Czy można spawać aluminium ze stalą? Jak to zrobić?

lutego 13, 2025
Spawalnictwo
0 polubienia
274 odsłony
0 komentarze

Spawanie aluminium ze stalą to temat, który często budzi wątpliwości wśród spawaczy. Jeśli kiedykolwiek zastanawiałeś się, czy te dwa materiały można połączyć za pomocą spawania, odpowiedź brzmi: tak, ale nie jest to proste. Różnice w ich właściwościach fizycznych i chemicznych sprawiają, że tradycyjne metody spawalnicze nie zdają egzaminu. Istnieją jednak specjalistyczne techniki, które pozwalają na trwałe połączenie tych dwóch metali. Sprawdźmy, dlaczego spawanie aluminium ze stalą jest trudne oraz jakie metody pozwalają na skuteczne wykonanie takiego połączenia.

Właściwości aluminium i stali

Aby zrozumieć, dlaczego połączenie aluminium i stali jest skomplikowane, warto najpierw przyjrzeć się różnicom między tymi materiałami:

Temperatura topnienia: Aluminium topi się w temperaturze około 660°C, podczas gdy stal wymaga znacznie wyższej temperatury, w przedziale 1400-1500°C. Oznacza to, że przy tradycyjnym spawaniu aluminium zacznie się topić i odparowywać, zanim stal osiągnie stan umożliwiający połączenie.
Przewodnictwo cieplne: Aluminium ma kilkukrotnie wyższe przewodnictwo cieplne niż stal, co powoduje szybkie odprowadzanie ciepła i utrudnia kontrolę procesu spawania.
Rozszerzalność cieplna: Aluminium rozszerza się niemal dwukrotnie bardziej niż stal pod wpływem temperatury, co podczas pracy nie ma aż tak wielkiego znaczenia ale prowadzi do naprężeń i odkształceń po schłodzeniu.
Reaktywność chemiczna: Aluminium pokrywa się warstwą tlenku, która jest odporna na korozję, ale utrudnia topnienie metalu podczas spawania. Ponadto, w kontakcie aluminium (Al) ze stopionym żelazem (Fe) tworzą się kruche fazy międzymetaliczne Fe-Al, które osłabiają połączenie.

Ze względu na te właściwości spawanie aluminium ze stalą migomatem, czy spawanie stali z aluminium TIG, nie sprawdzi się w praktyce. Konieczne jest zastosowanie specjalistycznych technik, o których przeczytasz niżej.

Spawanie stali z aluminium nie takie proste

Łączenie stali z aluminium to jedno z największych wyzwań w spawalnictwie, ponieważ te dwa materiały mają zupełnie inne właściwości fizyczne i chemiczne. Podstawowym problemem jest tworzenie się kruchych faz międzymetalicznych Fe-Al, które znacząco osłabiają połączenie, czyniąc je podatnym na pęknięcia. Podczas spawania w tradycyjny sposób, np. przy użyciu migomatu do stali i aluminium, dochodzi do mieszania się tych dwóch metali, co prowadzi do powstania spoiny o bardzo niskiej wytrzymałości mechanicznej.

Dodatkowym utrudnieniem jest ogromna różnica temperatur topnienia. Aluminium przechodzi w stan ciekły już przy około 660°C, podczas gdy stal wymaga podgrzania do ponad 1400°C. Oznacza to, że przy nieodpowiednich parametrach spawania aluminium może się przegrzać i odparować, zanim stal zacznie się topić. To właśnie dlatego spawarka TIG do aluminium wymaga precyzyjnej regulacji prądu oraz zastosowania odpowiednich gazów osłonowych, aby zminimalizować ryzyko uszkodzenia struktury metalu.

Kolejnym wyzwaniem jest problem zwilżania – aluminium i stal naturalnie się odpychają, co utrudnia utworzenie trwałej spoiny. Powierzchnia aluminium pokrywa się tlenkiem, który działa jak bariera, utrudniając łączenie metali. Nawet jeśli migomat do stali i aluminium jest używany w procesie spawania, warstwa tlenku może uniemożliwić prawidłowe połączenie, co skutkuje powstawaniem porowatości i osłabieniem spoiny.

