Технология сварки алюминия электродами — В помощь хозяину

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.

Как сварить алюминий

Довольно часто на стройках, промышленных предприятиях, в быту необходима сварка алюминия. Технология сварки алюминия и его сплавов гораздо сложнее технологии соединения иных цветных металлов , поэтому стоит заранее внимательно изучить все возможные способы соединения. Многих интересует, какие существуют методы сварки алюминия, в чем заключаются особенности сварки алюминия и его сплавов, как проходит подготовка алюминия к сварке, что представляет собой сварка алюминия в домашних условиях. С ответами на подобные вопросы, а также полезными рекомендациями вы можете ознакомиться в этой статье.

Где применяется алюминий

Наиболее широко алюминий и его сплавы представлены в авиа- и судостроении. Поскольку этот металл довольно легкий, из него изготавливают корпусы транспортных средств, надстройки на палубу и прочие детали. Алюминий быстро возгорается, и его активно используют для производства взрывчатых веществ. Также металл входит в состав твердого топлива для ракет. Кроме того, из него изготавливают архитектурные элементы, скульптуры, барельефы; фурнитуру для одежды и мебели; корпусы для всевозможной техники; и многое другое.

Подготавливаем металл к свариванию

Подготовка алюминия к сварке состоит из ряда манипуляций. Среди них:

• Тщательная очистка. Перед тем как приварить алюминий к любому металлу, все поверхности следует отчистить от масляных и жирных пятен, пыли. Это можно сделать с помощью растворителей.
• Обработка кромок. Алюминий в листах толщиной до 1, 5 мм проходит отбортовку торцов. В деталях толщиной более 20 мм, свариваемых электродами, выполняют разделку кромок. Если сварка производится неплавящимся электродом или присадочной проволокой, а толщина детали превышает 4 мм, также проводят разделку кромок.

• Удаление оксидной пленки. Перед сваркой алюминия в домашних условиях газовой горелкой кромки обрабатывают бензином либо каустической содой. Последнюю обязательно смывают водой. Ликвидировать пленку также можно напильником или стальной щеткой.
• Проверка целостности металла. Для этого его поверхность обрабатывают проникающим составом, который позволяет выявить дефекты и место, подходящее для того, чтобы сформировать шов .

Особенности сваривания алюминия

Сварка алюминия в домашних условиях должна начинаться с подробного изучения свойств материала. Без этого металла не обойтись во многих сферах жизни, однако сварка и пайка сопряжены с некоторыми трудностями.Чтобы соединение было прочным и прослужило не одно десятилетие, нужно обратить внимание на особенности сварки алюминия и его сплавов.

• Окисная пленка, которая находится на металле, плавится при температуре 20440 градусов по Цельсию. Сам же металл плавится при 660 градусах по Цельсию. Эта пленка не позволяет получить качественный шов, поэтому сварочные работы по алюминию должны происходить в среде защитных газов.
• Довольно трудно формировать сварные ванны, поскольку металл имеет высокую текучесть. Для облегчения работы стоит использовать подкладки, отводящие тепло.
• Кремний и водород, содержащиеся в алюминии, ухудшают качество шва: при малейшем нарушении технологии могут возникнуть такие дефекты , как поры и трещины.
• Сваривание алюминия газовой горелкой должно проводиться при высоких значениях тока, поскольку он имеет высокую теплопроводность.
• Сварка алюминиевых сплавов сложна тем, что не всегда удается точно определить их марку и выбрать соответствующий режим .
• При застывании металл усаживается, что ведет к деформации деталей.

Чтобы разрушить прочную оксидную пленку, сварка алюминия постоянным током должна проводиться на обратной полярности . Только в этом случае можно достичь катодного распыления, необходимого для уничтожения тугоплавкой пленки.

Автоматическая сварка алюминия при помощи плазмы позволяет добиться более качественных результатов, которые не может гарантировать сваривание алюминия газовой горелкой. Присадка в этом случае производится проволокой, а дуга образована ионизированным газом. С помощью плазматрона возможна как сварка алюминия дома,так и соединение алюминиевых поверхностей на СТО, в монтажном цехе, на строительной площадке и т.д. Технология сварки алюминиевых сплавов плазмой позволяет присоединять к алюминию тонкие детали (не толще 0,2 – 1,5 мм), при этом вероятность прожога шва минимальна.

Технология сварки

Сварку алюминиевых конструкций можно проводить разными способами:

• При помощи вольфрамовых электродов в среде инертных газов;
• Полуавтоматической сваркой в инертных газах;
• С помощью покрытых плавящихся электродов;
• Методом контактной сварки.

Для сваривания ответственных участков используют аргонодуговой способ. Технология сварки алюминия и его сплавов при помощи тугоплавких вольфрамовых электродов предполагает, что присадочная проволока будет перемещаться только вдоль шва, перед электродом. Длина дуги должна быть минимальной, а подача проволоки — плавной. Для сварки по алюминию следует использовать максимальную скорость, иначе соединение будет иметь дефекты. Как правило, сваривают во всех положениях. Масса аргона гораздо больше, чем у воздуха, поэтому лучшее качество шва будет у горизонтальных соединений. Для сварки алюминия в потолочном и вертикальном положениях лучше смешать аргон с гелием.

Обычно сварка алюминиевых радиаторов и других конструкций проходит с помощью полуавтомата тогда, когда они толще 3-х мм. Для сварки алюминия полуавтоматом используется алюминиевая проволока . Она подается в автоматическом режиме, а газовая горелка перемещается вручную. Инертный газ, поступающий во время работы, служит для защиты алюминиевых деталей от окисления. Режимы сварки алюминия подбираются в зависимости от толщины деталей и электродов, а также силы тока. Перед тем, как сварить алюминий, убедитесь, что ток — обратной полярности, наконечник имеет диаметр больший, чем проволока, а подающий проволоку механизм снабжен четырьмя роликами. Такие меры обеспечат целостность оксидной пленки и нормальный вылет проволоки из сопла, без излишнего трения и сминания.

Сварка алюминия электродом в домашних условиях производится тогда, когда толщина деталей превышает 4 мм, а использовать громоздкое профессиональное оборудование нет возможности. Сварка алюминия и его сплавов таким образом требует предварительного нагрева поверхностей: если они средней толщины, то до 250°С, если большой толщины, то до 400°С. Если толщина деталей превышает 20 мм, то нужно заранее выполнить разделку кромок. Как правило, сварка алюминия своими руками при помощи электрода производится электродами ОЗАНА и УАНА. Обратите внимание, что этот способ имеет ряд недостатков: металл в процессе разбрызгивается, шлак тяжело счищается с поверхностей, шов получается пористый и в результате недостаточно прочный. Поэтому дуговая сварка алюминия электродом применяется относительно редко.

Контактная сварка алюминия может быть:

Точечная сварка алюминия сложна тем, что сварщику необходимо перемещать электрод на высокой скорости, чтобы обеспечить равномерное давление на материал. Точечная сварка алюминия может проводиться электродами, выполненными из меди и ее сплавов. Как и материал свариваемой поверхности, они достаточно прочные и отлично проводят электричество, поэтому такая сварка задействует аккумулированную энергию.

Использование стыкового метода позволяет оплавлять металл равномерно. Величина тока при этом должна составлять примерно 15 тысяч А на 1 сантиметр сечения детали.

Шовный способ целесообразен тогда, если машина имеет большую мощность и оснащена ионными прерывателями.

Соединение алюминия и железа

Если соединение между собой алюминиевых деталей не вызывает вопросов, то многие начинающие сварщики задаются вопросом — можно ли приварить алюминий к железной поверхности? Ведь сплавы алюминия с железом, где последнего содержится более 12 %, имеют низкую степень ковкости, а показатели теплоемкости, теплопроводимости и теплового расширения у этих металлов настолько различны, что при сварке трудно избежать термических напряжений.

Приварить алюминий к железу можно двумя способами:

• Используя биметаллические переходные вставки, состоящие из железа и алюминия. Соединение при этом формируется дуговой сваркой. Железная сторона вставки приваривается к железной детали, алюминиевая – к детали алюминиевой.

Как сварить алюминий и нержавеющую сталь

Сварка алюминия и нержавейки необходима прежде всего при монтаже сложного промышленного оборудования, которое эксплуатируется в агрессивной среде, поэтому высокие требования к качеству сварного шва вполне обоснованы. Сварка алюминия со сталью может быть проведена как с помощью биметаллических вставок, так и благодаря покрытию деталей разнородными материалами.

В первом случае сварка алюминия постоянным током должна начаться с алюминиевых поверхностей, чтобы обеспечить существенный отвод тепла при соединении стальных поверхностей. Вставка из стали и алюминия не должна быть перегрета в процессе, иначе интерметаллическое соединение в ней станет хрупким и ненадежным.

Электросварка может проводиться в случае, если сталь будет покрыта тонким слоем алюминия. После того, как будет нанесено покрытие, сталь можно приваривать к алюминию дуговой сваркой. В процессе обязательно следите за тем, чтобы дуга не соприкасалась со стальной поверхностью. Сварка алюминиевых сплавов со сталью может быть проведена и в случае, если сталь будет покрыта серебряным припоем . Сваривать нужно присадочным сплавом из алюминия, не нарушая целостность слоя, образованного серебряным припоем.

Сварка алюминия и меди

Сварка меди и алюминия широко распространена в электропромышленности (соединение проводов) и холодильной промышленности (сварка труб). С помощь плавления соединять эти металлы проблематично: чем выше содержание меди в сварном шве, тем более хрупким и склонным к образованию трещин он будет. Сварка алюминия с медью обычно проводится двумя способами:

• “Замковое” соединение. На алюминиевую поверхность приваривается медная накладка. Затем производится наплавка, соединяющая все сварные швы.
• Сварка при помощи графитовых электродов. Сила сварного тока при этом должна находиться в пределах 500 – 550 А, длина дуги – не превышать 20-25 мм при напряжении 50-60 В.

Сварка меди и алюминия может проводиться как электродуговым способом,так и аргонодуговым, и газовым. Не менее распространено холодное сваривание.

Технология сварки алюминия электродом

В настоящее время алюминий используется в самых различных сферах деятельности. Этот тонкий и гибкий материал часто присутствует в деталях транспортных средств, включая блоки двигателя, коробках передач и кузовных элементов. Также на его основе создаются нержавеющие ёмкости для бытовых и промышленных нужд и множество других важных предметов ежедневного обихода.

Если же в подобной конструкции образуется трещина или проблемное отверстие, закрыть его лучше посредством специального аппарата в среде аргона. Однако, не у каждого среднестатистического человека есть в распоряжении подобный агрегат, поэтому приходится искать более доступные решения. Одним из них является сварка алюминия электродом.

Чтобы успешно провести такое действие, необходимо получить определенный набор навыков и приобрести соответствующее оборудование и расходные материалы. Принцип и технология подобной сварки вполне простые, поэтому при правильном подходе вы сможете выучить их за короткое время.

Особенности работы с алюминием

Посредством электрической дуги соединяют множество видов железа. Подобная методика обеспечивает достаточно высокую температуру горения, в результате чего происходит качественное проплавление разной толщины пластин, создавая надёжную и герметичную защиту. Однако сварка алюминия с помощью инвертора считается самой сложной из-за определенных специфических характеристик.

Первая сложность заключается в гигроскопических свойствах материала, который может накапливать в себе окружающую влагу. И хоть это нельзя заметить в естественном охлажденном состоянии, но при начале сварочных работ обязательно появятся проблемы. При зажигании дуги и прогревании металла до повышенных температур частицы влаги начинают испаряться с поверхности и неизбежно проникать в зону сварку. В результате образуются чрезмерные брызги и помехи, которые мешают провести нормальный шов.

Для предотвращения подобного явления достаточно предварительно подогреть конструкцию при температурном режиме 150−190 градусов Цельсия. В таком случае можно заметить интенсивное выделение влаги на поверхности.

Следующая сложность — наличие окисной пленки, которой покрыты все изделия. Её предназначение заключается в защите конструкции от агрессивного воздействия кислотной среды. Однако это существенно утрудняет обработку с помощью инвертора. Основная неприятность связано с большой разницей температур плавления. Известно, что сам алюминий начинает расплавляться при показателях 500 градусов Цельсия, а его оксид при 2000 градусов. Для устранения подобного перепада достаточно очистить место сварки с помощью железной щетки, чтобы обеспечить требуемый доступ к металлу.

Взаимодействие с окружающей средой обеспечивает правильное формирование пор в структуре шва, что существенно ухудшает герметичность. Для защиты сварочной ванны применяют аргон или газовое облако при инверторной сварке.

Не секрет, что чистый алюминий практически не применяется для изготовки деталей, поэтому входящие в его состав наполнители и дополнительные элементы могут стать проблемой. Для примера, марки Ал2 и Ал2 содержат в себе силумин от 4 до 13%, поэтому их принято называть ограниченно свариваемыми. Подобные показатели характерны для моделей АМ r 1 и Amr 6, где марганец добавляется в пропорции 2−6%.

Этапы сварочных мероприятий

Разобраться с ключевыми тонкостями сварки алюминия не так сложно, как может показаться на первый взгляд. Посредством многочисленных попыток и экспериментов можно достичь успешных результатов и выучить подобное мастерство наизусть. Итак, пошаговые действия качественного соединения металлических изделий состоят из таких этапов и особенностей:

1. Если толщина свариваемой пластины превышает 5 миллиметров, необходимо провести разделку кромок. Для этого рекомендуется сделать срез краев под углом 45 градусов, хотя другие значения тоже допускаются. Не секрет, что от величины угла разделки зависит ширина сварочного шва. Если толщина пластин превышает 7 миллиметров, то придётся сделать технический зазор между каждой деталью в два миллиметра. Если рабочий объект представлен трещиной, то её расширяют с помощью отрезного диска и «болгарки». В противном случае шов будет поверхностным.
2. Подготовленную заготовку тщательно прогревают. Для удаления лишней жидкости используют пропан-кислородное пламя. Роль рабочего инструмента выполняет резак или обычный баллончик с бытовой горелкой. Необходимо прогреть поверхность до 150 градусов и убедиться, что материал достаточно сухой.
3. После тщательно прогрева необходимо выполнить зачистку оксидной пленки. В этом случае вы можете воспользоваться обычной щеткой для очистки металла. Важно снять тугоплавкий слой в начале зоны сварки. Следующие действия проводятся посредством электрода, состав и температура которого способны разъедать оксид и проводить повторную сварку.
4. На подготовленном изделии устанавливают прихватки, которые фиксируют все свариваемые части. Корневой шов должен быть ровным и полностью заполнять зазор. Угол относительно свариваемых частей должен составлять не меньше 90 градусов. Это может показаться непривычным для неопытных сварщиков, или тех, кто вынужден был работать с углеродистыми сталями. Однако подобным образом расплавляемый металл будет более точно попадать в место соединения. После остывания поверхности происходит осыпание шлака. К сожалению, такое действие осуществляется с большим трудом, поэтому без острого молоточка не обойтись.
5. Следующие слои шва наносятся до того уровня, пока не заполнится вся толщина.

Подготовительные действия

Независимо от условий сварки — производственных или домашних, нужно правильно отнестись к подготовке кромок заготовки. Подобное действие заключается в таких процессах:

1. Поверхность детали, которая будет поддаваться сварке (а также поверхность присадочного материала), тщательно очищают от грязи, масла и жира. Для обезжиривания поверхности используют уайт-спирит, ацетон, авиационный бензин и множество других растворителей.
2. К подготовительному этапу относятся и такие действия, как разделка кромок свариваемых деталей, которую выполняют только при острой необходимости. Если при сварке вы не используете покрытые электроды, то разделку кромок осуществляют при толщине соединяемых деталей, превышающей 4 миллиметра. Если толщина алюминиевого сплава превышает 20 мм, то без применения электродов не обойтись. Если сварке поддаются алюминиевые листы толщиной до 1,5 миллиметров, то их торцы предварительно отбортовывают перед соединением.
3. Как уже говорилось выше, непосредственно перед сваркой поверхность детали нужно полностью очистить от оксидной пленки. В таком случае принято использовать качественный напильник или щетку с ворсинками для зачистки металла. В некоторых случаях тонкий слой оксидной пленки удаляется и посредством специальных химических средств, таких как, каустическая сода, бензин и другие. При обработке каустической содой заготовку нужно тщательно промыть проточной водой.

Оборудование и электроды

Обратите внимание на список самых необходимых инструментов и приспособлений. В большинстве случаев действие проводят с помощью обычного инвертора. Такой прибор обладает удобной конструкцией, поэтому его легко перемещать или передвигать по мастерской. Полярность выставляется таким образом, чтобы в руках рабочего размещался «плюс», а на заготовку воздействовал «минус». В этом случае нужно обзавестись розеткой с 220 V.

При выборе электродов нужно отдавать предпочтение специализированным моделям типа UTP 48 или подобным аналогам. Они могут обладать разным диаметром и подбираться с учётом толщины металла. Состав расходного сырья тоже обладает некоторыми гигроскопичными свойствами, поэтому его приходится предварительно просушивать, чтобы обеспечить более качественное соединение.

Важные рекомендации для сварщиков

Как заявляют опытные специалисты, электрическая сварка такого гибкого металла без применения аргона, иногда осуществляется так же хорошо, как при аргонной сварке. Если кто-то отговаривает вас от такого решения, аргументируя это низким качеством конечного шва и плохой свариваемостью, не верьте. Скорее всего, он неправильно подошёл к методу или никогда не пробовал варить алюминий с помощью электрода.

Чтобы избежать непоправимых ошибок и непредсказуемых неприятностей, достаточно соблюдать ряд рекомендаций и правил:

1. Метод стыкового соединения считается самым перспективным. Остальные разновидности в виде таврового или нахлесточного сварного соединения нецелесообразны, т. к. они повышают вероятность затекания шлака в зазоры, что станет причиной коррозийной реакции.
2. После сварочных мероприятий шов промывают водой для очистки заготовки от шлака.
3. Непосредственно перед обработкой материал нужно правильно подготовить. Для этого следует провести удаление оксидной пленки, а также предотвратить её появление в будущем.
4. При сварке массивных деталей с толщиной от трёх миллиметров требуется разделить кромки под углом 60 градусов с V — образной формой.
5. Первичный прогрев алюминия осуществляется при 150−250 градусах Цельсия.

