Технология сварки алюминия и его сплавов

Температура плавления алюминия 660°С, окисной пленки 2060°С

Марки присадочной проволоки, используемой для сварки алюминия и его сплавов

Ориентировочные расходы сварочных материалов

Трудности при сварке

• Температура плавления окисной пленки значительно выше, чем алюминия, и она расплавляется позже. Это затрудняет формирование шва
• Высокая теплопроводность алюминия требует увеличения сварочного тока в 1,2-1,5 раза по сравнению, например, со сваркой стали
• Образуются значительные остаточные деформации, что требует специальных мер и приспособлений
• Окисная пленка не растворяется в жидком алюминии. Это мешает формированию шва и служит причиной появления в нем металлических включений
• При нагреве алюминия и его сплавов нет явных признаков их перехода в жидкое состояние. Это требует высокой квалификации сварщика

Несплавление кромок алюминиевых конструкций

Подготовка к сварке. Резка и подготовка кромок ведутся механическим способом. На ширину 100-150 мм их обезжиривают ацетоном, авиационным бензином, уайт-спиритом или другим растворителем. Окисленную пленку удаляют механически или химическим травлением. При механической обработке свариваемые кромки на ширину 25-30 мм зачищают наждачной бумагой, шабером и металлической щеткой из нержавеющей проволоки. Зачистку проводят непосредственно перед сваркой.

Химическое травление проводят в течение 0,5-1 мин в реактиве, состоящем из 50 г едкого натра и 45 г фтористого натрия на 1 л воды. После травления следует промывка в проточной воде, а затем осветление в 30-35%-ном растворе азотной кислоты (для алюминия и сплавов типа АМц) или в 25%-ном растворе ортофосфорной кислоты (для сплавов типа АМг и В-95). После повторной промывки необходима сушка до полного испарения влаги.

Алюминиевую сварочную проволоку перед сваркой также обрабатывают. Сначала ее обезжиривают, а затем подвергают травлению в 15%-ном растворе едкого натра в течение 5-10 мин при температуре 60-70°С. После этого промывают в холодной воде и сушат 10-30 мин при температуре 300°С.

Подготовленные к сварке материалы сохраняют свои свойства в течение 3-4 дней. Затем на поверхности вновь образуется окисная пленка

ПОДКЛАДКИ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ВЫТЕКАНИЯ МЕТАЛЛА ИЗ СВАРОЧНОЙ ВАННЫ

Выбор параметров режима

Метод сварки неплавящимся электродом применяют для изделий из алюминиевых сплавов толщиной до 12 мм. При сварке металла толщиной от 1 до 6 мм применяют вольфрамовые электроды диаметром от 1 до 5 мм. Сварочный ток (А) определяют по формуле:

Iсв=(60÷65)dэ,

где dэ — диаметр электрода, мм

Питание дуги осуществляется от источника переменного тока с осциллятором, что помогает разрушить окисную пленку. Напряжение холостого хода источника должно быть повышенным. Надежность газовой защиты дуги и сварочной ванны зависит от диаметра и формы сопла горелки, расстояния сопла от поверхности свариваемого изделия.

Рекомендуется выдерживать такие соотношения:

Длина выступающего из сопла W-электрода (выпуск) должна составлять при сварке стыковых соединений 1-1,5 мм, а тавровых и угловых 4-8 мм. Длину дуги поддерживают в пределах 1,5-3 мм. Скорость сварки выбирают от 8 до 12 м/ч.

Соединения с отбортовкой кромок целесообразно применять при сварке металла толщиной 0,8-2 мм.

Техника сварки

Ручной аргонодуговой сваркой W-электродом выполняют стыковые, угловые и тавровые соединения. Конструкции толщиной до 10 мм сваривают «углом вперед», а более 10 мм — «углом назад». Угол между присадочной проволокой и горелкой должен составлять 90°. Проволоку подают короткими возвратно-поступательными движениями. Поперечные колебания W-электрода недопустимы.

Изделия толщиной до 4 мм включительно сваривают за один проход на стальной подкладке. При толщине от 4 до 6 мм сварку выполняют с двух сторон, а при толщине 6-12 мм подготавливают кромки с V-образной или Х-образной разделкой.

Подачу аргона начинают за 3-5 с до возбуждения дуги, а прекращают через 5-7 с после окончания сварки.

Чтобы снизить вероятность окисления металла шва, размеры сварочной ванны нужно выдерживать минимальными.

ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ РЕЖИМЫ РУЧНОЙ СВАРКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Подготовка кромок и форма шва	Размеры, мм			Сварочный ток, А	Диаметр электрода, мм	Диаметр присадка, мм	Расход аргона, л/мин	Число проходов
	S	b	с
	2 3 4	0+1,0 0+1,5 0+2,0	—	70-80 100-140 160-190	2 3 4	2-2,5 3 3-4	5-6 7-8 7-8	2
	2 3	0+1,0		80-100 120-140	3	2,5-3,5 3	5-6 7-8	1
	2 3 4			80-100 120-140 160-210	2 3 4	2,5-3,5 3 4	5-6 7-8 7-8	1 1 2
	4 6 8 10		1+0,5 1+1,0 1+1,0 1+1,0	150-200 250-300 300-350 350-400	6 5 5-6 6-7	3-4 4 4-5 4-5	7-8 8-9 9-10 10-12	1 2 2 2
	4 6 8 10 15	1+1,0 1,5+1,0 2,0+1,0 2,0+1,0 2,5+1,0	1+0,5 1+1,0 1+1,0 1+1,0	220-260 260-300 320-360 380-420 440-480	4 4-5 5-6 6-7 8	3-4 4 4 4-5 4-5	8-10 10-12 12-14 16-18 16-18	1 2 2 2 2
	10 15 25	0+1,0 0+1,5 0+1,5	1+0,5	350-400 380-420 480-550	6-7 7 8	4-5	10-12 16-18 18-20	4 6 6
	2 4 6	0+0,5 0+1,0 0+1,5	—	100-120 170-220 240-280	2-3 4 5	2 3-4 4	5-6 7-8 8-10	2
	4 10 15	0+1,0 0+1,5 0+2,0	0,5 0+0,5 1,5	170-220 350-400 380-420	4 6-7 7	4 4-5 4-5	8-10 10-12 16-18	2
	8 10 15 20	0+1,0 0+2,0 0+2,0 0+2,0	0,5 1,0 1,5 1,5	280-320 350-400 380-420 480-550	5-6 6-7 7 8	4 4-5 4-5 4-5	8-10 10-12 16-18 18-20	2 2 2 5
	2 4 6	0+0,5 0+1,0 0+1,5	0+1,0	100-120 150-200 220-260	2-3 4 5	2-3 3 4	5-6 8-10 8-10	2
	4 10 15	0+1,0 0+1,5 0+2,0	0,5 1+0,9 1,5	150-200 320-380 360-400	4 6-7 7	3-4 4-5 4-5	8-10 10-12 16-18	2 2 3

Сварка алюминия: подготовка, технологии, ГОСТ

Если начинающий сварщик может отрабатывать свои навыки и умения на сварке черных металлов, то работа с алюминием не терпит дилетантства. Надо отметить, что технологии не стоят на месте, и специалисты разрабатывают новые и перспективные способы работы с цветными металлами, однако характерные свойства алюминия все же накладывают определенные требования на сварочный процесс.

Каждый знает, что алюминий, как и его сплавы, имеют относительно малый удельный вес, обладают высокой теплопроводностью, низким удельным сопротивлением. Тем не менее, металл достаточно устойчив к механическим нагрузкам. Именно эти свойства делают алюминийсодержащие материалы востребованными на производстве.

Сложности процесса

Прежде чем переходить к непосредственному описанию процесса, необходимо рассмотреть, какие именно особенности металла считаются уникальными, так как основная задача сварщика – повысить и без того низкую свариваемость алюминия.

Алюминий достаточно активен, особенно это касается химических реакций с кислородом. В результате окисления на поверхности, даже после обработки, достаточно быстро появляется окисная пленка. Она по физическим свойствам отличается от основного металла.

Температура плавления пленки из оксида алюминия составляет 2044°C градуса, в то время как сам металл плавится уже при 660°C градусах.

