Металлургические и технологические особенности сварки алюминия
Применение алюминия в технике обусловлено его малой плотностью (2,7 г/см3), примерно в 3 раза меньшей, чем у стали, повышенной хладо-стойкостью, коррозионной стойкостью в окислительных средах и на воздухе. Чистый алюминий обладает малой прочностью (σВ≤10 кгс/мм2), поэтому из него изготовляют изделия, для которых требуется только высокая коррозионная стойкость.
Алюминий и его сплавы обладают низкой температурой плавления (температура плавления чистого алюминия 660° С), высокой тепло и электропроводностью, повышенным по сравнению со сталью коэффициентом линейного расширения и более низким значением модуля упругости.
Алюминий и его сплавы делят на две основные группы: деформируемые, применяемые в прессованном, катаном и кованом состояниях, и литейные (недеформируемые), используемые в виде литья. Деформируемые сплавы, в свою очередь, делят на термически не упрочняемые, к которым относятся технический алюминий и сплавы его с марганцем и магнием, и термически упрочняемые, к которым относятся сплавы алюминия с медью, цинком и другими элементами.
Большинство сварных конструкций изготовляют из деформируемых термически не упрочняемых сплавов алюминия в ненагартованном виде. В последние годы для изготовления сварных конструкций все в большем объеме начинают применять термически упрочняемые сплавы. Затруднение при сварке этих сплавов вызывает снижение прочности металла в околошовной зоне. Ранее для получения конструкций на этих сплавов применяли исключительно контактную точечную и стыковую сварку. В настоящее время научились применять также аргоно-дуговую и злектронно-лучевую сварку.
Литейные сплавы находят ограниченное применение в сварных конструкциях. Сварку их выполняют преимущественно при исправлении дефектов литья и при соединении литейных деталей с узлами из деформируемых сплавов.
Постоянными примесями в техническом алюминии и его сплавах являются железо и кремний.
Металлургические и технологические особенности сварки.
Для алюминия и его сплавов применяют практически все промышленные способы сварки плавлением и давлением.
Газовую и дуговую сварку угольными или графитовыми электродами, а также сварку вручную покрытыми электродами в настоящее время используют редко. Наиболее широкое распространение для изготовления конструкций, особенно ответственных, приобрела сварка в среде инертных газов. При электроннолучевой сварке алюминия и некоторых его сплавов получаются швы, обладающие высокими механическими свойствами. Автоматическая дуговая сварка с использованием флюсов (полуоткрытой и закрытой дугой) применяется для крупногабаритных конструкций, а ЭШС — для сплавов больших толщин. Из способов сварки в твердом состоянии широко используется контактная сварка. Такие виды сварки, как диффузионная и холодная для алюминия и особенно его сплавов, применяются в ограниченных масштабах главным образом из-за трудностей при создании особо чистых поверхностей соединяемых деталей, свободных от оксидных пленок. Специфические теплофизические свойства алюминия и его сплавов (высокая теплоемкость, теплопроводность и скрытая теплота плавления при сравнительно низкой температуре, плавления) определяют оптимальные параметры процесса сварки.
Затруднение при сварке вызывает также большая склонность металла шва к образованию пор и кристаллизационных трещин (особенно характерных для сплавов на основе алюминия). На сплавах повышенной прочности (например, легированных цинком и магнием) наблюдается появление холодных трещин. Для их предотвращения применяют предварительный подогрев изделия (или зоны расположения швов) до температуры 250-400° С. Предварительный подогрев также эффективен для снижения затрат погонной энергии, особенно при сварке массивных деталей. Большая жидкотекучесть алюминия и малая его прочность при температуре выше 550° С обусловливают применение подкладок при сварке.
Значительная усадка при затвердевании сварного шва, а также высокий коэффициент линейного расширения приводят к существенным остаточным деформациям (большим, чем деформации конструкций из малоуглеродистой стали).
