Сварка алюминия — основные способы и правила
Сварка алюминия затрудняется его химическими свойствами. Все дело в способности металла образовывать оксидную пленку от контакта с атмосферным кислородом.
Легкий, серебристый металл сегодня прочно закрепился в домашнем хозяйстве. Что только не производят из алюминия — от посуды до деталей автомобилей. Но часто нужно починить вещь, а ремонт возможен только одним методом — сварочным.
Сварка алюминия — это специфический процесс и требует применения отдельной технологии. В этой статье мы рассмотрим, какими способами можно варить «крылатый» металл в домашних условиях с использованием различных приемов и оборудования.
Специфика материала
Сварка алюминия затрудняется его химическими и физическими свойствами.
Все дело в способности этого металла образовывать оксидную пленку от контакта с атмосферным кислородом. Эта способность является как главным достоинством, так и недостатком.
Преимущество в том, что оксид на поверхности надежно защищает изделие от коррозии, алюминий практически не поддается этому разрушающему процессу.
Но, в то же время, пленка окиси затрудняет соединение изделий путем сварочных работ. Окислы, образующиеся в сварочной ванне, имеют более высокую температуру плавления, чем сам металл, на выходе сварной шов неоднородный, а значит не прочный.
Также сильный нагрев, значительно превышающий температуру плавления (660°), приводит к следующим негативным последствиям.
- Текучесть расплавленного металла способствует вытеканию его из зоны сварки и быстрому прожиганию детали насквозь. Заварить такие недостатки можно, но с еще большими дефектами.
- Высокая температура может способствовать растрескиванию материала вокруг места сваривания.
- В сплавах алюминия образовываются поры ухудшающие прочность соединения.
- Значительная теплоемкость приводит к рассеиванию тепла по всей детали, а значит нужно более высокая мощность аппарата для качественной сварки.
- Металл образовывает кристаллизационные трещины в теле сварного шва.
Так как варить алюминий правильно и возможно ли делать такие соединения в домашней мастерской?
Способы сваривания
Распространенность алюминия в промышленности способствовала разработке различных способов сварных соединений для деталей. Но в домашних условиях возможны такие способы, для которых можно использовать доступное оборудование.
- Тиг сварка алюминия — этот процесс варки обеспечивается за счет применения специального неплавящегося электрода из вольфрама и аргоновой среды.
- Полуавтоматическое сваривание — соединение алюминиевых деталей за счет проволоки (имеющей необходимый присадочный материал), подающейся механизмом в зону электрической дуги.
- Электродуговая сварка алюминия с использованием покрытых электродов.
При использовании любого из этих методов, главным условием получения качественного шва будет разрушение пленки оксидов. Для этого оборудование настраивают на постоянный или переменный ток с обратной полярностью. Это обеспечивает необходимый процесс (катодное распыление), не допускающий образование окиси.
Алюминиевые изделия нельзя варить постоянным электрическим током при прямой полярности, так как не происходит разрушение оксидов в зоне сварки!
Сварка алюминия электродами
Такой способ сварки алюминия (ММА) возможен только для соединения деталей, не несущих ответственной нагрузки. При этом толщина самого металла должна быть не менее чем 4 миллиметра.
Недостатками варки алюминия электродами является недостаточное качество шва (пористость и плохая прочность). Также в процессе сваривания расплавленный металл разбрызгивается вокруг соединения, а шлаки, образующиеся сверху шва, очень плохо отделяются. А это может привести к коррозионным процессам.
Но все-таки покрытыми электродами и обычным инвертором ММА можно соединять алюминий. Для этого раньше использовались расходники с маркировками ОЗА-1 или ОЗА-2. Есть и более качественные модели — УАНА, а также ОЗАНА. Это отечественные электроды, позволяющие варить чистый металл и сплавы.
Также можно использовать расходные материалы от шведских производственников ESAB. Для чистого алюминия подойдут электроды ОК 96.10., а сплавы можно варить маркой ОК 96.50.
Итак, как сварить алюминий ручной электродуговой сваркой?
- Сваривать алюминий нужно на постоянном токе, но обязательно с обратной полярностью (меняем разъемы на инверторе местами). При этом соблюдается соотношение мощности и диаметра электрода. Сила тока регулируется в соотношении приблизительно 30 ампер на каждый миллиметр диаметра.
- Желательно осуществить предварительный нагрев свариваемых деталей. Алюминий средней толщины нагревают до показателя в 200-300 градусов, а большие массивные части нужно нагреть до 400°.
- Дуга зажигается как обычно, но стоит учесть, что скорость горения электродов для алюминия значительно выше, чем обычных. Поэтому и шов нужно вести несколько быстрее.
- Нельзя обрывать сварочный процесс не закончив соединение. При этом в конце шва образуется корка шлака, которая не даст зажечь дугу снова в этом месте. Все свариваемые швы нужно планировать на плавление одного электрода.
- При ведении сварного соединения не нужно делать поперечных движений как при варке стали.
- По окончанию сваривания нужно тут же удалить весь шлак в месте соединения, также нужно зачистить место сварки щеткой с металлическим ворсом и промыть горячей водой.
Это основные нюансы, которые нужно соблюдать при сваривании деталей из алюминия с использованием плавящихся электродов.
Сварка с аргоном
Метод стал доступным для домашнего использования сравнительно недавно, когда в широкой продаже появились относительно недорогие инверторы с дополнительными функциями подключения газового оборудования.
Сварка в среде аргона может осуществляться в двух видах: ручная с неплавящимся электродом и полуавтоматическая со специальной плавящейся проволокой.
Ручная TIG сварка
Это наиболее распространенный вид соединения алюминиевых деталей. Он обеспечивает надежность соединения.
Аргон, который подается в сварочную ванну, закрывает доступ атмосферному кислороду, что не позволяет образовываться оксидной пленке.
Что нужно для такого типа сварки?
- Во-первых, электроды используются неплавящиеся из вольфрама. Их диаметр зависит от толщины деталей, а также от вида стыка у заготовок.
- Во-вторых, присадочный материал — обязательное условие для получения качественного сварного шва.
- В третьих, это защитный газ, чаще всего аргон или гелий.
Какие параметры нужно учитывать перед началом сварочного процесса?
Если вы новичок в сварочном деле,то найдите таблицу, где указываются все необходимые данные по расходу газа, диаметрам электродов и присадочных прутков. Но обычно сварщик руководствуется уже полученным опытом.
Стоит знать, что зажечь электрическую дугу в аргоне довольно затруднительно. Поэтому современные аппараты имеют осциллятор, который повышает частотность тока для быстрого поджога.
Алгоритм работы следующий.
- Заготовки выставляют в нужное положение, подключается масса. При этом аппарат настраивают на переменный ток!
- Дугу лучше всего зажигать в стороне на отдельной графитовой пластинке (нежелательно стучать вольфрамом по заготовке, это испортит электрод).
- Конец электрода ведут под углом наиболее приближенном к прямому (60-80 градусов). Расстояние электрода от ванны до 2 мм.
- Присадочный пруток подают постепенно к краю сварочной ванны под углом в 90 градусов к электроду. Не нужно подавать присадку непосредственно под электрод, это испортит шов.
- Горелку с электродом ведут за присадочным прутком, а не наоборот.
- Также не стоит слишком притапливать дугу или наоборот очень далеко отодвигать. Сварочная ванна (зона расплавленного металла) должна иметь овальную немного вытянутую форму.
- После завершения шва дугу гасят и возвращают горелку к сварочной ванне. Это делается для того, чтобы застывание проходило под аргоном. Подачу аргона перекрывают через 7-10 секунд после окончания сварки.
На выходе должен получиться волнообразный, немного вытянутый в направлении движения, сварочный шов. Если все сделать правильно, то соединение будет качественным.