Не забывайте, что технически чистый алюминий поддаётся свариванию гораздо лучше, чем сплавы с содержанием магния или марганца. Речь идёт о дюралюминии или силумине. Однако, изделия из чистого материала практически не эксплуатируются, поэтому при сварке могут возникать некоторые сложности.

Причины ухудшения свариваемости металла

Если в процессе сваривания вы столкнулись с какими-либо трудностями и неприятными моментами, необходимо учесть множество уникальных свойств металла:

1. Ключевая трудность тепловой сварки заключается в наличии окисной пленки, которая поддаётся плавлению лишь под воздействием температур 20440 градусов Цельсия. Плавление самого металла начинается при более низкой температуре — от 660 градусов.
2. Капли расплавленной детали, появляющиеся в сварной зоне, очень быстро покрываются тугоплавкой окисной пленкой, которая предотвращает образование сплошного шва. Чтобы защитить заготовку от подобного явления, сварную зону защищают от контакта с окружающим воздухом с помощью аргона.
3. Расплавленный алюминий характеризуется высокой текучестью, а это существенно усложняет дальнейшее формирование сварочной ванны. По этой причине работы проводят с помощью дополнительных теплоотводящих подкладок.
4. В состав алюминия входит растворенный водород, который направляется наружу после застывания расплавленного металла. В результате это вызывает появление пор и кристаллизационных трещин в шве. К тому же для сплавов такого метала характерна повышенная концентрация кремния, что тоже вызывает появление трещин от охлаждения изделия.
5. Для алюминия характерен приличный коэффициент линейного расширения. Из-за этого может происходить значительная усадка металла при застывании, что вызывает ряд серьёзных деформаций соединяемых деталей.
6. Сварку чистого алюминия и его сплавов проводят под воздействием высоких значений сварочного тока. Для металла характерна высокая теплопроводность. Также при сварке стали принято использовать токи с меньшей силой.
7. Сварку деталей из этого метала считают сложной в тех случаях, если определить точную марку сплава не удаётся. В таком случае приходится долго и усердно выбирать подходящий режим сварки и используемые методы.

Постичь все тонкости сварки алюминия электродом может любой желающий. Достаточно запастись терпением и желанием выделить несколько часов своего времени на изучение соответствующего материала и руководства. В таком случае вы сможете выполнять множество важных операций в домашних условиях, без обращения за помощью к квалифицированным сотрудникам.

Нюансы и технология сварки алюминия электродом

В последние годы использование алюминия все больше получает распространение в производстве благодаря характеристикам, которые делают его привлекательной альтернативой стали. Алюминий в три раза легче, чем сталь, тем не менее он имеет более высокую прочность при легировании. В 6 раз лучше стали проводит электрический ток (в 30 раз лучше нержавеющей стали). Кроме того, алюминий — немагнитный материал, обеспечивающий превосходную коррозионную стойкость.

Схема полуавтомата для сварки алюминия.

Действительно, технология сварки алюминия менее энергоемка и, следовательно, легче сварки стали. В мировом производстве прирост объемов сварки этого металла ежегодно составляет 5,5 % в связи с тем, что алюминий все больше используется в автомобильной и других отраслях промышленности.

Однако могут возникнуть некоторые трудности при применении привычного оборудования, калиброванного под сварку стали. Да и привычные сварочные режимы стали не всегда применимы к алюминию. Например, высокая теплопроводность и низкая температура плавления алюминия могут легко привести к прожиганию и поводковым проблемам, если не соблюдаются надлежащие режимы.

Сварка алюминия: что следует знать

Легирующие элементы

Таблица характеристик электродов для сварки.

Чтобы была понятна технология сварки этого металла, прежде необходимо понять некоторые основы его металлургии. Алюминий можно легировать рядом различных элементов для увеличения прочности, стойкости к коррозии и/или общей свариваемости.

Главными легирующими алюминий составляющими служат Cu, Si, Mg, Mn и Zn.
Медь (Cu) обеспечивает высокую прочность алюминия. Эта серия сплавов является термостойкой и используется для изготовления частей самолетных двигателей, заклепок и винтов. Большинство этих сплавов считаются малопригодными для дуговой сварки из-за их чувствительности к горячим трещинам. Эти сплавы свариваются 4043 электродами с наполнителями, обладающими низкой температурой плавления с целью уменьшения вероятности горячих трещин.

Схема дуговой сварки алюминия.

Марганец (Mn) — с ним алюминий дает сплавы холодной закалки общего назначения, обычно отлично подходящие для аргонно-дуговой сварки с 4043 или 5356 электродами, не склонные к горячим трещинам. Кремний (Si) уменьшает плавление алюминия и улучшает его текучесть. Сплавы обладают хорошей свариваемостью.
Магний (Mg) придает сплавам отличную свариваемость с минимальной потерей прочности. Кремний и магний в совокупности создают термостойкие сплавы средней прочности, несколько склонные к горячим трещинам. Наиболее распространенными электродами для этой серии являются все те же универсальные 4043.
Цинк (Zn) в сплаве с алюминием и медью придает высокую прочность сплавам из алюминия. Свариваемость этой серии имеет недостаток: многие сорта чувствительны к образованию горячих трещин.

Чистый алюминий без легирующих добавок широко используется благодаря своей превосходной стойкости к различным видам коррозии, в оборудовании химической промышленности, легко сваривается с электродами 1100 и 4043 сплавов.

Химические свойства алюминия

Схема процесса сварки алюминия полуавтоматом.

С точки зрения химии алюминий имеет высокий потенциал растворимости атомов водорода в жидкой форме и низкую растворимость в точке кристаллизации. Это означает, что даже небольшое количество водорода, растворенное в металле шва, будет стремиться выйти из него по мере затвердевания, а возникшая пористость шва может стать большой проблемой во время сварки алюминия.

Кроме того, алюминий, соединяясь с кислородом в форме оксида алюминия, создает пористый слой, который может стать ловушкой для влаги, масла, смазки и других материалов. Другими словами, алюминий защищен оксидной пленкой, которая обеспечивает металлу превосходные антикоррозионные свойства. Но, поскольку оксидная пленка имеет высокую температуру плавления (2037°С), в три раза превышающую температуру плавления самого алюминия, она препятствует соединению частей металла. Поэтому сварка алюминия требует предварительного удаления оксидной пленки, для чего можно использовать любой способ:

• механическая очистка;
• растворители;
• химическое травление и др.

Важно! Вот некоторые из признаков наличия оксидной пленки:

• блуждающая дуга, когда вы не можете получить лужу без прожига и искажения металла;
• ваш наполнитель не смешивается с лужей, вместо этого он скатывается в трудно расплавляемый шарик;
• при попытке соединения двух краев заготовок алюминия они завиваются друг от друга и образуют еще больший разрыв;
• 8 часов экспозиции после очистки вполне достаточно для работы до повторной очистки.

Механические свойства

Механические свойства сварного шва, такие как прочность на растяжение, упругость и удлинение, зависят от выбора вида сплава алюминия и наполнителя.

Для канавки сварных швов зона термического влияния (ЗТВ) диктует прочность соединения:

Схема устройства сварочного полуавтомата.

1. В сплавах холодной закалки ЗТВ будет полностью отожженной и станет слабым местом.
2. Термостойкие сплавы требуют гораздо большего времени для отжига в сочетании с медленным охлаждением.

При таком режиме прочность сварного шва пострадает меньше.

Для угловых швов прочность зависит от состава наполнителя сплава электрода, используемого для сварки.

Совет: по возможности лучше подкладывать под область сварки радиатор из меди или алюминия. Поскольку алюминий имеет хорошую теплопроводность, то тепло из области сварного шва быстро передается остальным частям заготовок, которые становятся настолько горячими, что это может вызывать усадки и деформации в их структуре. С помощью некоторого теплопоглощения материалом, находящимся под областью сварки, можно защитить работу от деформации.

Основные методы сварки

Существует несколько основных методов сварки алюминия:

Десять правил сварочных работ.

1. Электродуговая газовая сварка — выступает как процесс, включающий в себя беспрерывную подачу сплошного расплавляющегося электрода в защитном газе. Применяется для сварки большей части используемых в производстве металлов, включая алюминий и другие цветные металлы, для сваривания с электродом постоянного тока положительного потенциала. При работе с алюминием полуавтоматическая сварка отличается тем, что электродом служит алюминий, подаваемый с большей скоростью и при большем токе.
2. Электродуговая сварка с вольфрамом в защитном газе. При этом в процессе сварки происходит коалесценция металла при нагревании его теплом электрической дуги, возникающей между вольфрамовой проволокой и заготовкой. Неплавящимися электродами из вольфрама в среде инертного газа обеспечивается сварочный шов высокого качества. Швы четкие и блестящие, фактически не требующие зачистки после сварки. Такой способ применим для сваривания подавляющего числа металлов, но при этом требует виртуозных навыков от сварщика, особенно на тонких и замысловатых деталях. Благодаря отличному результату сварки этот метод широко применяется в аэрокосмической отрасли, самолетостроении, энергетике и нефтехимической отрасли.
3. Плазменная электродуговая сварка — вариация на тему электродуговой сварки с вольфрамом в экранирующем газе. Процесс использует ограниченную дугу, выдавливаемую посредством медной насадки, она короче и действует целенаправленно. Ход сужения дуги значительно увеличивает накал дуги и количество происходящей ионизации. По мере повышения температуры энергия области плазмы распространяется вниз к рабочей поверхности алюминия. Общий результат выражается в концентрации источника тепла при более высокой температуре, что существенно повышает эффективность передачи тепла, позволяя ускорять процесс сварки. Однако использование этого метода для сварки алюминия вручную требует высокого уровня квалификации сварщика.
4. Сварка лазером — обычно это автоматизированный процесс, использующий тепло от насыщенного луча брэгговского (соотнесенного) света для сваривания материалов. Употребляется для сварки практически любых металлов, алюминия в том числе. Гарантирует высокие скорости сварки, прекрасные свойства шва (хорошую механику, низкие искажения, без шлака и брызг). Сварные швы при этом выполняют как с присадочным металлом, так и без него, применяя защиту области сваривания газом. Используемое при этом оборудование требует немалых затрат и настоящего мастерства оператора из-за очень высокой скорости сварки и малого размера участков, повреждаемых лазером.
5. Экранированная сварка (также известная как ручная дуговая) — процесс, который производится за счет тепла от электродуги, возникающей между электродами (кончиком) с флюсовым покрытием и поверхностью основного материала. Электродом служит металлическая проволока, покрытая составом из смеси минералов с металлами. Формула этой смеси обусловливается разновидностью электрода и полярностью сварки. Одна из функций покрытия — защитная, то есть обеспечение флюсования с целью вывода примесей из сварного депозита и контролирования химии сварного шва, обеспечения желаемых механических свойств. По мере накладывания шва покрытие электрода распадается, давая пары, которые служат в качестве защитного газа, и предоставляя слой шлака. И пары, и шлаковый слой защищают область сваривания от атмосферного воздействия. Такая сварка может применяться в условиях ограниченного доступа. Из-за простоты используемого оборудования и его эксплуатации, а также универсальности процесса экранированная дуговая сварка доминирует над другими сварочными процессами в сфере обслуживания и ремонта, в том числе и в таком деле, как сварка алюминия.

Размеры вольфрамовой проволоки, служащей электродом, в зависимости от величины тока:

• 1/6 чистого вольфрама для тока от 30 до 80 А;
• 3/32 чистого вольфрама для 60-130 А;
• 1/8 чистого вольфрама для тока от 100 до 180 А.

При этом размер наполнителя стержня равен размеру вольфрама, длина дуги должна равняться диаметру вольфрама.

Важно! Когда не имеете представления о том, с каким именно сплавом алюминия имеете дело, воспользуйтесь универсальным электродом 4043.

Защитный газ при сварке алюминия

Дефекты шва при сварке.

Дуговая сварка быстро окисляемых металлов нуждается в газах, защищающих область сварки от воздействия атмосферных газов азота и кислорода, которые могут вызывать дефекты синтеза, пористость и хрупкость металла, в том числе алюминия. Если они вступают в контакт с электродами, дугой или свариваемыми металлами. Эта проблема является общей для всех сварочных процессов, но вместо защитного газа многие методы дуговой сварки используют флюсующий материал, который при температуре сварки разлагается, выделяя защитный газ. Другие способы используют баллонный инертный газ, это избавляет от шлаков, жестких остатков, от которых необходимо освобождать место сварки. Выбор защитного газа зависит от многих факторов, главными из них выступают тип свариваемого материала и процесс изменения.

Чистые инертные газы (аргон и гелий) используются только для сварки цветных металлов (алюминий, медь и др.). Смесь аргон-гелий полностью инертна и используется только на цветных металлах, в том числе и для алюминия. Концентрация гелия до 50-75% поднимает напряжение и увеличивает тепловую энергию дуги, что делает его полезным для сварки в толще заготовок. Более высокий процент содержания гелия также улучшает качество сварного соединения и скорость использования переменного тока для сварки алюминия. Добавление даже небольшой доли водорода (до 5%) нежелательно, поскольку вызывает риск водородной пористости.

Предпочтительная скорость потока газа зависит в первую очередь от геометрии сварного шва, скорости сварки, тока, типа газа и режима используемой металлопередачи. Сварка плоских поверхностей требует большего потока, чем сваривание рифленого алюминия. Чем выше скорость сварки, тем больше газа должно быть введено для обеспечения адекватного охвата области сваривания.

Совет: оптимальный поток инертного газа (аргона) — 15-20 л/мин.

Особенности новых технологий

Выбор сварочных электродов.

Эволюция управления таким процессом, как дуговая сварка, привела не так давно к разработке программного обеспечения контролируемых инверторных источников питания. Использование программного обеспечения для оптимизации характеристики дуги для алюминия была поднята на новый уровень и стала известна как технология управления сигналом. Изменение выхода постоянного тока используется в очень высокой скорости синергетического импульсного выхода, что дает ряд преимуществ в технологии сварки:

• ввод высокой энергии во время пика импульсов;
• последовательное проникновение профиля по всей длине шва;
• снижение уровня брызг;
• улучшение текучести;
• увеличение скорости эффективного прохода;
• снижение теплового ввода;
• более низкий уровень искажений.

Новый способ варить алюминий представила команда компании Honda, разработав новый метод — ротационную сварку трением. Суть этого метода заключается в соединении заготовок из разных металлов (например, алюминия и черной стали) через механическое давление. Как объясняют специалисты Honda, такая технология сварки оставляет точечные сварные швы в прошлом и создает новые и стабильные металлические связи между металлами (например, сталь-алюминий). Швы при таком способе сварки прочнее, чем те, что получены в инертном газе. Кроме того, новая сварка вполовину экономичнее и легко поддается автоматизации и роботизации.

Сварка алюминия электродом в домашних условиях

Техника сварки инвертором алюминия электродами в домашних условиях

Высокая прочность, малый удельный вес и доступная цена сделали алюминий одним из самых популярных металлов. Его используют везде: от авиакосмической отрасли до производства домашней утвари. Ремонт алюминиевых изделий и создание собственных конструкций в мастерской на дому затруднены рядом особенностей металла. Сварка алюминия электродом в домашних условиях инвертором – один из способов преодоления этих сложностей, не требующий дорогостоящего оборудования и высокой квалификации работника.

Особенности работы

Температура плавления металла 660 о С. При нагреве атомы вступают в реакцию с кислородом, образуя слой тугоплавкого оксида алюминия с температурой плавления свыше 2200 о С. Этот слой препятствует полноценному формированию шва.

Алюминий обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью. На практике это означает, что для прогрева металла заготовки, особенно при большой толщине, придется использовать большие значения рабочего тока.

Металл и его сплавы характеризуются также высокой текучестью, затрудняющей работу в ряде сварочных положений.

Чтобы предотвратить контакт расплава и кислорода воздуха, используют сварку в газовой среде. В рабочую зону подают гелий, аргон или его смеси, вытесняющие воздух и создающие защитное облако. Этот способ требует дорогостоящего оборудования и постоянной подачи газа. Он экономически эффективен при больших объемах работ.

Для ограниченных объемов работы на дому подойдет ручная электродная сварка постоянным током. Для этого производятся электроды с покрытием, оптимизированные для применения с теплопроводящими материалами.

Что нужно знать, чтобы сделать качественный шов?

Чтобы получать прочные и долговечные соединения, необходимо знать и учитывать следующие моменты:

• изделия из алюминиевых сплавов всегда покрыты слоем тугоплавких оксидов;
• перед началом сварки этот слой следует снять с помощью механической зачистки или протравливания;
• оксидный слой быстро восстанавливается на воздухе, поэтому обработку нужно проводить непосредственно перед сваркой;
• цвет алюминиевой заготовки при нагреве практически не меняется, следить за температурой визуально не удастся;
• при нагреве снижается прочность изделия, это может привести к появлению микродефектов в ходе кристаллизации.

Учет этих особенностей позволяет избегнуть типовых ошибок, когда нужно заварить алюминиевые заготовки на дому.

Можно ли инвертором?

Как варить алюминий инвертором и можно ли вообще это сделать? Такая возможность существует. Использование электродов с обмазкой дает возможность работать с использованием обычных инверторов средней мощности бытового класса. Разумеется, такими устройствами можно сваривать только заготовки толщиной 3-4 мм. Для более толстых потребуется мощные полупрофессиональные инверторы.

Сам инвертор, применяемый для сварки алюминиевых заготовок, может быть начального уровня, бытового класса. Решающее значение играет подготовка поверхности, подбор сварочных материалов и тщательное соблюдение технологии

.

Электроды серий ОЗ обладают отличными эксплуатационными качествами. Но проявляются эти качества только при низкой влажности материала обмазки. Поэтому до применения их обязательно нужно прокалить при температуре 120-140 о С в течение 40 минут. После прокаливания электроды нужно хранить в печи или в специальном герметичном футляре.

В ходе работы нужно соблюдать внимательность и осторожность. Высокая текучесть расплава и его тенденция к образованию брызг не позволяет работать в вертикальном и потолочном положениях. И в нижнем сварочном положении рекомендуется использовать подкладные пластины, чтобы предотвратить протечку расплава.

Во избежание температурных деформаций в ходе затвердевания швы нужно стараться по возможности размещать дальше друг от друга.

Каким должен быть аппарат?

Особо специфических условий к аппарату не предъявляется

. Он должен поддерживать рабочий ток, достаточный для выбранной толщины заготовки и диаметра электрода. Рабочее напряжение выставляется в районе 22-24 вольт.

Аппарат должен поддерживать режим обратной полярности.

