A5. 10: ER4943, R4943

1

Сварка алюминия GMA MIG | Плюсы автосервиса

Производители автомобилей рекомендуют процессы сварки MIG для современных автомобилей с высоким содержанием алюминия, но ремонтники должны знать, чем сварка MIG алюминия отличается от сварки стали.

Мысль о сварке алюминия пугает многих из нас, работающих в области ремонта столкновений. Частично это может быть связано с тем, что, когда мы думаем о сварке алюминия, многие из нас думают о процессе сварки TIG. Многие из нас не использовали процесс сварки TIG, и он требует более высокого уровня навыков, чем процесс сварки MIG, который мы использовали в течение многих лет для ремонта кузовов и конструкций транспортных средств.

Хорошая новость заключается в том, что для сварки автомобилей с интенсивным содержанием алюминия, которые были представлены в последние годы, производители автомобилей рекомендуют использовать процесс сварки MIG и фактически не рекомендуют использовать процесс TIG.

Хотя это означает, что сварка автомобиля с интенсивным использованием алюминия не требует изучения совершенно нового процесса, это не означает, что мы можем просто сваривать этот материал методом MIG так же, как мы сваривали стальные автомобили. Сварка алюминия методом MIG несложна, но она отличается от сварки стали методом MIG. Подумайте о лыжах и водных лыжах. Они похожи, и одно на самом деле не сложнее другого, но если вы попытаетесь использовать технику катания на водных лыжах во время катания на лыжах по снегу, вы не останетесь на лыжах очень долго.

То же самое и со сваркой алюминия методом MIG. На самом деле это не сложнее, чем сварка стали, но если вы используете те же методы, что и при сварке стали методом MIG, у вас не получится сварка алюминия методом MIG.

Алюминий как металл по-разному отличается от стали, что сильно влияет на то, как мы его свариваем. Алюминий имеет примерно в три раза большую теплопроводность и в четыре раза большую электропроводность, чем сталь.В результате, несмотря на то, что температура плавления алюминия в два раза меньше, чем у стали, около 600 градусов по Цельсию (1220 градусов по Фаренгейту), для сварки алюминия требуется гораздо большая сила тока, чем для стали такой же толщины. Из-за этого алюминий, используемый в конструкциях транспортных средств и панелях кузова, обычно сваривается методом MIG с использованием метода переноса дуги распылением, а не метода переноса короткого замыкания, обычно используемого для тонкой стали конструкций транспортных средств.

Типичная рекомендация производителей автомобилей, которые производят автомобили с высоким содержанием алюминия, заключается в использовании метода переноса импульсной дуги с распылением (см. Врезку).

Высокая теплопроводность также означает, что сложнее получить сварочную ванну в начале сварного шва. Тепло, подводимое к металлу, быстро отводится от сварного шва в окружающий алюминий, вызывая то, что называется состоянием «холодного пуска». Во время холодного пуска валик сварного шва располагается поверх основного металла, а не плавится в нем, что приводит к плохому проплавлению и плавлению в начале сварного шва (см. Рисунок 1).

Существует ряд методов, которые можно использовать для решения этой проблемы.Один из способов — просто оставаться на одном месте или двигаться очень медленно в начале сварного шва, пока алюминий не нагреется достаточно, чтобы позволить сварочной ванне закрепиться. После образования лужи сварочный пистолет можно перемещать вдоль стыка для выполнения сварного шва. Этот метод помогает ограничить материал сварного шва, который не проник, до пятна в начале сварного шва.

Некоторые сварочные аппараты имеют функцию горячего старта, чтобы минимизировать холодный старт. Функция горячего старта увеличивает силу тока и напряжения в начале сварного шва, что приводит к большему нагреву.Если длинный сварной шов выполняется серией стыковых сварных швов, участок сварного шва при холодном запуске следует отшлифовать до того, как поверх него будет наложен еще один соединительный сварной шов.

Другой метод работы с холодным пуском называется «слежение». При затягивании сварной шов начинается от стыка, чтобы дать время для образования лужи (см. Рисунок 2). Холодный пуск происходит вне сварного шва, где он не оказывает никакого воздействия. Этот метод помогает обеспечить проникновение сварного шва и хорошее сплавление по всему стыку.