Полуавтоматическая сварка в аргоне
Преимущество такого способа сварки в том, что он обеспечивает качественное соединение за счет высокого импульса. Каждая точка поставленная полуавтоматом надежно «впитывается» в шов. К тому же, проволока используемая как электрод. Имеет уже необходимые присадочные материалы, а сам сварочный процесс происходит намного быстрее. Особенности полуавтоматической сварки алюминия следующие.
- Варить нужно только на переменном токе и с обратной полярностью.
- Проволока должна соответствовать материалу заготовок.
- Наконечник держателя нужен немного большего диаметра, чем сама проволока.
Алюминиевые расходники имеют большую скорость горения. Поэтому нужно быстрее вести шов (как и в случае с покрытыми электродами). Также нужно обеспечить соответствующую скорость подачи проволоки.
Технология сварки алюминия полуавтоматом совершенствуется постепенно с опытом. Но, научившись использовать такое оборудование, можно получать соединения намного качественные, чем с обычной электродуговой сваркой или ручной тиг.
А что вы можете добавить к материалу этой статьи? Если у Вас имеется опыт по сварке алюминия в домашней мастерской, то поделитесь им в блоке комментариев к этой статье.
Технология сварки алюминия и его сплавов
Температура плавления алюминия 660°С, окисной пленки 2060°С
Марка | Свариваемость | Технологические особенности сварки | |
Технически чистый алюминий | Очистка кромок и присадка от окисной пленки | ||
АД00, АД0, АД1 , АД | Хорошая | Присадок Св-А1, СвА000, Св-85Т | |
Деформируемые, термически не упрочняемые сплавы | |||
АМц, АМцС, Д12 | Хорошая | Присадок Св-AMц | |
АМг1, АМг2, АМг3 | Присадок Св-AMг3 | ||
АМг4, АМг5 | Присадок Св-AMг5 | ||
АМг6 | Прксадок Св-АМг6, Св-АМг7 | ||
Деформируемые, термически упрочняемые сплавы | |||
АД31, АДЗЗ, АД35 АВ, АК6, АК8 | Удовлетворительная | Присадок Св-АК5, Св-1557 | |
АК4, АК4-1 | Ограниченная | ||
В95 | Плохая | Предварительный подогрев Присадок Св-1557, Св-АМг5,. Св-АМг6 | |
1915,1925 | Удовлетворительная | ||
Литейные сплавы | |||
АЛ1, АЛ2, АЛ9, АЛ25, АЛ26 | Хорошая | Присадок той же марки, что и основной металл | |
АЛЗ, АЛ4, АЛ5, АЛ7, АЛ8, АЛ10В | Удовлетворительная | ||
Марки присадочной проволоки, используемой для сварки алюминия и его сплавов
Св-А1 | Св-1557 | Св-А97 | Св-А5с | Св-АМц |
Св-АМг3 | Св-АМг5 | Св-АМг6 | Св-АМг7 | Св-АК3 |
Св-АК5 | Св-АКЮ | Св-А85Т | Св-А000 | Св-1201П4 |
Толщина металла, мм | до 1,5 | 1,6-3 | 3,1-5 | 5,1-10 | 10-15 |
Рекомендуемый диаметр присадка, мм | 1-2,5 | 2,5-3 | 3-4 | 4-6 | 6-8 |
Ориентировочные расходы сварочных материалов
Толщина свариваемого металла, мм | Диаметр электрода, мм | Расход W-электродов на 100 пог. м шва, г | Расход аргона на 1 пог. м шва, л |
1 | 1,5 | 8,3 | 60-80 |
2 | 2 | 23 | 65-90 |
3 | 3 | 51 | 85-120 |
4 | 3,5-4 | 88 | 95-130 |
6 | 4 | 132 | 105-145 |
Трудности при сварке
- Температура плавления окисной пленки значительно выше, чем алюминия, и она расплавляется позже. Это затрудняет формирование шва
- Высокая теплопроводность алюминия требует увеличения сварочного тока в 1,2-1,5 раза по сравнению, например, со сваркой стали
- Образуются значительные остаточные деформации, что требует специальных мер и приспособлений
- Окисная пленка не растворяется в жидком алюминии. Это мешает формированию шва и служит причиной появления в нем металлических включений
- При нагреве алюминия и его сплавов нет явных признаков их перехода в жидкое состояние. Это требует высокой квалификации сварщика
Несплавление кромок алюминиевых конструкций
Подготовка к сварке. Резка и подготовка кромок ведутся механическим способом. На ширину 100-150 мм их обезжиривают ацетоном, авиационным бензином, уайт-спиритом или другим растворителем. Окисленную пленку удаляют механически или химическим травлением. При механической обработке свариваемые кромки на ширину 25-30 мм зачищают наждачной бумагой, шабером и металлической щеткой из нержавеющей проволоки. Зачистку проводят непосредственно перед сваркой.
Химическое травление проводят в течение 0,5-1 мин в реактиве, состоящем из 50 г едкого натра и 45 г фтористого натрия на 1 л воды. После травления следует промывка в проточной воде, а затем осветление в 30-35%-ном растворе азотной кислоты (для алюминия и сплавов типа АМц) или в 25%-ном растворе ортофосфорной кислоты (для сплавов типа АМг и В-95). После повторной промывки необходима сушка до полного испарения влаги.
Алюминиевую сварочную проволоку перед сваркой также обрабатывают. Сначала ее обезжиривают, а затем подвергают травлению в 15%-ном растворе едкого натра в течение 5-10 мин при температуре 60-70°С. После этого промывают в холодной воде и сушат 10-30 мин при температуре 300°С.
Подготовленные к сварке материалы сохраняют свои свойства в течение 3-4 дней. Затем на поверхности вновь образуется окисная пленка
ПОДКЛАДКИ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ВЫТЕКАНИЯ МЕТАЛЛА ИЗ СВАРОЧНОЙ ВАННЫ
Выбор параметров режима
Метод сварки неплавящимся электродом применяют для изделий из алюминиевых сплавов толщиной до 12 мм. При сварке металла толщиной от 1 до 6 мм применяют вольфрамовые электроды диаметром от 1 до 5 мм. Сварочный ток (А) определяют по формуле:
Iсв=(60÷65)dэ,
где dэ — диаметр электрода, мм
Питание дуги осуществляется от источника переменного тока с осциллятором, что помогает разрушить окисную пленку. Напряжение холостого хода источника должно быть повышенным. Надежность газовой защиты дуги и сварочной ванны зависит от диаметра и формы сопла горелки, расстояния сопла от поверхности свариваемого изделия.
Рекомендуется выдерживать такие соотношения:
Диаметр электрода, мм | 2-3 | 4 | 5 | 6 |
Диаметр сопла, мм | 10-12 | 12-16 | 14-18 | 16-22 |
Длина выступающего из сопла W-электрода (выпуск) должна составлять при сварке стыковых соединений 1-1,5 мм, а тавровых и угловых 4-8 мм. Длину дуги поддерживают в пределах 1,5-3 мм. Скорость сварки выбирают от 8 до 12 м/ч.
Соединения с отбортовкой кромок целесообразно применять при сварке металла толщиной 0,8-2 мм.
Техника сварки
Ручной аргонодуговой сваркой W-электродом выполняют стыковые, угловые и тавровые соединения. Конструкции толщиной до 10 мм сваривают «углом вперед», а более 10 мм — «углом назад». Угол между присадочной проволокой и горелкой должен составлять 90°. Проволоку подают короткими возвратно-поступательными движениями. Поперечные колебания W-электрода недопустимы.
Изделия толщиной до 4 мм включительно сваривают за один проход на стальной подкладке. При толщине от 4 до 6 мм сварку выполняют с двух сторон, а при толщине 6-12 мм подготавливают кромки с V-образной или Х-образной разделкой.
Подачу аргона начинают за 3-5 с до возбуждения дуги, а прекращают через 5-7 с после окончания сварки.
Чтобы снизить вероятность окисления металла шва, размеры сварочной ванны нужно выдерживать минимальными.
ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ РЕЖИМЫ РУЧНОЙ СВАРКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Подготовка кромок и форма шва | Размеры, мм | Сварочный ток, А | Диаметр электрода, мм | Диаметр присадка, мм | Расход аргона, л/мин | Число проходов | ||
S | b | с | ||||||
 | 2 3 4 | 0+1,0 0+1,5 0+2,0 | — | 70-80 100-140 160-190 | 2 3 4 | 2-2,5 3 3-4 | 5-6 7-8 7-8 | 2 |
 | 2 3 | 0+1,0 | 80-100 120-140 | 3 | 2,5-3,5 3 | 5-6 7-8 | 1 | |
 | 2 3 4 | 80-100 120-140 160-210 | 2 3 4 | 2,5-3,5 3 4 | 5-6 7-8 7-8 | 1 1 2 | ||
 | 4 6 8 10 | 1+0,5 1+1,0 1+1,0 1+1,0 | 150-200 250-300 300-350 350-400 | 6 5 5-6 6-7 | 3-4 4 4-5 4-5 | 7-8 8-9 9-10 10-12 | 1 2 2 2 | |
 | 4 6 8 10 15 | 1+1,0 1,5+1,0 2,0+1,0 2,0+1,0 2,5+1,0 | 1+0,5 1+1,0 1+1,0 1+1,0 | 220-260 260-300 320-360 380-420 440-480 | 4 4-5 5-6 6-7 8 | 3-4 4 4 4-5 4-5 | 8-10 10-12 12-14 16-18 16-18 | 1 2 2 2 2 |
 | 10 15 25 | 0+1,0 0+1,5 0+1,5 | 1+0,5 | 350-400 380-420 480-550 | 6-7 7 8 | 4-5 | 10-12 16-18 18-20 | 4 6 6 |
 | 2 4 6 | 0+0,5 0+1,0 0+1,5 | — | 100-120 170-220 240-280 | 2-3 4 5 | 2 3-4 4 | 5-6 7-8 8-10 | 2 |
 | 4 10 15 | 0+1,0 0+1,5 0+2,0 | 0,5 0+0,5 1,5 | 170-220 350-400 380-420 | 4 6-7 7 | 4 4-5 4-5 | 8-10 10-12 16-18 | 2 |
 | 8 10 15 20 | 0+1,0 0+2,0 0+2,0 0+2,0 | 0,5 1,0 1,5 1,5 | 280-320 350-400 380-420 480-550 | 5-6 6-7 7 8 | 4 4-5 4-5 4-5 | 8-10 10-12 16-18 18-20 | 2 2 2 5 |
 | 2 4 6 | 0+0,5 0+1,0 0+1,5 | 0+1,0 | 100-120 150-200 220-260 | 2-3 4 5 | 2-3 3 4 | 5-6 8-10 8-10 | 2 |
 | 4 10 15 | 0+1,0 0+1,5 0+2,0 | 0,5 1+0,9 1,5 | 150-200 320-380 360-400 | 4 6-7 7 | 3-4 4-5 4-5 | 8-10 10-12 16-18 | 2 2 3 |
Технология сварки алюминия и его сплавов
Температура плавления алюминия 660°С, окисной пленки 2060°С
Марка | Свариваемость | Технологические особенности сварки | |
Технически чистый алюминий | Очистка кромок и присадка от окисной пленки | ||
АД00, АД0, АДД, АД | Хорошая | Электродная проволока Св-А1, Св-А000, Св-85Т. Защитные газы Ar, He и их смеси | |
Деформируемые, термически не упрочняемые сплавы | |||
АМц, АМцС, Д12 | Хорошая | Электродная проволока Св-АМЦ | |
АМг1 ,АМг2, АМг3 | Электродная проволока Св-АМг3 | ||
АМг4, АМг5 | Электродная проволока Св-АМг5 | ||
АМгб | Электродная проволока Св-АМг6, Св-АМг7 | ||
Деформируемые, термически упрочняемые сплавы | |||
АД31, АДЗЗ, АД35 АВ, АК6, АК8 | Удовлетворительная | Электродная проволока Св-АК5, Св-1557 | |
АК4, АК4-1 | Ограниченная | ||
В95 | Плохая | Предварительный подогрев Термообработка после сварки при t=200-250°C. Электродная проволока Св-1557, Св-АМг5, Св-АМг6 | |
1915, 1925 | Удовлетворительная | ||
Литейные сплавы | |||
АЛ 1, АЛ2, АЛ9, АЛ 25, АЛ 26 | Хорошая | Электродная проволока той же марки, что и основной металл Защитные газы Ar, He и их смеси | |
АЛЗ, АЛ4, АЛ5, АЛ7, АЛ8, АЛ 10В | Удовлетворительная | ||
Трудности при сварке
- высокая температура плавления окисной пленки по сравнению с температурой плавления алюминия;
- высокая теплопроводность:
- образование значительных остаточных напряжений и деформаций;
- нерастворимость окисной пленки в жидком металле сварочной ванны;
- при нагреве нет явных признаков перехода алюминия и его сплавов в жидкое состояние;
- образование кристаллизационных трещин.
Подготовка к сварке
Резку и подготовку кромок деталей из алюминия и его сплавов следует вести механическими способами
Стыковое соединение металла разной толщины
Конструктивные элементы подготовки кромок (размеры приведены в мм)
Конструктивные элементы подготовки кромок при сварке со сквозным проплавлсннем н формированием шва на весу
При сварке за один проход может возникнуть надрез корня шва
При снятии фаски с обратной стороны стыкуемых кромок надрез не возникает. Для снятия фасок можно использовать напильник
Свариваемые поверхности тщательно очищают от смазки, на ширине 100-150 мм от кромок обезжиривают ацетоном, уайт-спиритом или другим растворителем.
Пленку окиси алюминия удаляют механически или химическим травлением.
При механической обработке (непосредственно перед сваркой) кромки зачищают на ширину 25-30 мм абразивной бумагой, шабером или щеткой из нержавеющей проволоки диаметром не более 0,15 мм.
Химическое травление проводят в течение 0,5-1 мин в растворе, состоящем из 50г едкого натра и 45г фтористого натрия на 1 л воды. После травления поверхность промывают проточной водой, а затем осветляют в 30-35%-ном растворе азотной кислоты (для алюминия и сплавов типа АМц) или в 25%-ном растворе ортофосфорной кислоты (для сплавов типа АМг и В95). После повторной промывки поверхность сушат до полного испарения влаги.
Алюминиевую сварочную проволоку перед сваркой тоже обрабатывают. Сначала ее обезжиривают, а затем подвергают травлению в 15%-ном растворе едкого натра в течение 5-10 мин при 60-70°С. после чего следует промывка в холодной воде и сушка при температуре 300°С в течение 10-30 мин.
Подготовленные к сварке материалы сохраняют свои свойства 3-4 дня. Позже на поверхности вновь образуется окисная пленка.
Детали из алюминия и его сплавов собирают в приспособлениях или на прихватках, выполняемых аргонодуговой сваркой W-электродом. Расстояние между прихватками должно быть не более 150-180 мм.
Поверхности прихваток непосредственно перед сваркой зачищают металлическими щетками. Обнаруженные дефектные прихватки удаляют, и стыки прихватывают повторно. При сварке прихватки полностью переплавляют.
Выбор параметров режима
Сварку ведут на постоянном токе обрат ной полярности. Защитным газом служит apгон или гелий и их смеси. Непосредственно перед сваркой кромки обезжиривают .
Диаметр сопел горелок выбирают равным не менее 18-22 мм.
Длина дуги должна составлять 2-6 мм, а сварочный ток — быть больше, чем при ручной аргонодуговой сварке W-электродом. Сварку выполняют за один проходили двусторонними швами.
Процесс сварки может быть: импульсно-дуговым (ИДС), струйным (СТР) или с короткими замыканиями дуги (КЗ).
