Способы дуговой сварки алюминия

Способы сварки алюминия

(виды автоматической дуговой сварки, применяемые в промышленности)

Дуговая сварка алюминиевых сплавов связана с определенными трудностями вследствие их большого химического сродства к кислороду и склонности к интенсивному поглощению водорода. Возможность получения качественных сварных соединений определяется, в первую очередь, выбором оптимального способа сварки с учетом ряда требований, включающих в себя обеспечение плотности шва, его внешнего вида, производительности и универсальности процесса.

Еще страницы к теме

Способы сварки алюминия:

• Дуговая механизированная сварка алюминия с импульсной подачей проволоки.
• Особенности сварки алюминия
• Особенности сварки алюминия (часть 2).

Изготовление сварных алюминиевых конструкций осуществляют, в основном, используя следующие дуговые способы сварки алюминия: ручная сварка покрытым электродом, сварка неплавящимся (угольным или вольфрамовым) электродом в инертных газах и сварка плавящимся электродом под слоем флюса или в инертных газах.

Ручная сварка угольным или покрытым электродом сохранилась только для неответственных изделий, т.к. имеет ряд существенных недостатков — тяжелые условия труда сварщиков вследствие мощного излучения горящей дуги и большого выделения сварочных аэрозолей, значительные деформации изделий и повышенное количество дефектов в металле шва.

В промышленностиприменяются в основном такие способы сварки алюминия и его сплавов:

1) автоматическая дуговая сварка в среде защитных газов;

Сварка в среде защитных газов может выполняться как неплавящимся вольфрамовым электродом, так и плавящимся электродом, представляющим собой проволоку того же состава, что и основной металл. Применение плавящегося электрода целесообразно при сварке толстолистового металла.

Защитным газом, который изолирует расплавленный металл от взаимодействия с атмосферой воздуха, может быть аргон, гелий или их смесь. При этом способе сварки практически отсутствует возможность металлургической обработки металла шва и потому необходимо использовать все сварочные материалы высокой степени чистоты.

Так, например, при сварке в среде технического аргона, содержащего до 16 % азота и 0,4 % кислорода, получить качественное сварное соединение невозможно. Поэтому применяют защитные газы первого или высшего сорта по ГОСТ 10157-79 с содержанием аргона не менее 99,987 и 99,993 % соответственно.

Кромки свариваемых деталей и электродную проволоку перед сваркой подвергают механической или химической обработке с целью удаления оксидных пленок и других загрязнений. Для металла толщиной более 12 мм сварка производится в несколько проходов. Технология многопроходной сварки требует обязательной механической разделки свариваемых кромок и имеет ряд существенных недостатков. При этом качественная подготовка кромок, подрубка корня шва и тщательная зачистка промежуточных слоев в процессе получения сварного соединения еще не гарантирует стабильного качества металла шва вследствие образования внутренних дефектов в виде пор, несплавлений, трещин и раковин. Кроме того, многослойная сварка менее производительна, чем однопроходная, и способствует возникновению в изделии значительных деформаций.

Открытая дуга способствует образованию оксидов азота, озона и дисперсной пыли. В процессе исследований К.В. Мигай обнаружил в зоне дыхания сварщика при сварке на обычных режимах небольшое количество оксида азота, не превышающего нормы, и 0,9 мг/м 3 озона, что в девять раз больше санитарной нормы.

Тепловая реакция при сварке неплавящимся электродом на уровне рук составляет 0,8-2,2 кал/см 2 мин и лица — 1,0-13 кал/см 2 мин, а плавящимся электродом — соответственно 1,2-2,8 и 1,5-2,1 кал/см 2 мин, что не позволяет вести процесс сварки при незащищенных частях тела.

Автоматическая сварка плавящимся электродом в среде аргона является более универсальным способом для соединения литейных и деформируемых алюминиевых сплавов. Однако широкое ее применение ограничивается рядом существенных недостатков, к которым, в первую очередь, относят: низкую тепловую мощность дуги, неблагоприятную форму шва (большое усиление, неглубокий и узкий провар); повышенную склонность швов к образованию пор, особенно на технически чистом алюминии; необходимость разделки кромок для металла толщиной свыше 20 мм; относительно низкие механические и коррозионные свойства сварных соединений и др.