Расплавленный алюминий после сварки начинает кристаллизоваться, при этом капли, покрытые снаружи оксидной пленкой, образуют ячеистую структуру. Сварной шов не получается сплошным, а это ведет к образованию свищей и пор. Дефекты шва негативно сказываются на его прочности и герметичности. Чтобы пресечь взаимодействие алюминия с кислородом, околошовную зону защищают от атмосферного воздуха. Обычно для подобных целей используется аргон. В силу сваей инертности, он не взаимодействует с металлом, а также вытесняет кислород, так как инертный газ тяжелее воздуха.

Несмотря на высокую теплопроводность, расплавленный алюминий не успевает отводить тепло в окружающую среду. Повышенная текучесть существенно осложняет процесс формирования шва. Необходимо дополнительно использовать различные теплоотводящие подкладки. Если применять различные средства, обеспечивающие интенсивное охлаждение, то резкий перепад температур может стать причиной возникновения мелких трещин.

Еще одной проблемой является растворенный в жидком металле водород. Он в виде пузырьков поднимается на поверхность ванны, но наружу выходит не весь. В застывшем металле могут образовываться поры или скопления пор. Наличие кремния в сплаве способствует образованию трещин при кристаллизации.

При нагревании алюминиевая заготовка увеличивается в размерах. тепловое расширение присуще каждому металлу, однако у алюминия высокий коэффициент линейного расширения. Тем не менее, на качество сварки влияет не столько расширение металла, сколько его усадка при кристаллизации ванны. Сварочный шов может подвергаться серьезным деформациям.

Высокая теплопроводность алюминия сказывается и на параметрах сварки. Чтобы достичь нужной температуры дуги приходится увеличивать силу тока. Отметим, что сварка черных металлов производится при более низких значениях сварного тока, несмотря на то, что их температура плавления выше, чем у алюминия.

Наконец, последняя сложность, препятствующая проведению работ в домашних условиях, состоит в том, что без специальных средств и материалов практически невозможно определить состав сплава, из которого изготовлены детали.

Методы

Напомним, что сварка металлов может осуществляться различными методами. Их отличия основываются на разнице в технологии, расходных материалах и вспомогательных средств. Имеющие опыт мастера могут воспользоваться одним из методов для сварки алюминия. Забегая вперед, отметим, что каждый из методов требует общих знаний технологии и определенного опыта.

• Сварка алюминия аргоном TIG. Имеется в виду аргонодуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом в среде инертного газа – аргона. В международной классификации данный режим сварки обозначается, как TIG.
• Полуавтоматическая сварка MIG. Используются защитные газы, присадочный материал в виде проволоки подается специальным механизмом. Инверторы, ведущие сварку в режиме MIG, называют полуавтоматами за наличие такого механизма.
• Ручная дуговая сварка MMA. Такая сварка ведется покрытыми плавящимися электродами.

При выборе любого из перечисленных методов задача сварщика сведется к разрушению и дальнейшему препятствованию образования оксидной пленки. Именно с этой целью оборудование настраивается для ведения сварки постоянным током с обратной полярностью.

Обратная полярность предусмотрена для сварки любых цветных металлов, чувствительных к перегреву. Эффект катодного распыления, возникающий при бомбардировке электрода ионами, эффективно удаляет образовавшуюся оксидную пленку. Вот почему сваривать алюминиевые детали током прямой полярности не просто нежелательно, а невозможно.

Подготовка поверхностей

Технология подготовки поверхностей алюминиевых изделий может несколько отличаться, в зависимости от условий проведения работ. Тем не менее, несмотря на отличия, требования к состоянию кромок, зазоров и поверхностей вполне определены ГОСТ. Подготовительные работы можно разделить на несколько этапов.

На первом этапе происходит очистка поверхностей от грязи, пыли, масляных и жировых отложений. Полезно обезжирить поверхности бензином, растворителем, ацетоном или уайт-спиритом. Неотъемлемым этапом является разделка кромок. Особенно актуален процесс разделки, когда толщина деталей превышает 4 мм (20 мм для ручной дуговой сварки). В противном случае нельзя гарантировать проплавление металла по всей толщине, поэтому шов будет некачественным. Но даже при работе с тонким листовым металлом кромки приходится подготавливать, производят их отбортовку.

Перед непосредственной сваркой оксидную пленку нужно удалить, что производится механическим способом. В качестве инструмента подойдет напильник, наждачная бумага или металлическая щетка. Окисляется алюминий быстро, поэтому данную процедуру бессмысленно проводить задолго до начала работ. Предусмотрен и химический способ борьбы с окислом. Поверхность протирается каустической содой. Но после обработки придется деталь промыть водой и высушить.

Ручная дуговая сварка

В некоторых случаях к соединению алюминиевых деталей не предъявляются жесткие требования прочности и надежности. Примером может служить применение алюминия в качестве декора. В подобной ситуации можно использовать сварку MMA.

В домашних мастерских данный способ весьма применим, однако он имеет ряд недостатков. При попытке сваривания деталей, толщина которых не превышает 4 мм, могут образовываться сквозные прожоги. Шов получится не очень прочным, а внутренняя структура будет содержать множество пор. В процессе сварки будет происходить интенсивное разбрызгивание металла, что существенно скажется на эстетичности шва. Образовавшийся шлак сложно снять с поверхности. Через некоторое время он станет центром образования коррозии.

Покрытыми электродами в режиме MMA можно сваривать не только чистый алюминий, но и его сплавы. Популярные марки электродов – ОЗА-1 и ОЗА-2, а также пришедшие им на смену УАНА и ОЗАНА

Электроды ОЗАНА-1 используются при сварке чистого металла, а ОЗАНА-2 больше подходит для сплава алюминия и кремния. Инвертор для сварки алюминия должен быть функциональным и позволять работать на постоянном токе с обратной полярностью. Разработаны специальные таблицы значений сварного тока для каждого металла. В данном случае можно примерно оценить его значение по следующему правилу: толщину листа, выраженную в миллиметрах, необходимо умножить на 25. Полученное значение указывает номинальный ток в амперах.

Для эффективной сварки толстых заготовок часто применяют предварительный разогрев, который выполняется газовой горелкой. Локальный прогрев может осуществляться до разной температуры, которая зависит от толщины заготовки. При локальном разогреве допускается последующее медленное охлаждение. Разделение шва на зоны позволяет исключить возникновение деформаций и трещин в металле.

В целях экономии расходных материалов рекомендуется производить сварку электродов с повышенной скоростью. Кроме того, замедление в формировании шва чревато прожогом металла насквозь. Важно при ведении сварки одним электродом обеспечить непрерывность процесса. Если электрод отвести в сторону, то кратер шва в этом месте покроется шлаком, и снова разжечь дугу будет проблематично. Направление ведения электрода совпадает с направлением шва. Поперечных колебаний быть не должно.

После окончания сварки следует удалить шлак. Шов промывается горячей водой и зачищается металлической щеткой. Даже малейшие частицы шлака могут стать очагами коррозии. Еще раз напомним, что подобная технология сварки алюминия применима только в домашних условиях, если к прочности соединения не предъявляется особых требований.

Аргонодуговая

Сварка алюминия в среде аргона, хоть и не считается самой простой, зато является наиболее распространенной. В результате качественно выполненных работ можно получить соединения с высокой степенью прочности. Неплавящийся вольфрамовый электрод относится к расходным материалам, как и присадочные прутки. Диаметр электрода варьируется от 1,6 до 5 мм. Диаметр прутков составляет 1,6-4 мм. Аргон выступает в качестве защитного газа и подается в зону сварки через специальные сопла горелки.

Для эффективного разрушения окисла на поверхности металла сварку производят переменным током. Остальные параметры сварочного процесса необходимо выбирать из специально разработанных таблиц. В них указаны значения скорости подачи газа, диаметра прутка, диаметра электрода, силы тока. Самостоятельно определить параметры сложно, так как они зависят от типа сплава, способа соединения и обработки кромок, а также от толщины заготовки.

В принципе, сварка аргоном доступна и в домашних условиях, но для этого необходимо иметь соответствующее оборудование, а также нужные расходные материалы. Но опыт придется нарабатывать методом проб и ошибок. Полезно запомнить ряд общих правил и придерживаться их.