Еще одна техника, похожая на постепенное приближение, — это использование переходной табуляции. Перед сваркой к началу стыка прихватывается небольшой язычок. Сварной шов начинается на выступе, который позже срезается. При использовании этого метода холодный пуск помещается на снятый язычок, что помогает обеспечить проплавление сварного шва по всей длине соединения (см. Рисунок 3).

Алюминий также расширяется вдвое больше, чем сталь, при нагревании, а скорость его сжатия в полтора раза выше, чем у стали при охлаждении.Это означает, что при использовании слишком большого количества тепла алюминиевый сварной шов имеет более высокую вероятность растрескивания от внутренних напряжений, чем стальной сварной шов. Интервал между недостаточным и слишком большим нагревом при сварке MIG алюминия намного меньше, чем при сварке MIG стали. При подозрении на наличие трещин в сварных швах можно использовать пенетрант (см. Рисунок 4).

Другая проблема, связанная с увеличением скорости расширения, связана с контактным наконечником сварочного пистолета. Поскольку электродная проволока нагревается и расширяется, неправильный контактный наконечник может вызвать прилипание и гнездование птиц.Алюминиевые контактные наконечники обычно немного превышают размер, чтобы компенсировать увеличение расширения. Наконечники могут быть помечены буквой «A» или «AL», чтобы указать, что они предназначены для алюминиевой проволоки. Если наконечник не предназначен для использования в качестве алюминиевого наконечника, следует использовать следующий по величине наконечник.

Высокая скорость расширения / сжатия алюминия заставляет сварной шов сжиматься и образовывать кратер на конце, когда подача проволоки и ток внезапно прекращаются. Этот кратер образует слабое место в валике сварного шва, которое может привести к образованию трещин. Как и в случае с куском стекла, как только в сварном шве образуется трещина, она может растекаться по всей длине. Чтобы избежать этого, следует избегать образования кратера в конце сварного шва или его заполнять. Один из способов избежать образования кратеров — увеличить скорость движения в конце сварного шва, а затем вернуться на валик, чтобы образовался нарост на конце сварного шва.

Другой способ — остановить подачу проволоки в конце сварного шва, приостановить, поддерживая поток защитного газа, чтобы охладить сварной шов, а затем повторно зажег дугу, чтобы заполнить кратер.Некоторые сварочные аппараты могут иметь функцию заполнения кратера, которая помогает избежать кратера на конце. Эта функция обычно работает путем постепенного уменьшения силы тока и напряжения до того, как дуга погаснет в конце сварного шва. Это создает небольшой шар в конце сварного шва, где могла бы быть кратер. Другой способ, который может быть использован там, где позволяет конструкция стыка, — это приварить прихваточный язычок к алюминию. Сварка продолжается от стыка до выступа стока, где он останавливается.Кратер находится на выступе стока, который будет отрезан и выброшен.

Алюминий без покрытия образует оксидный слой при контакте с атмосферой. Этот оксидный слой начинает формироваться мгновенно и становится толще, чем дольше алюминий подвергается воздействию элементов. Оксидный слой служит барьером для защиты основного металла. Этот оксидный слой создает некоторые проблемы при сварке. Одна из проблем заключается в том, что оксид плавится при температуре около 2050 градусов по Цельсию (3725 градусов по Фаренгейту).Это в три раза больше температуры плавления алюминия, поэтому толстый оксидный слой израсходовал бы большую часть тепла, подводимого к сварному шву, чтобы прожечь его. Плавящийся оксид также загрязняет сварной шов, вызывая пористость, которая может привести к слабому сварному шву.

Во избежание этого очень важно удалить оксидный слой с алюминия перед сваркой. После очистки от других загрязнений, таких как грунтовочный слой и герметик для швов, и обезжиривания растворителем, способы удаления оксидного слоя с чистого алюминия включают чистку проволочной щеткой из нержавеющей стали, волокнистой подушечкой, наждачной бумагой или пластиковым диском для подготовки поверхности (см. Рис. 5).Обязательно очищайте переднюю и заднюю стороны свариваемых панелей, так как любые загрязнения с обратной стороны будут всасываться в сварной шов и могут вызвать пористость.