Большой запас по току приводит к росту габаритов, веса и повышенному расходу электроэнергии.

Если планы на сварку алюминия большие и такие работы планируется выполнять постоянно, то лучше сразу приобрести устройство, поддерживающий режим TIG, или сварку неплавким электродом в аргоновой или гелиевой защитной атмосфере. Электрод может быть из вольфрама или графита. Такой полуавтомат позволяет варить и обычными стержневыми плавкими электродами без подачи газа.

Наиболее популярными электродами, применяемыми по алюминию для инверторной сварки, являются изделия следующих серий:

1. ОЗА-1. Служит для сварки чисто алюминиевых заготовок. Перед сваркой требуется снять оксидный слой и подогреть поверхность для ее осушения.
2. ОЗА-2. Применяется для наплавных работ кремниево-алюминиевыми сплавами. а также для ремонта брака отливок.
3. ОЗАНА-1. Для чисто алюминиевых деталей толще 10 мм. Прогревать их необходимо до 400 о С.
4. ОЗАНА-2. Модификация для сварки алюминиевых сплавов.
5. ОКБ96.20. Для работы по алюминиевым сплавам, легированным Mn, Mg и Si. Применим и по дюралюминию.

Техника сварки покрытыми

Сварка деталей из алюминия инвертором проводятся с использованием тока обратной полярности, в нижнем сварочном положении. Это обуславливается высокой текучестью расплава и необходимостью поддерживать высокую скорость движения электрода

Электрод следует подносить перпендикулярно линии шва либо с небольшим наклоном назад. Траектория движения- прямая, без поперечных качаний.

Рабочие режимы для сварки алюминиевых деталей разной толщины.

Содержащиеся в составе обмазки вещества повышают сопротивление материала сварочной ванны прохождению тока, это осложняет повторный розжиг электродуги.

Если дуга погасла, следует снять слой шлака с кратера и с кончика стержня, отступить на 1 см назад. Остаток шва и кратер должны вариться повторно, чтобы не возникла пористость.

По окончании шва его поверхность зачищается от шлаков и промывается водой.

Правила подготовки и проведение

Сваривать ответственные соединения алюминиевых заготовок лучше всего методом аргонодуговой сварки. Метод с использованием инвертора и стержневых плавких электродов позволяет получить качество, достаточное для домашнего ремонта или конструирования. Как сварить заготовки из алюминия в домашних условиях инвертором?

Прочность и долговечность шва во многом определяется качеством и тщательностью подготовительных работ. Они призваны удалить слой оксидов с высокой температурой плавления, покрывающий любую деталь из алюминия или его сплавов при контакте с воздухом.

Работы выполняются в такой последовательности:

• зачистить область шва и околошовную область с помощью проволочной щетки или угловой шлифмашины;
• для зачистки можно применить и химический способ, обработав поверхность реагентом;
• прокалить электроды, чтобы избавиться от влажности обмазки;
• при необходимости прогреть заготовки;
• рука с горелкой должна двигаться с постоянной скоростью по прямой траектории, без поперечных качаний.

По окончании шва его следует зачистить от слоя шлака, тщательно промыть водой и просушить. Это снижает риск возникновения и распространения коррозии.

Заключение

Сварка алюминия электродом с обмазкой — доступный и несложный метод, применимый в домашних условиях. Для этого необходимо использовать инвертор, качественные электроды и соблюдать технологию.

Как варить алюминий электродом

Из алюминия произведено множество конструкций применяемых в устройстве автомобиля. Это могут быть блоки двигателя, коробки передач и элементы кузова. Изготавливают из этого нержавеющего материала различные емкости для промышленных и бытовых нужд. В случае образования трещины или свища заварить проблемное место лучше в среде аргона специальным аппаратом. Но если такой возможности нет, то можно воспользоваться инвертором. Сварка алюминия электродом в домашних условиях требует определенного режима и предварительной подготовки. Используются и специализированные расходные материалы. Как все это осуществить описывается ниже и демонстрируется на дополнительном видео.

Сварочный процесс-трудности работы с материалом

Электрической дугой можно соединять многие виды железа. У нее достаточно высокая температура горения, что позволяет хорошо проплавлять разную толщину пластин и создавать надежные и герметичные соединения. Но сваривать алюминий инвертором сложнее ввиду нескольких специфичных особенностей этого материала.

Первой трудностью являются гигроскопичные свойства алюминия. Материал способен впитывать окружающую влагу и накапливать в себе. Это не проявляется видимым образом на охлажденном изделии, но сразу станет заметно при ведении сварки. Когда зажигается дуга и металл оказывается в зоне повышенной температуры, то влага начинает испаряться с его поверхности, неизбежно попадая в зону сварки. Это приводит к чрезмерным брызгам и помехам при выполнении шва. Чтобы предупредить такое явление, требуется предварительный подогрев изделия горелкой при температуре 150-190 градусов. Во время выполнения процедуры можно увидеть выделение влаги на поверхности.

Еще одной сложностью является оксидная пленка, покрывающая все изделие тонким слоем. Она защищает металл от разрушения в кислотной среде, но существенно мешает свариванию инвертором в домашних условиях. Трудность заключается в огромной разнице температур плавления. Алюминиевый материал плавится при 500 градусах, а его оксид при 2000 градусах. Чтобы устранить этот перепад необходимо зачистить место сварки железной щеткой, дающей доступ к основному металлу.

Взаимодействие с окружающим воздухом способствует образованию пор в структуре шва, что значительно понижает его герметичные свойства. Защита сварочной ванны выполняется подачей аргона в случае TIG, или созданием газового облака от покрытых электродом при сварке инвертором в домашних условиях.

Поскольку чистый алюминий не используется в изделиях, то трудностью для сварки могут быть другие элементы входящие в сплав. Так, марки Ал2 и Ал9 с содержанием силумина от 4 до 13% считаются ограниченно свариваемыми. Такие же показатели имеют марки AMr1 и AMr6, где марганец может добавляться от 2 до 6%. Дюралюминий Д16 относится к трудносвариваемым.

Выполняем сварку: этапы работы

Как сварить алюминий стало понятно после многочисленных попыток и экспериментов. Далее представлены пошаговые действия, позволяющие получить качественное соединение в домашних условиях:

1. Если свариваемые пластины имеют толщину более 5 мм, то необходима разделка кромок. Стандартом считается срез краев под 45 градусов, но допускаются и другие значения. Стоит отметить, что чем больше угол разделки, тем шире получится сварочный шов. При толщине пластин более 7 мм между ними требуется технологический зазор в 2 мм. Если рабочим объектом является трещина, то ее необходимо расширить отрезным диском и «болгаркой», иначе шов будет поверхностным.
2. Подготовленное изделие необходимо прогреть. Удаление влаги производится пропан-кислородным пламенем. Это может быть резак или обычный баллончик с бытовой горелкой. Нагреть необходимо поверхность до 150 градусов. Проверить это можно специальным аппаратом или визуально по сухому состоянию материала.
3. После нагрева быстро осуществляется зачистка оксидной пленки. Для этого подойдет обычная щетка по металлу. Снять тугоплавкий слой важно в начале зоны сварки. Последующее действие будет оказывать электрод, чей состав и температура разъедают оксид, позволяя производить сварку.
4. На подготовленном материале ставятся прихватки, фиксирующие свариваемые стороны. Корневой шов необходимо провести ровно, заполнив зазор. Угол относительно свариваемых частей необходим в 90 градусов. Это непривычно для начинающих сварщиков, или тех, кто работал только с углеродистой сталью. Но так расплавляемый металл будет точнее попадать в место соединения. После небольшого остывания поверхности отбивается шлак. Это происходит довольно трудно, поэтому требуется острый молоточек.
5. Последующие слои шва наносятся до того уровня, чтобы заполнить всю толщину материала и создать небольшой валик поверх места соединения.
6. Швы ведутся короткой дугой. Чрезмерное увеличение зазора может приводить к обрыву дуги. На конце электрода образуется нагар в виде белого слоя. Это выступающая щелочь. Чтобы продолжить сварку требуется удалить этот диэлектрик.

Электрод при сварке алюминия инвертором плавится быстрее, чем при работе с обычной сталью, поэтому тренировки на нерабочей поверхности помогут привыкнуть руке к сохранению дистанции.

Оборудование и электроды

Сваривание изделий из алюминия можно выполнять обычным инвертором. Аппарат удобен для транспортировки и передвижению на месте. Полярность необходимо выставить так, чтобы в руках сварщика находился «плюс», а на изделие крепился «минус». Потребуется розетка с 220 V.

Электроды необходимы специализированные, например UTP 48, или аналоги. Они бывают различных диаметров и подбираются по толщине металла. Состав расходных материалов тоже имеет гигроскопичные свойства, что требует предварительной просушки для образования качественного соединения. Подходящие режимы для сварки могут быть такими:

Сварка алюминия в домашних условиях

Необходимость в создании соединения сложно свариваемых металлов может возникнуть не только на производстве, но и в частной сфере. Сварка алюминия в домашних условиях проводится часто, несмотря на все свои сложности, так как сам металл активно используется в промышленности и многие изделия выполняются именно из него. Таким образом, при ремонте мастерам приходится часто с ним сталкиваться. Главной сложностью этого процесса является то, что дома очень сложно создать все необходимые условия, чтобы процесс происходил также, как и на предприятии. Соответственно, качество соединения может пострадать.

Примитивная сварка алюминия

В основном, здесь используется более простое оборудование, так как сварочный инвертор, который применяется для аргонодуговой сварки, вместе с баллонами самого аргона, будет иметь достаточно высокую стоимость, как для частных лиц. Тем не менее, проблемы свариваемости алюминия никуда не деваются, поэтому, нужно все также бороться с напряжением металл, подбирать средства для разрушения оксидной пленки. Одной из основных проблем становится высокая жидкотекучесть металла в расплавленном состоянии, что усложняет сваривание в различных положениях, особенно, в потолочном.

Аргонно-дуговая сварка алюминия в домашних условиях

Преимущества

• Сварка алюминия в домашних условиях оказывается более дешевым процессом, особенно если есть соответствующее оборудование, так как не приходится обращаться к другим специалистам;
• Результат работы можно получить сразу, а также проверить его, а не ждать получения из мастерской;
• Легче использовать подручные материалы;
• Нет высоких требований к контролю качества, так как применение полученных изделий, как правило, не имеет большой ответственности.

Недостатки

• Сварка алюминия в домашних условиях обеспечивает более низкий уровень качества соединения;
• Порой сложно подобрать подходящие расходные материалы, особенно, если речь идет о редких случаях использования;
• Сложно использовать современные технологии, так как в домашних условиях зачастую нет подходящих вещей, которые применяются на передовых предприятиях;
• Сложнее соблюдать технику безопасности, особенно, при работе с газом;
• Сварочные электроды могут храниться в недостаточно надежных условиях, из-за чего они могут отсыреть и испортиться;
• Отсутствуют точные методы контроля полученного сварного шва, что очень важно перед применением изделия.

Возможные способы сварки алюминия дома

В домашних условиях может осуществляться не только примитивная сварка алюминия при помощи плавкого электрода, но и другие разновидности, в зависимости от оборудования, которое используется. Выделяют следующие способы сварки:

• Сварка алюминия электродом в домашних условиях. Это самый простой способ, так как очень схож с обыкновенной сваркой стали, но с учетом всех особенностей поведения расплавленного алюминия. Здесь не нужно особого опыта работы мастера, но требуется учитывать низкую вязкость металла, что усложняет работу новичков и делает шов не таким ровным и монолитным, как при сварке стали.

• Сварка алюминия в домашних условиях газовой горелкой. Здесь в качестве основной температурной силы, расплавляющей металл, используется газ. Это снижает скорость сварки в три раза и делает процесс более простым. Тут применяется сварочная проволока, на которой нет покрытия, что позволяет избавиться от проблем с просушкой электродов. Газ является более надежной защитой, чем обмазка электродов.

• Аргонодуговая сварка. Это один из лучших вариантов, так как само сваривание происходит под воздействием дуги, а в качестве защиты применяется инертный газ аргон. Тут используется неплавкий электрод и присадочная проволока, что обеспечивает высокое качество соединение. Сварка алюминия в домашних условиях таким способов применяется достаточно редко из-за технической сложности данного процесса.

Материалы и инструмент

Сварка деталей из алюминия требует специальной технической подготовки, которая зависит от выбранного способа. Но даже самые простые варианты требуют особой средств, которые помогут сделать все как можно более качественно и надежно. Среди них выделяются такие вещи как:

• Сварочный аппарат, который становится главным источником питания, обеспечивающим подачу тока нужных параметров для конкретного вида сварки;
• Электроды (или присадочная проволока, если используется процесс сваривания при помощи газа) – этот материал должен максимально соответствовать тому, с чем он будет свариваться;
• Газовые баллоны со шлангами, что используется для соединения металла газом, но такой вариант для домашних условий не часто используется;
• Заземление для всех использующихся электрических аппаратов;
• Рабочая одежда и сварочная маска.

Пошаговая инструкция

Когда идет сварка лодки из алюминия, или других важных вещей, то следует правильно соблюдать режимы, чтобы добиться желаемого результата. Стоит выделить следующие шаги:

• Подготовка металла. Она может включать в себя разделку кромок, что необходимо при толщине металла от 4 мм, так как алюминий обладает низкой глубиной проварки, поэтому, нужно уменьшить толщину за счет скоса кромок. Также требуется механически зачистить поверхность наждачной бумагой или металлической щеткой, чтобы убрать жиры, масла, различные налеты и пленки;

• Затем следует аккуратно распределить флюс (если речь идет о газовой сварке), чтобы улучшить свойства сваривания металла;

• После этого требуется подогреть металл (снова при газовой сварке), чтобы избежать температурной деформации и способствовать предварительному расплавлению флюса;

Нагрев алюминия для сварки

• Далее можно уже приступать к самому свариванию, разжигая пламя или дугу и образуя валик шва в сварочной ванной идти по всей длине кромок;

Сварка алюминия горелкой в домашних условиях

• После окончания работ нужно дать остыть металлу и проверить качество соединения доступными методами.

Когда осуществляется TIG сварка алюминия, то требуется использовать только переменный ток, так как качества соединения с ним становится выше.»

Как сварить детали из алюминия дома

Алюминий имеет множество положительных свойств, благодаря которым без него не обходится ни авиастроение, ни изготовление электротехники, ни строительство. Дома тоже часто необходимо осуществлять операции с алюминием: например, изготовить алюминиевый бак для воды, соединить алюминиевые детали между собой, отремонтировать металлический корпус какой-либо техники, заварить трубу и т.д. Этот металл довольно легкий, хорошо воспламеняется, имеет высокую степень электро- и теплопроводности. Вместе с тем варить алюминий в домашних условиях – сложное занятие, требующее подготовки. Из этой статьи вы узнаете, как приварить алюминий к алюминию дома и получить в итоге прочное, качественное соединение.

Сварка алюминия на производстве и дома

В промышленности алюминий сваривают при помощи аргона. Мощная струя защитного газа не позволяет металлу окисляться во время сварки и защищает шов от образования пор. Варить алюминий в домашних условиях проблематично: не каждый начинающий сварщик обладает опытом аргоновой сварки. Вы можете столкнуться со следующими проблемами:

• Прожог материала. Собираясь сварить алюминий инвертором, помните, что металл покрыт тугоплавкой оксидной пленкой. Чтобы ее разрушить, понадобится повысить температуру до 1400 -1450 градусов по Цельсию. Довольно сложно при этом будет не прожечь саму алюминиевую деталь, ведь температура ее плавления гораздо ниже – 660 градусов по Цельсию.
• Дефекты сварного шва: поры, кристаллизационные трещины. Их возникновение обусловлено наличием в составе алюминия таких элементов, как кремний и водород. При неправильно подобранной технологии бракованный шов можно будет визуально отличить от качественного, как только металл застынет.
• Растекание металла из сварочной ванны. Так как материал очень текуч, то варить алюминий инвертором нужно при помощи теплоотводящих подкладок.
• Возникновение характерного кратера на шве, который образуется в алюминии по завершению работы. Его ликвидация требует особых навыков.
• Деформация сваренных поверхностей при застывании. Это происходит из-за усадки материала. Наименьшая вероятность видоизменения деталей гарантирована, если сваривать по алюминию лазером.

Подготовка алюминия к сварке

Перед тем как сваривать алюминий, деталь тщательно очищают металлической щеткой от загрязнений, следов лака и старой краски. Затем поверхности обезжиривают растворителем. Чтобы удостовериться в целостности металла, его обрабатывают проникающим раствором.

Оксидную пленку с поверхности стравливают нагретым до 60-70 градусов по Цельсию 5-% раствором щелочи. Как правило, достаточно пары минут, после чего детали омываются горячей и холодной водой. Затем их стоит на 6-7 минут поместить в 20-% раствор азотной кислоты, также нагретый до 60-70 градусов. Смывание происходит сначала холодной, затем горячей водой, после чего деталь сушится. Поверхности следует сварить не позже, чем через 2-3 часа после очистки. Если планируется сварка обычным, плавящимся, электродом по алюминию, то электрод должен быть обработан по выше описанной схеме.

Разделка кромок зависит от того, какими материалами будет проводиться сварка. При использовании покрытых электродов торцы отбортовывают, если они не толще 1,5 мм, и разделывают, если они толще 20 мм. Если будут применяться иные электроды, то разделка кромок необходима при толщине деталей больше 4 мм.

При шовном методе металлические поверхность должны быть плотно пригнаны одна к другой. Кроме того, их толщина не должна превышать 4 мм. Точечный способ предполагает, что толщина деталей будет находиться в диапазоне 0, 04 – 6 мм при максимальном зазоре в 0,3 мм.

При правильно проведенной подготовке и грамотно выбранном режиме алюминий можно варить любым оборудованием: и сварочным инвертором, и трансформатором , и полуавтоматом . Определившись, чем сварить алюминий, примите решение, как именно будет протекать процесс: с использованием защитного газа либо же без него.

Аргоновая сварка алюминия

Сварка алюминия в домашних условиях при помощи аргона может проводиться:

Проведение работ неплавящимся электродом по алюминию наиболее целесообразно, если нужно получить потолочные и вертикальные швы или же заварить трещину. Однако сварку можно производить во всех пространственных положениях. Поскольку аргон имеет большую массу, чем воздух, то при формировании всех швов, кроме горизонтальных, этот газ можно смешать с гелием.