При сварке нагартованного алюминия и термически упрочненных алюминиевых сплавов снижается прочность сварного соединения по сравнению с прочностью основного металла, что создает определенные трудности.
Существенные затруднения при сварке возникают вследствие легкой окисляемости алюминия в твердом и расплавленном состояниях. Образующаяся тугоплавкая пленка оксида алюминия Аl2О3 препятствует формированию шва и является источником неметаллических включений в металле шва. Для получения качественных соединений при сварке плавлением необходимы защита шва от насыщения примесями-газами атмосферы и принятие специальных мер для удаления или разрушения пленки оксидов.
Подготовка к сварке.
Качество сварных соединений из алюминия и его сплавов в значительной степени определяется подготовкой поверхности свариваемых кромок и электродной проволоки.
Перед сваркой тщательно удаляют жировую смазку, которой покрывают полуфабрикаты при консервации.
Поверхность металла на ширине 100-150 мм от кромки обезжиривают ацетоном, авиационным бензином, уайт-спиритом или другими растворителями. Пленку оксидов, находящуюся под жировой смазкой, удаляют механическими способами или химическим травлением. При механических способах свариваемые кромки на ширине 25-30 мм зачищают наждачной бумагой, шабером или металлической щеткой. Для щеток рекомендуется использовать проволоку из нержавеющей стали диаметром не более 0,15 мм. Зачистка кромок шабером и металлической щеткой предпочтительнее, так как не создает опасности загрязнения шва абразивом. Шабрение рекомендуется выполнять непосредственно перед сваркой.
В случае удаления пленки оксидов химическим способом детали травят в течение 0,5-1 мин в реактиве следующего состава: 50 г едкого натра технического и 45 г фтористого натрия технического на 1 л воды. После травления следуют промывка в проточной воде и осветление в течение 1-2 мин 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.
Подготовленная таким образом поверхность сохраняет свои свойства в течение 3-4 дней. При более длительном хранении на зачищенной поверхности адсорбируется влага из воздуха и образуется оксидная пленка. Для того чтобы избежать дефектов швов, необходимо повторно зачистить кромки. Изучению кинетики образования и структуры оксидной пленки на поверхности алюминия посвящено большое число исследований.
Для очистки поверхности алюминиевой сварочной проволоки рекомендуется следующая ее обработка: промывка растворителем для обезжиривания; травление в 15%-ном растворе технического едкого натра в течение 5-10 мин при Т = 60 — 70° С; промывка в холодной воде, сушка, дегазация при Т = 350° С в течение 5-10 ч при вакууме 0,133 Па (вакуумная сушка). Операция вакуумирования может быть заменена прокалкой в атмосфере воздуха при температуре 300° С в течение 10-30 мин.
Хорошие результаты по очистке поверхности алюминиевой проволоки дает электрополирование ее поверхности. В качестве электролита используют раствор следующего состава: 70 мл Н3РО4, 300 мл H2SO4, 42 г Сг2О3. Полирование происходит при температуре 95-100° С. Для каждого диаметра проволоки при постоянной скорости протяжки ее через ванну существует минимальная величина тока, при котором: возможен процесс полирования. Так, при скорости протяжки 100 м/ч электрополирование проволоки марки АМг6 диаметром 1,6 мм возможно при токе 19,8 А, а диаметром 2,5 мм — при токе 130 А.
Для уменьшения пористости швов и удаления адсорбированной влаги после химической обработки рекомендуется сварочную проволоку подогревать в инертном газе при Т=200 — 480° С в течение 30-80 мин. Подогрев проволоки в аргоне снижает содержание адсорбированной влаги не менее чем в 5 раз.
Требуемая чистота кромок и сварочных материалов достигается при сварке изделий из алюминия и его сплавов на специально оборудованных участках.