Ориентировочные режимы
Вид соединения | Размеры, мм | Процесс сварки | Газ | Сварочный ток, А | Напряжение на дуге, В | Скорость сварки, м/ч | Диаметр электрода , мм | Вылет электрода, мм | Расход газа, л/мин | |
S | b | |||||||||
 | 2,5-3 | 0+0,5 | ИДС | Ar | 40-80 | 15-18 | 35-45 | 1,2 | 10-13 | 7-9 |
 | 4 | 0+0,5 | ИДС ИДС СТР | Ar | 80-130 | 18-20 | 30-40 | 1,4-1,6 | 13-18 | 8-10 |
 | 6 | 0+1 | ИДС ИДС СТР | Ar | 180-250 | 23-26 | 20-35 | 1,6-3 | 15-30 | 12-14 |
 | 8-10 | 0+1 | ИДС СТР СТР | Ar | 250-320 | 25-30 | 20-35 | 1,6-3 | 15-40 | 12-20 |
 | 12-16 | 0+4 | СТР | Ar | 320-420 | 26-28 | 20-30 | 2 | 18-25 | 20-25 |
 | 20-30 | 0+1,5 | СТР | Ar | 310-550 | 26-35 | 18-20 | 2-4 | 20-40 | 18-25 |
 | 2,5-3 | 0+0,5 | ИДС | Ar | 60-100 | 16-18 | 35-40 | 1-1,4 | 10-15 | 6-8 |
4-5 | 0+0,5 | ИДС | Аг | 120-220 | 18-22 | 25-35 | 1,2-1,6 | 12-18 | 10-12 | |
| 8 и более | 0+1 | СТР | Аг Не | 280-330 280-320 | 27-29 | 20-25 | 1,6 | 18-30 | 20-25 | |
Техника сварки
При сварке алюминия и его сплавов необходимо использовать чистые и сухие перчатки из спилка или из другого подобного материала
Механизированную сварку стыковых соединений без разделки кромок в нижнем и вертикальном положениях выполняют обычно без поперечных колебаний электрода
При наличии разделки кромок первый шов выполняют также без поперечных колебаний, а последующие — с небольшими (до 5 мм) перемещениями электрода
При сварке угловых швов в нижнем положении угол наклона горелки относительно вертикальной стенки — 30-45°. Угловой шов на вертикальной плоскости ведут снизу-вверх «углом вперед». Однопроходную сварку выполняют с перемещениями конца электрода. Угловые швы больших сечений на вертикальной плоскости делают многопроходными путем выполнения узких швов. Так же сваривают и стыковые горизонтальные швы
С внутренней стороны шов защищают остающимися или съемными подкладками либо защитным газом, подаваемым каким-либо из способов:
1- защитный газ; 2- свариваемые детали; 3- заглушки; 4 — соединительные тросики
Схема установки заглушек в трубопровод для поддува защитного газа
При сварке деталей толщиной 4 мм и более из-за быстрого остывания сварочной ванны в шве образуются поры. Чтобы предотвратить их появление, применяют шаговую сварку с возвратно-поступательными перемещениями горелки. Каждый шаг вперед на 3-6 мм сопровождается перемещением назад на 1,5-3 мм. Такая техника сварки обеспечивает более эффективную защиту и медленную кристаллизацию сварочной ванны, что в конечном счете гарантирует отсутствие пор.
Чтобы уменьшить деформации при соединении длинномерных конструкций, широко применяют обратноступенчатый метод сварки.
Для заварки кратера горелку возвращают в обратном направлении на расстояние, немного превышающее длину кратера, и одновременно снижают скорость подачи проволоки
При сварке угловых и тавровых соединений сварку заканчивают перемещением горелки в обратную сторону по шву, одновременно замедляя подачу проволоки.
Эффективным способом окончания сварки служит вывод конца шва на выводные планки, которые после сварки удаляют
Технология сварки алюминия и его сплавов
Внушительный список достоинств сделал алюминий востребованным материалом во всех отраслях экономики, включая корабле- и самолетостроение. Но, как и любой другой металл, он имеет и недостатки. Один из них – технологические сложности при сваривании заготовок из алюминия и его сплавов. Качественно выполнить подобную работу могут только высококвалифицированные специалисты.
Почему свариваемость алюминия низкая?
Мягки серебристый металл сложно поддается сварке в силу объективных причин, которые вытекают из его свойств. А именно:
- На поверхности алюминия образуется окислительная пленка. И если температура плавления металла составляет всего лишь 660 градусов Цельсия, то защитной пленки – 2044 ?С.
- В процессе работы очень сложно контролировать сварочную ванну из-за высокой текучести металла. Необходимо использовать специальные теплоотводящие подкладки.
- Расплавляясь, алюминий выделяет много водорода. В результате после остывания расплава внутри и на поверхности остается много микропустот.
- Алюминий характеризуется высокой степенью усадки. Из-за этого во время охлаждения не исключена деформация шва.
- Высокая теплопроводность вынуждает использовать ток, сила которая намного больше, чем при исполнении аналогичных работ с другими металлами. Сравнительно с обычной сталью разница составляет 100 процентов.
Необходимо подчеркнуть, что в домашних условиях любителям не приходится иметь дело с чистым алюминием. Сваривать приходится его сплавы. Это усложняет и без того непростой процесс, поскольку для каждого сплава (а чаще всего его марка неизвестна) нужно подобрать конкретный режим и дополнительные материалы. Унифицировать сварочный процесс в данной ситуации практически невозможно.
Способы сварки алюминия
На практике есть большое количество приемов и разных способов сварки алюминия и его сплавов. Они отличаются не только методами работы, но и оборудованием, дополнительными материалами. Наиболее часто применяется три способа сварки:
- с использованием вольфрамовых электродов и инертного газа;
- в инертной среде полуавтоматической сваркой;
- без газов с применением плавящихся электродов.
Третий способ представляет собой распространенную технологий сварки алюминиевых заготовок без аргона.
Важно! Сварочные работы со сплавами алюминия подразумевают необходимость разрушения оксидного слоя, образованного на поверхности в результате окисления металла. Для достижения результата используется переменный ток или постоянный с обратной полярностью.
Что нужно для сварки алюминия
Традиционно процесс начинается с подготовки соединяемых заготовок. Основная задача здесь очень проста – очистить поверхность от посторонних включений и грязи. Кромка алюминия очищается с помощью химических составов. Далее после полного высыхания поверхность обезжиривается бытовым растворителем. Пригодны любые обезжиривающие составы: уайт-спирит, ацетон, бензин с высоким октановым числом и т.д.
При работе с заготовками толщиной от 4 мм и больше предварительно нужно «разделать кромки». Способов выполнения данной работы несколько, включая наиболее распространенный – создание конусовидной формы. Завершающим этапом является удаление оксидной пленки при помощи напильника либо любого иного абразива, в том числе наждачной бумаги с крупным зерном.
Чем варить алюминий в домашних условиях
Соединение алюминиевых заготовок с использованием покрытых электродов обозначается аббревиатурой ММА. Режим Manual Metal Arc применяется при работе с металлическими заготовками толщиной от 4 мм и в случаях соединения конструкций с невысокими требованиями к качеству. Этот метод не относится к числу высокотехнологичных: во время выполнения работ внутри швов остаются поры, которые заметно снижают их прочность. Еще одни большой минус – очень сложно застывший шлак, который в конечном итоге приводит к усилению коррозии.
Особенности сварочных работ по алюминию электродами со специальным покрытием:
- используется только обратно полярный постоянный ток;
- величина силы тока определяется, выходя из соотношения 25-30 А на каждый миллиметр толщины заготовки;
- качественный шов может получиться только при условии, что кромка детали средней толщины нагрета до температуры 300 градусов Цельсия. Толстые детали разогреваются до 400 ?С;
- в обязательном порядке необходимо медленное остывание. В противном случае шов будет хрупким;
- электрод нужно сжигать «за один присест». В случае разрыва электрической дуги на поверхности алюминия и электрода образуется слой из шлака, который препятствует протеканию тока. Повторно разжечь дугу будет затруднительно.
