Способы сварки алюминиевых сплавов

Сварка алюминия и его сплавов. Как варить алюминий?

Содержание

Сварка алюминия и его сплавов может быть выполнена всеми способами сварки, известными в настоящее время. В промышленности и технике существует достаточно много разных марок алюминия и алюминиевых сплавов.

Чтобы понять, как варить алюминий разных марок, нужно знать, что технология и особенности сварки (включая режимы сварки) примерно одинаковы для всех алюминиевых сплавов, в том числе и сам алюминий. При этом, их физико-химические могут существенно отличаться.

Особенности сварки алюминия

1. Поверхность алюминия и его сплавов обволакивает тугоплавкая плёнка, состоящая из оксида алюминия Al2O3. Температура плавления этой плёнки 2050°C и она существенно затрудняет сплавление основного и присадочного материала. Поэтому, сварочные кромки необходимо очистить от плёнки механическим способом.

Однако, чаще всего, очистка делается химическим способом, при использовании флюсов, т.к. при очистке механическим способом плёнка достаточно быстро образуется вновь из-за высокой активности алюминия, вступающем во взаимодействие с кислородом.

2. Вторая особенность это резкое снижение прочности алюминия при сильном его нагревании. При температуре 400…500°C алюминиевые детали могут разрушаться даже под действием собственного веса.

3. Основная трудность при сварке алюминия заключается в случае повышенных требований к его коррозионной стойкости в агрессивных, химически активных средах. Коррозия проявляется, в основном, при высокой температуре, либо при постоянных перепадах температуры, а также при большой концентрации кислотных паров. В первую очередь коррозия разрушает металл сварного шва и металл в зоне термического влияния.

Причинами появления коррозии могут быть дефекты сварного шва (газовые поры, непровары, шлаковые включения в виде пор, флокены). Кроме этого, причиной коррозии может быть загрязнение сварного шва различными примесями в процессе сварки. Особенно опасными являются примеси кремния и железа. Поэтому, при сварке алюминия необходимо исключить попадание этих элементов в металл сварного шва. Подробнее о сварных дефектах при сваривании алюмиевых конструкций мы рассказывали здесь.

Марки алюминиевых сплавов, наиболее применяемые для сварки

Сплавы алюминия классифицируются на две группы: термически упрочняемые и, соответственно, термически не упрочняемые. Среди термически не упрочняемых марок для сварки применяются алюминиево-магниевые сплавы марок АМг. Их химический состав соответствует ГОСТ 4784, а сортамент листов — ГОСТ 1946. См. таблицу:

Обозначения: п-полунагартованные; м-отожжённые; н-нагартованные; т-закалённые и подверженные естественному старению.
* или хром в таком же соотношении

С увеличением процентного содержания магния до 7%, свариваемость металлов ухудшается. При содержании магния до 3% увеличивается риск образования трещин, но сварной шов становится более плотным.

Для уменьшения количества пор в сварном шве выбирают присадочную проволоку, в которой содержание магния выше, чем в свариваемом металле. Благодаря этому, пористость шва снижается.

Для сварки высокопрочных конструкций применяются термически обрабатываемые алюминиевые сплавы — дюрали. Марки дюралей Д1, Д16 и Д19 широко используются при сварке плавлением. Сплав Д20 относится к удовлетворительной группе свариваемости сталей.

Магниево-алюминиевые сплавы с содержанием алюминия до 11% удовлетворительно свариваются при сварке плавлением. А при таком способе сварки, как контактная сварка, свариваемость этих металлов хорошая.

Видео: сварка алюминия для начинающих

Очистка свариваемых кромок алюминиевых деталей

Пред тем, как приступить к сварке алюминия, сварные кромки деталей и прилегающие к ним участки основного металла должны пройти механическую очистку, и это касается всех видов сварки. Кроме того, они должны быть тщательно протравлены.

После травления детали промывают водой и сушат в тёплом воздухе. При такой очистке допускается хранение деталей перед сваркой в течение двух суток. Состав травителей для алюминия и его сплавов приведён в таблице:

Дуговая сварка алюминиевых строительных металлоконструкций

Для дуговой сварки строительных металлоконструкций применяют для сваривания алюминиевых частей между собой угольные электроды. В этом случае в качестве присадочного материала используют прутки из алюминия марок А0 и А1, или алюминиевых сплавов АМц и АК.