• Вольфрамовый электрод удерживается так, чтобы между ним и поверхностью металла образовывался угол 70-80° градусов.
• Присадочный пруток подносится к электроду под углом 90° градусов.
• Зазор между электродом и поверхностью, то есть, длина дуги составляет 1,5-2,5 мм.
• Вдоль шва при его формировании пруток продвигается с незначительным опережением, а затем движется горелка. Выполнение данного правила обеспечивает более эффективную защиту аргоном.
• Движения прутка играют важную роль. Их желательно изучить на видео, прежде чем впервые начинать процесс. Манипуляции сварщика напоминают движение кисти художника.
• В качестве теплоотводящей подкладки лучше всего использовать стальную или медную пластину.
• Газ начинают подавать до розжига дуги, а заканчивают через несколько секунд после ее обрыва.

Скорость истечения газа и скорость подачи проволоки являются определяющими параметрами. От них зависит не только себестоимость процесса, но и качество шва. Высокая скорость газа только ухудшает защиту. В зону ванны будет поступать воздух и содержащийся в нем кислород. В то же время малое количество газа не может обеспечить требуемую защиту.

Полуавтоматическая

Принцип работы полуавтоматической сварки схож с принципом аргонодуговой сварки. Роль защитного газа может выполнять любой другой инертный газ. В зависимости от применяемого газа различают MIG и MAG сварку. Расходным материалом служит проволока, которая подается с помощью специального механизма. Но при работе с алюминием не эти детали являются отличительными.

Некоторые полуавтоматические инверторы способны работать в импульсном режиме. Благодаря всплеску напряжения материал присадки с усилием «вбивается» в сварочную ванну. В результате такой точечной сварки получаются аккуратные и надежные соединения.

К сожалению, оборудование с возможностью импульсной сварки стоит очень дорого, поэтому в домашнем хозяйстве крайне редко встречается.

Обычные полуавтоматические инверторы тоже могут вести сварку алюминия, только присадка добавляется сплошным слоем. По надежности такие швы существенно уступают точечным швам и швам, полученным при помощи неплавящегося вольфрамового электрода. К особенностям МИГ-сварки можно отнести такие закономерности:

• Сварка осуществляется постоянным током при обратной полярности.
• Рукав, по которому подается мягкая проволока, не должен иметь петель.
• Необходимо использовать специальные наконечники подающего устройства, маркированные индексом «AL» и предназначенные для алюминия, во избежание застревания проволоки вследствие ее теплового расширения.
• Скорость подачи алюминиевой проволоки должна быть больше, чем стальной.

Такие методы сварки алюминия, как холодная сварка под давлением и контактная сварка, не были рассмотрены по той причине, что встречаются они очень редко, так как технология работ сложна и подразумевает наличие дорогостоящего оборудования.

9. Особенности сварки алюминия и его сплавов.

СВАРИВАЕМОСТЬ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Теплопроводность алюминия в три раза выше, чем у низколегированной стали, у него больше теплоемкость и скрытая теплота плавления. Для расплавления алюминия нужно больше теплоты, чем для такого же объема стали, поэтому для его требуется повышенная тепловая мощность и более высокая ее концентрация.

Алюминий легко окисляется, его высокая коррозионная стойкость изделий из алюминия обеспечивается мгновенно возникающей на поверхности пленкой окиси алюминия, которая непропускает воздуха к металлу. Эта пленка имеет прочность до 200 МПа и плотность 3,6 г/см3, она тяжелее алюминия, ее температура плавления 2050 °С. При нагреве металл под пленкой расплавляется раньше ее. Разламываясь при сварке на нерасплавившиеся куски, пленка тонет в сварочной ванне, образуя включения в металле шва.

Поэтому при сварке надо раздроблять и измельчать окисную пленку. Это можно сделать, применяя в электродных покрытиях или во флюсах соединения хлора, например NaCl, LiCl, которые, проникая при сварке в образующиеся в окисной пленке из-за ее нагрева и расширения микротрещины, образуют с алюминием летучие соединения. Окисная пленка подмывается и при испарении этих соединений отрывается от поверхности алюминия, раздробляется и частично уносится шлаком. Другой путь — катодное распыление окисной пленки в результате ударов тяжелых ионов о поверхность катода при дуговом разряде. Катодное распыление на поверхности детали может происходить при сварке на постоянном токе обратной полярности, когда катод — свариваемое изделие. Однако при этом резко увеличивается нагрев электрода. Поэтому чаще применяют дуговую сварку на переменном токе. Коэффициент линейного расширения алюминия в два раза выше, чем у железа. Значит при сварке алюминиевых сплавов деформации и коробления деталей будут больше, чем на сталях. Расплавленный алюминий обладает большой жидкотекучестью, что затрудняет формирование шва при сварке со сквозным проплавлением кромок: легко образуются прожоги, неравномерно формируется проплав.

Жидкий алюминий в одном объеме может растворить до 600 объемов водорода. Но при затвердевании растворимость быстро снижается, водород бурно выделяется из расплава, в сварном шве образуются поры. Поэтому перед сваркой необходимо тщательно готовить все сварочные материалы и поверхность свариваемых деталей, не допуская попадания влаги — главного поставщика водорода в зону сварки. Влага, разлагаясь, может также увеличить окисление металла в сварочной ванне. При сварке желательно понижать скорость охлаждения жидкого металла, чтобы больше выделяющегося из металла водорода успело выйти на поверхность сварочной ванны. Для этого металл перед сваркой можно подогревать до температуры 150…300 °С. Однако нагрев может снизить механические свойства сварного соединения.

Для борьбы с пористостью в зоне сварки можно создавать окислительную атмосферу, добавляя, например, в аргон до 1,5 % кислорода.

При нагреве алюминий не меняет свой цвет вплоть до расплавления. Это затрудняет контроль за состоянием металла, за образованием сварочной ванны и плавлением присадочной проволоки.

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СВАРКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Алюминиевые сплавы сваривают ручной дуговой сваркой угольными или штучными электродами, дуговой сваркой в защитных газах плавящимся и неплавящимся электродами, дуговой сваркой под флюсом и по слою флюса, газопламенной и контактной сваркой.

Почти при всех способах сварки (кроме контактной) применяют электродную или присадочную проволоку. ГОСТ 7871-75 предусматривает 14 марок проволоки для сварки алюминия диаметром 0,8… 12,5 мм: из технического алюминия Св А97, Св А85Т, Св А5; алюминиево-марганцевую Св АМц; алюминиево-магниевую Св АМгЗ, Св АМг4, Св АМг5, Св 1557, Св АМг61, Св АМгбЗ; алюминиевокремниевую Св АК5, Св АК10 и алюминиево-медистую Св 1201. Проволока диаметром до 4 мм на заводе-изготовителе очищается химической обработкой, наматывается на катушки и упаковывается в полиэтиленовые мешки вместе с порошком силикагеля — индикатором влажности. Если упаковка негерметична, порошок становится розовым. Проволока большего диаметра может быть в мотках, перед сваркой ее надо очистить от консервирующей смазки горячей водой или паром, затем травить 5… 10 мин в 2…5 %-м растворе щелочи NaOH при температуре 60…70 °С, промыть в проточной воде при температуре 50 °С, в холодной проточной воде и осветлить в 15 %-м растворе азотной кислоты в течение 2…5 мин при температуре 60…70 °С.

При ручной дуговой сварке применяют неплавящиеся угольные электроды СК (сварочные круглые) диаметром 4, 6, 8, 10 и 18 мм и длиной до 250 мм (ГОСТ 10720-75). Штучные электроды делают из проволоки, соответствующей составу свариваемого сплава, с обмазкой на основе хлористых и фтористых солей. Для сварки используют электроды ОЗА-1, для заварки дефектов литья ОЗА-2. При дуговой сварке в защитных газах применяют неплавящиеся вольфрамовые электроды и инертные газы: аргон первого или второго сорта и гелий, либо их смеси.

Флюсы применяют при всех способах сварки алюминия, кроме дуговой в защитных газах и контактной. Назначение их — убрать окисную пленку. Поэтому основа всех флюсов — это смеси хлористых и фтористых солей калия, натрия, бария, лития. Марки флюсов разли^ чаются сочетанием этих солей и добавками.

