavo giusto per la tua applicazione

I due fili per saldatura dell'alluminio più comuni sono ER4043 ed ER5356 e la scelta tra di essi è una delle decisioni più spesso sbagliate nella fabbricazione dell'alluminio. Non sono intercambiabili e la scelta corretta ha effetti significativi sulla fessurazione, sulla resistenza e sulle prestazioni di servizio.

La regola decisionale pratica: utilizzare ER4043 quando si saldano leghe 6xxx dove il rischio di fessurazione è la preoccupazione principale, dove la saldatura sarà soggetta a temperatura elevata o dove è previsto un trattamento termico post-saldatura. Utilizzare ER5356 quando il metallo di base è una lega strutturale 5xxx, quando è richiesta la massima resistenza come depositata o quando la corrispondenza dei colori post-anodizzazione è importante per ragioni estetiche.

Parametri di saldatura MIG per filo ER4043

Il filo ER4043 è disponibile in bobina MIG con diametro standard di 0,030 pollici (0,8 mm), 0,035 pollici (0,9 mm), 0,047 pollici (1,2 mm) e 1/16 di pollice (1,6 mm). La selezione del diametro del filo dipende dallo spessore del metallo base e dalla gamma di amperaggio della saldatrice. I seguenti parametri sono punti di partenza per la saldatura in posizione piana e orizzontale su metallo di base pulito 6061-T6:

Requisiti chiave del processo che differiscono dalla saldatura MIG dell'acciaio e devono essere rispettati con ER4043:

• Utilizzare gas di protezione argon al 100%: Niente CO2 o miscele di gas: la CO2 ossida violentemente l'alluminio e produce una saldatura contaminata. Argon puro ad una portata di 35–50 CFH (17–24 l/min) è standard per la maggior parte delle applicazioni MIG. Per volumi di giunti maggiori o condizioni esterne ventose, aumentare a 55–60 CFH.
• Utilizzare un rivestimento MIG in teflon o nylon: La superficie morbida e a basso attrito del filo ER4043 fa sì che si annidi e si inceppi nei rivestimenti in acciaio standard. Un rivestimento in Teflon adatto al filo di alluminio è obbligatorio per un'alimentazione affidabile del filo, in particolare per tratti di filo più lunghi di 8 piedi (2,4 m). Sostituisci frequentemente la punta di contatto: l'alluminio è più morbido dell'acciaio e consuma più velocemente l'ovale del foro della punta.
• Spingere l'angolo, non trascinare: Il MIG in alluminio dovrebbe essere eseguito con una tecnica di spinta (diritto): la pistola inclinata di 10-15 gradi nella direzione di marcia. Un angolo di trascinamento (rovescio) intrappola il gas di protezione argon dietro il bagno di saldatura, causando porosità e inclusioni di ossidazione nel cordone.
• Pre-pulire in modo aggressivo: L'ossido di alluminio si forma immediatamente su qualsiasi superficie esposta e ha un punto di fusione di 2.072°C — molto al di sopra del punto di fusione del metallo base (660°C). Spazzolare il giunto con una spazzola metallica con una spazzola in acciaio inossidabile (dedicata solo all'alluminio, mai all'acciaio al carbonio), quindi pulire con acetone immediatamente prima della saldatura. Non toccare la superficie pulita a mani nude.
• Preriscaldamento per sezioni spesse: Su metallo base con spessore superiore a 6 mm, preriscaldare a 100–150°C (212–302°F) per ridurre il gradiente termico e prevenire la porosità causata dalla rapida solidificazione della zona di saldatura esterna prima che la piscina sia completamente degasata. Non superare i 180°C sulle leghe 6xxx nella condizione T6: l'invecchiamento eccessivo inizia al di sopra di questa temperatura e riduce la risposta al trattamento termico.

Saldatura TIG con barra ER4043: tecnica e dimensioni della barra

Come classificazione "ER" (elettrodo/asta), Filo ER4043 viene fornito anche come bacchetta TIG tagliata, tipica in Lunghezze da 36 pollici (914 mm). con diametro di 1/16 pollici, 3/32 pollici e 1/8 pollici (1,6, 2,4 e 3,2 mm). La saldatura TIG con ER4043 è preferita per lavori di precisione, riparazioni di sezioni sottili e applicazioni che richiedono il miglior aspetto della saldatura possibile e un apporto di calore minimo.