В этом случае для сварки выбирают ток постоянный, прямой полярности. Диаметр электрода обычно выбирают в пределах 6-8мм, исходя из толщины свариваемых кромок. Величина сварочного тока составляет 150-500А.

Кроме угольных электродов часто применяется проволока Св-АВ00, Св-А1, Св-АМц, Св-АК5 или же используют проволоку из такого же сплава, как и свариваемые детали. Сварку осуществляют постоянным током обратной полярности, с максимально возможной короткой дугой. Силу сварочного тока определяют из расчёта 25-30А на миллиметр диаметра электрода.

Перед сваркой алюминия присадочные прутки и свариваемые кромки покрывают слоем флюса для удаления с их поверхности плёнки из оксида алюминия Al2O3. Хорошие результаты показал флюс АФ-4А. В его состав входит 28% хлористого натрия (NaCl), 50% хлористого калия (KCl), 14% хлористого лития (LiCl) и 8% фтористого натрия (NaF).

Алюминиевые листы толщиной до 3мм сваривают с отбортовкой. Если толщина составляет 3-8мм, сварка производится без скоса кромок. При толщине листов более 8мм, применяют разделку сварных кромок с общим углом раскрытия 60-70° и перед сваркой выполняют предварительный подогрев до температуры 200-250°C. После окончания сварки с поверхности сварных швов удаляют шлак и остатки флюса, промывают водой и протирают ветошью. Для более эффективной очистки используют 5%-ный раствор азотной кислоты HNO3. После протравки кислотой также выполняют промывание сварного соединение водой с последующей просушкой.

Автоматическая и полуавтоматическая сварка алюминия под флюсом

Автоматическую и полуавтоматическую сварку под флюсом применяют в случае, когда толщина свариваемых алюминиевых листов или кромок деталей превышает 8мм. В этом случае применяют сварочную проволоку Св-А1 или Св-АМц. Диаметр проволоки 2-3мм.

Применяемый при автоматической или полуавтоматической сварки алюминия флюс имеет следующий состав: 20% хлористого натрия (NaCl), 50% хлористого калия (KCl), 30% криолита. Толщина наносимого флюса составляет 10-35мм, в зависимости от толщины свариваемых деталей.

Выполняют сварку постоянным током обратной полярности. Напряжение дуги составляет 38-44В, величина вылета электрода 25-40мм. Силу тока устанавливают 300-450А. Рекомендуемая скорость сварки составляет 12-20м/ч.

Аргонодуговая сварка алюминия и его сплавов

Аргонодуговая сварка алюминия нашла широкое применение в промышленности и строительстве благодаря высокому качеству сварки. При этом, нет необходимости применять защитные флюсы и покрытия, которые, в дальнейшем, могут вызвать коррозию металла сварного шва.

Сварку алюминия в аргоне выполняют постоянным током обратной полярности. Можно производить сварку переменным током, но, для этого необходимо использовать балластный реостат и осциллятор.

При толщине свариваемых алюминиевых деталей до 6мм электроды выбирают диаметром до 4мм. Если толщина свариваемых кромок более 6мм, то применяют электроды диаметром 6мм. Сила сварочного тока выбирается из расчёта 30-45А на 1мм диаметра электрода. Расход аргона при аргонодуговой сварке алюминия обычно составляет 6-15л/мин.

Сварку выполняют при максимальной короткой дуге (менее 2мм). Такая технология сварки позволяет разрушать оксидную плёнку на поверхности алюминиевых деталей.

Автоматическая и полуавтоматическая сварка алюминия в среде аргона

Автоматическую и полуавтоматическую аргонодуговую сварку алюминия выполняют специальными шланговыми автоматами и полуавтоматами. Для сварки устанавливают постоянный ток обратной полярности.

Сварочную проволоку применяют следующих марок: Св-АВ00, Св-А1, Св-АМц, Св-АК. Возможно применение проволоки из того же материала, что и свариваемые детали. Детали толщиной до 10мм сваривают без разделки, при большей толщине свариваемого металла выполняют V- или X-образные разделки кромок. Сила тока для проволоки диаметром до 2мм, составляет 250-300А. Рекомендуемая скорость сварки 30-40м/ч. Более подробно о сварке алюминиевых конструкций в среде аргона мы рассказываем в этой статье. В ней вы также найдёте видеоролик об аргонодуговой сварке алюминия.