По завершению работы требуется хорошо очистить шов от шлака: в дальнейшем он становится причиной активной коррозии металла. Для этого достаточно иметь горячую воду и обыкновенную щетку по металлу.
Сварка вольфрамовыми электродами в инертной среде
Когда прочность и качество сварного шва поставлены во главу угла, то самое время прибегнуть к технологии сварки алюминия вольфрамовыми электродами с использованием инертного газа. Для защиты подойдет аргон или гелий. Электроды применяются диаметром от 1,6 до 5 мм. Дополнительно используется присадочная проволока толщиной 1,6-4 мм.
Сварка подключается к сети переменного тока, а технологические параметры подбираются в зависимости от оборудования. Другими словами, под определенные режимы сварки приобретаются электроды и проволока нужной толщины; определяется скорость подачи инертного газа, сила тока и прочие параметры.
Особенности сварки:
- Важно, чтобы длина дуги не превышала 2,5 мм.
- Электрод по отношению к поверхности ставится под углом порядка 80 градусов.
- Между присадочной проволокой и электродом выдерживается прямой угол.
- Изначально по шву перемещается проволока и только следом проходит горелка с электродом.
- Ровность шва можно обеспечить при условии продольного перемещения электрода. Нежелательно двигать электродом в поперечном направлении.
- Чтобы ванна заполнялась равномерно проволоку в рабочую зону следует подавать возвратно-поступательным перемещением.
- Свариваемые элементы следует укладывать на железный стол. Черный метал будет отводить избыточное тепло.
- Подача инертного газа начинается за 4-5 сек до образования и прекращается через 6-7 секунд после прерывания сварочной дуги.
Задействуем полуавтомат
Применение для сварки алюминиевых сплавов полуавтоматического аппарата является идеальным решением. Устройство генерирует импульсы тока высокого напряжения, благодаря чему отлично разрушается пленка оксида металла. Но полуавтоматы с режимом сварки алюминия стоят очень дорого. Поэтому в бытовых условиях умельцы приспособились обходиться обычными полуавтоматами без такого функционала. Метод идентичен технологии сваривания черных металлов, но вместо обычной присадочной проволоки используется алюминиевая.
Еще несколько особенностей:
- В силу того, что алюминиевая проволока расплавляется с большей скоростью по сравнению со стальной, соответственно, подавать ее надо в несколько раз быстрей.
- Коэффициент расширения алюминия больше, чем стали. Чтобы выровнять ситуацию, необходимо приобрести специальный наконечник с обозначением «Al».
- Мягкая проволока может стать причиной образования скрутки или петли, что приведет к прерывания сварочных работ. Желательно предусмотреть специальный механизм подачи. Его несложно смастерить самостоятельно из трех-четырех направляющих роликов.
Выполняем работы инвертором
Для сваривания алюминиевых заготовок нередко используется инвертор. Очень важно правильно подобрать силу тока и электрод. Лучше всего подходят продукты марки ОЗАНА, ОЗА или ОЗР. Выбор силы тока выполняется с учетом высоких плавильных свойств материала. В остальном все идентично процессу сваривания черных металлов.
Важно! Вначале электроды желательно прокалить в печи, специально предназначенной для их термической обработки.
Технология сварки алюминия при помощи флюсов
На рынке флюсы представлены в большом ассортименте, что позволяет выбрать наиболее подходящий вариант для сваривания конкретного вида алюминиевого сплава. Флюсы с этой целью применяются достаточно давно и призваны разрушить защитную оксидную оболочку. Под воздействием высокой температуры флюс растворяется и вступает в реакцию с оксидом алюминия, разрушая его. В этот же момент заготовки соединяются между собой.
Можно приобрести флюсы, которые предназначены отдельно для дуговой или газовой сварки. Помимо этого, для работы с дуговой сваркой можно использовать графитовые или угольные электроды.
Заключение
Из материала статьи несложно сделать основные выводы. Прежде всего то, что для сваривания алюминия есть множество вариантов, которые отличаются оборудованием и способом. Но в любом случае важна тщательная предварительная подготовка, правильный выбор материалов и настройка аппарата.
Частые вопросы о сварке алюминия
Здесь мы постарались дать ответы на самые частые вопросы на тему сварки алюминия:
- Почему наплавленный металл имеет намного меньшую прочность по сравнению с основным?
- Какой защитный газ использовать для сварки алюминия?
- Какие электроды подходят для TIG-сварки алюминия?
- Как проводить предварительный подогрев перед сваркой алюминия?
- Как снимается остаточное напряжение после сварки алюминия?
- Как различать сплавы алюминия?
- Как вести сварку по алюминию переменной толщины?
-
Как вести сварку сплава 7075?
1. Почему наплавленный металл имеет намного меньшую прочность по сравнению с основным?
При сварке стали наплавленный металл можно сделать таким же прочным, как и основной. Но для алюминия это не так. Почти во всех случаях сварки алюминия наплавленный металл имеет меньшую прочность.
Чтобы лучше понять, из-за чего это происходит, давайте рассмотрим два типа алюминиевых сплавов: с тепловой обработкой и без нее. Для упрочнения сплавов второй категории проводится только холодная обработка, которая вызывает определенные физические изменения металла. Чем интенсивнее холодная обработка, тем прочнее становится сплав.
Но во время сварки сплава, прошедшего холодную обработку, вы производите локальный отжиг материала, он теряет закаливание и становится «мягким». Поэтому при сварке сплавов, не проходивших тепловую обработку, создать такой же прочный наплавленный металл, как и основной, можно только при условии изначально незакаленного материала.
При тепловой обработке алюминиевых сплавов на последнем этапе они нагреваются примерно до 200°C. Однако во время сварки материал в зоне теплового воздействия нагревается значительно выше этой отметки, и из-за этого теряет свои механические свойства. Поэтому, если после сварки не провести подогрев материала, зона вокруг соединения станет значительно менее прочной по сравнению с остальным алюминием — примерно на 30-40%. Если подогрев проводится, то он позволит улучшить характеристики сплава.
Ниже указано, какие серии алюминиевых сплавов проходят тепловую обработку, а какие — нет:
Проходят тепловую обработку: 2000, 6000, 7000.
Не проходят тепловую обработку: 1000, 3000, 4000, 5000.
2. Какой защитный газ использовать для сварки алюминия?
Для TIG (аргонодуговой) и MIG (в защитных газах) сварки материалов толщиной до 12,7 мм рекомендуется чистый аргон. При толщине выше 12,7 мм в смесь можно добавить от 25 до 75 процентов гелия, чтобы увеличить температуру дуги и глубину проплавления. Аргон подходит для этого лучше всего, потому что он обеспечивает более качественное очищающее действие дуги по сравнению с гелием и меньше стоит.
Никогда не используйте газовые смеси с содержанием кислорода или двуокиси углерода, так как это приведет к окислению алюминия.
3. Какие электроды подходят для TIG-сварки алюминия?
Для большинства материалов, в том числе стали, рекомендуется использовать электроды с 2-процентным содержанием тория. Но так как сварка алюминия происходит на переменном токе, а не постоянном, на вольфрамовый электрод поступает больше энергии. По этой причине для сварки алюминия рекомендуются электроды из чистого вольфрама или с добавлением циркония.
Кроме того, для сварки на переменном токе требуются электроды значительно большего диаметра. Рекомендуем начать с диаметра 3,1 мм и при необходимости попробовать другие варианты. Вольфрам с добавлением циркония позволяет работать на более высоких токах, чем чистый вольфрам. Также учтите, что при сварке на переменном токе удобнее работать электродом с затупленным концом — из-за острого конца дуга может отклоняться в стороны.
4. Как проводить предварительный подогрев перед сваркой алюминия?
Хотя предварительный подогрев в определенных пределах довольно полезен, слишком сильный нагрев может отрицательно сказаться на механических свойствах алюминия.