Чтобы рассчитать оптимальную силу тока, нужно количество миллиметров диаметра электрода умножить на 30-45. Примерно такое количество ампер понадобится для формирования прочного соединения. Если детали имеют толщину до 6 мм, то подойдут электроды с толщиной до 4 мм. Если же толщина заготовки превышает 6 мм, то вам необходимы электроды с диаметром 6 мм. При расчете количества аргона учтите, что за 1 минуту непрерывной работы будет истрачено от 6 до 16 литров газа.

При работе вольфрамовым электродом его следует вести за присадочной проволокой. Выбрав максимальную скорость, вы сможете избежать дефектов шва.

• Присадочной проволокой. Полуавтоматическая электросварка необходима, если толщина детали – 3 мм и больше. Чтобы сварить инвертором в среде защитного газа, выберите проволоку толщиной 1,2 – 1,6 мм. Чем больше температура ее плавления будет приближена к температуре плавления детали, тем легче пройдет сварка.

Проволока при работе таким аппаратом подается в автоматическом режиме, движения же горелки нужно осуществлять вручную в направлении справа налево. Горелка должна быть оснащена тефлоновой направляющей и иметь длину не более 3 м. Расстояние от сопла до алюминиевой поверхности — примерно 10-15 мм, отклонение горелки от вертикали – 10-20 градусов. Этого достаточно для хорошего провара, и расход газа происходит вполне экономно.

Как сварить алюминий полуавтоматом, можно ознакомиться здесь .

Сварка без аргона

Многих хозяев интересует, как сварить алюминий без аргона. Для этого необходимы специальные расходники – например, электроды Nobitec 412 или пруток TBW Harasil NC12. Заранее подготовьте большое количество электродов, так как они расходуются в 3 раза быстрее, чем это происходит при сварке стальных изделий.

Желательно предварительно прогреть алюминий до температуры 150-200 градусов по Цельсию. Сварку стоит производить короткой дугой при токе в 70-100 А. Электрод должен располагаться под углом в 90 градусов. После окончания работ окалина отбивается при помощи молотка, сварной шов зачищается щеткой.

Данный способ подойдет для тех, кто не умеет сваривать аргоном либо не имеет оборудования для газовой сварки. При этом прочность соединения будет не хуже, чем при аргоновой сварке. Несмотря на то, что специализированные электроды довольно дорогие, итоговая стоимость соединения выходит меньшей, чем при сварке аргоном.

Полезные советы

• Сварка должна производиться постоянным током на обратной полярности. Можно ли варить алюминий переменным током? Можно, при условии, что будут задействованы осциллятор и балластный реостат.
• Лучше всего алюминий варится при температуре 18 – 22 градуса по Цельсию и влажности в пределах 70%
• Поверхности нельзя зачищать при помощи наждачной бумаги и абразивов.
• Алюминиевые сплавы перед электросваркой стоит укрепить способом нагартовки. В промышленных условиях покрытие алюминия может составлять до 40% от его объема, в бытовых следует формировать гораздо более тонкий слой.
• Чтобы избежать горячих трещин, поверхности перед тем, как заварить, необходимо подогреть.
• Чтобы научиться варить без кратеров, сперва потренируйтесь на ненужных фрагментах металла. Не выключая дугу, необходимо произвести сварку в обратном направлении. Заваривая кратер, сформируйте над ним своеобразный купол, и во время остывания на этом месте не образуется трещина.
• Скорость вылета алюминиевой проволоки при использовании полуавтомата должна быть на 15-20% больше, чем у аналогов, изготовленных из черных металлов.
• Перед тем, как варить алюминий электродом, не забудьте прокалить расходный материал, поскольку он очень гигроскопичен.
• Если при сварке плавящимся электродом произошел обрыв дуги, то следующий шов должен накладываться на предыдущий примерно на 1 см. Перед тем, как продолжить работу, удалите с электрода и кратера шлаковую корку.

Советы по сварке алюминия в домашних условиях – это возможно

Сплавы на основе алюминия применяют широко во многих изделиях. Такая популярность металла обусловлена его прочностью и легкостью. При поломке деталей из алюминия возникает сложность в их ремонте. Здесь не подходит традиционный способ сварки обычными электродами, приемлемый для стали. Чтобы осуществить сварку алюминия в домашних условиях, необходимо знать определенные тонкости технологии этого процесса.

Алюминиевые сплавы – какие виды сварок бывают

Что нужно знать о сплавах алюминия – они имеют разный состав и способны быстро окисляться. Окислы, которые покрывают пленкой поверхность, сложно удалить, а сами они оказываются серьезным препятствием для соединения заготовок. Чтобы процесс сварки шел успешно, необходима определенная среда, препятствующая окислению металла, и флюс, удаляющий пленку. Защитной средой обычно выступает инертный газ аргон.

Еще одной особенностью сплавов алюминия является большой коэффициент расширения металла. При остывании сварной шов подвергается деформации, искажая форму полученного изделия. Поэтому для тонких заготовок нельзя применять слишком толстый шов.

Можно выделить такие основные методы сварки для соединения сплавов из алюминия:

• MMA-метод — применение специальных плавящихся электродов с покрытием под воздействием постоянного тока обратной полярности;
• Метод AC TIG с использованием электродов тугоплавких вольфрамовых, плавящихся от переменного высокочастотного тока в инертном газе;
• MIG-метод сварки полуавтоматическим аппаратом в среде аргона при использовании проволоки из алюминия.

В чем преимущества сварки алюминия дома

Для тех, кто имеет представление о процессе сварки стали, несложно овладеть навыком соединения алюминиевых конструкций подобным способом. Это даст возможность:

• Не тратить лишнего времени на поиск квалифицированных специалистов;
• Отказаться от заказа дорогостоящих услуг мастерских;
• Расширить свои профессиональные способности, предоставляя услуги;
• Быть более независимым, выбирая материал для изготовления изделий.

Какие способы применяют, чтобы сварить алюминий в домашних условиях

Не прибегая к покупке дорогостоящего оборудования в условиях домашней мастерской, можно соединить алюминиевые сплавы. В отличие от стальных деталей, здесь нужна большая сноровка, быстрота действий, так как металл имеет исключительно хорошую теплопроводность, и под воздействием высоких температур легко может потечь, трудно удержать ровный шов. Все это учитывается при выборе способа сварки.

Сварка алюминия электродом в домашних условиях

Способ простой, очень схож с обычной электросваркой на аппарате. Получить в этом случае хороший шов довольно сложно из-за низкой вязкости материала. Монолитность соединения также оставляет желать лучшего. Можно работать с не сильно ответственными участками, элементами. Под силу сварка таким способом для мастеров, имеющих хотя бы небольшой опыт в этом деле.

Сварка при помощи газовой горелки

Достижение температуры плавления металла и способности участков свариваться друг с другом получают здесь за счет горения газа. Скорость сварки алюминия в домашних условиях при этом падает в три раза, что позволяет успешней ее контролировать, получать более четкий шов. В качестве соединительного элемента применяется сварная алюминиевая проволока. Газ надежней защищает области соединения элементов, чем специальная обмазка на электродах для алюминиевых сплавов.

Сварка аргонодуговым способом

Это самый лучший вариант для соединения заготовок из сплавов на основе алюминия. Эффективность его в том, что применяется плавящая дуга, а защита от окислов осуществляется газом аргоном. Сам электрод не подвергается плавлению. Он расплавляет специальную присадочную проволоку, соединяющую прогретые рабочие зоны деталей. Шов получается четким, ровным, без наплывов и потеков.

В домашних условиях использовать такой способ сложно, требуется специальное оборудование.

Инструмент и материал для работы

Метод MMA является наиболее доступным в плане необходимого инструмента для сварки алюминия в домашних условиях. Основой здесь выступает сварочный аппарат. Удобнее использовать устройство инверторного типа, нежели обычный сварной трансформатор, не обладающий возможностью регулировок. Все что нужно это:

• Инверторный аппарат для MMA с шиной заземления, кабелем и держателем;
• Сварные электроды для алюминия и сплавов, покрытые специальной обмазкой;
• Защитная маска сварщика;
• Напильник и металлическая щетка;
• Флюс, растворитель;
• Молоток, пассатижи, болгарка.

Более профессиональное и дорогостоящее оборудование необходимо иметь, чтобы осуществить сварку алюминия своими руками с помощью аргона (метод TIG). Значительным преимуществом метода является то, что здесь нет ограничений по толщине и виду алюминиевых сплавов. Для работы понадобятся:

• Аппарат инверторной конструкции для MMA плюс TIG;
• Система автоматической подачи газа;
• Держатель для вольфрамового электрода, встроенный в горелку;
• Манометры контроля давления и редуктор подачи газа;
• Соединительные шланги;
• Проволока алюминиевая сварная с флюсом и присадками;
• Краги и защитная маска сварщика.

Чтобы осуществить сварку алюминия дома методом MIG, при котором используется плавящаяся проволока, необходимо иметь специальный автомат подачи ее к области соединения элементов. Конструкция горелки здесь должна быть такой, чтобы плавить именно выдвигающуюся проволоку. Также в наличие должны быть:

• Средства фиксации и удержания соединяемых деталей – тиски, струбцины, пассатижи;
• Инструмент зачистки поверхности от окислов – щетка по металлу, напильник;
• Защитная спецодежда из хлопчатобумажной ткани, рукавицы, маска со светоограничивающим стеклом.

Специальные электроды с покрытием

Когда к сварке алюминия в домашних условиях не предъявляют особых требований в плане прочности и надежности сварного шва, целесообразно пользоваться специальными электродами для работ с алюминием. Они имеют покрытие, которое выполняет защитную функцию от окисления и роль флюса. Метод не подходит для соединения деталей, рабочая поверхность которых меньше четырех миллиметров.

Электродами марок ОЗАНА и УАНА можно варить чистый технический алюминий, сплавы. Качественные показатели шва:

• Небольшая прочность;
• Наличие пор и раковин;
• Загрязненность шлаками, которые трудно удалить.

Безопасное проведение сварочных операций

При сварке алюминия в домашних условиях, а также его сплавов воздействию неблагоприятных факторов подвергается в первую очередь мастер, выполняющий работы.

Для предотвращения травм предполагается иметь:

• Спецодежду из ткани огнеупорного качества;
• Индивидуальные средства защиты органов дыхания;
• Защитную маску;
• Приточно-вытяжную вентиляцию;
• Надежное заземление электрооборудования.

Видео: Сварка алюминия штучным электродом

заказать услугу сварщика по низкой цене

Сегодня алюминий является весьма актуальным металлом. На нем построено автомобилестроение, из него изготавливают лодки, самолеты, да и в своей собственной квартире вы найдете множество алюминиевых элементов. Поэтому и сварка алюминия электродом – актуальная тема для обсуждения.

Если на детали появился свищ или трещина, мастера рекомендуют заварить их профессиональным инвертором, использующим аргоновую среду. Если такая возможность у вас отсутствует, можно воспользоваться стандартным оборудованием, но есть свои особенности.

В чем сложность?

Электрическая дуга позволяет сваривать множество металлов, но с алюминием будет непросто, у этого материала есть свои особенности. В первую очередь стоит учитывать, что алюминий способен накапливать влагу. В процессе эксплуатации это незаметно, но как только вы приступите к сварке, сразу увидите. Влага испаряется, и шов получается некачественным. Чтобы избежать неприятностей, предварительно материал нужно прогреть.

Все алюминиевые изделия покрыты незаметной тонкой пленкой из оксидов. Эта особенность положительно сказывается на устойчивости металла к кислотной среде, но на качестве сварки сказывается явно не лучшим образом. Вся сложность состоит в том, что алюминий плавится при температуре около 500 градусов, а его оксиду требуется в 4 раза большая температура. Поэтому перед сваркой нужно тщательно зачистить место, необходимо получить доступ к не окисленному металлу.

Будьте внимательны к маркировке металла. Не все виды пригодны для сварки. Все дело в примесях марганца и силумина. Популярный дюралюминий относится к материалам, которые крайне трудно сварить.

Сварка алюминия электродом шаг за шагом

Чтобы у вас все получилось, следуйте нашей пошаговой инструкции:

1. разделите шов. При толщине в 5 мм нужна разделка кромок. Если толщина листа не менее 7 мм и заделать нужно трещину, рекомендуется сделать разрез болгаркой, чтобы шов был прочнее;
2. прогрейте деталь до 150-160 градусов. Контроль температуры осуществляется посредством специального термометра. Как только материал станет визуально сухим, можно оканчивать прогрев;
3. сразу приступайте к зачистке оксидной пленки на материале. Сделать это можно с помощью простой металлической щетки. Оксид тугоплавкий, но не слишком прочный;
4. установите прихватки, зафиксируйте деталь. Первый шов заполняет зазор. Варить нужно под углом в 90 градусов, новичкам будет неудобно, лучше предварительно потренироваться. Отбейте шлак острым молотком. Проводите послойное сваривание до конца;
5. заполните швами всю толщину детали и немного добавьте сверху.

Использовать для работы можно стандартный инверторный аппарат. На изделие крепится «минус». Рекомендуем применять электрод UTP-48, он оптимален для вашей задачи. Можно обратиться к профессиональному сварщику. Для этого позвоните по указанному номеру телефону и оформите заказ.

Загрузка…

Сварка алюминия электродом в домашних условиях инвертором: можно ли обычным?

Высокая прочность, малый удельный вес и доступная цена сделали алюминий одним из самых популярных металлов. Его используют везде: от авиакосмической отрасли до производства домашней утвари. Ремонт алюминиевых изделий и создание собственных конструкций в мастерской на дому затруднены рядом особенностей металла. Сварка алюминия электродом в домашних условиях инвертором – один из способов преодоления этих сложностей, не требующий дорогостоящего оборудования и высокой квалификации работника.

Особенности работы

Температура плавления металла 660оС. При нагреве атомы вступают в реакцию с кислородом, образуя слой тугоплавкого оксида алюминия с температурой плавления свыше 2200оС. Этот слой препятствует полноценному формированию шва.

Алюминий обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью. На практике это означает, что для прогрева металла заготовки, особенно при большой толщине, придется использовать большие значения рабочего тока.

Металл и его сплавы характеризуются также высокой текучестью, затрудняющей работу в ряде сварочных положений.

Чтобы предотвратить контакт расплава и кислорода воздуха, используют сварку в газовой среде. В рабочую зону подают гелий, аргон или его смеси, вытесняющие воздух и создающие защитное облако. Этот способ требует дорогостоящего оборудования и постоянной подачи газа. Он экономически эффективен при больших объемах работ.

Для ограниченных объемов работы на дому подойдет ручная электродная сварка постоянным током. Для этого производятся электроды с покрытием, оптимизированные для применения с теплопроводящими материалами.

Что нужно знать, чтобы сделать качественный шов?

Чтобы получать прочные и долговечные соединения, необходимо знать и учитывать следующие моменты:

• изделия из алюминиевых сплавов всегда покрыты слоем тугоплавких оксидов,
• перед началом сварки этот слой следует снять с помощью механической зачистки или протравливания,
• оксидный слой быстро восстанавливается на воздухе, поэтому обработку нужно проводить непосредственно перед сваркой,
• цвет алюминиевой заготовки при нагреве практически не меняется, следить за температурой визуально не удастся,
• при нагреве снижается прочность изделия, это может привести к появлению микродефектов в ходе кристаллизации.

Учет этих особенностей позволяет избегнуть типовых ошибок, когда нужно заварить алюминиевые заготовки на дому.

Можно ли инвертором?

Как варить алюминий инвертором и можно ли вообще это сделать? Такая возможность существует. Использование электродов с обмазкой дает возможность работать с использованием обычных инверторов средней мощности бытового класса. Разумеется, такими устройствами можно сваривать только заготовки толщиной 3-4 мм. Для более толстых потребуется мощные полупрофессиональные инверторы.

Специфика

Сам инвертор, применяемый для сварки алюминиевых заготовок, может быть начального уровня, бытового класса. Решающее значение играет подготовка поверхности, подбор сварочных материалов и тщательное соблюдение технологии.

Электроды серий ОЗ обладают отличными эксплуатационными качествами. Но проявляются эти качества только при низкой влажности материала обмазки. Поэтому до применения их обязательно нужно прокалить при температуре 120-140оС в течение 40 минут. После прокаливания электроды нужно хранить в печи или в специальном герметичном футляре.

В ходе работы нужно соблюдать внимательность и осторожность. Высокая текучесть расплава и его тенденция к образованию брызг не позволяет работать в вертикальном и потолочном положениях. И в нижнем сварочном положении рекомендуется использовать подкладные пластины, чтобы предотвратить протечку расплава.

Во избежание температурных деформаций в ходе затвердевания швы нужно стараться по возможности размещать дальше друг от друга.

Каким должен быть аппарат?

Особо специфических условий к аппарату не предъявляется. Он должен поддерживать рабочий ток, достаточный для выбранной толщины заготовки и диаметра электрода. Рабочее напряжение выставляется в районе 22-24 вольт.

Аппарат должен поддерживать режим обратной полярности.

Большой запас по току приводит к росту габаритов, веса и повышенному расходу электроэнергии.

Если планы на сварку алюминия большие и такие работы планируется выполнять постоянно, то лучше сразу приобрести устройство, поддерживающий режим TIG, или сварку неплавким электродом в аргоновой или гелиевой защитной атмосфере. Электрод может быть из вольфрама или графита. Такой полуавтомат позволяет варить и обычными стержневыми плавкими электродами без подачи газа.

Электроды

Наиболее популярными электродами, применяемыми по алюминию для инверторной сварки, являются изделия следующих серий:

1. ОЗА-1. Служит для сварки чисто алюминиевых заготовок. Перед сваркой требуется снять оксидный слой и подогреть поверхность для ее осушения.
2. ОЗА-2. Применяется для наплавных работ кремниево-алюминиевыми сплавами. а также для ремонта брака отливок.
3. ОЗАНА-1. Для чисто алюминиевых деталей толще 10 мм. Прогревать их необходимо до 400оС.
4. ОЗАНА-2. Модификация для сварки алюминиевых сплавов.
5. ОКБ96.20. Для работы по алюминиевым сплавам, легированным Mn, Mg и Si. Применим и по дюралюминию.

Для получения прочного и долговечного соединения необходимо использовать электроды строго по назначению. Для этого следует определить тип алюминиевого сплава, который собираются сваривать.