Источник

Сварка алюминия – способы и технологии

Алюминий обладает большим списком достоинств, не зря его массово используют в самолетостроении. Но есть у него один недостаток – он трудно сваривается. Поэтому сварка алюминия и его сплавов – это удел высококвалифицированных сварщиков.

Низкая свариваемость алюминия – в чем дело?

Низкий показатель свариваемости алюминиевых сплавов обуславливается целым рядом их качеств.

• Окисная пленка, которая покрывает алюминий и его сплавы. Температура ее плавления – 2044С, а температура плавления самого металла – 660С.
• Высокая текучесть расплавленного металла затрудняет контролировать сварочную ванну, для чего приходится устанавливать специальные подкладки теплоотводящего типа.
• При нагревании из алюминия начинает выходить водород, который после застывания металла оставляет в его теле поры и трещины.
• Большой показатель усадки. А это приводит к деформации сварочного шва в процессе его остывания.
• Теплопроводность алюминиевых сплавов выше, чем у стали, поэтому для их сварки применяется ток, который по силе выше, чем ток для сварки стальных конструкций. Разница где-то в два раза.
• Если говорить о сварке алюминия своими руками в домашней мастерской, то вероятнее всего чистый алюминий вам не попадется. Скорее всего, это будет сплав неизвестной марки (дюраль и другие), к которому при сваривании придется настроить сварочный режим и подобрать дополнительные материалы.

Способы сварки алюминия

Существует много способов сварки алюминиевых сплавов, где используются различные виды аппаратов и сварочных материалов. Основных же три:

1. При помощи вольфрамового электрода с инертными газами.
2. При помощи полуавтоматов в среде инертных газов.
3. С помощью плавящихся электродов без газов.

Последний вариант можно назвать, как технология сварки алюминия без аргона.

Внимание! В процессе сварки алюминия или его сплавов важно разрушить оксидный слой, который расположен на поверхности металла. Поэтому в данном процессе используют или переменный, или постоянный ток обратной полярности.

Как правильно варить алюминий

Все начинается с подготовки деталей, а точнее, соединяемых кромок. Основная цель – очистить их от загрязнений. Поэтому кромки алюминиевых заготовок сначала очищаются химическими составами, после высыхания производится обезжиривание, для этого можно использовать любой растворитель: ацетон, уайт-спирит, авиационный бензин и прочие жидкости.

Если планируется сваривать толстые алюминиевые заготовки (больше 4 мм), то их кромки необходимо разделать. Вариантов разделки несколько, к примеру, создания конусных кромок. И последняя операция в процессе подготовки – это очищение кромок от оксидной пленки. Для этого можно использовать напильник или крупнозернистую наждачную бумагу. Как видите, подготовка алюминия к сварке – процесс совсем простой.

Технология сварки алюминия штучными покрытыми электродами

Сварка алюминия электродом (покрытым) имеет свой код обозначения по режиму сварки – MMA. Ее используют для соединения металлов толщиною не менее 4 мм, и когда производится сборка неответственных конструкций. Данная технология является низкокачественной, потому что в процессе сварки алюминия и его сплавов внутри шва остаются поры, что снижает его прочность. Во время самого процесса происходит разбрызгивание металла, плохо отделяются шарики застывшего шлака, которые увеличивают коррозию.

Особенности сварки алюминия покрытыми электродами:

• Варить можно только постоянным током с обратной полярностью.
• Сила тока рассчитывается из соотношения: на 1 мм толщины заготовок используется ток силой 25-30 ампер.
• Для образования качественного шва необходимо кромки двух свариваемых деталей нагревать до 300С, если толщина заготовок имеет среднюю величину. И до 400С при толстых заготовках.
• Подогрев и медленное остывание – обязательное правило, которое необходимо соблюдать, чтобы получить шов высокого качества.
• Сварку алюминия нужно выполнять непрерывно в плане использования одного электрода. Все дело в том, что при обрыве электрической дуги на ванне и на электроде образуется шлаковая пленка, которая перекрывает прохождение электрического тока, то есть, это препятствие повторному розжигу дуги.
• После окончания процесса шов нужно очистить от шлака, который станет причиной образования зон коррозии.
• Чистить можно горячей водой с последующей обработкой металлической щеткой.