ЛИТЕРАТУРА
- Сварка и свариваемые материалы в трех томах под общей редакцией докт. техн. наук В. Н. Волченко том 1 Свариваемость материалов Под редакцией проф. докт. техн. наук Э. Л. Макарова
- Справочник по сварке цветных металлов / Гуревич С. М.; Отв. ред. Замков В. Н.- 2-е изд., перераб. и доп.- Киев; Наук, думка, 1990.- 512 с.
- Технология и оборудование сварки плавлением. Под редакцией Г. Д. Никифорова. Учебник для студентов вузов. М., «Машиностроение», 1978. 327 с. с ил.
- Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. Под ред. акад. Б. Е. Патона. М., «Машиностроение», 1974. 768 с.
Особенности сварки алюминия полуавтоматом
Сварка алюминиевых деталей полуавтоматом требует определенных навыков, понимания основных особенностей металла, который предстоит варить. Приходит это с опытом, причем первые шаги рекомендуется делать под руководством компетентного сварщика. Тогда реальные умения придут быстрее и сварные изделия сразу начнут отличаться качеством.
В чем заключается сложность сварки алюминия
Основная проблема соединения алюминиевых деталей заключается в наличии на их поверхности пленки тугоплавкого оксида. На открытом воздухе она образуется буквально в течение нескольких минут. И хотя слой пористый, механически непрочный, окислы мешают сплавлению материала в месте стыка.
Есть еще недостатки металла:
- Высокая теплопроводность.
- Низкая температура плавления.
- Повышенные риски деформации.
Последнее часто происходит в виде прожженной насквозь дыре. Замаскировать такой дефект почти нереально, поэтому нужно тщательно подходить к подготовке. Окислы снимаются наждачной бумагой, болгаркой со шлифовальным кругом. Чтобы избежать деформирования в процессе сварки, деталь предварительно нагревается в печи или газовой горелкой.
Требования к оборудованию
Соединять алюминиевые детали допускается любым сварочным оборудованием. Но результаты лучше при использовании импульсных аппаратов.
Рекомендации:
- Сечение отверстия в наконечнике должно иметь запас по размеру, потому что алюминиевая проволока при нагреве сильно расширяется.
- Шланг подачи сварочного материала лучше ограничить по длине 3 метрами, чтобы во время подачи не происходило деформации, замятия, скручивания.
- Подача идет быстрее и проще, если заменить стандартный шланг на тефлоновый.
- Минимальное механическое воздействие на алюминий оказывает механизм с 4 роликами, имеющими U-образные канавки.
Скорость сваривания важна, потому что заготовки быстро остывают после прогрева и появляются риски деформации из-за локального нагрева у шва. Если приходится иметь дело с алюминиевыми заготовками систематически, стоит заранее подготовить сварочное оборудование к специфическим требованиям этого металла.
Технология сварки алюминия
Зачистка поверхности иногда выполняется химическим путем: специальными флюсами, которые после растворения оксида алюминия защищают металл от повторного окисления. Благодаря такому подходу удается прогреть деталь без рисков ухудшения качества сварного шва. Здесь учитывается, что скорость образования оксидной пленки увеличивается при нагреве.
Особенности сварки:
- Максимальное качество соединения получается в среде аргона.
- Подачу газа лучше отключать через 5-7 секунд после завершения процесса.
- Оптимальный интервал сварочной дуги составляет 12-15 мм.
- Порошковая проволока позволяет варить алюминий без газовой среды.
Хорошие результаты сваривания алюминия получаются при четырехтактном импульсном режиме. Настройки аппарата следует задавать до начала работы: напряжение, силу тока, скорость подачи сварочной проволоки, полярность).
Также рекомендуем прочитать:
Алюминий в строительстве: как алюминий помогает в постройках домов?
Особенности применения алюминиевого профиля в Москве
Выбираем металлические карнизы правильно
Отличительные особенности услуг по сварке алюминия
Оставить комментарий
Услуги по сварке алюминия — это нишевая область, во многих случаях для выполнения работ требуются специальные методики
.