При дуговой сварке в инертных газах применяют любые типы соединений. При других способах сварки плавлением, когда необходимо применение флюсов, чаще сваривают стыковые соединения. Перед сборкой деталей стыкуемые кромки нужно зачистить на ширине 20…30 мм шабером или стальной щеткой из нагартованной коррозионно-стойкой проволоки диаметром 0,1 …0,2 мм при длине ворса 30 мм. Затем кромки обезжиривают растворителем (бензином, ацетоном). Качество и безопасность обезжиривания будут выше, если вместо растворителя детали травить 5…8 мин в щелочной ванне при температуре 65 °С с последующей промывкой водой и сушкой. При массовом производстве механическую зачистку кромок лучше заменять травлением по режиму, приведенному выше для проволоки.

Собирать детали можно с помощью прихваток, располагая их со стороны, обратной наложению первого валика шва. Если это невозможно, то прихватку тщательно зачищают, желательно заподлицо с основным материалом. Без прихваток собирать детали можно в приспособлениях, закрепляя их прижимами и фиксаторами, дающими возможность относительного перемещения деталей в процессе сварки, чтобы уменьшить деформации, неизбежно большие при жестком закреплении.

С обратной стороны стыка деталей устанавливают подкладные планки из материала с низкой теплопроводностью, например из хромоникелевой стали. В планке под стыком делают канавку такой величины, чтобы при сварке туда поместился весь металл, содержащий окисные пленки с торцов стыка. Тогда в основной части шва вероятность окисных включений уменьшится. Если подкладные планки установить нельзя, можно сделать с обратной стороны стыка на кромках небольшую, глубиной 0,2…0,3 толщины кромки, разделку, через которую окисные пленки выйдут в проплав.

Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом на переменном токе — лучший способ сварки тонколистового алюминия. Она обеспечивает минимальную деформацию свариваемой конструкции и высокое качество шва, не требуя специального флюса. Зажигание дуги непосредственным касанием поверхности детали вольфрамовым электродом нежелательно из-за загрязнения поверхности электрода алюминием, что приводит к его разрушению. Дугу лучше зажигать на вспомогательной графитовой пластинке и переносить разогретый электрод на свариваемые кромки. Ручная сварка неплавящимся электродом может производиться как с присадочным материалом, так и без него. Длина дуги не должна превышать 1,5…2,5 мм, а расстояние от выступающего конца электрода до нижнего среза сопла горелки при стыковых соединениях — 1,0… 1,5 мм,

при тавровых (угловых) — 4…8 мм. Давление защитного газа в зависимости от его расхода устанавливают в пределах 0,01…0,05 МПа. Техника ручной сварки в защитных газах напоминает газопламенную сварку: когда под неподвижным электродом образуется ванна жидкого металла, в нее подают присадочный пруток до заполнения ванны. Затем присадку отводят и электрод быстро перемещают по направлению сварки на нерасплавленные кромки. Вновь разводят сварочную ванну и процесс повторяют. Поскольку алюминий обладает высокой жидкотекучестью, при сварке вертикальных и горизонтальных швов необходимо внимательно следить за объемом расплавляемого металла и вовремя подавать присадочный материал, который, охлаждая металл ванны и увеличивая его вязкость, предотвращает его вытекание. Подачу газа прекращают не раньше, чем через 3…5 с после обрыва дуги. Это обеспечивает высокую стойкость вольфрамового электрода, предотвращая его окисление в разогретом состоянии и последующее растрескивание окисленной поверхности — главную причину появления в шве вольфрамовых включений, одного из основных дефектов сварки неплавящимся электродом. Признаком, окисления вольфрама является синий до черного цвет. Нормальное состояние рабочего конца электрода характеризует серебристо-белый цвет без трещин и налипаний алюминия.

При полуавтоматической и автоматической сварке, в отличие от ручной, неплавящийся электрод располагается вертикально, а присадочная проволока подается так, чтобы ее конец опирался на передний край ванны.

При сварке вольфрамовым электродом на переменном токе условия горения дуги в полупериоды разной полярности отличаются. Когда вольфрам является катодом, из-за мощной термоэлектронной эмиссии с него проводимость дугового промежутка возрастает, сила тока увеличивается, напряжение дуги снижается. Наоборот, в полупериод обратной полярности проводимость дуги уменьшается, сила тока уменьшается, напряжение увеличивается. В сварочной цепи появляется постоянная составляющая тока. Она снижает стабильность горения и уменьшает проплавляющую способность дуги, ослабляет интенсивность катодного распыления окисной пленки на поверхности детали. Ухудшается качество шва. Поэтому при сварке алюминия нужно подавлять постоянную составляющую тока. Для этого в сварочную цепь нужно последовательно включать батарею конденсаторов, которая хорошо пропустит переменный ток и не пропустит постоянный. Специализированные установки для сварки алюминия, например УДГ-301, УДГ-501 , такую батарею имеют в своей конструкции.

Основное преимущество сварки вольфрамовым электродом в аргоне — высокая устойчивость дуги — позволяет сваривать алюминиевые сплавы с толщиной кромок деталей 0,8…3,0 мм и выше. Еще меньшие толщины (до 0,2 мм) позволяет сваривать импульсная дуга с неплавящимся электродом. При этом процессе между электродом и деталью непрерывно горит маломощная дуга, поддерживая дуговой промежуток в ионизированном состоянии. На нее периодически накладывают горящих трех дуг: независимой дуги между двумя вольфрамовыми электродами и двух зависимых дуг, горящих между каждым из электродов и свариваемым изделием (см. рис.84, д). Большая проплавляющая способность трехфазной дуги позволяет сваривать за один проход без разделки кромок на подкладке из коррозионно-стойкой стали алюминиевые детали толщиной до 30 мм. При этом резко уменьшается пористость металла шва, так как сварка производится без присадочного металла, за счет поверхности которого обычно увеличивается количество водорода, поступающего в зону плавления.

При сварке трехфазной дугой металла большой толщины, когда проплавляющая способность должна быть максимальной, необходимо, чтобы сила тока в изделии была больше, чем в электродах. И наоборот, когда требуется минимальная проплавляющая способность дуги, например при наплавке, сила тока в изделии может быть установлена меньше силы тока в электродах. Кроме того, регулировать глубину проплавления основного металла можно за счет расположения электродов относительно оси шва. Последовательное их расположение вызывает увеличение глубины проплавления и уменьшение ширины шва, а поперечное — глубину проплавления уменьшает, а ширину шва увеличивает. При трехфазной сварке вольфрамовыми электродами с присадочным металлом для уменьшения загрязнения металла шва водородом и окислами рекомендуется применение присадочной проволоки большого диаметра: при ручной сварке — 3…6 мм, при автоматической 2…4 мм. Источником питания трехфазной дуги могут служить два однофазных трансформатора, соединенных открытым треугольником, или специальный трехфазный сварочный трансформатор. Плавящийся электрод применяют при аргонодуговой сварке алюминиевых сплавов толщиной более 4 мм. Электродную проволоку берут при этом диаметром 1,2 мм и выше. Дугу питают от источника постоянного тока с жесткой или пологопадающей характеристикой. Сварку ведут на обратной полярности, что обеспечивает хорошее разрушение окисной пленки на деталях за счет катодного распыления. Возбуждают дугу замыканием под током электродной проволоки на изделие. Автоматическую сварку плавящимся электродом ведут на подкладках с формирующей канавкой. Максимальный сварочный ток, на котором устойчиво горит дуга и обеспечивается струйный перенос электродного металла, 130 А. Расход аргона такой же, как и при сварке неплавящимся электродом, расстояние между нижним срезом сопла горелки и деталью должно быть 5… 15 мм. Улучшить формирование шва при сварке плавящимся электродом можно, применяя импульсный режим питания дуги. Так же, как и при сварке импульсной дугой неплавящимся электродом, между электродной проволокой и деталью горит непрерывная маломощная дуга, которая оплавляет конец электрода и поверхность детали. Периодически на эту дугу накладывают импульсы тока большой силы (до 1 ООО А), частота которых больше, чем при сварке неплавящимся электродом. Электрод быстро оплавляется, капля с силой сбрасывается в сварочную ванну. Увеличивается глубина проплавления, появляется возможность управлять формированием шва даже в различных пространственных положениях.

При сварке плавящимся электродом вместе с электродной проволокой в шов заносятся находящийся на ней водород и окисная пленка, поэтому качество шва получается хуже, чем при сварке неплавящимся электродом, где поверхность присадочной проволоки может быть меньше.