Ze względu na te ograniczenia klasyczne metody, takie jak MIG i TIG, rzadko sprawdzają się przy spawaniu tych dwóch materiałów. Chociaż spawarka TIG do aluminium pozwala na precyzyjną kontrolę ciepła, to bez odpowiedniego przygotowania i zastosowania dodatkowych technologii nie zapewni wystarczająco mocnego połączenia. Aby uzyskać trwałą i wytrzymałą spoinę, konieczne jest zastosowanie alternatywnych metod, które eliminują problem kruchych faz międzymetalicznych i różnicy temperatur topnienia.

Jak spawać aluminium ze stalą?

Spawanie aluminium ze stalą to duże wyzwanie technologiczne, ponieważ materiały te mają różne właściwości fizyczne i chemiczne. Standardowe techniki, takie jak MIG/MAG do stali i aluminium czy TIG do aluminium, nie gwarantują wystarczająco trwałej spoiny, dlatego konieczne jest stosowanie specjalistycznych metod. Do najskuteczniejszych rozwiązań należą spawanie tarciowe z mieszaniem (FSW), spawanie eksplozyjne oraz spawanie z użyciem materiałów pośrednich, które pozwala na wykorzystanie klasycznych technologii spawalniczych przy odpowiednim doborze materiałów dodatkowych.

Spawanie tarciowe z mieszaniem (Friction Stir Welding – FSW)

Polega ono na mechanicznym mieszaniu materiałów poprzez wciskanie obracającego się narzędzia w linię styku aluminium i stali. Ponieważ proces zachodzi w stanie stałym, unika się powstawania kruchych faz międzymetalicznych Fe-Al, a spoina charakteryzuje się wysoką jednorodnością i trwałością. Technika ta jest szczególnie popularna w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym, gdzie łączy się cienkościenne elementy wymagające wysokiej wytrzymałości przy jednoczesnym zachowaniu niskiej masy.

Spawanie eksplozyjne (Explosion Welding)

Sposób, w którym łączenie aluminium i stali następuje poprzez kontrolowaną eksplozję. Fala uderzeniowa powoduje ekstremalnie szybkie i silne dociskanie obu metali, co prowadzi do ich trwałego połączenia na poziomie atomowym, bez konieczności stopienia materiałów. Metoda ta jest szeroko stosowana w produkcji bimetalicznych płyt oraz komponentów wymagających wyjątkowej odporności mechanicznej i chemicznej, takich jak wymienniki ciepła, zbiorniki ciśnieniowe czy elementy infrastruktury morskiej.

Spawanie z użyciem materiałów pośrednich

Gdy chcesz wykorzystać migomat do stali i aluminium lub spawarkę TIG, niezbędne jest użycie materiałów pośrednich, które poprawiają kompatybilność chemiczną i mechaniczną spoiny. Istnieje kilka sposobów na minimalizację problemów związanych z powstawaniem kruchych faz Fe-Al:

Warstwy pośrednie z niklu lub miedzi: Stosowanie cienkich powłok z tych metali skutecznie ogranicza powstawanie kruchych związków międzymetalicznych. Nikiel i miedź tworzą lepsze połączenie zarówno ze stalą, jak i z aluminium, dzięki czemu poprawiają jakość i trwałość spoiny. Proces ten może wymagać wcześniejszego platerowania lub lutowania jednego z materiałów przed właściwym spawaniem.
Specjalistyczne druty spawalnicze: W metodach MIG i TIG stosuje się druty spawalnicze z odpowiednio dobranymi dodatkami stopowymi, które redukują tworzenie się niepożądanych faz w spoinie i zwiększają jej elastyczność oraz wytrzymałość. Niektóre druty zawierają domieszki krzemu, cynku czy srebra, które poprawiają właściwości mechaniczne i ograniczają naprężenia wewnętrzne powstające podczas spawania.
Łączenie metodą lutowania twardego: Zamiast klasycznego spawania można zastosować lutowanie przy użyciu specjalnych lutów na bazie aluminium lub miedzi. Proces ten wymaga użycia odpowiednich topników i kontrolowanej temperatury, ale pozwala na uzyskanie mocnych i odpornych na korozję połączeń.