У него есть свои проблемы, которые очень специфичны для работы, особенно
, в отношении состава и чувствительности к трещинам. Сварщик должен
понимать, при какой температуре должен подвергаться воздействию
кусок алюминия, чтобы избежать
крошения металла.
Общие проблемы сварки алюминия в Нью-Йорке
При сварке алюминия первой проблемой является температура плавления. В зависимости от сплава определяется температура плавления алюминия
. По сравнению со сталью степень плавления алюминия намного меньше.
Далее, надо понимать, он имеет слой оксида, который сравнительно твёрже металла
и именно этот слой защищает его от любого вида истирания и коррозии.
крайне важно понимать молекулярные составляющие металла, который только закаленный
инженер может поделиться.
Еще одна интересная задача, связанная со сваркой алюминия, заключается в проверке пористости, а также теплопроводности
металла.
В процессе сварки он становится более пористым.
Обычно профессиональный сварщик в Квинсе, штат Нью-Йорк, использует газовую смесь
гелия или аргона для решения проблем, связанных с пористостью металла. Баланс температуры и напряжения нагрева
позволяет контролировать процесс сварки.
Есть еще одна важная вещь, которую мы должны помнить перед сваркой алюминия
, он предназначен для удаления любой грязи, влаги, масла или остатков с основания. Этот
делает сварочные работы действительно плавными и быстрыми. Инженер-сварщик знает значение
и также имеет для него решение.
Инженер-сварщик также берет на себя ответственность за любую угрозу растрескивания и добавляет достаточное количество наполнителя
, чтобы избежать растрескивания из-за пористости. Кроме того, для сварки алюминия требуется большее количество тепла.
Цель услуг по сварке алюминия
Многие могут подумать, зачем обращаться за услугами по сварке алюминия? Теперь причин может быть
несколько.
Услугами можно воспользоваться как для коммерческих, так и для жилых целей. Некоторыми из
общих применений услуг являются…
● Добавленная стоимость: Придание нового вида существующему зданию, например, создание угла для окна
или полки в магазине. Идея состоит в том, чтобы внести новизну и добавить немного позитива в
ваше окружение.
● Для сада: Алюминиевые стойки можно приварить для подвешивания цветочных горшков или для украшения.
Подчёркивает всю красоту места.
● Ремонт: Во многих случаях для усиления существующей конструкции необходима сварка.
● Во время строительства: алюминиевые перила и лестницы являются очень распространенными элементами
в наши дни, поэтому проектировщики часто ищут опытного поставщика услуг по сварке алюминия
в Нью-Йорке.
Omni Steel Supply уже несколько лет предоставляет услуги по сварке алюминия. У нас
есть техники и инженеры, которые разбираются в нюансах работы с высоким нагревом
при проведении сварочных работ.Мы также предлагаем удаленные услуги и можем предложить отличные предложения. Если вы
хотите узнать больше об услугах и любых связанных с ними вопросах, просто заполните форму ниже, и
мы свяжемся с вами.
Мы также предлагаем удаленные услуги и можем предложить отличные предложения. Если вы АКЦИИ
сварка алюминиясварка алюминия NYуслуги по сварке алюминиякоммерческая сварка сварка Nycustomсварка в домашних условияхсварка сталисварщики NYWelding ServicesЧасто задаваемые вопросы по сварке алюминия
ОТ ФРАНКА АРМАО, СТАРШЕГО ИНЖЕНЕРА ПО ПРИМЕНЕНИЮ, THE LINCOLN ELECTRIC COMPANY
Сегодня алюминий находит все большее применение благодаря своим многочисленным преимуществам. Алюминий легкий (примерно 1/3 веса стали), обладает отличной электропроводностью и лучшей коррозионной стойкостью, чем сталь. По мере того как его рост ускоряется, операторам, привыкшим к сварке стали, необходимо будет изучить все тонкости сварки алюминия.
Вот некоторые из наиболее часто задаваемых вопросов, которые Lincoln Electric получает относительно сварки алюминия, и ответы на них от эксперта:
1.