Алюминиевые сплавы толщиной 10…30 мм можно сваривать на переменном токе плавящимся электродом под слоем флюса. Для этого применяют специальный флюс ЖА-64, состоящий из криолита, хлористого калия, хлористого натрия и кварцевого песка. Флюс разрушает окисную пленку, задерживает охлаждение и затвердевание сварочной ванны — из нее выходит водород, уменьшается пористость. Однако этот способ развития не получил, так как большинство флюсов с солями хлора и фтора гигроскопичны (легко впитывают влагу) и электропроводны. Первое увеличивает количество водорода в шве, второе ухудшает горение дуги, шунтируя ток.

Лучшие результаты получают при дуговой сварке плавящимся электродом по флюсу, который насыпают на поверхность тонким слоем, не закрывающим дугу. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности при вылете электрода 50…60 мм, по зазору между деталями 1…2 мм на флюсовой подушке или стальных подкладках. Применяют плавленые флюсы АН-11, УФОК-А1, МАТИ-10, основные компоненты которых хлориды и фториды натрия, калия и лития.

Электрошлаковую сварку алюминиевых сплавов выполняют с флюсами АМ-А301, АН-А302, основа которых также фтористые и хлористые соли калия, лития, бария. Сварку ведут пластинчатым электродом. Технология сварки такая же, как и для других металлов. При толщине металла 50… 100 мм производительность сварки достигает 50…90 кг/ч. На сплавах АД1, АМц, АМгб и АЦМ обеспечивается прочность 0,8…0,9 от прочности основного металла.

Ручную сварку угольным электродом применяют при исправлении дефектов отливок и при сварке по отбортовке тонколистовых алюминиевых деталей. Дугу питают постоянным током прямой полярности. На свариваемые кромки наносят флюс, состоящий из 45 % КС1, 30 % LiCl, 7 % KF, 3 % Na2S03. Можно применять флюсы, используемые при газопламенной сварке. Сварка угольным электродом дает плотные швы высокой прочности.

Газопламенную сварку алюминия ведут кислородно-ацетиленовым пламенем при соотношении 02/С2Н2 = 1,1…1,2. По отношению к алюминию все зоны пламени имеют окислительный характер. Для защиты от окисления и для удаления окисной пленки применяют флюсы на основе хлоридов и фторидов натрия, калия и лития, например флюс АФ-4А. Флюс разводят в воде непосредственно перед сваркой, а затем наносят в виде пасты на кромки детали и на конец присадочного прутка. Мощность пламени (л/ч) выбирают в зависимости от толщины S (мм) свариваемого металла: А = (100… 150)5.

После сварки с применением флюсов или электродных обмазок необходимо тщательно удалять шлаки с поверхности металла и промывать детали водой, так как остатки шлака сильно разъедают алюминий.

Перед контактной сваркой алюминия лучший способ удаления окисной пленки с поверхности деталей — ультразвуковая обработка. Одна из проблем контактной сварки алюминия — это низкая стойкость электродов из-за налипания алюминия на их поверхность. Сплавы алюминия имеют малое электрическое сопротивление и высокую теплопроводность, поэтому их сваривают на жестких режимах. Деформируемые сплавы типа АМц, АМг и особенно термоупрочняемые сплавы типа Д16Т обладают склонностью к трещинам. При их контактной сварке нужно в конце цикла увеличивать усилие проковки в 3…6 раз по сравнению со сварочным усилием.

Сварка алюминия — основные способы и правила

Легкий, серебристый металл сегодня прочно закрепился в домашнем хозяйстве. Что только не производят из алюминия — от посуды до деталей автомобилей. Но часто нужно починить вещь, а ремонт возможен только одним методом — сварочным.

Сварка алюминия — это специфический процесс и требует применения отдельной технологии. В этой статье мы рассмотрим, какими способами можно варить «крылатый» металл в домашних условиях с использованием различных приемов и оборудования.

Специфика материала

Сварка алюминия затрудняется его химическими и физическими свойствами.

Все дело в способности этого металла образовывать оксидную пленку от контакта с атмосферным кислородом. Эта способность является как главным достоинством, так и недостатком.

Преимущество в том, что оксид на поверхности надежно защищает изделие от коррозии, алюминий практически не поддается этому разрушающему процессу.

Но, в то же время, пленка окиси затрудняет соединение изделий путем сварочных работ. Окислы, образующиеся в сварочной ванне, имеют более высокую температуру плавления, чем сам металл, на выходе сварной шов неоднородный, а значит не прочный.

Также сильный нагрев, значительно превышающий температуру плавления (660°), приводит к следующим негативным последствиям.

• Текучесть расплавленного металла способствует вытеканию его из зоны сварки и быстрому прожиганию детали насквозь. Заварить такие недостатки можно, но с еще большими дефектами.
• Высокая температура может способствовать растрескиванию материала вокруг места сваривания.
• В сплавах алюминия образовываются поры ухудшающие прочность соединения.
• Значительная теплоемкость приводит к рассеиванию тепла по всей детали, а значит нужно более высокая мощность аппарата для качественной сварки.
• Металл образовывает кристаллизационные трещины в теле сварного шва.

Так как варить алюминий правильно и возможно ли делать такие соединения в домашней мастерской?

Способы сваривания

Распространенность алюминия в промышленности способствовала разработке различных способов сварных соединений для деталей. Но в домашних условиях возможны такие способы, для которых можно использовать доступное оборудование.

• Тиг сварка алюминия — этот процесс варки обеспечивается за счет применения специального неплавящегося электрода из вольфрама и аргоновой среды.
• Полуавтоматическое сваривание — соединение алюминиевых деталей за счет проволоки (имеющей необходимый присадочный материал), подающейся механизмом в зону электрической дуги.
• Электродуговая сварка алюминия с использованием покрытых электродов.

При использовании любого из этих методов, главным условием получения качественного шва будет разрушение пленки оксидов. Для этого оборудование настраивают на постоянный или переменный ток с обратной полярностью. Это обеспечивает необходимый процесс (катодное распыление), не допускающий образование окиси.

Алюминиевые изделия нельзя варить постоянным электрическим током при прямой полярности, так как не происходит разрушение оксидов в зоне сварки!

Сварка алюминия электродами

Такой способ сварки алюминия (ММА) возможен только для соединения деталей, не несущих ответственной нагрузки. При этом толщина самого металла должна быть не менее чем 4 миллиметра.

Недостатками варки алюминия электродами является недостаточное качество шва (пористость и плохая прочность). Также в процессе сваривания расплавленный металл разбрызгивается вокруг соединения, а шлаки, образующиеся сверху шва, очень плохо отделяются. А это может привести к коррозионным процессам.

Но все-таки покрытыми электродами и обычным инвертором ММА можно соединять алюминий. Для этого раньше использовались расходники с маркировками ОЗА-1 или ОЗА-2. Есть и более качественные модели — УАНА, а также ОЗАНА. Это отечественные электроды, позволяющие варить чистый металл и сплавы.

Также можно использовать расходные материалы от шведских производственников ESAB. Для чистого алюминия подойдут электроды ОК 96.10., а сплавы можно варить маркой ОК 96.50.

Итак, как сварить алюминий ручной электродуговой сваркой?

• Сваривать алюминий нужно на постоянном токе, но обязательно с обратной полярностью (меняем разъемы на инверторе местами). При этом соблюдается соотношение мощности и диаметра электрода. Сила тока регулируется в соотношении приблизительно 30 ампер на каждый миллиметр диаметра.
• Желательно осуществить предварительный нагрев свариваемых деталей. Алюминий средней толщины нагревают до показателя в 200-300 градусов, а большие массивные части нужно нагреть до 400°.
• Дуга зажигается как обычно, но стоит учесть, что скорость горения электродов для алюминия значительно выше, чем обычных. Поэтому и шов нужно вести несколько быстрее.
• Нельзя обрывать сварочный процесс не закончив соединение. При этом в конце шва образуется корка шлака, которая не даст зажечь дугу снова в этом месте. Все свариваемые швы нужно планировать на плавление одного электрода.
• При ведении сварного соединения не нужно делать поперечных движений как при варке стали.
• По окончанию сваривания нужно тут же удалить весь шлак в месте соединения, также нужно зачистить место сварки щеткой с металлическим ворсом и промыть горячей водой.

Это основные нюансы, которые нужно соблюдать при сваривании деталей из алюминия с использованием плавящихся электродов.

Сварка с аргоном

Метод стал доступным для домашнего использования сравнительно недавно, когда в широкой продаже появились относительно недорогие инверторы с дополнительными функциями подключения газового оборудования.