Wybór odpowiedniego materiału pośredniego zależy od konkretnego zastosowania, grubości spawanych elementów oraz wymagań dotyczących wytrzymałości i odporności na warunki środowiskowe. Chociaż spawarka do aluminium i stali nie jest w stanie samodzielnie wyeliminować problemów wynikających z różnic w temperaturze topnienia i składu chemicznego materiałów, zastosowanie właściwych warstw pośrednich lub dodatków stopowych pozwala na skuteczne przezwyciężenie tych ograniczeń i uzyskanie trwałej, wysokiej jakości spoiny.

Spawanie aluminium ze stalą jest możliwe

Tak, ale wymaga specjalistycznych technik. Ze względu na różnice w właściwościach fizycznych i chemicznych tych materiałów, tradycyjne metody spawania nie sprawdzają się. Istnieją jednak technologie, takie jak wykorzystanie materiałów pośrednich, które umożliwiają trwałe i wytrzymałe połączenia. Wybór odpowiedniej metody zależy od zastosowania końcowego, wymagań wytrzymałościowych oraz dostępnych narzędzi. W przyszłości rozwój nowych technologii, takich jak spawanie hybrydowe czy laserowe, może jeszcze bardziej ułatwić proces łączenia tych dwóch metali.

Spawarki TIG

Spawarka Magnum TIG THF 238P AC/DC PRO LCD - zestaw - U I THF238P LCD-G - Magnum - 3

Spawarka Magnum TIG THF 238P AC/DC PRO LCD - zestaw - U I THF238P LCD-G - Magnum - 3 2

W magazynie

Spawarki TIG

Spawarka Magnum TIG THF 238P AC/DC PRO LCD - zestaw

Magnum

U I THF238P LCD-G

Zabezpieczenie sieci 230 V [A]: C25 Zasilanie [V]: 230 Prąd spawania: AC/DC Minimalny prąd spawania TIG [A]: 5 Maksymalny prąd spawania TIG [A]: 200 Procesy spawania: TIG / MMA

(5)

4 839,00 zł

Urządzenie Magnum THF 238P AC/DC PRO LCD jest profesjonalną spawarką inwertorową przeznaczoną do spawania metodą TIG i MMA, prądem stałym DC i prądem zmiennym AC. Wyróżnia się funkcją BiLevel, ekranem LCD oraz uchwytem ze sterowaniem w rękojeści.

Spawarka Sherman DIGITIG 200GD Pulse AC/DC - zestaw - SDIGITIGPACDC200GD-G - Sherman - 3

Spawarka Sherman DIGITIG 200GD Pulse AC/DC - zestaw - SDIGITIGPACDC200GD-G - Sherman - 3 2

W magazynie

Spawarki TIG

Spawarka Sherman DIGITIG 200GD Pulse AC/DC - zestaw

Sherman

SDIGITIGPACDC200GD-G

Zabezpieczenie sieci 230 V [A]: 25 Zasilanie [V]: 230 Prąd spawania: AC/DC Minimalny prąd spawania TIG [A]: 10 Maksymalny prąd spawania TIG [A]: 200 Procesy spawania: TIG / MMA

(2)

3 239,00 zł

Cyfrowa spawarka Sherman DIGITIG Pulse AC/DC 200GD jest urządzeniem najnowszej generacji, przeznaczonym do zastosowań profesjonalnych.

Spawarka Spartus Multi Pro 201 4in1 - zestaw | MULTIPRO2014IN1-PAK-15-3-17-4-G

Spawarki MIG|MAG

Spawarka Spartus MultiPRO 201 4in1 - zestaw

Spartus

MULTIPRO2014IN1-PAK-15-3-17-4-G

Zasilanie [V]: 230 Minimalny prąd spawania MIG [A]: 30 Maksymalny prąd spawania MIG [A]: 200 Procesy spawania: MIG / MAG / MMA / TIG Obsługiwana średnica szpuli drutu [mm]: 200 Sterowanie [ręczne, synergiczne]: ręczne / synergiczne

7 299,00 zł

SPARTUS® MultiPro 201 4in1 to innowacyjna, wielozadaniowa spawarka inwertorowa do spawanie metodami MIG / TIG AC / TIG DC oraz MMA AC / MMA DC z maksymalnym prądem 200 A. Zasilana z sieci jednofazowej 230 V.