Как сварить 7075?
Вы не можете, по крайней мере, не для структурных работ. Большинство алюминиевых сплавов поддаются сварке, но многие из них не поддаются сварке, включая алюминий 7075. Причина, по которой 7075 выделяется в этом примере, заключается в том, что это один из самых прочных алюминиевых сплавов. Когда дизайнеры и сварщики ищут алюминиевый сплав для использования, многие начинают с просмотра таблицы, в которой перечислены все алюминиевые сплавы и их сильные стороны. Но чего эти новички не понимают, так это того, что немногие из более прочных алюминиевых сплавов поддаются сварке, особенно в сериях 7000 и 2000, и их не следует использовать.
Единственным исключением из правила никогда не использовать 7075 для сварки является индустрия литья под давлением. Эта отрасль будет ремонтировать штампы с помощью сварки 7075, но ее никогда нельзя использовать для структурных работ.
Here are some simple guidelines to follow when choosing aluminum alloys:
| Main Alloying Elements | |
| 1000 series | Pure aluminum |
| 2000 series | Алюминий и медь. (Высокопрочный алюминий, используемый в аэрокосмической промышленности) |
| Серия 3000 | Алюминий и марганец. (Сплавы от низкой до средней прочности, примерами продуктов, в которых используются эти сплавы, являются банки для напитков и трубки для холодильных установок) |
| Серия 4000 | Алюминий и кремний. (Большинство сплавов этой серии являются присадочными материалами для сварки или пайки) |
| Серия 5000 | Алюминий и магний. (Эти сплавы используются в основном для конструкционных применений в листовых или толстолистовых металлах — все сплавы серии 5000 пригодны для сварки) |
| Серия 6000 | Алюминий, магний и кремний. (Эти сплавы поддаются термообработке и обычно используются для экструзии, листового и толстолистового проката — все они поддаются сварке, но могут быть чувствительными к растрескиванию. Никогда не пытайтесь сваривать эти сплавы без использования присадочного металла) |
| Серия 7000 | Алюминий и цинк . (Это высокопрочные аэрокосмические сплавы, в которые могут быть добавлены другие легирующие элементы). 7000 серии. Сплавы серии 5000 поддаются сварке и дают наилучшие результаты. 2. Почему мой алюминиевый сварной шов намного слабее, чем основной материал? В сталях сварной шов можно сделать таким же прочным, как и основной материал, но это не относится к алюминию. Почти во всех случаях сварной шов будет слабее основного материала. Чтобы лучше понять, почему это происходит, давайте рассмотрим две классификации алюминиевых сплавов: термообрабатываемые и нетермообрабатываемые. Последняя категория упрочняется только холодной обработкой, которая вызывает физические изменения в металле. Чем больше сплав подвергается холодной обработке, тем прочнее он становится. Но когда вы свариваете сплав, который подвергался холодной обработке, вы локально отжигаете материал вокруг сварного шва, чтобы он вернулся в состояние отпуска (или отжига) 0 и стал «мягким». В случае термообрабатываемых алюминиевых сплавов на последнем этапе термообработки металл нагревается примерно до 400°F. Но при сварке материал вокруг сварного шва нагревается намного выше 400°F, поэтому материал имеет тенденцию терять часть своих механических свойств. характеристики. Поэтому, если оператор не выполняет послесварочную термообработку после сварки, область вокруг сварного шва станет значительно слабее, чем остальная часть алюминия — на целых 30–40 процентов. Если оператор выполняет термообработку после сварки, свойства термообрабатываемого алюминиевого сплава могут быть улучшены. Ниже приводится информация о том, какие серии алюминиевых сплавов подлежат термообработке, а какие нет: Серии термообрабатываемых: 2000, 6000, 7000. Нетермообрабатываемые: 1000, 3000, 4000 , 5000. 