Как уже было упомянуто ранее, на последнем этапе тепловой обработки алюминий нагревается до 200°C, поэтому, если перед сваркой оператор нагреет алюминий до 175°C и будет удерживать эту температуру на протяжении всей работы, механические свойства алюминия снизятся.
В случае сплавов без тепловой обработки, например, серии 5000, даже если ограничить температуру до 90°C, материал окажется уязвим к коррозии под напряжением. В большинстве случаев небольшой предварительный подогрев для удаления влаги считается приемлемым, но он должен быть строго ограничен.
Многие неопытные сварщики воспринимают предварительный подогрев как некий костыль. Так как оборудование для сварки алюминия часто работает на максимальной мощности, считается, что подогрев поможет преодолеть ограничения оборудования. Алюминий имеет достаточно низкую температуру плавления — 650°C по сравнению с 1420°C для стали. Из-за низкой температуры плавления кажется, что для сварки алюминия нужно оборудование минимальной мощности. Но при этом алюминий имеет в 5 раз более высокую теплопроводимость по сравнению со сталью, т. е. тепло в этом случае рассеивается намного быстрее. Поэтому ток и напряжение для сварки алюминия должны быть еще выше, чем для стали, что требует использования более мощного оборудования.
5. Как снимается остаточное напряжение после сварки алюминия?
Из-за того, что расплавленный металл по мере застывания сжимается, в зоне сварки образуется остаточное напряжение. Более того, если после сварки изделие подвергнется механической обработке, это еще больше усилит деформации и разброс размеров. Чтобы этого избежать, сварщики проводят снятие напряжения, то есть нагревают материал до такой степени, чтобы атомы алюминия смогли более свободно перемещаться.
Если для стали температура снятия напряжения составляет 565-590°C, то для алюминия она ограничена 343°C. Это означает, что для того, чтобы снятие напряжения было хоть сколько-нибудь эффективным, материал придется нагреть до температуры, при которой он потеряет механические свойства. Поэтому для алюминия снятие напряжение после сварки не рекомендуется.
6. Как различать сплавы алюминия?
Существует достаточно много различных сплавов алюминия и для надежной сварки нужно знать, с каким сплавом вы работаете. Если эта информация недоступна, вы можете ориентироваться на следующее:
штампованные изделия обычно выполняются из сплавов серии 6000;
литые изделия часто представляют собой сочетание алюминия/кремния — некоторые из них поддаются сварке, некоторые — нет;
листовой металл, пластины и болванки обычно изготавливаются из сплавов 5000 и 6000;
Если вам нужна более точная информация, приобретите комплект для анализа, который поможет вам определить точный состав сплава.
7. Как вести сварку по алюминию переменной толщины?
Если вам требуется вести сварку по материалу переменной толщины, оборудование следует настроить для сварки части с самым большим сечением. Во время сварки будьте осторожны и сделайте большее тепловложение в части с большим сечением.
8. Как вести сварку сплава 7075?
Большинство сплавов алюминия поддается сварке, но некоторые для этого подходят плохо — в частности, сплав 7075. Мы выделили в этом примере именно 7075, потому что этот сплав имеет одно из самых высоких значений предела прочности. Когда проектировщики и сварщики начинают подбирать сплав алюминия, многие в первую очередь обращаются к таблице со сплавами алюминия и их пределами прочности. Но они не знают, что лишь немногие из сплавов с высокой ударной вязкостью поддаются сварке, особенно если они относятся к сериям 7000 и 2000, и их использования следует избегать.
Единственное исключение — это отрасль литья под давлением. В этом случае для ремонта штампов проводится сварка алюминия 7075 — однако он никогда не используется для изготовления металлоконструкций.
При выборе подходящего сплава алюминия можно опираться на следующие рекомендации:
Серия сплава | Основные элементы сплава |
Серия 1000 | Чистый алюминий |
Серия 2000 | Алюминий и медь (высокопрочный алюминий для аэрокосмической отрасли) |
Серия 3000 | Алюминий и марганец (сплавы с низкой и средней прочностью, например, используются в алюминиевых банках и трубах систем охлаждения) |
Серия 4000 | Алюминий и кремний (большинство сплавов этой серии — это заполняющие материалы для сварки и припоя) |
Серия 5000 | Алюминий и магний (эти сплавы в основном используются для создания металлоконструкций из листового материала и пластин — все сплавы серии 5000 пригодны для сварки) |
Серия 6000 | Алюминий, магний и кремний (эти сплавы поддаются тепловой обработке и часто используются для производства штампованных изделий, листового металла и пластин — все поддаются сварке, но могут быть склонны к растрескиванию. Не пытайтесь проводить сварку этих сплавов без буферного слоя) |
Серия 7000 | Алюминий и цинк (высокопрочные сплавы для аэрокосмической отрасли, которые могут содержать другие элементы). |
Если вам необходимо использовать высокопрочный алюминий, компания Lincoln рекомендует использовать сплавы серии 5000 с высоким содержанием магния вместо серий 2000 и 7000. Сплавы серии 5000 хорошо поддаются сварке и обеспечивают самые лучшие результаты.
Заключение
Компания Lincoln Electric предлагает полный спектр решений для сварки алюминия, например, аппараты Power Wave® 455M, специально разработанные для эффективной сварки алюминия, пуш-пульные механизмы Cobramatic® для подачи мягкой алюминиевой проволоки и сварочную проволоку SuperGlaze® премиум-класса со строгим контролем химического состава для стабильного качества сварки. Кроме широкого выбора продуктов, компания Lincoln гордится своим опытом работы с алюминием. Если вам нужен совет, напишите нам.
Газовая сварка алюминия | Сварка и сварщик
Алюминий и его сплавы широко применяют в промышленности в виде листов, труб и другого профильного материала. Сплавы алюминия имеют высокие механические свойства при малой плотности, что достигается легированием их марганцем (Mn), магнием (Mg), кремнием (Si), никелем (Ni), хромом (Сr) и другими элементами. Алюминиевые сплавы делят на две группы — деформируемые и литейные. Деформируемые, в свою очередь, подразделяют на неупрочняемые и упрочняемые термообработкой. К деформируемым неупрочняемым сплавам алюминия относят сплавы алюминия с Mg или Мn, а к термически упрочняемым — дюралюмины Д1, Д16 и сплавы АВ, АК и В-95. Из литейных сплавов наибольшее распространение получили силумины — сплавы алюминия с кремнием Si (4-12% Si). Литейные сплавы применяют для деталей, имеющих сложную конфигурацию.
Основной трудностью при сварке алюминия является образование на его поверхности оксидной пленки с температурой плавления 2050°С, которая затрудняет плавление металла и сплавление свариваемых кромок. Оксидная пленка имеет плотность 3,85 г/см3 и остается на поверхности сварочной ванны. Другая трудность при газовой сварке алюминия заключается в том, что при нагреве алюминий не меняет цвет, и поэтому трудно уловить момент начала его плавления. Для этого требуются опыт и навык сварщика.
При газовой сварке алюминия необходимо учитывать низкую температуру плавления и высокую теплопроводность, что требует правильного выбора мощности сварочного пламени. При газовой сварке алюминия возникают также значительные остаточные напряжения и деформации, связанные с высокими значениями коэффициента теплового расширения этих сплавов. Диаметр присадочной проволоки выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла:
| Толщина свариваемого металла, мм | до 1,5 | 1,6-3,0 | 3,1-5,0 | 5,1-10,0 | 10-15 |
| Диаметр присадочной проволоки, мм | 1,5-2,5 | 2,5-3 | 3-4 | 4-6 | 6-8 |
Для газовой сварки алюминия и его сплавов согласно ГОСТ 7871-75 используют 11 марок присадочной проволоки: Св-А97, Св-А5с, Св-АМц, Св-Мг3, Св-АМг5, Св-АМг6, Св-АМг7, Св-АК3, Св-АК5, Св-АКЮ, Св-АК12. При сварке алюминия используется сварочная проволока Св-АК5. Сплавы алюминий-магний сваривают сварочной проволокой Св-АК5, Св-АКЮ, Св-АМг3, Св-АМг5, в качестве присадка используют проволоку Св-АМц и Св-АК5.