Для снижения пористости швов и повышения глубины провара вводят в аргон незначительные добавки кислорода, диоксида углерода, азота, хлора и других газообразных галогеносодержащих компонентов. Однако это, в свою очередь, приводит к ухудшению внешнего вида шва, увеличению количества оксидных, нитридных и хлоридных включений, снижению пластических свойств шва и ухудшению санитарно-гигиенических условий труда сварщиков. Что касается комбинированного способа сварки «плазма — плавящийся электрод», то он еще в промышленности не получил широкого распространения.

Для получения качественного сварного соединения приходится расходовать большие количества инертных газов, которые пока еще дефицитны и дороги.

Способ сварки алюминия под слоем флюса был впервые разработан в Московском авиационно-технологическом институте. Был создан ряд флюсов, применяемых для сварки алюминия и его сплавов под слоем флюса.

В институте электросварки им. Е.О. Патона также велись работы по сварке алюминия и его сплавов. Предложенный этим институтом флюс марки АН-А1 в настоящее время в основном и применяется для сварки алюминия под слоем флюса в промышленности.

Автоматическая сварка алюминия и его сплавов под слоем флюса отличается от ранее рассмотренного способа более высокой производительностью за счет применения однопроходной двухсторонней сварки без разделки кромок свариваемых деталей. Флюсы способствуют улучшению металлургической обработки металла шва в процессе сварки.

При минимальной влажности окружающей атмосферы этот способ позволяет получать удовлетворительного качества сварные соединения. С повышением влажности воздуха из-за открытой сварочной дуги в металле шва увеличивается концентрация растворенного водорода, способствующего порообразование. Особенно трудно избавиться от пор при сварке металла толщиной выше 20 мм. При этом в верхней части шва на глубине 1-2 мм наблюдается сплошная сетка пор. Иногда металл шва бывает загрязнен шлаковыми включениями. Открытая дуга не позволяет поддерживать в реакционном пространстве постоянный газовый состав, оказывающий в конечном итоге влияние на получение одинакового по качеству металла шва. Поэтому в процессе эксплуатации сварных изделий в агрессивных средах наблюдается интенсивная местная коррозия металла шва.

Для снижения влажности и предупреждения пористости металла шва флюс после изготовления хранят в герметически закрытой таре, а перед сваркой его прокаливают. Но это является полумерой, так как открытая сварочная дуга создает благоприятные условия для насыщения металла сварочной ванны водородом за счет влаги окружающего воздуха.

Насыпная высота флюса строго устанавливается для каждой толщины металла, например для δ = 25 мм она равна 16 мм. Если высота флюса будет взята больше оптимальной, то возможен переход электродугового процесса в электрошлаковый, и тогда сварное соединение получить невозможно.

Весьма существенным недостатком способа сварки под слоем флюса является значительное выделение пыли и вредных газов (см. Опасные и вредные производственные факторы), во много раз превышающих норму.

Из-за открытой дуги при сварке алюминия под слоем флюса рабочая атмосфера, кроме пыли и газов, дополнительно загрязняется озоном, оксидами азота и сопровождается интенсивной ультрафиолетовой радиацией. Концентрация озона при автоматической сварке под слоем флюса на уровне дыхания сварщика превышает норму в 8-10 раз и только на расстоянии свыше 1,8 м от места горения дуги достигает нормы. Сварочное оборудование при сварке открытой дугой работает в тяжелых условиях.

Источник

Как и чем варить алюминий

Внушительный список достоинств сделал алюминий востребованным материалом во всех отраслях экономики, включая корабле- и самолетостроение. Но, как и любой другой металл, он имеет и недостатки. Один из них – технологические сложности при сваривании заготовок из алюминия и его сплавов. Качественно выполнить подобную работу могут только высококвалифицированные специалисты.