3. Какой тип защитного газа следует использовать для сварки алюминия? Для дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа (GTAW или TIG) и дуговой сварки металлическим электродом (GMAW или MIG) используйте чистый аргон для алюминиевых материалов толщиной до ½ дюйма. При толщине более ½ дюйма операторы могут добавить от 25 до 75 процентов гелия, чтобы сделать дугу более горячей и увеличить проплавление сварного шва. Лучше всего подходит аргон, поскольку он обеспечивает более эффективное очищение дуги, чем гелий, а также дешевле гелия. Никогда не используйте защитный газ, содержащий кислород или двуокись углерода, так как это окислит алюминий. 4. Какой тип электрода лучше всего подходит для GTAW для алюминия? Для большинства материалов, включая сталь, рекомендуется использовать вольфрамовый электрод с двухпроцентным торированием, но поскольку алюминий сваривается на переменном токе, а не на постоянном сварка. 5. Какой предварительный нагрев следует использовать при сварке алюминия? В то время как небольшой предварительный нагрев полезен, слишком сильный предварительный нагрев может ухудшить механические свойства алюминия. Как обсуждалось ранее, последняя термообработка для термообрабатываемых сплавов составляет 400°F, поэтому, если оператор предварительно нагревает алюминий до 350°F и поддерживает температуру в этом диапазоне во время сварки, механические свойства алюминия изменяются. Из-за низкой температуры плавления алюминия — 1200 °F по сравнению с 2600–2700 °F для стали, многие операторы считают, что для сварки алюминия им требуется только легкое оборудование. Но теплопроводность алюминия в пять раз выше, чем у стали, а это значит, что тепло рассеивается очень быстро. Следовательно, сварочные токи и напряжения для сварки алюминия выше, чем для стали, поэтому операторам фактически требуется более мощное оборудование для сварки алюминия. Многие неопытные сварщики алюминия используют предварительный нагрев как костыль. Поскольку оборудование для сварки алюминия должно работать с более высокой производительностью, многие считают, что предварительный нагрев помогает устранить ограничения оборудования, но это не так. 6. Как правильно снимать напряжения с алюминиевых сварных швов? Снятие напряжения после сварки не рекомендуется для алюминия. При сварке вокруг сварного шва возникают остаточные напряжения, поскольку расплавленный материал сжимается по мере затвердевания. Кроме того, когда вы удаляете материал механической обработкой, он деформируется и создает нестабильность размеров. Чтобы избежать этого в стали, операторы выполняют снятие напряжения, нагревая материал достаточно горячим, чтобы позволить атомам двигаться. Для стали температура снятия напряжений составляет приблизительно от 1050°F до 1100°F; но для алюминия подходящая температура для снятия напряжения составляет 650 ° F. Это означает, что для эффективного снятия напряжения после сварки на алюминии материал должен быть нагрет до температуры, при которой механические свойства будут потеряны. По этой причине для алюминия не рекомендуется снятие напряжения после сварки. |
Таким образом, единственное время в нетермообрабатываемых сплавах, когда вы можете сделать сварной шов таким же прочным, как основной материал, — это когда вы начинаете с 0 отпущенного материала. 
По этим причинам для сварки алюминия рекомендуется использовать чистый вольфрам или циркониевый вольфрам. Кроме того, диаметр электрода для сварки на переменном токе должен быть значительно больше, чем при сварке на постоянном токе. Рекомендуется начать с электрода диаметром 1/8 дюйма и отрегулировать его по мере необходимости. Цирконированный вольфрам может проводить больший ток, чем электроды из чистого вольфрама. Еще один полезный совет для сварки переменным током — использовать тупой наконечник — дуга имеет тенденцию блуждать вокруг заостренного наконечника. 
Для нетермообрабатываемых сплавов, таких как серия 5000, если оператор поддерживает температуру даже в диапазоне 200°F, он или она может повысить чувствительность материала к коррозионному растрескиванию под напряжением. В большинстве случаев допустим некоторый предварительный нагрев, чтобы высушить изделие, но его следует ограничить. 