Техника сварки покрытыми

Сварка деталей из алюминия инвертором проводятся с использованием тока обратной полярности, в нижнем сварочном положении. Это обуславливается высокой текучестью расплава и необходимостью поддерживать высокую скорость движения электрода

Электрод следует подносить перпендикулярно линии шва либо с небольшим наклоном назад. Траектория движения- прямая, без поперечных качаний.

Рабочие режимы для сварки алюминиевых деталей разной толщины.

Содержащиеся в составе обмазки вещества повышают сопротивление материала сварочной ванны прохождению тока, это осложняет повторный розжиг электродуги.

Если дуга погасла, следует снять слой шлака с кратера и с кончика стержня, отступить на 1 см назад. Остаток шва и кратер должны вариться повторно, чтобы не возникла пористость.

По окончании шва его поверхность зачищается от шлаков и промывается водой.

Правила подготовки и проведение

Сваривать ответственные соединения алюминиевых заготовок лучше всего методом аргонодуговой сварки. Метод с использованием инвертора и стержневых плавких электродов позволяет получить качество, достаточное для домашнего ремонта или конструирования. Как сварить заготовки из алюминия в домашних условиях инвертором?

Прочность и долговечность шва во многом определяется качеством и тщательностью подготовительных работ. Они призваны удалить слой оксидов с высокой температурой плавления, покрывающий любую деталь из алюминия или его сплавов при контакте с воздухом.

Для предварительного прогрева заготовок толще 4 мм следует использовать газовую горелку.

Работы выполняются в такой последовательности:

• зачистить область шва и околошовную область с помощью проволочной щетки или угловой шлифмашины,
• для зачистки можно применить и химический способ, обработав поверхность реагентом,
• прокалить электроды, чтобы избавиться от влажности обмазки,
• при необходимости прогреть заготовки,
• рука с горелкой должна двигаться с постоянной скоростью по прямой траектории, без поперечных качаний.

По окончании шва его следует зачистить от слоя шлака, тщательно промыть водой и просушить. Это снижает риск возникновения и распространения коррозии.

Заключение

Сварка алюминия электродом с обмазкой доступный и несложный метод, применимый в домашних условиях. Для этого необходимо использовать инвертор, качественные электроды и соблюдать технологию.

Загрузка…

Электроды для сварки алюминия | ЭЛЕКТРОД СК

Каждый мастер, который занимается сваркой, хорошо знает, насколько сложно иметь дело с алюминием во время рабочего процесса. Сварка алюминия электродом достаточно сложная процедура из-за того, что сам металл сильно подвержен негативному влиянию внешних факторов. Электроды по алюминию хоть и призваны улучшить данную ситуацию, так как содержат в себе различные добавки, облегчающие сваривание и создающие дополнительную защиту, но они не способны справиться со всеми сложностями, которые нужно решать уже предварительной обработкой.

Проводится также сварка проволокой для алюминия, которая пригодна для газовой или аргонодуговой сварки алюминия. Использование электроды является одним из самых сложных, но в то же время самых доступных способов, которые имеют низкую себестоимость. Главной особенностью, которой обладают электроды для сварки алюминия своими руками, является их относительно низкая температура плавления. Благодаря этому они плавятся с большей скоростью. Для создания качественного шва требуется опыт, так как вести наплавку приходится значительно быстрее и тут необходимы навыки.

Область применения данных расходных материалов очень широка, так как металл и его сплавы часто встречаются в промышленности и при создании бытовых изделий. Ведь при высоких свойствах крепости он обладает легкостью. Применяя электроды для сварки алюминия инвертором в домашних условиях можно столкнуться с рядом проблем. Но все же, при выборе качественных наплавочных материалов и должной подготовке, это осуществимо. Стоит отметить, что ни одно защитное покрытие или газ не сможет справиться с оксидной пленкой. Во время наплавки дугу следует держать как можно ниже к основному металлу, что даст более качественный шов.

Некоторые модели электродов содержат дополнительные добавки, которые делают их более уместными в том или ином случае. Во многом они касаются работы со сплавами, так как состав стержня алюминиевого электрода должен быть максимально схожим с тем, что им придется сваривать. Таким образом, можно условно разделить электроды для технически чистого металла и для его сплавов. Практически все марки требуют предварительный подогрев перед использованием, не говоря уже о просушке и прокалке, так как резкий перепад температуры приведет к большой степени разбрызгивания. Используются все эти разновидности только при постоянном токе обратной полярности, так как при переменном роде тока качество соединения резка падает.

Физико-химический состав

Состав электродов по алюминию для дуговой сварки сильно отличается в различных марках. В основу их все равно входит чистый алюминий, масса которого является подавляющей, но главные свойства определяются различными добавками, которые могут служить для сварки сплавов и так далее. К примеру, марка ОЗА 1 предназначается для работы с чистым металлом и она практически на 99% состоит из него. Остальной 1% это добавки, куда входит 0,5% кремния, 0,25% титана, 0,2% железа и прочие примеси. Если же материалы предназначены для сварки алюминиево-кремниевых сплавов, то в них может содержаться около 12% кремния, а все остальное алюминий.

Технические характеристики

Механические свойства сварочных электродов по алюминию являются одним из главных параметров, по которому подбирают материалы для той или иной процедуры. Крепость полученного шва, пластичность наплавленного металла и прочие важные параметры становятся определяющими. Во многом они зависят от состава, но в целом, в марках преобладает алюминий, так что основные свойства они получают из этого металла. На примере ОЗА 1 можно рассмотреть основные характеристики, которые присутствуют в таких наплавочных материалах.

Температура испытаний	Временное сопротивление разрыву, Н/мм2	Угол загиба
+ 20 °С	63	160°

 

Производительность наплавки (для д. 4 мм), г/мин	Расход электродов на 1 кг наплавленного металла, кг
11,70	2,00

Марки электродов для сварки алюминия

ОЗА-1 —  применяется при сваривании металла в чистом виде. В таких электродах наблюдается минимальный процент примеси. При сварке может потребоваться дополнительное использование алюминиевых флюсов.

ОЗА 2 – эти сварочные материалы больше подходят для сваривания сплавов алюминия и кремния. Ни применяются для наплавки металла, заваривания брака в литейном производстве и прочих отраслях, где встречается данный сплав. Здесь также требуется дополнительное использование флюса.

ОК96.10 – покрытие здесь представлено щелочно-солевым типом. Это лучше всего подходит для технического металла, в котором нет примесей. Они чувствительны к понижению силы тока, так как при низких параметрах будет слишком частое залипание материалов. Скорость плавления здесь, примерно, около трех раз выше, чем у других металлов.

ОК96.20 – тут также присутствует щелочно-солевое покрытие, благодаря чему повышается качество соединения металлопроката. Эти электроды предназначены для сварки сплавов с магнием и марганцем. Сам стержень имеет добавки марганца в составе. Благодаря высокой гигроскопичности покрытия эти материалы нужно подогревать при температуре в 220 градусов Цельсия.

Обозначение и маркировка

Электрода ОЗА 1 расшифруются как наплавочные материалы с основным покрытием, предназначены для сварки технического алюминия и содержащие 1% примесей.

Выбор

Электроды для сварки дюралюминия и других сплавов подбираются под основной металл. Желательно, чтобы содержание дополнительных элементов в обоих случаях было одинаковым. Допускается присутствие небольшого количества элементов, улучшающих свойства сваривания, примерно в сотых долях процента. Зачастую в марках указано, к каким именно сортам металла и сплава они предназначаются, так что выбор не будет сложным даже для новичков. Далее следует обратить внимание на толщину электрода, так как она не должна быть слишком большой. Из-за низкой температуры плавления всегда остается риск пропалить основной металл. Расхождение между толщиной должно составлять максимум 1 мм.

«Важно!Не стоит использовать электроды, которые просушивались и более двух раз, так как это может ухудшить качество сваривания.»

Основные режимы и нюансы применения

В данном деле технология проведения процесса и подготовка оказывается не менее важной, чем выбор нужной марки. Поэтому, нужно знать особенности, как варить алюминий электродом. Прежде всего требуется заняться подготовительным этапом. Здесь наблюдается очень большая чувствительность к чистоте поверхности. Причем это касается не только физических, но и химических параметров. Перед самой сваркой нужно зачистить поверхность щеткой, а также обработать ее растворителем, чтобы снять оксидную пленку. Иным способом ее убрать не получится, так как температура ее плавления в три с половиной раза выше, чем температура плавления алюминия.

Когда все подготовлено, то можно приступать к свариванию. Главной особенностью, которую стоит учесть, является скорость плавления электрода. Она в несколько раз выше, чем при сварке стали. Тут нужно только нарабатывать опыт. Если сварщик в первый раз встречается с данным процессом, то не стоит сразу браться за тонкие листы металла, а лучше попрактиковаться на более толстых разновидностях, где меньше риск пропалить основной металл.

Толщина основного металла, мм	Величина сварочного тока, А	Скорость проведения сварки, м/час
0,6	70	73
1,3	125	153
1,6	130	73
2,3	235	73
3	315	73

Производители

Данный тип наплавочных материалов производят многие компании, но все они придерживаются заданных стандартов, в особенности, когда речь идет об одной марке:

• Kobatek;
• UTP;
• ESAB;
• Castolin;
• Lincoln Electric.

Источник: svarkaipayka.ru

Aufhauser — Сплавы для технического обслуживания

AL-43 Прутки для сварки алюминиевыми электродами с покрытием (E4043)		Этот электрод общего назначения обладает превосходной текучестью. Он обеспечивает плотную, тихую дугу с образованием отложений без брызг и легкое удаление шлака. Хорошо сочетается по цвету с коммерческим алюминием.Благодаря экструдированному покрытию АЛ-43 представляет собой самый гладкий алюминиевый электрод, доступный на рынке. Прочность на разрыв до 28 000 фунтов на квадратный дюйм.
Канавки Нарезка Пирсинг Строжка		Нет Требуется подача кислорода или воздуха Используйте с A.C. или D.C. заводится без дополнительных приспособлений. Отлично подходит для актеров чугун, цветные металлы, литые и нержавеющие стали. Оставляет чистую поверхность без накипи. подготовка. Без скопления углерода.
Алюминиевый сердечник из флюса Электрод для литого и кованого алюминия		An универсальный электрод общего назначения, алюминий Flux-Core устойчив к коррозии и обеспечивает идеальное соответствие цвета (темнее при анодировании).Это современный универсальный алюминиевый сплав для горелки для литого листа или кованого алюминия с флюсом в основной.
773 Нейзильбер (РБКуЗн-Д)		Б / у для пайки карбидов вольфрама, медных сплавов, никеля сплавы, нержавеющая сталь и углеродистая сталь.Хороший цвет сочетается с нержавеющей сталью и является недорогой альтернативой к серебряным припоям.
SuperBlue		А универсальные, универсальные электродные сварочные стержни, подходящие для сварки деформируемых и литых сплавов, таких как высокоуглеродистые, инструментальная сталь, нержавеющая сталь, пружинная сталь, марганец стали и разнородных сталей.Этот сплав имеет отличные сопротивление удару и трению с высокой термостойкостью и умеренная абразивная стойкость.
NickelRod # 99 (ENiCl) Для чугуна		с этот экструдированный электродный сварочный пруток, наплавка состоит преимущественно из никеля, поэтому сварные швы жесткие, пока обрабатывается.Отлично подходит для соединения, заполнения и наращивание всех специальных чугунов. Превышать спецификации для AWS ENiCI.
никель стержень № 55 (ENiFeCl) Для чугуна		наплавленный шов содержит меньше никеля, чем # 99, и больше легко обрабатывается.Дуга стабильная, форма валика — отлично, а отложения гладкие и однородные. В узкая зона плавления сварного шва уменьшает твердые участки HAZ до минимума. Превосходит спецификации AWS ENiFeCI.
Aufhauser RCI Для чугуна		Подходит для сварки чугуна полным плавлением, обеспечивая высокопрочный металл сварного шва, который легко поддается механической обработке.Он дает отличное цветовое соответствие и имеет такой же структура как серый чугун. Используйте чугун Flux .

Как некоторые металлы могут испортить еду и когда даже нереактивная сковорода может представлять опасность

По:

Мясная голова

Остерегайтесь реактивных кастрюль и бойтесь ячейки лазаньи.

Реактивные кастрюли и сковороды из алюминия, чугуна, кованой стали, латуни или меди могут вступать в реакцию с некоторыми химическими веществами в пищевых продуктах, особенно с кислотами и солями в соусах, рассоле и маринадах, и они могут подвергаться химической реакции и создают неприятный запах и в редких случаях являются токсичными.

Нереактивные контейнеры из нержавеющей стали, стекла, фарфора и эмали не изменятся под воздействием пищевых продуктов. Пластик тоже не реагирует, но он также может впитывать ароматизаторы и оставлять пятна от соусов.

Пожалуй, наиболее ярким примером является ячейка лазаньи. Любители лазаньи часто приходят в ужас, когда открывают холодильник или духовку и обнаруживают дырки в фольге на сковороде и черные пятна на обеде.

Они не одиноки. Повара, которые помещают мясо в маринад в стальную сковороду и накрывают его алюминиевой фольгой на ночь, могут проснуться на следующее утро с ужасом, увидев дыры в фольге, и взывают о помощи в разделе комментариев.

Иногда повара-барбекю, которые используют «техасский костыль», технику заворачивания мяса в алюминиевую фольгу для борьбы с явлением, известным как «стойло» (когда испарение мяса охлаждает его поверхность и мешает приготовлению), шокированы. находят дыры в фольге и утечки сока, когда используют стальную сковороду и фольгу в качестве костыля.

Произошла электрохимическая реакция, называемая гальваническая коррозия, реакция разнородных металлов .

Для лучшего понимания процесса я спросил AmazingRibs.советник по науке, профессор Грег Блондер. Он объяснил, что повар, по сути, создал небольшую батарею, элемент, и электрический ток, протекающий через него, вытравил один из электродов батареи. Хм?

«Все батареи состоят из двух электродов, анода и катода , разделенных проводящим материалом, называемым электролитом. Электролит переносит электроны от одного электрода в одном направлении, а отходы уносятся с другого электрода в другом направлении.Автомобильный аккумулятор имеет отрицательно заряженный свинцовый электрод (катод) с одной стороны, положительно заряженный оксид свинца является вторым электродом (анодом), а серная кислота — электролитом ».

Так как же кастрюля с лазаньей превращается в батарею? «Кислота, такая как уксус или томатный соус, и электрически заряженные атомы, такие как соль, образуют электролит. Алюминиевая фольга представляет собой один электрод, а поддон, часто из стали или другого сплава алюминия, является вторым электродом. Из-за этого алюминиевая фольга рассыпается и растворяется, и вам не следует глотать подливку, наполненную ионами металлов ».

Blonder говорит: «Ячейка коррозии возможна на двух разных марках фольги, между алюминиевой фольгой и стальным противнем для выпечки, и даже внутри пакета из алюминиевой фольги, если кислотность или температура варьируются по его длине. Любая разница в химической активности приводит к возникновению электрического тока, а затем к коррозии ».

То же самое может произойти в кастрюле с маринадом или рассолом. Это может случиться в холодильнике, но реакция происходит быстрее при температуре духовки. Blonder говорит: «Я всегда готовлю лазанью на сковороде из пирекса и храню в холодильнике, накрытым сначала сараном, а сверху фольгой.В противном случае фольга будет без косточек везде, где она будет касаться томатного соуса. Вы не всегда можете заметить маленькие дырочки, если не поднесете фольгу к свету ».

И он предупреждает повара-барбекю: «Вы также можете сформировать батарею между обернутым алюминиевой фольгой куском мяса, каплями и кабелем термометра из нержавеющей стали. Странно, но факт ». Можно ли повредить зонд термометра, прикоснувшись к фольге? «Очень маловероятно», — говорит он. Нержавеющая сталь покрыта инертным слоем оксида хрома, который защищает ее от ржавчины и повреждений.Ни пятен, ни боли ». Щелкните здесь, чтобы узнать больше о нержавеющей стали.

А как насчет фольги, соприкасающейся с решеткой гриля? «Как правило, решетки в горячем состоянии довольно сухие и не образуют ячеек коррозии, даже если из фольги протекает сок», — говорит он. Самое безопасное решение для курения — это костыль в слегка закрытом пластиковом пакете для духовки Рейнольдса, мясной или пергаментной бумаге, а затем фольге. Блондин предупреждает: «Никогда не готовьте в саранской пленке. Он не предназначен для длительного использования при температурах кипения ».

Другой вариант — приготовление пищи на изолированной решетке, такой как тефлоновые коврики в виде лягушек или решетки с эмалированным покрытием.

Это случилось при мариновании мяса на ночь. Снимаю фольгу и везде, где мясо соприкасается с фольгой, в фольге есть дырка, а на мясе серебряная жидкость. Я в тупике.

Мэтт

Статьи по теме

Опубликовано: 29.08.2012 Последнее изменение: 10.03.2021

• Meathead — Основатель и издатель AmazingRibs.com, Meathead известен как евангелист гедонизма и шепот BBQ.Он также является автором бестселлера New York Times «Meathead, The Science of Great Bar барбекю and Grilling», названного компанией Southern Living одной из «100 лучших кулинарных книг всех времен».

---

E4043, 1/8 дюйма x 1/2 фунта, алюминиевый электрод

E4043 Алюминий постоянного тока Специальные сварочные электроды «AluminArc» представляют собой высокопрочный сплав для дуговой и факельной сварки низколегированного алюминия. Отлично подходит для литого, кованого и экструдированного алюминия во всех положениях. Также может использоваться как припой для горелки.Типичные области применения включают кузовы грузовиков, погрузочные эстакады и доки, перила, лестницы, алмазную пластину, ирригационные трубопроводы, блоки двигателей, корпуса трансмиссии и железнодорожные крестовины.

Характеристики продукта:

• Рекомендуемая полярность: обратный постоянный ток
• Диаметр: 3,175 мм (1/8 дюйма)
• Вес: 0,22 кг (1/2 фунта)
• Электрод алюминиевый для сварки алюминия и алюминиевых сплавов
• Работает при низких температурах со стабильной дугой
• Минимальное разбрызгивание и дымление
• Может использоваться как припой для горелки
• Применяется в кузовах грузовиков, погрузочных рампах, доках, алмазных плитах, ирригационных трубопроводах, блоках двигателей, корпусе трансмиссии и т. Д.

Характеристики продукта:

ВЫСОКАЯ ПРОЧНОСТЬ:

• Эти сварочные стержни представляют собой сплав наивысшей прочности для дуговой и факельной сварки низколегированного алюминия.

ВСЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

• Используйте эти стержни для литого, кованого и экструдированного алюминия во всех положениях. их также можно использовать в качестве припоя для горелок.

ЛЕГКАЯ ЧИСТКА:

• При использовании этих удилищ вы получите минимальное количество брызг и дыма, что упрощает очистку.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: РАК И РЕПРОДУКТИВНЫЙ ВРЕД — www.P65Warnings.ca.gov Известно, что этот продукт содержит следующие химические вещества: никель

, диоксид кремния, диоксид титана

Этот продукт может подвергнуть вас воздействию химикатов, которые, как известно в штате Калифорния, вызывают рак и / или врожденные дефекты или другие нарушения репродуктивной функции. Щелкните здесь для получения дополнительной информации: https: // www.forneyind.com/california-proposition-65

Категория продукта: Сварка> Stick

Как сварить алюминий с помощью сварочного аппарата

Соединение материалов — это искусство, которое очень важно для строительной и производственной промышленности. Сварка соединяет металлы или термопласты путем их размягчения за счет нагрева и последующего приложения давления, чтобы они прилипали.

Несмотря на то, что существует множество способов сварки, каждый из них хорошо подходит для определенных типов металлов.

Среди известных типов — техника сварки штучной сваркой. Этот метод является частью дуговой сварки и используется довольно давно.

ЧТО ТАКОЕ СТАЛЬНАЯ СВАРКА?

Сварка палкой — это метод соединения металлов с помощью электрода и электрического тока. Этот метод также называется дуговой сваркой в ​​защитном металлическом корпусе (SMAW). Это универсальный метод, так как его можно использовать для соединения различных типов металлов. И, в отличие от других методов, этот метод прост в освоении.

Обычно электрод состоит из твердого металлического стержня или стержня, покрытого составами и металлическими порошками.Чтобы составы прилипали к поверхности, они превращаются в связующее.

Создавая электрическую дугу между электродом и металлом, сварщик может использовать как постоянный, так и переменный ток. Электрод проводит электрический ток к дуге и обеспечивает сварной металл для соединения.

Сварка палкой широко применяется в ремонтно-эксплуатационной и строительной отраслях. Отрасли. Лучше всего подходит для сварки стали и чугуна. Однако он хорошо работает и с алюминием.

ОБЗОР ПРОЦЕССА СВАРОЧНОЙ СВАРКИ

При сварке палкой используется электрод с покрытием из флюса для создания сварного шва. Электричество проходит через коатедэлектрод, образуя дуги в точках контакта с основным металлом.

Когда начинается плавление электродов, флюсовое покрытие вокруг них создает облако газов. Этот газ защищает расплавленный металл и предотвращает его окисление. По этой причине она называется дуговой сваркой в ​​среде защитного металла.

Облако газа оседает на ванне с расплавленным металлом, когда она остывает.Этот газ превращается в шлак, который необходимо удалить после завершения сварки.

АЛЮМИНИЕВАЯ СВАРОЧНАЯ СВАРОЧКА

Алюминиевая сварка палкой может сбивать с толку. Чаще некоторые источники говорят, что вам нужен сварочный аппарат TIG на переменном токе или сварочный аппарат MIG с катушкой и защитным газом аргоном для сварки алюминия. Это не совсем правда.

Вот в чем дело:

TIG на переменном токе с использованием аргона — самый медленный, самый чистый и контролируемый способ сварки тонких листов алюминия. С другой стороны, TIG на постоянном токе с гелием может сваривать алюминий, но его горячая дуга и глубокий провар хорошо подходят для более толстых сварных швов.

MIG, то есть постоянный ток, намного быстрее, чем TIG, но для плавления основного металла требуется присадочный металл. Это усложняет процесс.

Для прямых кабелей MIG не нужен пистолет для катушки или пушпульный пистолет.

КАК СВАРИТЬ АЛЮМИНИЙ СТИКОВОЙ СВАРКОЙ?

Металлы из алюминия широко используются в сварочной и технологической промышленности. Этот металл играет огромную роль в автомобильной промышленности. Благодаря передовым технологиям из алюминия можно сваривать сложные, привлекательные конструкции.

Во-первых, давайте посмотрим на свойства алюминия. Знание этих свойств позволит получить наилучшие сварные швы.

СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ

Алюминий — мягкий и легкий металл, который легко лить или сваривать. Фактически, вы можете соединить алюминий с другим металлом, так как его легче сваривать.

Обратите внимание на то, что алюминий устойчив к коррозии, имеет отличную электрическую и теплопроводность. К тому же температура плавления немного ниже — 660 градусов по Цельсию, а теплопроводность высокая.

ПРОЦЕСС ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПЛАСТИНЫ

Использование сварочных стержней при сварке алюминия является одним из наиболее часто используемых методов. Метод эффективен и быстрее.

Сварка палкой — распространенный метод, который широко используется при ремонте резервуаров и труб. Основы сварки стержнем:

• Сварка стержнем соединяет два куска металла с помощью электрической дуги. Это вызывает сильный жар, плавящий металлические части.
• Если в процессе плавления используется электрод с покрытием, металл смешается с наполнителем, чтобы соединить два металла в единый металл.В этом случае подойдет электрод с алюминиевым покрытием. К тому же этот процесс быстрый: металл недолго соприкасается с дугой.
• Для постоянного тока с обратной полярностью предпочтительно использовать электрод с сильным флюсовым покрытием. Покрытие из флюса действует как газовая защита для дуги и расплавленного алюминия, предотвращая окисление.
• Настройки тока и полярности электрода зависят от типа электрода.
• Помните, что в этом процессе сварки управлять дугой довольно сложно.Кроме того, эти сварные швы могут иметь пористость из-за коррозии, вызванной захватом гриппа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сварка алюминия возможна благодаря использованию инертных газов, таких как аргон. Важность инертного газа заключается в защите расплавленного алюминия в процессе сварки. В результате получаются высококачественные и стабильные сварные швы за короткое время.

Несмотря на то, что существует множество методов сварки алюминия, для достижения наилучших результатов необходимо иметь последовательную систему: отсутствие дефектов и проблем с прожогом.Сварочный стержень для алюминия

— купить стержень для сварки алюминия

с бесплатной доставкой на AliExpress

Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для приобретения алюминиевого сварочного прутка. К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально есть тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене.Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот лучший алюминиевый сварочный стержень вскоре станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели алюминиевый сварочный стержень на AliExpress. С самыми низкими ценами в Интернете, дешевыми тарифами на доставку и возможностью получения на месте вы можете сэкономить еще больше.

Если вы все еще не уверены в правильности выбора алюминиевого сварочного стержня и думаете о том, чтобы выбрать аналогичный продукт, AliExpress — отличное место, чтобы сравнить цены и продавцов.Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь. И, если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе.Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца. Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

И, если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет. Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести алюминиевый сварочный стержень по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы. На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с вашим системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Электрохимический элемент Al / CO2 с добавлением кислорода: система для улавливания / преобразования CO2 и выработки электроэнергии

Аннотация

Экономичные и эффективные технологии улавливания, утилизации и связывания углерода являются необходимым условием успешной реализации глобальных планов действий по сокращению выбросов. выбросы углерода и смягчение последствий изменения климата.Эти технологии также необходимы для долгосрочного использования ископаемого топлива при одновременном сокращении связанного с ним углеродного следа. Мы демонстрируем электрохимическую ячейку Al / CO ₂ с участием O ₂ как новый подход к секвестру выбросов CO ₂ и, в то же время, для выработки значительного количества электроэнергии. Мы сообщаем об основополагающих принципах, которыми управляют эти ячейки, с использованием нескольких интрузивных электрохимических и физических аналитических методов, включая хронопотенциометрию, циклическую вольтамперометрию, прямой анализ в масс-спектрометрии в реальном времени, энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию, рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию, и комбинированный термогравиметрический анализ с инфракрасной спектроскопией с преобразованием Фурье.Исходя из этого, мы демонстрируем, что электрохимическая ячейка, в которой в качестве анода используется металлический алюминий, а в качестве активного материала катода используется смесь углекислого газа и кислорода, обеспечивает путь к электрохимическому генерированию ценных (C ₂ ) частиц и электрической энергии. . В частности, мы показываем, что ячейка сначала восстанавливает O ₂ на катоде с образованием супероксидных промежуточных продуктов. Химическая реакция супероксида с CO ₂ изолирует CO ₂ в форме оксалата алюминия, Al ₂ (C ₂ O ₄ ) ₃ , в качестве доминирующего продукта.На основе анализа общего следа CO ₂ , который учитывает выбросы, связанные с производством алюминиевого анода, и CO ₂ , захваченный / уменьшенный электрохимической ячейкой Al / CO ₂ -O ₂ , мы делаем вывод, что предлагаемый процесс предлагает важную стратегию чистого сокращения выбросов CO ₂ .

Ключевые слова

• Улавливание углекислого газа
• электрохимический элемент
• алюминий
• преобразование углекислого газа
• выработка энергии
• оценка жизненного цикла

ВВЕДЕНИЕ

Уравновешивание растущего мирового спроса на энергию с необходимостью экономичного сокращения выбросов диоксида углерода одна из самых важных проблем нашего времени ( 1 ).Большинство прогнозов мировой энергетики показывают, что ископаемое топливо будет продолжать играть важную роль в удовлетворении мирового спроса на энергию в обозримом будущем, особенно в секторах транспорта и производства электроэнергии ( 2 , 3 ). Чтобы извлечь выгоду из исключительной высокой плотности энергии ископаемого топлива, необходимо внедрение технологий улавливания, использования и связывания углерода (CCUS) для сокращения глобальных выбросов CO ₂ ( 4 ). Широкомасштабное внедрение классических технологий CCUS (например, абсорбция, адсорбция и мембранное разделение) в настоящее время ограничено дополнительными потребностями в энергии, связанными с улавливанием CO ₂ , что приводит к более высокой стоимости энергии и трудностям при транспортировке и изоляции захваченного CO ₂ ( 5 ).Недавно улавливание CO ₂ было продемонстрировано для мобильных источников с использованием энергии отходов двигателей внутреннего сгорания ( 6 ). Преобразование CO ₂ в полезные химические вещества и топливо считается необходимым условием коммерческого успеха любого процесса CCUS, но оказалось очень трудным из-за термодинамической и кинетической стабильности CO ₂ . Из известных катализаторов, способствующих химическому образованию связей C – C из CO ₂ , AlCl ₃ считается эффективным катализатором Фриделя-Крафтса.Олах и др. . ( 7 ) сообщил о карбоксилировании бензола CO ₂ , AlCl ₃ и металлическим Al и продемонстрировал с помощью теории функционала плотности активацию AlCl ₃ CO ₂ , образующую AlCl ₃ -CO ₂ комплексов, которые реагируют с бензолом с образованием его карбоксилата. Аналогичный путь реакции был предложен для карбоксилирования толуола с CO ₂ и AlCl ₃ ( 8 ). Превращение CO ₂ в оксалаты (сырье для получения полезных химикатов, поддерживающих различные рынки / отрасли) было продемонстрировано электрокаталитически с использованием комплекса меди Ангамуту и др. .( 9 ).

Электрохимическая ячейка металл / CO ₂ была предложена в качестве нового подхода к улавливанию CO ₂ из смешанных газовых потоков CO ₂ / O ₂ , особенно с использованием металлического Li ( 10 — 12 ), Na ( 13 , 14 ) и Mg ( 13 ) анодов с высокой плотностью энергии, генерируя при этом электрическую энергию. Важный результат этих исследований заключается в том, что присутствие O ₂ важно для химического восстановления и, таким образом, улавливания CO ₂ .Эти системы электрохимического улавливания металла / O ₂ -CO ₂ могут работать либо во вторичной (перезаряжаемой), либо в первичной (неперезаряжаемой) конфигурациях. Во вторичном элементе восстановленные частицы CO ₂ реагируют с ионами окисленного металла с образованием карбоната или бикарбоната металла и электричества во время разряда элемента. В идеале перезарядка элемента должна обратить реакцию вспять, потребляя электроэнергию для высвобождения захваченного CO ₂ и O ₂ и регенерации металлического анода.Таким образом, внедрение этих вторичных электрохимических систем в процесс CCUS будет способствовать разделению и концентрации CO ₂ , как показано на рис. 1A. Другой интересной конфигурацией является первичный электрохимический элемент, в котором металлический анод расходуется для производства электроэнергии и продуктов разряда, которые можно собирать (из электрода, электролита и других компонентов элемента) и регенерировать для концентрирования CO ₂ или превращаются в ценные химические вещества, если выбросы образуют продукты C _n ( n ≥ 2) (рис.1Б).

Рис. 1 Архитектура электрохимических ячеек металл / CO ₂ в качестве систем захвата.

( A ) Вторичный металл / CO ₂ электрохимический элемент, в котором CO ₂ концентрируется путем перезарядки. ( B ) Первичный металл / CO ₂ электрохимическая ячейка, в которой улавливаемый CO ₂ концентрируется или превращается в ценные продукты C _n ( n ≥ 2).

Алюминий является привлекательным анодным материалом для электрохимического улавливания и преобразования CO ₂ из-за его относительно низкой стоимости и более низкой реакционной способности по сравнению с Li и Na, что делает электрохимические системы с алюминием более безопасными и потенциально более простыми в производстве.Являясь третьим по содержанию элементом в земной коре ( 15 ), Al также доступен в регионах по всему миру. Материал имеет высокую удельную энергию [электрохимический эквивалент 2980 А · час / кг ( 16 )], что означает, что его электрохимическое преобразование в CO ₂ также может быть использовано для выработки большого количества электроэнергии.

В Al-электрохимических системах ионные жидкости при комнатной температуре представляют собой привлекательную альтернативу щелочным и солевым (водным и неводным) электролитам, которые связаны с проблемами паразитной коррозии и выделения водорода ( 17 — 20 ).Ионная жидкость / солевой расплав хлорида 1-этил-3-метилимидазолия ([EMIm] Cl) / хлорида алюминия (AlCl ₃ ) особенно важен из-за его термических и электрохимических свойств ( 21 ). Электрохимически преобладающие частицы можно определить, регулируя соотношение AlCl ₃ к [EMIm] Cl ( 22 , 23 ). Эквимолярная смесь будет иметь AlCl ₄ ^— в качестве первичного аниона. Основные расплавы, в которых молярное соотношение [EMIm] Cl выше, чем у AlCl ₃ , содержат анионы Cl ^— и AlCl ₄ ^— .Кислые расплавы с более высоким отношением AlCl ₃ -к [EMIm] Cl имеют AlCl ₄ ^— и Al ₂ Cl ₇ ^— в качестве преобладающих ионов и демонстрируют более высокую проводимость ( 24 ) и более низкой вязкости ( 25 ). Алюминиевые батареи на основе этих электролитов в последнее время привлекают большое внимание. В ионно-алюминиевых батареях использовался кислый [EMIm] Cl / AlCl ₃ расплав в сочетании с серой ( 26 ), V ₂ O ₅ ( 27 , 28 ), LiFePO ₄ ( 29 ) и углеродные ( 30 ) катоды.Лин и др. . ( 30 ), например, продемонстрировал сверхбыструю перезаряжаемую ионно-алюминиевую батарею, основанную на интеркаляции / деинтеркаляции AlCl ₄ ^— в графитовых углеродных электродах. Хотя емкость батареи была ограничена примерно 60 мА · час / г _Graphite , колумбическая эффективность поддерживалась на уровне 97% при высокой приложенной плотности тока.

Здесь мы сообщаем об электрохимической ячейке Al / CO ₂ -O ₂ на основе расплава электролита [EMIm] Cl / AlCl ₃ и показываем, что эта конструкция ячейки эффективна как для улавливания CO ₂ , так и для повышающее преобразование захваченного CO ₂ в разновидность C ₂ , оксалат, без необходимости использования катализатора или работы высокотемпературного электролизера.Al / O ₂ электрохимические ячейки на основе кислого [EMIm] Cl / AlCl ₃ расплава, как сообщается, производят приблизительно 158 мА · час / г _{Углерод} электрической энергии во время разряда ячейки при напряжении около 0,7 В под током плотность 0,2 мА / г _{Углерод} ( 24 ). Совсем недавно Гельман и др. . ( 31 ) продемонстрировали батарею Al / O ₂ на основе олигофторгидрогенатного электролита 1-этил-3-метилимидазолия [EMIm (HF) _2,3 F], обеспечивающего значительно более высокую разрядную емкость (7450 ​​мА · час / g _Carbon ) примерно на 1.0 В при плотности тока около 79 мА / г _Carbon . Здесь мы показываем, что помимо обеспечения процесса улавливания и преобразования CO ₂ , элемент Al / CO ₂ -O ₂ на основе [EMIm] Cl / AlCl ₃ может обеспечивать очень высокую разрядную емкость. (до 13 000 мА · час / г _Carbon ) при напряжении разряда около 1,4 В при разряде с фиксированной скоростью 70 мА / г _Carbon .

РЕЗУЛЬТАТЫ

Использование алюминия в качестве анода в электрохимической ячейке позволило производить электрическую энергию, когда ячейка гальваностатически разряжается в атмосфере определенных газов, которые могут диффундировать в электролите через пористый электропроводящий катод.При постоянном токе окисление алюминиевого анода и восстановление диффузных газов на катоде создают потенциальное плато, указывающее на происходящую электрохимическую реакцию. Посмертный анализ разряженных клеток был проведен с использованием различных методик для идентификации продуктов реакции и показал совпадение результатов. Прямой анализ в масс-спектрометрии в реальном времени (DART-MS) был использован для идентификации основных продуктов реакции из ионизированных фрагментов. Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDXS) и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия с широким сканированием (XPS) были использованы для сравнения атомных соотношений алюминия, кислорода и углерода, а XPS высокого разрешения использовался для идентификации связей, образованных эти атомы.Комбинированный термогравиметрический анализ (ТГА) -фурье-инфракрасная спектроскопия (FTIR) использовался для сравнения разряженных катодов с ожидаемыми спектрами для первичного продукта реакции, выведенными из анализа EDXS и XPS.