Большая часть сварки MIG на стальных автомобилях выполняется с использованием одного сплава электродной проволоки ER70S-6. Для сварки алюминия методом MIG могут потребоваться различные сплавы электродной проволоки. Есть много разных сплавов алюминия, каждый из которых имеет разные характеристики и прочность. Двумя основными сериями алюминиевых сплавов, используемых для строительства автомобилей, являются семейства серий 5000 и 6000, и электродный провод должен быть совместимым (см. Рисунок 6).Двумя наиболее распространенными сплавами алюминиевой электродной проволоки, используемых для ремонта столкновений, являются сплавы серий 4000 и 5000. Некоторые производители транспортных средств могут иметь в своей информации по ремонту после столкновений конкретные рекомендации по выбору сплава электродной проволоки.

Из-за повышенных требований к силе тока и напряжению при сварке алюминия электродная проволока имеет больший диаметр, чем то, что обычно используется при сварке стальных автомобилей методом MIG.Обычные диаметры алюминиевой электродной проволоки, используемой для ремонта столкновений, составляют от 0,8 мм (0,030) до 1,2 мм (0,047). Проволока большего диаметра также помогает избежать проблем с подачей проволоки из-за более мягких характеристик алюминиевой проволоки по сравнению со стальной. Алюминиевая электродная проволока, как и весь алюминий, образует оксидный слой, который может вызвать пористость сварного шва при контакте с элементами. По этой причине провод, когда он не используется, следует хранить в герметичном пластиковом пакете.

Имеются также некоторые отличия от защитного газа, используемого для сварки алюминия методом MIG.Защитный газ, состоящий из 100% аргона, обычно используется вместо смеси 75% аргона / 25% CO2, используемой для сварки стали. Повышенная сила тока и напряжение, используемые при сварке алюминия, требуют, чтобы расход защитного газа был выше, чем при сварке стали. Из-за этого увеличенного расхода используются более крупные прямые форсунки защитного газа (см. Рисунок 7). Хорошей отправной точкой для расчета расхода защитного газа при сварке алюминия методом MIG для ремонта столкновений является 25–30 кубических футов в час. Имейте в виду, что слишком большой поток газа также может вызвать пористость сварного шва.Если скорость потока газа слишком высока, давление потока газа может вызвать турбулентность и втягивать атмосферный воздух в зону сварки.

Есть также некоторые отличия между методами сварки MIG при сварке алюминия и стали. При сварке стали методом MIG используется метод выталкивания или выталкивания. Однако при сварке алюминия мы должны каждый раз подталкивать сварной шов, чтобы добиться успеха (см. Рисунок 8).Использование метода проталкивания помогает направить защитный газ к передней части сварочной ванны и обеспечивает действие очистки дуги для удаления оксидной пленки, которая начала формироваться на поверхности после ее очистки.

Толкание также помогает предварительно нагреть алюминий перед сваркой, что способствует увеличению проплавления. Угол наклона сварочной горелки также гораздо более важен для сварки алюминия методом MIG, чем для сварки стали.Угол наклона пистолета к вертикали должен составлять 5-15 градусов от вертикали. Слишком маленький угол не будет удерживать защитный газ перед лужей и не позволит выполнить необходимое действие по очистке дуги. Слишком большой угол может привести к потере покрытия защитным газом или втягиванию атмосферного воздуха в зону сварного шва из-за эффекта вакуума. Оба эти условия вызовут пористость сварного шва.

Рабочий угол, или угол, под которым сварочная горелка входит в стык, также более важен при сварке алюминия методом MIG.Неправильный рабочий угол соединения приведет к неправильному направлению дуги и не направит тепло в нужное место. Дуга и тепло должны быть направлены непосредственно на стык и на обе свариваемые детали (см. Рисунок 9). Если тепло сосредоточено только на одной из частей, это может привести к чрезмерному проникновению в нее, обратному всасыванию или подрезанию, а также к отсутствию сплавления с другой частью.

Расстояние между сварочным пистолетом и заготовкой — еще одна область, в которой сварка MIG алюминия отличается от сварки MIG стали.Для сварки алюминия методом MIG требуется большее расстояние от пистолета до детали, чем обычно используется при сварке стали. Для сварки MIG алюминия, используемого в автомобилях, расстояние вылета электрода должно составлять 10–16 мм (3 / 8–5 / 8 дюймов). Это связано с тем, что более высокие значения силы тока и напряжения, используемые для сварки алюминия, обычно требуют большой длины дуги. Длина дуги определяет, насколько близко к поверхности детали горит электродная проволока. Дуга имеет форму треугольника, поэтому чем она длиннее, тем она шире (см. Рисунок 10).