Сварка в среде аргона может осуществляться в двух видах: ручная с неплавящимся электродом и полуавтоматическая со специальной плавящейся проволокой.

Ручная TIG сварка

Это наиболее распространенный вид соединения алюминиевых деталей. Он обеспечивает надежность соединения.

Аргон, который подается в сварочную ванну, закрывает доступ атмосферному кислороду, что не позволяет образовываться оксидной пленке.

Что нужно для такого типа сварки?

• Во-первых, электроды используются неплавящиеся из вольфрама. Их диаметр зависит от толщины деталей, а также от вида стыка у заготовок.
• Во-вторых, присадочный материал — обязательное условие для получения качественного сварного шва.
• В третьих, это защитный газ, чаще всего аргон или гелий.

Какие параметры нужно учитывать перед началом сварочного процесса?

Если вы новичок в сварочном деле,то найдите таблицу, где указываются все необходимые данные по расходу газа, диаметрам электродов и присадочных прутков. Но обычно сварщик руководствуется уже полученным опытом.

Стоит знать, что зажечь электрическую дугу в аргоне довольно затруднительно. Поэтому современные аппараты имеют осциллятор, который повышает частотность тока для быстрого поджога.

Алгоритм работы следующий.

• Заготовки выставляют в нужное положение, подключается масса. При этом аппарат настраивают на переменный ток!
• Дугу лучше всего зажигать в стороне на отдельной графитовой пластинке (нежелательно стучать вольфрамом по заготовке, это испортит электрод).
• Конец электрода ведут под углом наиболее приближенном к прямому (60-80 градусов). Расстояние электрода от ванны до 2 мм.
• Присадочный пруток подают постепенно к краю сварочной ванны под углом в 90 градусов к электроду. Не нужно подавать присадку непосредственно под электрод, это испортит шов.
• Горелку с электродом ведут за присадочным прутком, а не наоборот.
• Также не стоит слишком притапливать дугу или наоборот очень далеко отодвигать. Сварочная ванна (зона расплавленного металла) должна иметь овальную немного вытянутую форму.
• После завершения шва дугу гасят и возвращают горелку к сварочной ванне. Это делается для того, чтобы застывание проходило под аргоном. Подачу аргона перекрывают через 7-10 секунд после окончания сварки.

На выходе должен получиться волнообразный, немного вытянутый в направлении движения, сварочный шов. Если все сделать правильно, то соединение будет качественным.

Полуавтоматическая сварка в аргоне

Преимущество такого способа сварки в том, что он обеспечивает качественное соединение за счет высокого импульса. Каждая точка поставленная полуавтоматом надежно «впитывается» в шов. К тому же, проволока используемая как электрод. Имеет уже необходимые присадочные материалы, а сам сварочный процесс происходит намного быстрее.

Особенности полуавтоматической сварки алюминия следующие.

• Варить нужно только на переменном токе и с обратной полярностью.
• Проволока должна соответствовать материалу заготовок.
• Наконечник держателя нужен немного большего диаметра, чем сама проволока.

Алюминиевые расходники имеют большую скорость горения. Поэтому нужно быстрее вести шов (как и в случае с покрытыми электродами). Также нужно обеспечить соответствующую скорость подачи проволоки.

Технология сварки алюминия полуавтоматом совершенствуется постепенно с опытом. Но, научившись использовать такое оборудование, можно получать соединения намного качественные, чем с обычной электродуговой сваркой или ручной тиг.

А что вы можете добавить к материалу этой статьи? Если у Вас имеется опыт по сварке алюминия в домашней мастерской, то поделитесь им в блоке комментариев к этой статье.

Сварка алюминия и его сплавов в аргоне, покрытыми электродами и полуавтоматом

Известный всем алюминий отличается такими уникальными свойствами, как лёгкость, хорошая теплопроводность и устойчивость к химическим и механическим воздействиям. Специфика структуры этого материала является причиной того, что сварка алюминия и его сплавов имеет ряд сложностей, которые должны приниматься во внимание при организации сварных работ.

Сложности процесса

Свойства алюминия должны учитываться и при проведении сварки в домашних условиях, независимо от того, будет ли металл свариваться газовой горелкой, инвертором или полуавтоматом.

Проблемы в сплавлении этого материала с другими металлами (сварка алюминия и сталью, в частности) объясняются следующими причинами:

• сложность тепловой обработки поверхности заготовок, так как она постоянно покрыта тугоплавкой окисной плёнкой, мешающей формированию качественного шва;
• высокая текучесть металла в расплавленном состоянии, затрудняющая процесс образования сварочной ванны из алюминиевых сплавов;
• наличие в структуре материала водорода и кремния, которые при остывании шва пытаются вырваться наружу и образуют поры и трещины;
• высокий коэффициент линейного расширения алюминия, также способствующий образованию трещин.

Для исключения нежелательных последствий принимаются определённые меры защиты зоны сплавления, такие например, как сварка в аргоне, ограничивающем доступ кислорода к месту контакта.

Помимо аргона для этих целей могут применяться и другие газы, замедляющие процесс окисления алюминия и относящиеся к категории инертных (углекислота, например).

Кроме того, для компенсации эффекта текучести расплавленного металла в жидкой ванне специалистами разработаны особые технологии сварки. Они предполагают применение при работе с алюминием специальных подкладок для отвода тепла.

В связи с высокой теплопроводностью материала, согласно требованиям нормативов, сварка алюминия должна осуществляться при больших величинах тока дугового разряда.

В домашних условиях ко всем описанным трудностям добавляется сложность точного определения марки свариваемых материалов и учёта соответствующих требований ГОСТ 14806-80. Последнее обстоятельство заметно затрудняет выбор подходящего режима их обработки, а также используемых при этом методов теплового воздействия.

Известные способы

Сварка сплавов алюминия может быть организовано самыми различными способами, выбор которых определяется условиями работы и особенностями сочленяемых заготовок или изделий. Чаще всего сварка проводится по следующим методикам:

• сваривание алюминия в инертной среде посредством электродов с покрытием из вольфрама;
• сварка полуавтоматом в среде углекислого газа с автоматической подачей сварочной проволоки;
• простое сплавление электродами, обработанными специальным составом (MMA).

Всем желающим сравнить эти методы в части рабочих параметров сварки рекомендуем ознакомиться с таблицей:

Из таблицы следует, что метод сваривания с применением вольфрамовых электродов носит название AC TIG (в переводе на русский язык – просто тиг).

Уже отмечалось, что для получения надежного сочленения алюминия с другими металлами, важно помнить о необходимости разрушения оксидной плёнки, всегда имеющейся на поверхности.

Для решения этой важной задачи в процессе сварки используют постоянный ток, полярность которого меняют на обратный знак. Тем самым добиваются так называемого «катодного» распыления, под воздействием которого тугоплавкое плёночное покрытие постепенно разрушается. При работе на постоянном токе, полярность которого не меняется, указанного эффекта добиться не удаётся.

Подготовка металла

Независимо от способа, которым заготовки из алюминия будут свариваться (посредством инвертора или обычного выпрямителя) – их срезы и кромки перед этим тщательно подготавливают.

При этом, во-первых, с поверхностей всех свариваемых деталей (включая и присадочный материал) удаляют следы масла, жира и грязи. Для этих целей могут применять уайт-спирит, бензин, ацетон или любую другую обезжиривающую жидкость из класса растворителей.

Во-вторых, на этом этапе работ при необходимости осуществляется разделка контактной части свариваемых заготовок. Потребность в дополнительной обработке возникает лишь в тех случаях, когда сваривание алюминиевых деталей толщиной не более 4-х миллиметров организуется с помощью обычных (непокрытых) электродов.

При необходимости сварки листов из алюминия и сплавов толщиной не более чем 1,5 миллиметра – их торцы перед соединением обязательно разделывают.

В-третьих, непосредственно перед сваркой с обрабатываемых поверхностей удаляется имеющаяся на них оксидная плёнка. Для этих целей используют простой напильник или специальную металлическую щётку.

Покрытыми электродами

При проведении особо ответственных сварочных операций (с заготовками толщиной более 4-х миллиметров) применяются специальные электроды по алюминию, обеспечивающие надежность и прочность образующегося соединения.

К недостаткам этого метода сочленения деталей следует отнести сравнительно высокую пористость сварного шва, а также сложность отделения шлака во время работы, нередко приводящую к его коррозии.