Spawarka Trafilux TIG 210 AC/DC Puls LCD Synergia - zestaw - 5904044980265-G - Trafilux - 1

Spawarki TIG

Spawarka Trafilux TIG 210 AC/DC Puls LCD Synergia - zestaw

Trafilux

5904044980265-G

Zasilanie [V]: 230 Prąd spawania: AC/DC Minimalny prąd spawania TIG [A]: 10 Maksymalny prąd spawania TIG [A]: 200 Procesy spawania: TIG / MMA

2 799,00 zł

Trafilux TIG 210 AC/DC Puls LCD Synergia to przemysłowe urządzenie mikroprocesorowe wyposażone w kolorowy wyświetlacz LCD, oparte na technologii IGBT, przystosowane do spawania stali węglowych, nierdzewnych, kwasoodpornych, miedzi, mosiądzu, magnezu, tytanu, wszystkich stopów aluminium.

Spawarka ESAB Renegade ET 210iP W - zestaw wodny - 0447700912 - ESAB - 1

Spawarka ESAB Renegade ET 210iP W - zestaw wodny - 0447700912 - ESAB - 1 2

-1 820,99 zł
Promocja Świąteczna

Spawarki TIG

Sherman

7812633-G

Zabezpieczenie sieci 230 V [A]: 25 Zasilanie [V]: 230 Prąd spawania: AC/DC Minimalny prąd spawania TIG [A]: 5 Maksymalny prąd spawania TIG [A]: 200 Procesy spawania: TIG / MMA

3 994,00 zł

Sherman DIGITIG 200 LCD AC/DC to spawarka ze sterowaniem cyfrowym służąca do spawania ręcznego prądem stałym i przemiennym stali konstrukcyjnych elektrodami otulonymi (MMA) oraz do spawania elektrodą nietopliwą w osłonie gazu obojętnego (TIG) stali jakościowych i metali kolorowych.

Spawarka Sherman TIG 210 AC/DC Pulse - zestaw - SINW-TIG210ACDCP-G - Sherman - 3

Spawarka Sherman TIG 210 AC/DC Pulse - zestaw - SINW-TIG210ACDCP-G - Sherman - 3 2

W magazynie

Spawarki TIG

Spawarka Sherman TIG 210 AC/DC Pulse - zestaw

Sherman

SINW-TIG210ACDCP-G

Zabezpieczenie sieci 230 V [A]: 25 Zasilanie [V]: 230 Prąd spawania: AC/DC Minimalny prąd spawania TIG [A]: 10 Maksymalny prąd spawania TIG [A]: 200 Procesy spawania: TIG / MMA

(7)

2 979,00 zł

Prostownik spawalniczy TIG 210 AC/DC Pulse serii Sherman-profi jest profesjonalnym urządzeniem do spawania ręcznego metodą TIG stali konstrukcyjnych, jakościowych, miedzi i jej stopów oraz aluminium i jego stopów.

Spawarka Weldman Bravo TIG 250 AC/DC - zestaw - 102 212-G - Weldman - 3

Spawarka Weldman Bravo TIG 250 AC/DC - zestaw - 102 212-G - Weldman - 3 2

W magazynie

Spawarki TIG

Spawarka Weldman Bravo TIG 250 AC/DC - zestaw

Weldman

102 212-G

Zabezpieczenie sieci 230 V [A]: 25 Zasilanie [V]: 230 Prąd spawania: AC/DC Minimalny prąd spawania TIG [A]: 5 Maksymalny prąd spawania TIG [A]: 250 Procesy spawania: TIG / MMA

5 189,00 zł

Spawarka inwertorowa Weldman Bravo TIG 250 AC/DC HF Puls jest wykonana w technologii IGBT do spawania metodą TIG AC/DC.