Как сварить алюминий вольфрамовыми электродами в инертном газе

Это самый распространенный вариант, и его используют тогда, когда к прочности алюминиевых конструкций предъявляется жесткое требование. Для этого используется присадочная проволока диаметром 1,6-4 мм и сам вольфрамовый электрод диаметром 1,6-5 мм. А также защитный газ: аргон или гелий.

Электропитание сварочного процесса производится от источника переменного тока. Все параметры технологической операции зависят именно от выбранного оборудования. То есть, сначала определяются режимы сварки, после чего подбираются диаметры электрода и проволоки, скорость подачи аргона, сила тока и так далее.

Есть и свои особенности сварки алюминия по этой технологии:

• Длина дуги не должна быть больше 2,5 мм.
• Угол между плоскостью сварки и вольфрамовым электродом должна быть в пределах 80°.
• Между проволокой и электродом угол должен быть прямым.
• Сначала по шву движется присадочная проволока, а вслед за ней горелка с электродом.
• Никаких поперечных движений, только продольные, что обеспечит ровность сварного шва.
• Проволока подается в зону сварки возвратно-поступательными движениями. Это позволит равномерно заполнить ванну.
• Алюминиевые заготовки нужно обязательно укладывать поверх листа железа, который в этом случае будет отводить тепло от зоны сварки.
• Аргоновый газовый поток начинает подаваться до начала сварочного процесса за 4-5 секунд, а при окончании сварки выключается после через 6-7 секунд.

Как варить алюминий полуавтоматами

Это идеальный вариант, где используется аппарат для сварки алюминия. Он импульсного действия. То есть, в зону сварки подается импульс высокого напряжения, который быстро разбивает оксидный слой. После чего напряжение падает до базового уровня. Но на сегодняшний день эти аппараты очень дороги. Поэтому сварщики стали приспосабливать под данную технологию полуавтоматы, в которых даже отсутствует режим сваривания алюминия и его сплавов.

По сути, технология сварки алюминия точно такая же, как и стали. Только вместо стальной проволоки используется алюминиевая. Есть и другие особенности.

• Алюминиевая проволока плавится в несколько раз быстрее стальной, поэтому необходимо увеличить скорость ее подачи в зону сваривания.
• При нагревании алюминиевая проволока расширяется больше, чем стальная, поэтому рекомендуется приобретать специальный наконечник, обозначаемый буквами «Al».
• Так как алюминиевая проволока мягче стальной, то в процессе подачи ее в зону сваривания могут образовываться петли и скрутки, поэтому рекомендуется использовать для ее подачи механизм с четырьмя роликами.

Сварка алюминия в домашних условиях инвертором

Сварка дюралюминия (алюминиевый сплав) или самого алюминия может проводиться инвертором. Для процесса необходимо правильно подобрать электрод и ток. Что касается электродов, то лучше использовать марки ОЗАНА, ОЗА или ОЗР. Установка (настройка) тока должна учитывать высокие плавящиеся свойства металла. Для чего нет необходимости выставлять ток большой величины.

Внимание! Перед началом сварочного процесса рекомендуется электроды прокалить, для чего используется специальная печь. Она так и называется – печь для прокалки электродов.

Сам процесс сварки ничем не отличается от сваривания стальных конструкций. И если перед вами стоит вопрос, можно ли варить алюминий в домашних условиях, то смело отвечайте, что можно.

Сваривание алюминия при помощи флюсов

Флюсы для сварки алюминия используются давно. Они представлены широким модельным рядом, где есть материалы для разных алюминиевых сплавов. Основное их назначение – разрушение оксидной пленки. При нагреве нанесенный флюс растворяется и разрушает окисел, и тут же производится соединение двух элементов.

Производители предлагают флюсы, которые используются только в газовой сварке алюминия, или только в дуговой. В последнем случае используются графитовые электроды или угольные.

Заключение по теме

Как видите, заварить алюминиевые заготовки можно разными способами, в которых используется разное оборудование для сварки. Но во всех случаях нужно свариваемый металл тщательно подготовить, и обязательно проводится настройка аппарата для сварки. Посмотрите видеоурок – как сваривать алюминий. Кстати, видео уроки дают возможность воочию увидеть, что собой представляет сваренный металл в конечном виде.

Источник