• Utilizzare la corrente CA: Il TIG dell'alluminio richiede CA (corrente alternata) per fornire un'azione di pulizia catodica sullo strato di ossido di alluminio. Il semiciclo positivo fa esplodere l'ossido dalla superficie; il semiciclo negativo riscalda il tungsteno. A Bilanciamento EN (elettrodo negativo) pari al 60–75%. è ottimale per la maggior parte delle applicazioni: una maggiore EN produce un arco più stretto e più caldo con una migliore penetrazione; più EP aumenta la pulizia dell'ossido e lo scapito della durata del tungsteno.
• Utilizzare un elettrodo di tungsteno puro o di tungsteno zirconizzato: Il tungsteno puro (fascia verde) forma un'estremità sferica durante la saldatura CA che è stabile e preferibile agli elettrodi cerati o toriati, progettati per applicazioni CC. Il tungsteno zirconizzato (banda bianca) trasporta una corrente maggiore rispetto al tungsteno puro ed è preferito per applicazioni CA con amperaggio più elevato. Levigare l'elettrodo fino a rendere smussato prima di formare la sfera; non funzionare prima su corrente continua.
• Diametro dello stelo rispetto alla base in metallo: A titolo indicativo, il diametro dell'asta deve corrispondere o essere una misura inferiore allo spessore del metallo base fino a circa 4 mm. Per il metallo di base da 2 mm, è appropriata un'asta da 1,6 mm (1/16 di pollice); per metallo base da 4–6 mm, 2,4 mm (3/32 pollici); per 6–10 mm, 1/8 pollici (3,2 mm). Le aste di diametro maggiore utilizzate su materiali sottili raffreddano il bagno di saldatura e causano la mancanza di fusione.
• Inizio ad alta frequenza e nessun graffio: Utilizzare sempre l'innesco dell'arco ad alta frequenza (HF) e mai l'avvio tramite contatto o scratch-start sul TIG in alluminio. L'avvio del graffio contamina l'elettrodo con ossido di alluminio, che poi trasferisce inclusioni di tungsteno nella saldatura. L'avvio HF avvia l'arco ad una distanza definita senza contatto dell'elettrodo.

Conservazione, movimentazione e prevenzione della porosità del filo ER4043

La porosità, ovvero i vuoti di gas intrappolati nella saldatura solidificata, è il difetto di qualità più comune nella saldatura dell'alluminio e la condizione del filo ER4043 è un fattore che contribuisce principalmente. L'ossido di alluminio e l'idrossido di alluminio idrato sulla superficie del filo sono le principali fonti di porosità; entrambi sono prevenibili con una corretta conservazione e manipolazione:

• Conservare in confezione sigillata fino all'utilizzo: Filo ER4043 e l'asta assorbono l'umidità dall'aria umida entro poche ore dall'apertura della confezione. Una bobina di filo lasciata sulla macchina MIG in un'officina umida durante la notte può sviluppare una quantità di idrossido superficiale sufficiente a provocare una porosità visibile nella saldatura del giorno successivo. Conservare le bobine aperte in una busta sigillata con un sacchetto essiccante. Riportare le bacchette TIG tagliate nel loro tubo originale sigillato. Un forno a barre riscaldato (60°C / 140°F) è la migliore soluzione di conservazione a lungo termine in ambienti umidi.
• Ispezionare la superficie del filo prima dell'uso: Il nuovo filo ER4043 dovrebbe avere una finitura superficiale brillante, leggermente argento metallizzato. Il filo che appare bianco opaco, presenta polvere bianca visibile sulla superficie o presenta vaiolature visibili deve essere rifiutato: lo strato superficiale di ossido/idrossido è già sviluppato e causerà porosità indipendentemente dallo sforzo di pulizia sul metallo di base.
• Non utilizzare fili o bacchette bagnati: L'umidità assorbita nello strato di idrossido di alluminio sulla superficie del filo si decompone in idrogeno atomico durante la saldatura. L'idrogeno ha una solubilità estremamente elevata nell'alluminio liquido ma una solubilità prossima allo zero nell'alluminio solido: il gas precipita sotto forma di pori durante la solidificazione. Anche una breve esposizione alla pioggia o alla condensa su una bacchetta TIG la rende inadatta alla saldatura di produzione senza riasciugatura.
• Raggio minimo di curvatura per la movimentazione del filo: ER4043 si indurisce sotto piegatura: il filo di alluminio morbido si piega in modo irreversibile se piegato con un raggio inferiore a circa 10× il suo diametro . Il filo attorcigliato provoca un'alimentazione del filo incoerente, una lunghezza dell'arco irregolare e una deposizione variabile nella saldatura MIG. Non forzare mai lo svolgimento di una bobina tirando il filo in un angolo: alimentalo da una portabobina montata correttamente che consente la rotazione libera.