Согласно ГОСТ 7871-75, применяют следующие диаметры сварочной проволоки: 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,5; 2,8; 3,0; 3,2; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 7,0; 8,0; 9,0; 10; 11; 12 мм.
Сварочная проволока должна иметь ровную, гладкую поверхность, без трещин, закатов и вмятин. Проволока поставляется в бухтах, масса бухты не должна превышать 40 кг. При сварке литейных алюминиевых сплавов применяют присадочной металл того же состава, что и основной. Основным видом соединений при газовой сварке деталей из алюминия и его сплавов являются стыковые соединения. Применение тавровых, угловых и особенно нахлесточных соединений не рекомендуется. Зазор между свариваемыми деталями следует устанавливать, руководствуясь данными, приведенными в таблице.
| Толщина деталей в стыковой соединении, мм | Величина зазора, мм | Расстояние между прихватами, мм |
| До 1,5 | 0,5-1,0 | 20-30 |
| 1,6-3,0 | 0,8-2,0 | 30-50 |
| 3,1-5,0 | 1,8-3,0 | 50-80 |
| 5,0-10,0 | 2,5-4,0 | 80-120 |
| 10,1-15,0 | 3,5-5,0 | 120-211 |
| 15,1-50,1 | 4,5-6,0 | 200-360 |
Стыковые соединения деталей толщиной до 4 мм выполняют без скоса кромок, с зазором между ними от 0,5 до 2 мм. При толщине металла свыше 5 мм обязательно делается V-образный скос кромок (угол 30-35° с каждой стороны). При толщинах свыше 12 мм рекомендуется двусторонняя Х-образная разделка кромок (угол 30-35° с каждой стороны). Разделку кромок осуществляют механическим способом. Кромки свариваемых деталей и присадочный материал перед сваркой необходимо тщательно очистить от грязи и масла напильником или металлической щеткой на ширину 30-40 мм с каждой стороны шва и обезжирить. Присадочную проволоку и свариваемые кромки промывают в течение 10 мин в щелочном растворе, составленном из 20-25 г едкого натра и 20-30 г углекислого натрия на 1 дм3 воды при температуре 65°С с последующей промывкой в проточной воде. После этого кромки и присадочную проволоку травят в течение 2 мин в 25%-ном растворе ортофосфорной кислоты или в 15%-ном растворе азотной кислоты. После травления детали и проволоку промывают в горячей, а потом в холодной воде и протирают ветошью.
Для удаления оксидов алюминия из сварочной ванны, а также облегчения разрушения оксидной пленки при газовой сварке алюминия и его сплавов применяют флюсы. Флюсы содержат легкоплавкие смеси хлористых соединений, щелочных и щелочноземельных элементов, к которым добавляют небольшое количество фтористых соединений. Флюсы наносят на свариваемые кромки или нагретую сварочную проволоку в виде порошка или пасты, приготовленной на воде или спирте. Для разведения флюса применяется фарфоровая, стеклянная или эмалированная посуда, разводят флюс в необходимом количестве из расчета хранения его 4-5 ч. Более длительное хранение флюса в разведенном состоянии снижает его активность.
Флюс на проволоку и кромки наносят чистой кистью или конец присадочной проволоки погружают в разведенный флюс. Флюс наносят тонким слоем на подготовленные кромки детали и на прилегающие к шву поверхности на расстояние, равное трехкратной ширине шва.
Содержащиеся во флюсах фтористые соединения растворяют в расплавленном состояний оксид алюминия. Хлористые соли лития отнимают кислород от оксида алюминия. Все флюсы для сварки алюминия, особенно те, которые содержат хлористый литий, очень гигроскопичны, поэтому их хранят в герметически закрытых банках и открывают лишь перед употреблением. При выполнении прихватки флюс наносят только на присадочный металл. После сварки остатки флюса необходимо удалять с поверхности шва и прилегающей к нему зоне для предотвращения коррозии сварного соединения. Сварные швы очищают металлической щеткой с последующей промывкой 2%-ным раствором азотной кислоты, затем горячей водой и просушкой.
При газовой сварке алюминия и его сплавов пламя берется нормальное. Избыток кислорода и горючего газа не допускается, так как свободный кислород окисляет алюминий, а избыток горючего газа приводит к сильной пористости шва. Мощность сварочного пламени выбирается из расчета расхода ацетилена 75 дм3/ч на 1 мм толщины свариваемого изделия. Расход ацетилена в зависимости от толщины свариваемого металла приведен ниже:
| Толщина металла, мм | Расход ацетилена, дм3/ч |
| 1,5 | 50-100 |
| 1,6-3 | 100-200 |
| 3,1-5 | 200-400 |
| 5,1 -10 | 400-700 |
| 10,1-15 | 700-1200 |
| 15,1-25 | 900-1200 |
| 25,1-50 | 900-1200 |
Газовую сварку выполняют восстановительной зоной пламени, расстояние от конца ядра до свариваемой поверхности 3-5 мм. Сварку ведут левым способом. Угол наклона мундштука горелки к поверхности свариваемого металла в начале сварки должен составлять почти 90°, а затем по мере прогрева свариваемых деталей угол устанавливается в зависимости от их толщины. Мундштук горелки располагают под углом 20-45° к свариваемой поверхности. Угол наклона присадочной проволоки во всех случаях составляет 40- 60° к свариваемой поверхности.
Виды поперечных колебаний мундштука горелки и сварочного прутка зависят от толщины свариваемого металла. При газовой сварке деталей из алюминиевых сплавов толщиной до 3 мм поперечных колебаний не делают, а при. больших толщинах в процессе сварки горелки выполняют различные поперечные колебания. При сварке алюминиевых деталей свыше 5 мм применяют правый способ сварки.
При газовой сварке алюминия необходимо стремиться к тому, чтобы сварка выполнялась только в нижнем положении. Сварку листов необходимо начинать, отступив от края на 50-100 мм, с последующей заваркой оставленного участка в обратном направлении. Сварочный процесс должен выполняться непрерывно, отрыв сварочного пламени от ванны расплавленного металла не допускается. Свариваемые детали толщиной более 10 мм перед сваркой рекомендуется подогревать до температуры 300-350°С. Подогрев осуществляется в электрических, газовых печах или газовыми горелками. Литые детали из алюминиевых сплавов сваривают с общим подогревом до температуры 250°С, отливки из силумина — до температуры 350-400°С. При заварке трещин концы их засверливают, разделывают до определенного угла и заваривают от середины к краям. Длинные трещины заваривают обратноступенчатым способом.
Лазерная сварка алюминия: технология, условия, способы, оборудование
Алюминий (и его сплавы) как конструкционный материал обладает множеством достоинств. Он лёгкий, прочный, не поддаётся коррозии. Однако алюминий обладает и недостатком — он осень плохо сваривается. Существует технология, которая позволяет сваривать алюминиевые заготовки. Это лазерная сварка. Установки лазерной сварки сложные и достаточно дорогие. До недавнего времени использовались только в промышленных условиях. С расширением использования на рынке появились и доступные установки бытового класса.
Лазерная сварка алюминияТехнология лазерной сварки
Технология лазерной сварки алюминия была разработана во второй половине XX века. Как только были созданы лазеры, способные к непрерывной работе, их сразу стали приспосабливать к сварным работам. Высокая энергия, которую несет узко фокусированный лазерный луч, позволяет нагреть ограниченную область на стыке двух заготовок, расплавить в ней металл. После прекращения нагрева металл кристаллизируется , соединяя две заготовки в одно целое. При постоянстве общего количества энергии, переносимой пучком, более узкая фокусировка позволяет добиться более высокой плотности энергетического потока. Соответственно повышается и температура нагрева.