Электрохимические методы

Профили напряжения от гальваностатического разряда алюминиевых электрохимических ячеек, работающих под Ar, O ₂ , CO ₂ и смесях CO ₂ / O ₂ , показаны на рис. Элемент из алюминия под чистым O ₂ (обозначен как 100% O ₂ ) вырабатывал значительную электрическую энергию (около 890 мА · час / г _{углерода} ) при примерно 1.4 В. Емкость увеличилась примерно в 15 раз, когда CO ₂ был введен в молярном соотношении 80:20 по сравнению с O ₂ (обозначено 80% CO ₂ ). Разрядка Al в атмосфере чистого CO ₂ или Ar не давала / вырабатывала незначительную электрическую энергию, с единственным заметным плато разрядного напряжения при более низком потенциале около 0,3 В. Циклическая вольтамперометрия (CV) (рис. 2, вставка) выявила соответствующий пик восстановления около 1,5 В для систем Al / 100% O ₂ и Al / 80% CO ₂ , что соответствует потенциалу разряда.Однако соответствующий пик окисления не был обнаружен на пике восстановления 1,5 В. Пики окислительно-восстановительной пары от 0,45 до 0,55 В соответствуют более низкому потенциалу разряда (0,3 В), который был замечен независимо от газовой среды и, вероятно, возникает из-за интеркаляции. / процессы деинтеркаляции, аналогичные описанным Lin et al. ( 30 ).

Рис. 2 Электрохимические характеристики алюминиевой ячейки в различных газовых условиях.

Гальваностатический разряд Al под Ar, 100% CO ₂ , 100% O ₂ и 80% CO ₂ с использованием [EMIm] Cl / AlCl ₃ с соотношением электролитов 1: 2 и плотностью тока 70 мА / г _{Углерод} .Врезка: CV для трехэлектродной ячейки при 100% O ₂ и 80% CO ₂ со скоростью развертки 0,1 мВ / с.

Прямой анализ в масс-спектрометрии в реальном времени

Были идентифицированы основные фрагменты / ионизированные частицы в режиме отрицательных и положительных ионов, обнаруженные в чистых катодах и катодах, разряженных при 100% O ₂ и 80% CO ₂ (таблица S1) . Как и ожидалось, учитывая их обилие, самые сильные сигналы были получены при фрагментации / ионизации ионной жидкости и соли.В таблице S2 перечислены виды отрицательных и положительных ионов, обнаруженные DART-MS, и их соответствующие теоретические сигнатуры. Cl ₂ ^— и HCl ₂ ^— давали самые сильные сигналы. Обнаружен AlCl ₄ ^— , но не обнаружен Al ₂ Cl ₇ ^— , который, как мы полагаем, был фрагментирован. Фрагменты соли образовали комплекс с влагой воздуха и образовали частицы AlCl ₃ (OH) ^— , AlCl ₂ (OH) ₂ ^— и AlCl (OH) ₃ ^— .Фрагментация образующегося [EMIm] Cl C ₆ H ₁₁ N ₂ ⁺ , C ₅ H ₉ N ₂ ⁺ , C ₄ H ₇ N ₂ ⁺ и C ₃ H ₄ N ₂ ⁺ , что указывает на потерю хлора, метильной и этильной групп. Частицы C ₆ H ₁₁ N ₂ Cl ₂ ^— были обнаружены при ионизации [EMIm] Cl дополнительным хлором.Эти частицы были произведены аналогичным образом из неразряженных катодов и катодов, разряженных при 100% O ₂ и 80% CO ₂ . Те же фрагменты / виды были зарегистрированы для расплава [EMIm] Cl / AlCl ₃ с использованием других методов МС, включая бомбардировку быстрыми атомами ( 32 ), вторичный ион ( 33 ), диссоциацию, вызванную столкновениями ( 34 ). ) и пиролизной газовой хроматографии ( 35 ) MS.

Примечательно, что то, что отличает катоды, разряженные под 80% CO ₂ , — это обнаружение фрагментов Al ₂ (C ₂ O ₄ ) ₃ и ионизированных частиц в расплаве электролита.Фрагменты оксалата алюминия для получения Al (C ₂ O ₄ ) ⁺ , Al (C ₂ O ₄ ) ₂ ^—, Al (C ₂ O ₄ ) ( C ₂ O ₃ ) ⁺ и Al (C ₂ O ₄ ) O ^—, как показано в таблицах S1 и S2. Он также ионизирует и образует комплексы с AlCl ₃ и [EMIm] Cl с образованием AlCl ₂ (C ₂ O ₄ ) ^— , C ₆ H ₁₁ N ₂ (C ₂ O ₄ ) ^—, (C ₆ H ₁₁ N ₂ ) ₃ (C ₂ O ₄ ) ⁺ и (C ₆ H ₁₁ N ₂ ) ₂ (C ₂ O ₄ ) Класс ^—.Интенсивность оксалатных фрагментов была намного ниже, чем у электролитов, где можно было обнаружить только основные пики.

Сканирующая электронная микроскопия – EDXS

Были отмечены отчетливые различия между катодами, разряженными при 80% CO ₂ и 100% O ₂ (Таблица 1). Продукты реакции образовывали твердые частицы микрометрового размера на сетчатых катодах из нержавеющей стали, выпускаемые под 80% CO ₂ . С другой стороны, катоды, разряженные под 100% O ₂ , демонстрировали субмикронные бусообразные структуры.Казалось, что продукты реакции распределены по электродам, но не покрывают их полностью. Неясно, удаляла ли ацетонитрильная промывка часть продуктов реакции с электродов.

Таблица 1 Результаты растровой электронной микроскопии и EDXS.

Изображения разряженных катодов из нержавеющей стали (под 80% CO ₂ и 100% O ₂ ) и неразряженного катода после промывки ацетонитрилом. Атомные отношения O, C и Al указаны после дисконтирования Al по отношению к Cl и C по отношению к N в электролите.X отмечает пятно энергодисперсионного рентгеновского излучения.

Даже после промывки ацетонитрилом слабые сигналы N и Cl наблюдаются на разряженных и неразряженных катодах из нержавеющей стали с помощью EDXS (таблица S3), скорее всего, от оставшегося электролита. В то время как процентное содержание атомов алюминия в разряженных катодах было близко к 10%, неразрядный катод показал значения, близкие к 1%. В случае разряженных катодов атомный процент Al превышал стехиометрические значения, ожидаемые в электролите, по сравнению с атомным процентом Cl, предполагая, что Al является частью продукта реакции, осаждающегося на электроде.Чтобы не учитывать сигнал Al от оставшегося электролита, процентное содержание атомов Al регулировали на основе сигнала Cl и стехиометрического значения электролита. Точно так же C был дисконтирован на основе обнаруженного N и соответствующей стехиометрии электролита. Атомные отношения O к Al, C к Al и C к O больше для катодов, разряженных при 80% CO ₂ (таблица 1) и близки к стехиометрическим значениям оксалата алюминия (6, 3 и 0,5 соответственно). Для катодов, разряженных при 100% O ₂ , измеренные отношения, как и ожидалось, соответствуют стехиометрическим значениям для оксида алюминия (1.5, 0 и 0 соответственно). Напротив, для неразряженных катодов отношения близки к стехиометрическим значениям для гидроксида алюминия (3, 0 и 0 соответственно), предполагая, что часть оставшегося хлорида алюминия реагирует с влагой в воздухе во время короткого переноса образца. И углерод, и кислород были обнаружены в чистых электродах из нержавеющей стали (не пропитанных электролитом), что может объяснить несколько более высокие отношения по сравнению с алюминием в разряженных катодах.

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

Широкое обзорное сканирование (таблица S4) было выполнено для оценки атомных отношений поверхности, а сканирование с высоким разрешением было проведено для Al 2p, O 1 и C 1 для определения более точной информации о химической связи. В таблице 2 представлены спектры высокого разрешения и связи, относящиеся к пикам после деконволюции; к некоторым пикам были отнесены множественные облигации. Два дублетных пика Al 2p (2p _3/2 и 2p _1/2 ) были обнаружены в разряженном и исходном электродах при 74 эВ, которые можно отнести к хлоридным ( 36 ) и гидроксидным ( 37 ) соединениям. и 77 эВ, что можно отнести к оксидным ( 38 ) и оксалатным ( 39 ) соединениям.Два пика при 531 и 534 эВ были обнаружены для O 1s и приписываются гидроксидам ( 40 ), оксидам ( 41 ) и двум кислородным связям (Al – O – C и C = O) в оксалате ( 39 , 41 ). Семь различных углеродных связей можно отнести к трем пикам C 1s при 284, 286 и 288 эВ, происходящих из ионной жидкости ( 42 — 44 ), оставшегося ацетонитрила ( 45 ) и оксалата ( 39 ). ).

Таблица 2 XPS-спектры высокого разрешения и атомные отношения, связанные с оксалатом алюминия.

Спектры высокого разрешения (в зависимости от количества отсчетов) для Al 2p, O 1s и C 1s. Красные пунктирные линии и сплошные линии представляют экспериментальные данные и подогнанные кривые соответственно. Номера присвоены различным связям и соответствующим пикам XPS. Атомные отношения специфических связей, связанных с оксалатом алюминия, полученные в результате связывания общих атомных соотношений (из широких обзорных сканирований) с вкладом определенных энергий связи (из сканирований с высоким разрешением).

Наши результаты аналогичны тем, о которых сообщили Янг и Уильямс ( 39 ) в их XPS-анализе тетрагидрата оксалата алюминия, за исключением того, что энергии связи постоянно примерно на 2 эВ выше, чем наблюдаемые в нашем исследовании.Мы подозреваем, что разница в энергиях связи происходит из-за различий в привязке спектров, что особенно важно для непроводящих материалов. Исследование Янга и Уильямса показало, что XPS разлагает оксалат алюминия с образованием оксидов алюминия. Мы провели XPS на образцах химически синтезированного оксалата алюминия, приобретенных у Alfa Aesar, чтобы сравнить с результатами, полученными на электрохимически созданном материале. Эти результаты также включены в Таблицу 2. Очевидно, что спектры C 1s не показывают пик 288 эВ, а скорее показывают пик при 291 эВ, который можно отнести к поверхностно адсорбированным CO ₂ и CO ( 39 ).Пик C 1s _{284 эВ} приписывается остающемуся побочному углероду, поскольку трудно распылять порошки.

Пиковые вклады с высоким разрешением использовались в сочетании с атомными отношениями из широких обзоров для предсказания соединений в разряде. В таблице 2 показаны атомные отношения кислорода к алюминию, углерода к алюминию и углерода к кислороду для конкретных связей. Отношение O _{534 эВ} к Al _{77 эВ} можно использовать для оценки присутствия оксалата алюминия, поскольку пики, связанные с этими энергиями связи, связаны со связью Al – O – C.Эти отношения выше для катода, разряженного при 80% CO ₂ , по сравнению с соотношениями для катода, разряженного при 100% O ₂ или неразряженном электроде. Отношение катода, разряженного под 80% CO ₂ , выше стехиометрического значения 3,0 и может быть объяснено присутствием комплексов алюминия с кислородом [печально известно о расплаве этого электролита в присутствии газа O ₂ ( 32 )], которые связаны с одними и теми же пиками кислорода и алюминия.Сравнение пика C _{286 эВ} (связанного с оксалатом) с пиками Al _{77 эВ} и O _{534 эВ} демонстрирует более высокие отношения углерода для катода, разряженного при 80% CO ₂ по сравнению с 100% O ₂ и неразряженный электрод. Отношение C _{286 эВ} к Al _{77 эВ} , превышающее стехиометрическое значение 3,0 в оксалате алюминия, может быть связано с присутствием остающейся ионной жидкости на поверхности, поскольку тот же пик углерода приписывается метильному и этильные группы в ионной жидкости.Отношение C _{286 эВ} к O _{534 эВ} ниже, чем стехиометрическое значение 1,0 для оксалата, и может быть объяснено присутствием оксидов, относящихся к тому же пику кислорода. Сравнивая вклад тех же пиков для химически синтезированного оксалата алюминия, отношения O _{534 эВ} к Al _{77 эВ} и C _{286 эВ} к Al _{77 эВ} близки к стехиометрическим значениям. Отношение C _{286 эВ,} к O _{534 эВ,} немного ниже стехиометрического значения и может быть объяснено присутствием оксида алюминия, как сообщили Янг и Уильямс ( 39 ).

Сопряженная TGA-FTIR-спектроскопия

Катоды, разряженные под 80% CO ₂ и 100% O ₂ , и неразряженный катод показали аналогичные профили TGA со значительной потерей массы, происходящей около 530 ° C (рис. 3). Эта потеря массы объясняется термическим разложением ионной жидкости ( 46 ). Только катод, разряженный при 80% CO ₂ , имел дополнительный определенный провал при температуре около 280 ° C. ТГА был соединен с FTIR для анализа состава продуктов термического разложения, как показано на рис.3. Все катоды показали выделение CO ₂ и H ₂ O на протяжении всего эксперимента TGA, из адсорбированного образцом CO ₂ и H ₂ O во время загрузки образца, а также из деградированных частиц. Сосредоточившись на области асимметричного растяжения CO ₂ (2349 см ^-1 ), как неразряженный катод, так и катод, разряженный под 100% O ₂ , показывают, что CO ₂ эволюционирует и что эволюция находится на плато. до 600 ° C. Катод, разряженный под 80% CO ₂ , также показывает эволюцию CO ₂ , достигающую плато, а затем всплеска, который связан с падением температуры TGA на 280 ° C, которое, как предполагается, является результатом разложения осажденного в разряде оксалата алюминия .Эксперимент TGA-FTIR был продублирован для химически синтезированного оксалата алюминия, чтобы проверить эту гипотезу. Примечательно, что результаты показывают аналогичный тепловой профиль, включая пик, подтверждая значительный выброс CO ₂ . Однако результаты ТГА показывают, что падение веса происходит около 350 ° C. Более высокая температура потери веса химически синтезированного оксалата алюминия может быть связана с более крупными частицами [> 10 мкм по данным сканирующей электронной микроскопии (SEM)] по сравнению с оксалатом алюминия, осажденным в электрохимической ячейке Al / 80% CO ₂ (~ 1 мкм методом СЭМ).Уменьшение скорости нарастания TGA обеспечивает простую стратегию приспособления различий массопереноса между меньшими и большими размерами агрегатов пробы. Это ожидание было подтверждено снижением скорости сканирования до 0,05 ° C / мин, после чего было видно, что падение веса сместилось до 280 ° C. Янг и Уильямс ( 39 ) сообщили о разложении тетрагидрата оксалата алюминия при температуре от 300 до 320 ° C со скоростью 10 ° C / мин. Образец химически синтезированного оксалата алюминия также показал выделение CO (2099 см ^-1 ) с очень низкой интенсивностью по сравнению с выделением CO ₂ .

Рис. 3 Сопряженные спектры TGA-FTIR.

Кривые ТГА и связанные спектры FTIR с временным разрешением для разряженных катодов (при 80% CO ₂ и 100% O ₂ ), неразряженном катоде и химически синтезированном оксалате алюминия. Скорости нарастания для сплошных и пунктирных линий составляют 5 ° C / мин и 0,05 ° C / мин соответственно.

Предварительный анализ системы

При перезарядке Al / 80% CO ₂ или Al / 100% O ₂ электрохимических ячеек с использованием катодов из нержавеющей стали, потенциал перезарядки демонстрирует маневренное поведение, когда достигает плато и резко колеблется .Подобное поведение хорошо известно для аккумуляторов Li / S ( 47 ) и Na / S ( 48 ), где ток непрерывно потребляется в паразитной окислительно-восстановительной петле, включающей взаимное преобразование разновидностей полисульфидов металлов разного порядка, растворенных в электролите. В случае Al / 80% CO ₂ и Al / 100% O ₂ челночное перемещение предварительно приписывают аналогичной петле, включающей взаимное превращение различных разновидностей хлорида алюминия, присутствующих в электролите. Такое поведение можно контрастировать с тем, что наблюдается, когда катод заменяется углем, отлитым по технологии Ketjenblack, где электрохимический элемент из алюминия показал хорошую циклируемость, достигая и поддерживая около 200 мА · час / г _{Углерод} в течение более чем 50 циклов.Однако, как отмечалось ранее, возможность перезарядки ячейки соответствует процессу интеркаляции / деинтеркаляции и была замечена в CO ₂ , O ₂ , CO ₂ / O ₂ и Ar.

На основе этих результатов мы заключаем, что система улавливания / преобразования CO ₂ на основе электрохимической ячейки Al / 80% CO ₂ может наиболее легко работать в первичном режиме, в котором алюминиевый анод непрерывно подается в ячейку (рис. 1B) и окисляется / расходуется с образованием оксалата алюминия.Щавелевая кислота используется в качестве отбеливающего агента в фармацевтической и волоконной промышленности, в качестве чистящего агента и в качестве осадителя в плавильных печах. Спрос на щавелевую кислоту для этих применений в последние годы увеличивался для поддержки различных секторов с оценкой мирового спроса в 230 000 метрических тонн в 1998 году ( 49 ). Щавелевая кислота также может использоваться в качестве сырья для производства диметилоксалата ( 9 ) и, в конечном итоге, этиленгликоля, мировое производство которого оценивалось в 20 миллионов метрических тонн в 2010 году ( 50 ).

Для оценки эффективности предложенной первичной электрохимической ячейки Al / 80% CO ₂ в качестве технологии секвестрации CO ₂ может использоваться оценка жизненного цикла (LCA). LCA представляет собой структурированный подход к оценке воздействия на окружающую среду на протяжении всего жизненного цикла продукта (от сырья, производства, управления отходами и т. Д.) ( 51 ). Это позволяет уравновесить выбросы CO ₂ , связанные с производством анода из алюминия, с уменьшенным CO ₂ , преобразованным электрохимической ячейкой из дымовых потоков.Здесь мы расширяем LCA для производства металлического алюминия, чтобы действовать как предварительная LCA для электрохимической ячейки Al / 80% CO ₂ . Аспекты, связанные с эффективностью, производством / заменой электролита, предварительной обработкой дымовых газов и другими особенностями, не рассматриваются. В исследовании LCA, проведенном The Aluminium Association в соответствии с ISO 1404/14044, были оценены средние генетические значения выбросов CO ₂ для алюминиевой промышленности Северной Америки на основе данных 25 компаний ( 52 ).В исследовании учтены выбросы CO ₂ на четырех основных стадиях производства металлического алюминия: добыча бокситов, очистка глинозема, электролиз алюминия и производство первичного алюминия. Среднее значение 7,88 кг CO ₂ / кг Al было оценено для объединенных стадий производства алюминия и связанных процессов (рис. 4).

Рис. 4 Предварительный анализ системы.