Почему свариваемость алюминия низкая

Мягки серебристый металл сложно поддается сварке в силу объективных причин, которые вытекают из его свойств. А именно:

• На поверхности алюминия образуется окислительная пленка. И если температура плавления металла составляет всего лишь 660 градусов Цельсия, то защитной пленки – 2044 °C.
• В процессе работы очень сложно контролировать сварочную ванну из-за высокой текучести металла. Необходимо использовать специальные теплоотводящие подкладки.
• Расплавляясь, алюминий выделяет много водорода. В результате после остывания расплава внутри и на поверхности остается много микропустот.
• Алюминий характеризуется высокой степенью усадки. Из-за этого во время охлаждения не исключена деформация шва.
• Высокая теплопроводность вынуждает использовать ток, сила которая намного больше, чем при исполнении аналогичных работ с другими металлами. Сравнительно с обычной сталью разница составляет 100 процентов.

Необходимо подчеркнуть, что в домашних условиях любителям не приходится иметь дело с чистым алюминием. Сваривать приходится его сплавы. Это усложняет и без того непростой процесс, поскольку для каждого сплава (а чаще всего его марка неизвестна) нужно подобрать конкретный режим и дополнительные материалы. Унифицировать сварочный процесс в данной ситуации практически невозможно.

Способы сварки алюминия

На практике есть большое количество приемов и разных способов сварки алюминия и его сплавов. Они отличаются не только методами работы, но и оборудованием, дополнительными материалами. Наиболее часто применяется три способа сварки:

• с использованием вольфрамовых электродов и инертного газа;
• в инертной среде полуавтоматической сваркой;
• без газов с применением плавящихся электродов.

Третий способ представляет собой распространенную технологий сварки алюминиевых заготовок без аргона.

Важно! Сварочные работы со сплавами алюминия подразумевают необходимость разрушения оксидного слоя, образованного на поверхности в результате окисления металла. Для достижения результата используется переменный ток или постоянный с обратной полярностью.

Что нужно для сварки алюминия

Традиционно процесс начинается с подготовки соединяемых заготовок. Основная задача здесь очень проста – очистить поверхность от посторонних включений и грязи. Кромка алюминия очищается с помощью химических составов. Далее после полного высыхания поверхность обезжиривается бытовым растворителем. Пригодны любые обезжиривающие составы: уайт-спирит, ацетон, бензин с высоким октановым числом и т.д.

При работе с заготовками толщиной от 4 мм и больше предварительно нужно «разделать кромки». Способов выполнения данной работы несколько, включая наиболее распространенный – создание конусовидной формы. Завершающим этапом является удаление оксидной пленки при помощи напильника либо любого иного абразива, в том числе наждачной бумаги с крупным зерном.

Чем варить алюминий в домашних условиях

Соединение алюминиевых заготовок с использованием покрытых электродов обозначается аббревиатурой ММА. Режим Manual Metal Arc применяется при работе с металлическими заготовками толщиной от 4 мм и в случаях соединения конструкций с невысокими требованиями к качеству. Этот метод не относится к числу высокотехнологичных: во время выполнения работ внутри швов остаются поры, которые заметно снижают их прочность. Еще одни большой минус – очень сложно застывший шлак, который в конечном итоге приводит к усилению коррозии.

Особенности сварочных работ по алюминию электродами со специальным покрытием:

• используется только обратно полярный постоянный ток;
• величина силы тока определяется, выходя из соотношения 25-30 А на каждый миллиметр толщины заготовки;
• качественный шов может получиться только при условии, что кромка детали средней толщины нагрета до температуры 300 градусов Цельсия. Толстые детали разогреваются до 400 °C;
• в обязательном порядке необходимо медленное остывание. В противном случае шов будет хрупким;
• электрод нужно сжигать «за один присест». В случае разрыва электрической дуги на поверхности алюминия и электрода образуется слой из шлака, который препятствует протеканию тока. Повторно разжечь дугу будет затруднительно.