Ещё одним минусом такого процесса является сильное разбрызгивание частиц расплавленного металла во время дуговой сварки.

Для организации сварочных работ по алюминию желательно пользоваться хорошо проверенными на практике марками электродов, такими, например, как «УАНА» и «ОЗАНА».

Указанные типы стержней могут применяться как для работы по чистому алюминию, так и при сваривании заготовок из его соединений с кремнием (АЛ-4, 9,11).

При применении «УАНА» и «ОЗАНА» сварные операции по алюминию проводятся на постоянном токе, включаемом в цепь в обратной полярности. Этот факт должен учитываться при выборе оборудования для сварки в любых условиях (производственных или бытовых). При этом специалисты пользуются несложным подсчётом, согласно которому на миллиметр диаметра стержня должно приходиться 25–30 ампер постоянного тока.

При инверторной сварке деталей значительной толщины может потребоваться предварительный локальный прогрев заготовок, осуществляемый посредством обычной газовой горелки. Такая предусмотрительность позволяет минимизировать риски деформаций и образования кристаллизационных трещин в уже готовой конструкции из алюминия.

Ко всему перечисленному следует добавить, что из-за высокой скорости плавления алюминиевых электродов работать с ними следует по возможности быстро, обеспечивая тем самым непрерывность сварочного процесса. Также обращаем внимание на то, что при сварке алюминия не допускается производить электродом какие-либо поперечные колебательные движения.

С применением инертного газа

Согласно ГОСТ 7871 при сварке алюминия в среде защитного газа должна применяться проволока соответствующего состава, предназначенная специально для этих целей. В нём подробно оговариваются марки используемого материала, а также особые условия его применения в процессе работы.

Такая сварка реализуется за счёт использования вольфрамовых электродов соответствующего диаметра, а также специальной присадочной проволоки в виде прутков (так называемого «присадка»). В качестве защитной среды, ограничивающей доступ кислорода, применяются химически чистый гелий или аргон.

При этом для облегчения удаления с алюминия оксидной плёнки используется сварочная дуга, формируемая источником переменного напряжения. Расход аргона, токовые режимы, а также параметры электродов и сварочной проволоки выбираются согласно специальным таблицам.

При наличии собственного расходного материала этот вид монтажных операций вполне реализуем и в домашних условиях с возможностью получения качественного и достаточно надежного соединения.

При этом всегда следует помнить о том, что в процессе сварки алюминия в инертной газовой среде между электродом и поверхностью деталей должен выдерживаться угол, равный примерно 70-80-ти градусам. Сварочная проволока и вольфрамовый электрод располагаются относительно друг друга под углом 90 °, а длина дуги выдерживается в пределах 1,5-2,5 миллиметра.

Полуавтоматом

Хороших результатов при самостоятельной сварке деталей из алюминия и стали можно добиться и при помощи импульсных полуавтоматов. При работе с таким оборудованием оксидная плёнка разбивается за счет воздействия высоковольтного импульса, который к тому же удерживает в границах сварочной ванны частицы расплавленного металла.

Стоимость импульсного аппарата достаточно велика, так что частники нередко используют обычное оборудование, переделывая его в полуавтомат.

Надо отметить, что при работе с алюминием в любых режимах сварки необходимо учитывать два важных момента, связанных с подачей проволоки в зону сочленения.

Во-первых, относительно мягкий проволочный материал при поступлении в зону сварки по направляющему рукаву может образовывать петли. Для предотвращения этого припой поступает к рабочему месту через укороченный подающий канал с вкладышем из тефлона, заметно снижающим эффект трения.

Во-вторых, скорость перемещения алюминиевой проволоки, порог плавления которой ниже нормы, в режиме сварки без аргона должна быть больше, чем у обычной стальной. При нарушении этого условия она будет расплавляться прежде, чем достигнет рабочей зоны.

Технология сварки алюминия и его сплавов

Температура плавления алюминия 660°С, окисной пленки 2060°С

Трудности при сварке

• высокая температура плавления окисной пленки по сравнению с температурой плавления алюминия;
• высокая теплопроводность:
• образование значительных остаточных напряжений и деформаций;
• нерастворимость окисной пленки в жидком металле сварочной ванны;
• при нагреве нет явных признаков перехода алюминия и его сплавов в жидкое состояние;
• образование кристаллизационных трещин.

Подготовка к сварке

Резку и подготовку кромок деталей из алюминия и его сплавов следует вести механическими способами

Стыковое соединение металла разной толщины

Конструктивные элементы подготовки кромок (размеры приведены в мм)

Конструктивные элементы подготовки кромок при сварке со сквозным проплавлсннем н формированием шва на весу

При сварке за один проход может возникнуть надрез корня шва

При снятии фаски с обратной стороны стыкуемых кромок надрез не возникает. Для снятия фасок можно использовать напильник

Свариваемые поверхности тщательно очищают от смазки, на ширине 100-150 мм от кромок обезжиривают ацетоном, уайт-спиритом или другим растворителем.

Пленку окиси алюминия удаляют механически или химическим травлением.

При механической обработке (непосредственно перед сваркой) кромки зачищают на ширину 25-30 мм абразивной бумагой, шабером или щеткой из нержавеющей проволоки диаметром не более 0,15 мм.

Химическое травление проводят в течение 0,5-1 мин в растворе, состоящем из 50г едкого натра и 45г фтористого натрия на 1 л воды. После травления поверхность промывают проточной водой, а затем осветляют в 30-35%-ном растворе азотной кислоты (для алюминия и сплавов типа АМц) или в 25%-ном растворе ортофосфорной кислоты (для сплавов типа АМг и В95). После повторной промывки поверхность сушат до полного испарения влаги.

Алюминиевую сварочную проволоку перед сваркой тоже обрабатывают. Сначала ее обезжиривают, а затем подвергают травлению в 15%-ном растворе едкого натра в течение 5-10 мин при 60-70°С. после чего следует промывка в холодной воде и сушка при температуре 300°С в течение 10-30 мин.

Подготовленные к сварке материалы сохраняют свои свойства 3-4 дня. Позже на поверхности вновь образуется окисная пленка.

Детали из алюминия и его сплавов собирают в приспособлениях или на прихватках, выполняемых аргонодуговой сваркой W-электродом. Расстояние между прихватками должно быть не более 150-180 мм.

Поверхности прихваток непосредственно перед сваркой зачищают металлическими щетками. Обнаруженные дефектные прихватки удаляют, и стыки прихватывают повторно. При сварке прихватки полностью переплавляют.

Выбор параметров режима

Сварку ведут на постоянном токе обрат ной полярности. Защитным газом служит apгон или гелий и их смеси. Непосредственно перед сваркой кромки обезжиривают .

Диаметр сопел горелок выбирают равным не менее 18-22 мм.

Длина дуги должна составлять 2-6 мм, а сварочный ток — быть больше, чем при ручной аргонодуговой сварке W-электродом. Сварку выполняют за один проходили двусторонними швами.

Процесс сварки может быть: импульсно-дуговым (ИДС), струйным (СТР) или с короткими замыканиями дуги (КЗ).