Если сварочный пистолет расположен слишком близко к заготовке, длина используемой дуги будет короче, чем предполагалось, и дуга может снова прожечь конец электрода. Аппараты для импульсной сварки MIG обычно имеют независимую регулировку длины дуги. Длину дуги можно использовать для точной настройки сварного шва. Увеличение длины дуги создаст более широкий сварной шов с меньшим проваром, а уменьшение длины дуги приведет к более узкому сварному шву, который проникает глубже в заготовку.Другое преимущество более длинного расстояния от пистолета до детали заключается в том, что это помогает сделать соединение более заметным во время сварки.

Скорость перемещения также может потребовать некоторых изменений при сварке алюминия методом MIG по сравнению со сваркой стали. Из-за проблемы с холодным запуском скорость движения в начале сварного шва обычно ниже. Однако по мере того, как выполняется сварка и алюминий становится все более горячим перед сваркой, может потребоваться увеличение скорости перемещения.Это связано с тем, что чем горячее алюминий перед сваркой, тем больше проплавление будет при определенных настройках сварочного аппарата. Положение соединения будет иметь влияние на это, поскольку сварной шов, сделанный вертикально вверх, будет предварительно нагревать алюминий перед сваркой быстрее, чем сварка, выполненная горизонтально или в плоском положении.

По сравнению со сваркой стали, настройки аппарата также более важны при сварке алюминия методом MIG. Окно, в котором может быть получен хороший сварной шов, обычно уже. Часто при сварке стали одни и те же настройки можно использовать для разных типов соединений и положений сварки на автомобиле.Это может не относиться к сварке алюминия методом MIG. Для разных типов соединений, даже при одинаковой толщине материала, обычно требуются разные настройки сварочного аппарата. Используйте таблицу на сварочном аппарате или информацию в руководстве по ремонту в качестве отправной точки для настройки. Затем выполните практические сварочные швы и деструктивно проверьте их, а также настройте параметры в соответствии со своим стилем сварки, чтобы получить хороший сварной шов.

Легко взглянуть на стальной сварной шов MIG и по внешнему виду определить, является ли он хорошим или нет.Это не относится к сварке алюминия методом MIG. Алюминиевый сварной шов MIG может иметь хороший согласованный сварной шов на передней стороне и свидетельства проплавления на обратной стороне, но при этом не пройти разрушающее испытание. Поэтому перед сваркой алюминия методом MIG на транспортном средстве критически важно выполнить практическую сварку того же материала в том же месте, что и на автомобиле. Затем практические сварные швы должны быть подвергнуты разрушающим испытаниям, чтобы убедиться, что настройки сварочного аппарата и используемая технология сварки позволят получить качественный сварной шов на транспортном средстве (см. Рисунки 11 и 12).

Алюминий для сварки MIG не обязательно тверже стали для сварки MIG, это просто другое. Кроме того, он менее щадящий, поэтому обратите пристальное внимание на свою технику и настройки сварочного аппарата. Используя правильные расходные материалы и технику сварки, любой, кто может сделать хорошую сварку MIG стали, сможет сделать хороший сварной шов MIG алюминия.

Не забывайте держать сварочный пистолет на правильном расстоянии, всегда подталкивать сварной шов и устранять холодный старт в начале и кратер в конце.Сделайте тренировочные сварные швы и деструктивно испытайте их. Перед сваркой на автомобиле отрегулируйте длину дуги и силу тока или скорость подачи проволоки, чтобы настроить сварочный аппарат для получения хорошего шва, если это необходимо.

Хотя мысль о сварке алюминия может пугать некоторых специалистов по ремонту после столкновений, с соответствующими материалами и процедурами, этот процесс может быть успешной и прибыльной функцией.

Сварка алюминия? Защитите себя от испарений

Если вы сварщик алюминия, вам нужно подготовиться перед началом работы.Шлем, перчатки, ботинки… вы защищаете себя от света и тепла, образующегося при сварке. Не менее важно? Защита от сварочного дыма. Пары образуются, когда металл нагревается выше точки кипения, и они содержат множество веществ, в зависимости от материала, с которым вы работаете. С увеличением использования алюминия в конструкциях транспортных средств имеет смысл более внимательно изучить пары, выделяемые этим металлом, а также возможные опасности.