System TIG Quarz

Tulejka zaciskowa QUARTZSystem 2,4 / 31,5 mm 17/18/26 soczewka / Spartus - NW17-25T24 - Spartus - 1

Tulejka zaciskowa QUARTZSystem 2,4 / 31,5 mm 17/18/26 soczewka / Spartus - NW17-25T24 - Spartus - 1 2

W magazynie

Tulejki zaciskowe

Tulejka zaciskowa QUARTZSystem 2,4 / 31,5 mm 17/18/26 soczewka / Spartus

Spartus

NW17-25T24

System: Quartz Rodzaj uchwytu: SR-17, SR-18, SR-26 Średnica [mm]: 2.4

2,59 zł

Tulejka zaciskowa QUARTZSystem 2,4 / 31,5 mm 17/18/26, stosowana w rozwiązaniach: Guard, standard, mała soczewka, duża soczewka, soczewka wersja krótka oraz soczewka wersja krótka (kielich).

Adapter krótki QUARTZSystem 17/18/26 mała soczewka / Spartus - NW17-32A20 - Spartus - 1

Adapter krótki QUARTZSystem 17/18/26 mała soczewka / Spartus - NW17-32A20 - Spartus - 1 2

W magazynie

Części do uchwytów TIG

Spartus

NW9-47D30-16-KPL

System: Quartz Rodzaj uchwytu: SR-9, SR-20 Średnica [mm]: 1.6

70,59 zł

Zestaw części QUARTZSystem 9/20 na średnicę 1,6 mm, wyposażony w dyszę w rozmiarze L (47 mm), stosowany w rozwiązaniach: duża soczewka.

Druty spawalnicze TIG

Drut spawalniczy TIG ESAB OK Tigrod 13.09 fi 2,4/1000/5 kg - 130924R150_px5 - ESAB - 1

Drut spawalniczy TIG ESAB OK Tigrod 13.09 fi 2,4/1000/5 kg - 130924R150_px5 - ESAB - 1 2

W magazynie

Druty spawalnicze | pręty TIG

Drut spawalniczy TIG ESAB OK Tigrod 13.09 fi 2,4/1000/5 kg

ESAB

130924R150_px5

Średnica [mm]: 2.4 Przeznaczenie: Stale niskostopowe

180,40 zł

ESAB OK Tigrod 13.09 to miedziowane, niskostopowe pręty spawalnicze z dodatkiem molibdenu (0,5% Mo), przeznaczone do spawania metodą TIG (GTAW) stali odpornych na pełzanie (tego samego typu), takich jak rury w zbiornikach ciśnieniowych i w kotłach, przy temperaturze pracy do ok. 500°C.

Drut spawalniczy TIG ESAB OK Tigrod 316 LSi fi 3,2/1000/1 kg - 163232R150 - ESAB - 1

W magazynie

Druty spawalnicze | pręty TIG

Drut spawalniczy TIG ESAB OK Tigrod 316 LSi fi 3,2/1000/1 kg

ESAB

163232R150

Średnica [mm]: 3.2 Przeznaczenie: Stale nierdzewne, wysokostopowe

105,70 zł

Drut OK Tigrod 316LSi to niepowlekane pręty odporne na korozję do spawania metodą TIG austenitycznych stali chromowo-niklowych, cechujące się dobrą odpornością na korozję ogólną.

Drut spawalniczy TIG ESAB OK Tigrod 12.64 fi 2,0/1000/5 kg - 126420R150_px5 - ESAB - 1

Drut spawalniczy TIG ESAB OK Tigrod 12.64 fi 2,0/1000/5 kg - 126420R150_px5 - ESAB - 1 2

W magazynie

Druty spawalnicze | pręty TIG

Drut spawalniczy TIG ESAB OK Tigrod 12.64 fi 2,0/1000/5 kg

ESAB

126420R150_px5

Średnica [mm]: 2.0 Przeznaczenie: Stale konstrukcyjne, niestopowe

151,80 zł

ESAB OK Tigrod 12.64 to powlekany miedzią drut z dodatkiem stopu Mn-Si (W4Si1 / ER70S-6) do spawania metodą TIG (GTAW), o zwiększonej zawartości składników krzemu i manganu zapewniające wyższą wytrzymałość stopiwa i odporność na zanieczyszczenia powierzchni spawanych elementów.