( A ) Общий баланс выбросов CO ₂ выбросов, захваченных / уменьшенных первичной электрохимической системой Al / 80% CO ₂ , по сравнению с выбросами при производстве металлического алюминия.( B ) Общий баланс выбросов CO ₂ , позволяющий переработать Al ₂ O ₃ для производства металлического алюминия.

Интегрируя электрохимическую ячейку Al / 80% CO ₂ в поток дымовых газов, мы оцениваем в целом 9,31 кг CO ₂ / кг Al, которые необходимо уловить и уменьшить (рис. 4). Мы рассчитали 4,89 кг CO ₂ / кг Al, которое должно быть выделено на основе предложенной реакции выброса. Электроэнергия, вырабатываемая батареей, заменяющая другие источники энергии, приводит к общему сокращению выбросов CO ₂ .Если батарея заменяет источники природного газа, снижение выбросов CO ₂ / кг Al в систему может быть начислено на основе теоретической энергии 3,58 кВтч / кг Al и выбросов CO ₂ в размере 0,55 кг CO ₂ / кВтч, связанный с природным газом ( 53 ). Мы предлагаем превратить основной продукт разряда батареи в щавелевую кислоту. Фишер и др. . ( 54 ) продемонстрировали относительно простое получение H ₂ C ₂ O ₄ из ZnC ₂ O ₄ .Мы предлагаем, чтобы Al ₂ (C ₂ O ₄ ) ₃ мог быть преобразован в H ₂ C ₂ O ₄ и Al ₂ O ₃ , уменьшая CO ₂ выбросов, связанных с щавелевой кислотой, производимой в промышленных масштабах классическими методами. Одним из признанных коммерческих методов получения щавелевой кислоты является окисление пропена азотной кислотой, при котором CO ₂ образуется в эквимолярных количествах по отношению к щавелевой кислоте ( 55 ).Если использовать электрохимический элемент Al / 80% CO ₂ для производства H ₂ C ₂ O ₄ вместо окисления пропена, сокращение выбросов CO ₂ можно оценить в 2,45 кг CO ₂ / кг Al . Общий баланс CO ₂ показывает, что электрохимическая система первичный Al / 80% CO ₂ снижает выбросы из дымовых потоков после учета выбросов от производства металлического алюминия (рис. 4A). Если Al ₂ O ₃ производится из Al ₂ (C ₂ O ₄ ) ₃ преобразование в H ₂ C ₂ O ₄ возвращается обратно на предприятие по производству алюминия , можно производить алюминий, что значительно снижает выбросы CO ₂ , связанные с добычей бокситов и очисткой глинозема.Это приводит к еще большему сокращению CO ₂ (3,52 кг CO ₂ / кг Al) всей системы, как показано на фиг. 4B. В нем описывается предварительная оценка жизненного цикла, и необходимо провести тщательное исследование для учета выбросов, связанных с заменой электролита (в зависимости от скорости разложения), удалением влаги из дымовых газов, производством щавелевой кислоты из оксалата алюминия и другими аспектами.

ОБСУЖДЕНИЕ

Гальваностатический разряд при относительно высоком потенциале (1.4 V) и эксперименты CV показывают, что восстановление O ₂ является основным электрохимическим процессом в ячейке Al / CO ₂ -O ₂ . Подобные потенциальные плато для Al, разряженного под чистым O ₂ или смесью CO ₂ / O ₂ , подтверждают тот факт, что основной электрохимический процесс включает восстановление O ₂ , которое, как ожидается, образует супероксидные частицы (O ₂ ^{• —} ). Электрохимическое восстановление CO ₂ происходит не напрямую, а через химическое восстановление частицами супероксида.

Аналогичные результаты были сообщены ранее при включении CO ₂ в батареи Li / O ₂ и Na / O ₂ , демонстрируя увеличение разрядной емкости при сохранении того же плато потенциала разрядки. В этиленкарбонатном / диэтилкарбонатном электролите включение 50% CO ₂ в Li / O ₂ батареи увеличило разрядную емкость в три раза при сохранении того же потенциала разряда ( 10 ). Предлагаемый механизм разряда включает восстановление O ₂ с образованием супероксидного радикала, который, в свою очередь, химически восстанавливает CO ₂ с образованием CO ₄ ^2-, а затем C ₂ O ₆ ^2- радикалы, в результате чего образуется Li ₂ CO ₃ в качестве основного продукта разряда ( 56 ).В диметиловом эфире тетраэтиленгликоля (тетраглиме) Li / CO ₂ -O ₂ (соотношение 2: 1) продемонстрировали способность перезаряжаться в течение ограниченного числа циклов, образуя Li ₂ CO ₃ в качестве основного разгрузочный продукт ( 11 ). В батареях Na / O ₂ введение CO ₂ в соотношении от 40 до 60% по сравнению с O ₂ увеличило емкость в два-три раза, в зависимости от системы электролита ( 13 ). Na ₂ CO ₃ и Na ₂ C ₂ O ₄ были зарегистрированы как основные продукты разряда в электролитах тетраглимовой и ионной жидкости соответственно.Перезаряжаемость была продемонстрирована при стабилизации пропиленкарбонатного электролита ионной жидкостью и связанными наночастицами кремнезема, где основным продуктом разряда был NaHCO ₃ ( 14 ).

Аналитически, используя DART-MS, SEM-EDXS, XPS и TGA-FTIR, мы показали, что основным продуктом разряда элементов Al / CO ₂ -O ₂ является оксалат алюминия [Al ₂ ( C ₂ O ₄ ) ₃ ]. Соответственно, основываясь на предполагаемых механизмах реакции для Li / CO ₂ -O ₂ и Na / CO ₂ -O ₂ батарей, мы предлагаем следующий механизм реакции для Al / CO ₂ -O ₂ электрохимическая ячейка:

2 Al ↔ 2 Al ³⁺ + 6 e ^—

6 O ₂ + 6 e ^— ↔ 6 O ₂ ^{• —}

3 CO ₂ + 3 O ₂ ^{• —} ↔ 3 CO ₄ ^{• —}

3 CO ₄ ^{• —} + 3 O ₂ ^{• —} ↔ 3 CO ₄ ^2- + 3 O ₂

3 CO ₄ ^2- + 3 CO ₂ ↔ 3 C ₂ O ₄ ^2- + 3 O ₂

2 Al ³⁺ + 3 C ₂ O ₄ ^2- ↔ Al ₂ (C ₂ O ₄ ) ₃

Overa ll реакция: 2 Al + 6 CO ₂ ↔Al ₂ (C ₂ O ₄ ) ₃

Протонные примеси могут представлять проблему при использовании [EMIm] Cl / AlCl ₃ в качестве электролитом, потому что электрохимически образованный супероксид (O ₂ ^{• —} ) может реагировать с примесями в расплаве электролита ( 57 ).Сообщается, что сильный нуклеофильный реагент, такой как O ₂ ^{• —} , реагирует с катионом EMIm ⁺ ( 58 , 59 ) и разрушает его. Несмотря на эти возможные побочные реакции, введение CO ₂ в более высоких соотношениях по сравнению с O ₂ продемонстрировало, что O ₂ ^{• —} восстанавливает CO ₂ с образованием оксалатов. Мы полагаем, что комплексообразование CO ₂ с AlCl ₃ в электролите способствует химическому восстановлению CO ₂ супероксидом и возможному образованию оксалата.

Предлагаемая электрохимическая ячейка Al / CO ₂ с использованием O ₂ демонстрирует новый подход к преобразованию CO ₂ из потоков дымовых газов в полезные продукты при производстве значительного количества электроэнергии. Предварительный LCA, который сравнивает уловленный / сокращенный CO ₂ с помощью предлагаемой первичной системы Al / CO ₂ -O ₂ с выбросами, связанными с производством анода из Al, показал чистое сокращение CO ₂ выбросы.Планируется дальнейшая работа, чтобы лучше понять производительность / кинетику системы (что позволяет сравнить с классическими методами захвата / преобразования CO ₂ ) и изучить различные электролиты (наиболее чувствительная часть системы, особенно к воде) и другие металлы. аноды.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Подготовка электролита и обращение с материалами

Электролит был приготовлен путем медленного смешивания хлорида 1-этил-3-метилимидазолия ([EMIm] Cl) (> 95%; Sigma-Aldrich) с хлоридом алюминия (AlCl ₃ ) (99.99%; Сигма-Олдрич). В данном исследовании в первую очередь использовался расплав кислого электролита (1: 2 [EMIm] Cl / AlCl ₃ ). Никаких серьезных различий в электрохимических характеристиках расплавов электролитов между соотношениями 1: 2,1 и 1: 1,5 замечено не было ([EMIm] Cl / AlCl ₃ ). Электролит нагревали в вакууме при 130 ° C в течение 15 мин для удаления / восстановления комплексов воды и кислорода перед нанесением на аккумулятор. Химически синтезированный гидрат оксалата алюминия (99%; Alfa Aesar) нагревали в вакууме в течение ночи при 120 ° C для удаления гидратов.Все материалы, использованные в исследовании, хранили / готовили в перчаточном ящике, наполненном аргоном (MBRAUN, LABmaster). Электрохимические ячейки также были собраны в перчаточном боксе, наполненном аргоном. Образцы электродов и электролита для посмертного анализа были получены после разборки ячеек внутри перчаточного бокса и переноса с использованием наполненных аргоном пузырьков для анализа за пределами перчаточного бокса.

Сборка электрохимической ячейки

Al / CO ₂ -O _{2 Ячейки} были собраны с ячейками CR2032 типа «таблетка», которые были перфорированы на катодной стороне (15.Диаметром 8 мм). Ketjenblack (AkzoNobel EC-600JD) растворяли поливинилиденфторидным связующим (соотношение углерод / связующее 8: 2) в растворителе N, -метил-2-пирролидон, измельчали ​​на шаровой мельнице и отливали на копировальной бумаге (Toray TGP-H-030 ). Катоды сушили в вакуумной печи в течение ночи при 100 ° C. Типичная загрузка катодов составляла от 0,5 до 1,0 мг _{Углерод} / см ² . Для сравнения были испытаны другие электроды, такие как копировальная бумага, сетка из нержавеющей стали и пеноникел с пористым углеродом или без него, с сопоставимыми электрохимическими характеристиками.Однако использование пористого углерода (обеспечивающего большую площадь поверхности для реакции восстановления) было важным для снижения перенапряжения в системе во время разряда и для получения плато с высоким потенциалом. Алюминиевая фольга (99,99%, толщина 0,1 мм; Alfa Aesar) использовалась в качестве анода после механической очистки наждачной бумагой из карбида кремния и промывки ацетонитрилом. Стекловолокно Whatman GF / D использовалось в качестве сепаратора и пропитывалось 100 мкл электролита. Специально разработанные камеры использовались для размещения аккумуляторных элементов, подвергая их воздействию предварительно смешанных газов при давлении 1 атм.Ячейки кюветного типа использовались для проведения CV и позволяли использовать электролит (1 мл) после разряда для посмертного анализа.

Электрохимические эксперименты

Эксперименты по гальваностатическому разряду проводились с использованием тестеров батарей Neware CT-3008 при фиксированной плотности тока 70 мА / г _Carbon . CV выполняли с использованием анализатора частотной характеристики Solartron (модель 1252) с трехэлектродной конфигурацией и фиксированной скоростью сканирования 0,1 мВ / с. Ketjenblack на копировальной бумаге использовался в качестве рабочего электрода.В качестве противоэлектрода использовалась проволока Tn (99,99%, диаметр 1,0 мм; Alfa Aesar), тогда как электрод сравнения представлял собой проволоку из алюминия (99,999%, диаметр 2,0 мм; Alfa Aesar), погруженную в тот же электролит. Противоэлектроды и электроды сравнения механически очищали наждачной бумагой из карбида кремния и промывали ацетонитрилом.

Прямой анализ в масс-спектрометрии в реальном времени

МС-анализы высокого разрешения проводились на системе МС Thermo Scientific Exactive Orbitrap, оснащенной ионным источником Ionsense DART.Программное обеспечение MestReNova использовалось для анализа результатов МС и сравнения их с предсказанными спектрами. DART-MS позволяет анализировать продукты на разряженных катодах в их исходном состоянии без необходимости пробоподготовки. Воздействие на катоды фрагментов ионного источника ионизирует различные частицы. СЭМ

и EDXS

СЭМ

(СЭМ Keck) проводили с использованием полевого излучения Zeiss 1550 (полевой эмиттер Шоттки). EDXS выполняли с использованием Bruker QUANTAX 200 и XFlash 6 SDD с энергетическим разрешением <126 эВ по линии Mn-K-α.Для посмертного анализа SEM-EDXS аккумуляторы разряжали с использованием сетчатых катодов из нержавеющей стали, чтобы можно было отличить продукты реакции от пористых углеродных электродов. Разряженные катоды промывали ацетонитрилом внутри перчаточного бокса Ar для удаления избытка электролита.

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

Образцы анализировали с использованием Surface Science Instruments SSX-100 с рабочим давлением ~ 2 × 10 ^-9 торр. Использовались монохроматические рентгеновские лучи Al K-α (1486,6 эВ) с диаметром пучка 1 мм.Фотоэлектроны собирались под углом вылета 55 °. Полусферический анализатор определил кинетическую энергию электронов, используя энергию прохождения 150 В для широкоугольного / обзорного сканирования и 50 В для сканирования с высоким разрешением. Образцы были подвергнуты ионному травлению с использованием ионов Ar 4 кВ, которые были распределены по площади 2,25 × 4 мм с общим током ионного пучка 2 мкА для удаления постороннего углерода. Спектры относились к дополнительным C 1 при 284,5 эВ. Программное обеспечение CasaXPS использовалось для анализа данных XPS с фонами Шелби. C 1 и O 1 были отнесены к одиночным пикам для каждой связи, тогда как Al 2p были отнесены к двойным пикам (2p _3/2 и 2p _1/2 ) для каждой связи с 0.Разделение 44 эВ. Остаточная стандартная погрешность поддерживалась близкой к 1,0 для рассчитанных подгонок. Для посмертного анализа XPS батареи были разряжены с использованием сетчатых катодов из нержавеющей стали, чтобы можно было отличить продукты реакции от угольных электродов. Разряженные катоды промывали ацетонитрилом внутри перчаточного бокса Ar для удаления избытка электролита.

Сопряженная TGA-FTIR-спектроскопия

TGA проводили с использованием TA Instruments TGA Q500 при температуре до 600 ° C при 5 ° C / мин, если не указано иное.Спектр FTIR был получен на спектрометре Thermo Scientific Nicolet iZ10 с приставкой для отбора проб ТГА. Выделившиеся газы пропускали через камеры TGA-FTIR с помощью N ₂ (10 мл / мин с перистальтическим насосом VWR, заканчивающимся жидким затвором). Программное обеспечение OMNIC использовалось для построения трехмерных (поглощение и волновое число в зависимости от времени) графиков FTIR-спектров. TGA-FTIR проводился на катодах на основе Ketjenblack, которые были промыты ацетонитрилом для удаления избытка электролита.

Базовые тесты

С учетом чувствительности электролитной системы и учета любого взаимодействия с воздухом, влагой и примесями эксперименты DART-MS, SEM-EDXS, XPS и TGA-FTIR с разряженными катодами сравнивались с для неразряженных катодов (базовый вариант).Неразряженные катоды собирали точно так же, как разряженные катоды, пропитывали электролитной системой и подвергали воздействию смеси CO ₂ и O ₂ перед промывкой ацетонитрилом.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution, которая разрешает использование, распространение и воспроизведение на любом носителе, при условии, что конечное использование составляет , а не для коммерческой выгоды и при условии, что оригинальная работа правильно цитируется.

ССЫЛКИ И ПРИМЕЧАНИЯ

1. ↵
2. ↵
3. ↵
4. ↵
5. ↵
6. ↵

   EZ Hamad, WI Al-Sadat, Метод реверсивной адсорбции твердых материалов и система утилизации отработанного тепла для внутреннего CO ₂ из выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания автомобиля, Патент США 2013/0298532 A1 (2013).

7. ↵
8. ↵
9. ↵
10. ↵
11. ↵
12. ↵
13. ↵
14. ↵
15. ↵

    U.С. Геологическая служба (USGS), «Цены на металлы в Соединенных Штатах до 2010 года» (Отчет о научных исследованиях Геологической службы США 2012–5188, Геологическая служба США, Ричмонд, Вирджиния, 2013).

16. ↵

    Д. Линден, Т. Б. Редди, Справочник по батареям (McGraw-Hill Education, Нью-Йорк, изд. 3, 2011 г.), гл. 1.

17. ↵
20. ↵
21. ↵
22. ↵
23. ↵
24. ↵
25. ↵
26. ↵
27. ↵
28. ↵16 9016 9016 9016 9016 9016 9016 9016
29. ↵
30. ↵
31. ↵

    J.Moulder, W. Stickle, P. Sobol, K. Bomben, в Справочник по рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии , J. Chastain, Ed. (Корпорация PerkinElmer, Эден-Прери, 1992 г.).

32. ↵
33. ↵
34. ↵
35. ↵
36. ↵

    G. Beamson, D. Briggs, XPS высокого разрешения органических полимеров (Wiley, New York, 1992).

37. ↵
39. ↵
40. ↵
41. ↵
42. ↵
43. ↵
44. ↵

    «Рыночные перспективы и производственное применение щавелевой кислоты — Organics» (China Chemical Reporter No.21, 2003).

45. ↵
46. ↵
47. ↵

    Алюминиевая ассоциация (TAA), «Экологический след алюминиевых полуфабрикатов в Северной Америке — отчет об оценке жизненного цикла» (TAA, Арлингтон, Вирджиния, 2013).

48. ↵

    Управление энергетической информации США (USEIA), «Electric Power Annual 2014» (USEIA, Вашингтон, округ Колумбия, 2016).

49. ↵
50. ↵

    W. Riemenschneider, M. Tanifuji, Oxalic acid, in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry (Wiley-VCN, Weinheim, 2011).

51. ↵
52. ↵
53. ↵
54. ↵

Финансирование: Эта работа стала возможной благодаря награде No. KUS-C1-018-02, изготовленный Университетом науки и технологий имени короля Абдаллы в Корнельском университете. В нем использовались общие объекты Корнельского центра исследований материалов, которые поддерживаются в рамках программы Центров исследований материалов и инженерных наук NSF (DMR-1120296). В этой работе использовались общие помещения факультета химии и химической биологии и Центра инженерии и технологии наноматериалов Корнельского университета.