По завершению работы требуется хорошо очистить шов от шлака: в дальнейшем он становится причиной активной коррозии металла. Для этого достаточно иметь горячую воду и обыкновенную щетку по металлу.

Сварка вольфрамовыми электродами в инертной среде

Когда прочность и качество сварного шва поставлены во главу угла, то самое время прибегнуть к технологии сварки алюминия вольфрамовыми электродами с использованием инертного газа. Для защиты подойдет аргон или гелий. Электроды применяются диаметром от 1,6 до 5 мм. Дополнительно используется присадочная проволока толщиной 1,6-4 мм.

Сварка подключается к сети переменного тока, а технологические параметры подбираются в зависимости от оборудования. Другими словами, под определенные режимы сварки приобретаются электроды и проволока нужной толщины; определяется скорость подачи инертного газа, сила тока и прочие параметры.

• Важно, чтобы длина дуги не превышала 2,5 мм.
• Электрод по отношению к поверхности ставится под углом порядка 80 градусов.
• Между присадочной проволокой и электродом выдерживается прямой угол.
• Изначально по шву перемещается проволока и только следом проходит горелка с электродом.
• Ровность шва можно обеспечить при условии продольного перемещения электрода. Нежелательно двигать электродом в поперечном направлении.
• Чтобы ванна заполнялась равномерно проволоку в рабочую зону следует подавать возвратно-поступательным перемещением.
• Свариваемые элементы следует укладывать на железный стол. Черный метал будет отводить избыточное тепло.
• Подача инертного газа начинается за 4-5 сек до образования и прекращается через 6-7 секунд после прерывания сварочной дуги.

Задействуем полуавтомат

Применение для сварки алюминиевых сплавов полуавтоматического аппарата является идеальным решением. Устройство генерирует импульсы тока высокого напряжения, благодаря чему отлично разрушается пленка оксида металла. Но полуавтоматы с режимом сварки алюминия стоят очень дорого. Поэтому в бытовых условиях умельцы приспособились обходиться обычными полуавтоматами без такого функционала. Метод идентичен технологии сваривания черных металлов, но вместо обычной присадочной проволоки используется алюминиевая.

Еще несколько особенностей:

• В силу того, что алюминиевая проволока расплавляется с большей скоростью по сравнению со стальной, соответственно, подавать ее надо в несколько раз быстрей.
• Коэффициент расширения алюминия больше, чем стали. Чтобы выровнять ситуацию, необходимо приобрести специальный наконечник с обозначением «Al».
• Мягкая проволока может стать причиной образования скрутки или петли, что приведет к прерывания сварочных работ. Желательно предусмотреть специальный механизм подачи. Его несложно смастерить самостоятельно из трех-четырех направляющих роликов.

Выполняем работы инвертором

Для сваривания алюминиевых заготовок нередко используется инвертор. Очень важно правильно подобрать силу тока и электрод. Лучше всего подходят продукты марки ОЗАНА, ОЗА или ОЗР. Выбор силы тока выполняется с учетом высоких плавильных свойств материала. В остальном все идентично процессу сваривания черных металлов.

Важно! Вначале электроды желательно прокалить в печи, специально предназначенной для их термической обработки.

Технология сварки алюминия при помощи флюсов

На рынке флюсы представлены в большом ассортименте, что позволяет выбрать наиболее подходящий вариант для сваривания конкретного вида алюминиевого сплава. Флюсы с этой целью применяются достаточно давно и призваны разрушить защитную оксидную оболочку. Под воздействием высокой температуры флюс растворяется и вступает в реакцию с оксидом алюминия, разрушая его. В этот же момент заготовки соединяются между собой.

Можно приобрести флюсы, которые предназначены отдельно для дуговой или газовой сварки. Помимо этого, для работы с дуговой сваркой можно использовать графитовые или угольные электроды.

Заключение

Из материала статьи несложно сделать основные выводы. Прежде всего то, что для сваривания алюминия есть множество вариантов, которые отличаются оборудованием и способом. Но в любом случае важна тщательная предварительная подготовка, правильный выбор материалов и настройка аппарата.

Источник