Ориентировочные режимы

Вид соединения	Размеры, мм		Процесс сварки	Газ	Сварочный ток, А	Напряжение на дуге, В	Скорость сварки, м/ч	Диаметр электрода , мм	Вылет электрода, мм	Расход газа, л/мин
	S	b
	2,5-3	0+0,5	ИДС	Ar	40-80	15-18	35-45	1,2	10-13	7-9
	4	0+0,5	ИДС ИДС СТР	Ar Не Ar	80-130 120-160 150-220	18-20 24-26 23-24	30-40 15-50 45-70	1,4-1,6	13-18	8-10 45-50 10-20
	6	0+1	ИДС ИДС СТР	Ar Не Ar	180-250 180-200 200-320	23-26 25-30 23-30	20-35 25-45 25-35	1,6-3 1,6-2 1,6-2	15-30 15-25 15-25	12-14 45-50 12-18
	8-10	0+1 0+4	ИДС СТР СТР	Ar Ar Не	250-320 250-400 250-320	25-30 25-33 32-36	20-35 25-45 25-35	1,6-3 1,6-4 1,6-2	15-40 15-25	12-20 14-25 60-70
	12-16	0+4 0+1,5 0+1,5	СТР	Ar Ar Не Не+Ar	320-420 400-500 280-360 300-450	26-28 28-35 34-36 30-34	20-30 25-35 20-25 20-25	2 4 2-3 4	18-25 25-40 26-30 25-40	20-25 20-25 60-80 70-80
	20-30	0+1,5	СТР	Ar Не+Ar Не	310-550 300-500 280-360	26-35 30-35 34-36	18-20 18-25 20-25	2-4 2-4 2-3	20-40 20-40 20-30	18-25 60-80 70-80
	2,5-3	0+0,5	ИДС ИДС КЗ СТР	Ar Не Не Ar	60-100 80-100 90-120 90-120	16-18 17-19 16-17 17-19	35-40 35-45 40-45 40-45	1-1,4 1-1,2 0,8-1,2 0,8-1,2	10-15	6-8 35-40 35-40 6-9
	4-5	0+0,5	ИДС СТР ИДС	Аг Аг Не	120-220 150-220 150-200	18-22 19-22 25-30	25-35 25-35 25-40	1,2-1,6 1,2-1,4 1,2-1,6	12-18 12-15 12-18	10-12 10-12 35-40
	8 и более	0+1	СТР	Аг Не	280-330 280-320	27-29 32-35	20-25 20-25	1,6 1,6	18-30 18-25	20-25 45-60

Техника сварки

При сварке алюминия и его сплавов необходимо использовать чистые и сухие перчатки из спилка или из другого подобного материала

Механизированную сварку стыковых соединений без разделки кромок в нижнем и вертикальном положениях выполняют обычно без поперечных колебаний электрода

При наличии разделки кромок первый шов выполняют также без поперечных колебаний, а последующие — с небольшими (до 5 мм) перемещениями электрода

При сварке угловых швов в нижнем положении угол наклона горелки относительно вертикальной стенки — 30-45°. Угловой шов на вертикальной плоскости ведут снизу-вверх «углом вперед». Однопроходную сварку выполняют с перемещениями конца электрода. Угловые швы больших сечений на вертикальной плоскости делают многопроходными путем выполнения узких швов. Так же сваривают и стыковые горизонтальные швы

С внутренней стороны шов защищают остающимися или съемными подкладками либо защитным газом, подаваемым каким-либо из способов:

1- защитный газ; 2- свариваемые детали; 3- заглушки; 4 — соединительные тросики

Схема установки заглушек в трубопровод для поддува защитного газа

При сварке деталей толщиной 4 мм и более из-за быстрого остывания сварочной ванны в шве образуются поры. Чтобы предотвратить их появление, применяют шаговую сварку с возвратно-поступательными перемещениями горелки. Каждый шаг вперед на 3-6 мм сопровождается перемещением назад на 1,5-3 мм. Такая техника сварки обеспечивает более эффективную защиту и медленную кристаллизацию сварочной ванны, что в конечном счете гарантирует отсутствие пор.

Чтобы уменьшить деформации при соединении длинномерных конструкций, широко применяют обратноступенчатый метод сварки.

Для заварки кратера горелку возвращают в обратном направлении на расстояние, немного превышающее длину кратера, и одновременно снижают скорость подачи проволоки

При сварке угловых и тавровых соединений сварку заканчивают перемещением горелки в обратную сторону по шву, одновременно замедляя подачу проволоки.

Эффективным способом окончания сварки служит вывод конца шва на выводные планки, которые после сварки удаляют

Свариваемые и несвариваемые алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы сваривают в основном дуговой сваркой в среде инертных газов, неплавящимся или плавящимся электродом, обычно – аргонно-дуговой сваркой. Большинство алюминиевых сплавов легко подвергаются сварке. Однако для некоторых алюминиевых сплавов дуговую сварку не применяют никогда. Почему?  Рассмотрим кратко различные серии деформируемых алюминиевых сплавов с точки зрения их свариваемости.

Свариваемые алюминиевые сплавы

Серия 1ХХХ. Технически чистый алюминий (не менее 99 %). Применяется, в основном, в качестве проводника электрического тока или для изделий с высокой коррозионной стойкостью. Все эти сплавы (марки алюминия) легко свариваются. В качестве сварочного сплава чаще всего применяют сплав 1100 (алюминий марки АД по ГОСТ 4784 на деформируемые алюминиевые сплавы).

Серия 3ХХХ. Эта серия включает среднепрочные алюминиевые сплавы, которые легко поддаются формовке. Часто применяют для теплообменников и кондиционеров. Все эти сплавы легко свариваются сварочными алюминиевыми сплавами 4043 или 5356 (аналоги по ГОСТ 4784 – сварочные сплавы СвАК5 и СвАМг5).

Серия 4ХХХ. Эти алюминиевые сплавы обычно применяют в качестве сплавов для сварки или пайки. Однако иногда они могут использоваться и как свариваемые материалы. В этом случае их сваривают сплавом 4043 (СвАК5).

Серия 5ХХХ. Это серия алюминиевых сплавов в основном для высокопрочных листов и плит. Все они легко свариваются с применением сварочного сплава 5356 (СвАМг5). Для наиболее прочных сплавов, таких как 5083 (АМг4,5), применяют сплавы 5183 или 5556.

Серия 6ХХХ. Это – алюминиевые сплавы, главным образом, для прессованных профилей, хотя их также применяют и для листов и плит. Они являются склонными к горячему растрескиванию при сварке. Однако при должной технологии они все довольно хорошо свариваются со сварочными сплавами 4043 и 5356.

См. Алюминиевые сплавы: классификация

Несвариваемые алюминиевые сплавы

А где же знаменитые высокопрочные алюминиевые сплавы серий 2ХХХ и 7ХХХ?  Почему не в первых рядах по сварке? А вот почему!

Серия 2ХХХ. Эти высокопрочные аэрокосмические алюминиевые сплавы («дюрали») применяют в основном в виде листов и плит. Их химический состав делает большинство из них не свариваемыми методами дуговой сварки из-за их большой склонности к горячему растрескиванию. Исключение составляют сплавы 2219 и 2519, которые хорошо свариваются с применением сварочных сплавов 2319 или 4043. Свариваемость этим сплавам дает почти полное отсутствие в них магния. Аналогом этих двух сплавов является отечественный алюминиевый сплав Д20, из которого делают высокопрочные свариваемые плиты. Популярный за свою высокую прочность сплав 2024 (Д16 по ГОСТ 4784) никогда не сваривают дуговой сваркой, так как он чрезвычайно подвержен горячему растрескиванию при сварке.

Серия 7ХХХ. Это тоже серия высокопрочных аэрокосмических алюминиевых сплавов. Подобно сплавам серии 2ХХХ большинство из них не свариваются методами дуговой сварки из-за горячего растрескивания и склонности к коррозии под напряжением. Исключениями являются сплавы с минимальным содержанием меди – менее 0,1 %. Это сплавы 7003 и 7005 (наш 1915) для прессованных профилей и сплав 7039 для листов. Все трое сплавов хорошо свариваются с применением сварочного сплава 5356.  

Почему не сваривают дюрали?

Основная причина горячего растрескивания при сварке «несвариваемых» алюминиевых сплавов серий 2ХХХ и 7ХХХ заключается в следующем. В ходе сварки в зоне шва – зоне термического влияния – по границам зерен выделяются компоненты сплава – эвтектики и интерметаллиды – с температурой плавления ниже, чем у основного сплава. Это понижает и расширяет температурный интервал затвердевания границ зерен. Поэтому, при дуговой сварке этих типов сплавов границы зерен затвердевают последними и, вследствие этого, легко растрескиваются под воздействием усадочных напряжений. Мало того, это приводит к увеличению разности гальванических потенциалов между границами зерен и остальной зеренной структурой, что делает границы зерен более подверженными коррозии под напряжением.

Когда заклепки лучше сварки

По всем этим причинам алюминиевые сплавы серий 2ХХХ и 7ХХХ чаще соединяют механически, чем сваривают. Иногда применяют контактную сварку, а также сварку трением. Сварка трением «работает» при значительно более низких температурах, чем дуговая, не расплавляет основной металл и поэтому исключает проблемы, связанные с затвердеванием.

Источники:
Aluminum and Aluminum Alloys, J.R. Davis, Ed., 1996.
G. Mathers, The Welding Aluminium and its Alloys, Woodenhead Publishing Ltd, 2002.