Drut spawalniczy TIG ESAB OK Tigrod 308 LSi fi 2,4/1000/5 kg - 161224R150_px5 - ESAB - 1

Druty spawalnicze | pręty TIG

Drut spawalniczy TIG ESAB OK Tigrod 308 LSi fi 2,4/1000/5 kg

ESAB

161224R150_px5

Średnica [mm]: 2.4 Przeznaczenie: Stale nierdzewne, wysokostopowe

358,50 zł

Drut OK Tigrod 308LSi to austenityczne spoiwo do nierdzewki o bardzo niskiej zawartości węgla, do spawania stali odpornych na korozję.

Drut spawalniczy TIG ESAB OK Tigrod 308 LSi fi 1,2/1000/1 kg - 161212R150 - ESAB - 1

W magazynie

Druty spawalnicze | pręty TIG

Drut spawalniczy TIG ESAB OK Tigrod 308 LSi fi 1,2/1000/1 kg

ESAB

161212R150

Średnica [mm]: 1.2 Przeznaczenie: Stale nierdzewne, wysokostopowe

96,30 zł

Drut OK Tigrod 308LSi to austenityczne spoiwo do nierdzewki o bardzo niskiej zawartości węgla, do spawania stali odpornych na korozję.

Drut spawalniczy TIG ESAB OK Tigrod 316 LSi fi 2,4/1000/1 kg - 163224R150 - ESAB - 1

W magazynie

Druty spawalnicze | pręty TIG

Drut spawalniczy TIG ESAB OK Tigrod 316 LSi fi 2,4/1000/1 kg

ESAB

163224R150

Średnica [mm]: 2.4 Przeznaczenie: Stale nierdzewne, wysokostopowe

105,70 zł

Drut OK Tigrod 316LSi to niepowlekane pręty odporne na korozję do spawania metodą TIG austenitycznych stali chromowo-niklowych, cechujące się dobrą odpornością na korozję ogólną.

Drut spawalniczy TIG SG2 (WSG2) fi 3,2 mm / 5,0 kg / FIXWELD - tig_sg2_32_px5 - FIXWELD - 1

Druty spawalnicze | pręty TIG

Drut spawalniczy TIG SG2 (WSG2) fi 3,2 mm / 5 kg / FIXWELD

FIXWELD

tig_sg2_32_px5

Średnica [mm]: 3.2 Przeznaczenie: Stale konstrukcyjne, niestopowe

82,00 zł

Miedziowane pręty do spawania metodą TIG (GTAW) stali drobnoziarnistych węglowo-manganowych, konstrukcyjnych, okrętowych i kotłowych.

Druty spawalnicze | pręty TIG

Drut spawalniczy TIG AlSi5 (ER4043) fi 1,6/1000/5 kg

FIXWELD

tig_alsi5_16_px5

Średnica [mm]: 1.6 Przeznaczenie: Stopy aluminium

215,30 zł

Drut spawalniczy TIG AlSi5 (ER4043) z aluminium stopowego 5% Si. Przeznaczony jest do spawania stopów aluminium typu AlMgSi oraz AlSi o zawartości do 7% Si.

Drut spawalniczy TIG ESAB OK Tigrod 4043 (AlSi5) fi 2,0/1000/5 kg - 180420R120_px5 - ESAB - 1

Druty spawalnicze | pręty TIG

Drut spawalniczy TIG ESAB OK Tigrod 4043 (AlSi5) fi 2,0/1000/5 kg

ESAB

180420R120_px5

Średnica [mm]: 2.0 Przeznaczenie: Stopy aluminium

435,80 zł

OK Tigrod 4043 (AlSi5) to jeden z najszerzej stosowanych spawalniczych stopów aluminium. Przeznaczony do łączenia stopów typu AlMgSi oraz AlSi o zawartości do 7% Si.