Вот что вам нужно знать о дымах от сварки алюминия.

Точный состав сварочного дыма алюминия зависит от того, что и как вы свариваете. Очень маленькие частицы алюминия составляют часть смеси, и, согласно CDC, «при сварке алюминия могут образовываться пары, состоящие из фтора, мышьяка, меди, кремния и бериллия (NIOSH 1975h и American Welding Society 1974, оба цитируются в ACGIH 1986 / Пример 1-3, с. 634) ».

Любое покрытие на алюминии также может добавить ингредиенты в дымовой суп.Краска, масло и другие остатки ухудшат сварку и добавят больше химикатов в воздух — убедитесь, что вы тщательно очистили поверхности перед запуском.

Озон (O ₃ ) — еще один фактор. Ультрафиолетовое излучение от сварки алюминия воздействует на кислород в окружающем воздухе, производя озон — газ, который может быть опасным. Все это увеличивает риск, который стоит изучить.

Министерство здравоохранения и социальных служб США отмечает, что «респираторные и неврологические эффекты наблюдались у рабочих, подвергшихся воздействию тонко измельченного алюминия и сварочного дыма.«Сам по себе озон может вызвать раздражение дыхательных путей, стеснение в груди и более серьезные повреждения легких в течение длительного времени.

Любой сварщик, регулярно работающий с алюминием, подвергается определенному риску. OSHA рекомендует уменьшить этот риск, убедившись, что области, где вы будете производить сварку, должным образом вентилируются. Избегайте сварки алюминия в ограниченном пространстве, а также используйте вытяжку для удаления этих паров от вас. Выберите один с регулируемым капюшоном, чтобы вы могли расположить его прямо у источника.Также убедитесь, что в вашем вытяжном аппарате используется высококачественный фильтр, чтобы вы знали, что он эффективно очищает воздух от токсинов. (И не забывайте регулярно менять.)

Любой, кто сваривает алюминий, потенциально может подвергнуться этим рискам, но это особая проблема для тех, кто часто работает с алюминием. Последствия для здоровья со временем усугубляются, поэтому воздействие в течение многих месяцев или лет увеличивает риск. По мере того, как все больше производителей автомобилей используют алюминий в своих конструкциях, этот сложный фактор будет применяться во все большем количестве автомастерских.

Большинство специалистов по кузовам и менеджеров магазинов знают, что важно не отставать от новейшего оборудования для сварки алюминия, но некоторые люди думают, что все начинается и заканчивается со сварщика. Убедитесь, что вы полностью готовы к работе с алюминием, купив соответствующее защитное оборудование.

Узнайте больше о ремонте алюминия с помощью нашего справочника по терминам в алюминиевой промышленности.

Влияние методов сварки TIG на микроструктуру, свойства и пористость сварного соединения из алюминиевого сплава 2219

Основные моменты

•

Сварка отрицательного электрода постоянного тока A-TIG (DCEN A-TIG) с использованием был реализован специальный активный агент.

•

Сварка DCEN A-TIG устранила сварочную пористость алюминиевого сплава 2219.

•

При сварке DCEN A-TIG была удалена оксидная пленка алюминиевого сплава 2219.

•

Сварка VPTIG содержала большую макро- и микропористость и увеличивала термическое воздействие на основной металл.

•

Сварка DCEN A-TIG может достичь того же индекса механических характеристик, что и сварка VPTIG.

Abstract

2219 в основном использовался в топливных баках отечественной авиакосмической техники. Пористость часто наблюдалась при сварке ВПТИГ алюминиевого сплава 2219. Новая технология сварки в условиях сварки отрицательным электродом постоянного тока A-TIG (DCEN A-TIG) с использованием специального активного вещества (AlF ₃ , LiF, KF-AlF ₃ , K ₂ SiF ₆ ) устранили сварочную пористость алюминиевого сплава 2219.Выполнена сварка DCEN A-TIG и сварка VPTIG алюминиевого сплава 2219. По сравнению со сваркой VPTIG, уменьшение тока при сварке DCEN A-TIG привело к значительному снижению теплового воздействия на основной металл и зону термического влияния.