Технология лазерного соединения алюминиевых сплавов и чистого алюминия позволяет работать без создания вакуума или атмосферы инертных газов. Требуется лишь провести механическую очистку сварочной зоны от окисные пленки, загрязнений или остатков лакокрасочных покрытий зоны. Обезжиривание позволяет удалить масложировые пятна и следы смазки.
Параметры лазерной сварки подбираются исходя из толщины заготовок, их пространственной конфигурации , величины сварочного зазора.
Если удается так подогнать заготовки, что сварочный зазор невелик, то использование присадочных материалов не требуется. Шовный материал образуется из оплавленных кромок соединяемых деталей.
Технология лазерной сварки
Технология позволяет варить практически в любом положении. Малая ширина сварочной ванны не позволяет расплаву вытекать даже при положении «снизу». Сварка производится в основном встык. Шов внахлест возможно только для очень тонких листовых материалов.
Условия и способы осуществления сварочного процесса
Алюминий и его сплавы обладают рядом физико –химических особенностей. В их числе:
- малый удельный вес;
- высокая прочность;
- сопротивляемость коррозии.
Это делает алюминий желанным для конструкторов материалом везде, где важен вес конструкции и ее коррозионная стойкость. Алюминий имеет и еще одну особенность- в нагретом создании он очень быстро окисляется. Окислы алюминия чрезвычайно тугоплавки ( более 2000 °С). При обычной сварке образование таких пленок, не разрушающихся при температуре плавления металла, препятствует сварке. Кроме того, оксидная пленка активно поглощает газы и водяные пары, порождая различные дефекты сварного шва.
Поэтому требуются принимать специальные меры для предотвращения попадания частиц окисных пленок в сварочную ванну. Для этого используют различные флюсы, атмосферу защитных газов, сварку в вакууме и т.д.
Параметры лазерной сварки внахлест
Лазерная сварка позволяет обойтись без всех этих усложняющих технологию и повышающих трудоемкость мероприятий.
Еще одной особенностью алюминия является его исключительно высокая теплопроводность.
Поэтому для сваривания алюминия требуется энергетические потоки с высокой плотностью. Обеспечение таких потоков в традиционных технологиях сваривания приводит к перегреву заготовок и их температурным деформациям. В результате перегрева происходит также изменение молекулярной структуры шва и околошовной области, приводящее к снижению прочности изделия.
Использование метода лазерной сварки, концентрирующего нагрев в очень узкой области, позволяет избегнуть и этих проблем.
Оборудование для проведения лазерной сварки алюминия
В состав установки лазерной сварки входят следующие основные узлы:
- Несущая рама, на которой крепятся все остальные узлы.
- Источник питания. Выдает высокое напряжение для питания генератора лазерного луча и низкое напряжение для питания механизма подачи заготовки и позиционирования головки.
- Генератор оптического излучения.
- Оптическая система фокусировки и направления луча в сварочную зону.
- Рабочий стол (для стационарных установок).
- Механизм подачи заготовки (для стационарных установок).
- Механизм перемещения сварочной головки.
Оборудование для лазерной сварки
Установки лазерной сварки включают в себя также системы промышленной безопасности, исключающие травмы обслуживающего персонала и повреждение материальных ценностей.
Аппараты лазерной сварки алюминия
Аппараты лазерной сварки алюминия могут функционировать в одном из двух режимов:
- Непрерывном. Используется непрерывное излучение лазера. Позволяет сваривать более толстые заготовки. Доступен на стационарных установках высокой мощности, с развитыми системами охлаждения.
- Импульсном. Сварка ведется серией последовательных импульсов, разогревающих алюминий до температуры плавления.
Аппараты также делятся на
- Стационарные. Обладают лазером большой мощности и способностью работать с заготовками определенных размеров, определяемых размерами рабочего стола.
- Мобильные. Установки меньшей мощности позволяют проводить сварку там, где это необходимо. Устанавливаются рядом с местом работ, лазерный луч передается по гибкому световоду. Позволяют варить в любом положении, включая положение «снизу».
Установка для лазерной сварки ЛТСК435-20
Кроме того, аппараты для сварки алюминия лазером различаются по типу и мощности используемого квантового генератора.
Типы лазеров
В настоящее время в аппаратах лазерной сварки алюминия применяются два основных типа лазеров:
- твердотельный;
- газовый.
Кроме того, проводятся исследования возможности применения для сварочных работ полупроводниковых лазерных генераторов. Промышленных образцов достаточной мощности пока не разработано.
Твердотельный
Установки с твердым активным телом развивают меньшую мощность по сравнению с газовыми и работают обычно в импульсном режиме. Принцип их работы следующий:
- Цилиндрическое активное тело, изготовленное из смеси окиси алюминия и ионизированного хрома , располагается внутри камеры. Торцы стержня отполированы и являются зеркалами. Одно из них полупроницаемое- свет может проходить через него при достижении определенной интенсивности пучка.
- Рядом с активным телом находится лампа накачки, периодически облучающая стержень импульсами света.
- Ионы хрома, входящие в состав стержня, переходят в активное состояние и переизлучает свет в продольном направлении.
- Импульсы светы, попеременно отражаясь от торцевых зеркал, увеличивают свою интенсивность, поскольку накачка продолжается.
- Когда интенсивность превышает определенный порог, световой импульс проходит через полупроницаемое зеркало и уходит в оптическую систему направления и фокусировки и через нее- в рабочую зону.
Твердотельный лазер
Длина волны таких аппаратов равна 0,69 микрона, мощность может достигать нескольких сотен ватт.
Газовый
Установки сварки алюминия лазером, использующие газообразное активное тело, конструктивно совпадают с твердотельными за исключением двух особенностей:
- Активное тело является заключенной в стеклянную колбу смесью углекислого газа, гелия и азота.
- Излучение возбуждается электрическим разрядом в газовой среде.
Зеркала (сплошное и полупроницаемое) на торцах колбы такие же, как в случае твердотельного лазера. Так же происходит усиление импульса и его проход в систему фокусировки.
Газовая смесь находится под давлением от 2 до 14 килопаскалей, в результате электрического разряда возбуждается световое излучение с длиной волны около десяти микрон.
Газовый лазер
Коэффициент полезного действия газовых установок доходит до 15%, мощность — до десятков киловатт.
Преимущества сварки лазером
Основные преимущества лазерного способа сварки заготовок из алюминия следующие:
- высокая производительность;
- низкая трудоемкость;
- отсутствие расходных сварочных материалов;
- нет необходимости в создании защитной атмосферы;
- возможность варить в любом положении;
- высокая точность сварки;
- минимальные температурные деформации;
- экологичность.
Одним из немногих недостатков метода при сварке алюминия является высока с сложность и стоимость оборудования. Недешево обходится и его обслуживание. Невысок и КПД.
Эффективность технологии
Расчет экономической эффективности использования лазерного способа сварки деталей из алюминия проводится в сравнении с традиционными технологиями сварочных работ.
Следует сравнивать не только цену покупки установок, но и совокупную стоимость владения ими, или сумма расходов за время эксплуатации, например, за год или пять лет- среднее время службы.
Лазерные установки проявляют свои преимущества в следующих условиях:
- большой объем работ;
- высокие требования к качеству сварного шва;
- возможность автоматизации процесса;
- малая толщина (до 1 см) свариваемых алюминиевых заготовок;
- высокие требования к загрязнению окружающей среды;
- доступность для найма высококвалифицированного персонала.
Результат лазерной сварки алюминия
Положительные особенности процесса лазерной сварки алюминия широко используются в производстве средств связи, аэрокосмической промышленности, производстве сложных промышленных установок, а также в оборонной индустрии. Расширение рынка ведет к снижению стоимости аппаратов, уже сегодня предлагаются модели бытового класса, доступные и домашним мастерам.