Технология сварки алюминия

Заготовки из алюминия отличаются минимальной массой и высокими показателями теплопроводности. Эти качества обусловили их широкую востребованность в разнообразных сферах производства. Но для качественной и комфортной работы с алюминием необходимо учитывать его особенности и правила обработки. Это гарантирует высокий уровень сварочных работ, прочность и долговечность полученного результата.

Сварка алюминия: основные тонкости

Сварочные работы с алюминием или алюминиевыми сплавами могут вызвать различные сложности, что негативно сказывается на качестве и прочности сварного шва.

Наиболее распространенные трудности:

• Жидкотекучесть материала, вызывающая сложности с управлением сварочной ванной. Это вынуждает использовать теплоотводящие подкладки.
• Окисление алюминия приводит к тому, что капли расплавленного металла покрываются тугоплавкой пленкой, что значительно усложняет их объединение в один сварной шов. Для предотвращения ее появления необходимо правильно защитить сварочную область от воздуха.
• Механические свойства металла могут снижаться за счет его порообразования или склонности к растрескиванию шва.
• Алюминий и его сплавы отличаются высокими показателями теплопроводности, поэтому сварочные работы проводятся только с рабочим током большого значения.
• Материал склонен к значительной усадке, которая может привести к искривлению охлажденного и затвердевшего сварного шва.
• Поверхность алюминия всегда покрыта Al2O3 – окисной пленкой с высокой температурой плавления (+2040°C), при этом для плавления самого материала требуется температурный режим в пределах +660°C.

Эти сложности не станут преградой для работы с алюминием и его сплавами при соблюдении всех правил и особенностей этого материала.

Как правильно подготовить материалы и детали

Для получения высококачественного шва важно тщательно очистить сварочную зону от пыли и различных загрязнений.

• газоэлектрическая сварка с алюминием или алюминиевыми сплавами проводится в сухом и чистом помещении;
• максимально допустимая скорость движения воздуха – до 0,2 м/сек;
• присадочная проволока и обрабатываемая заготовка тщательно очищается способами, разрешенными согласно технологии;
• при сварке используется защитный газ – рекомендовано применение исключительно чистого аргона А, соответствующего ГОСТу 10157-62 и высокочастотного гелия ВЧ;
• перед проведением работ шланги, газоподводящая арматура и сварочная горелка промывается с помощью спирта и еще несколько раз очищается в процессе сварки;

В схему очищения сварочной проволоки входит несколько этапов. Его начинают со смывания консервационной смазки с помощью горячей воды или растворителя, после чего переходят к снятию окисной пленки посредством химобработки.

Способы очистки

• протравливание в растворе каустической соды с концентрацией 5% на протяжении 3 минут при поддержании температуры +60–65°С;
• промывание в горячей проточной воде, после чего – под струей холодной воды;
• нанесение раствора азотной кислоты с концентрацией 15–30% для осветления и выдержка от 2 до 3 минут;
• промывание под струей горячей и холодной воды;
• просушивание при поддержании температуры +60°С.

В случае необходимости просушенная сварочная проволока может храниться в плотно закрывающемся шкафу или в ящике. Изделие с малым диаметром можно хранить до 12 часов, с крупным – до 36. При соблюдении правил хранения это никак не сказывается на качестве сварного соединения.

Подготовка небольших заготовок включает в себя полную обработку, больших изделий – обезжиривание и химическую обработку исключительно кромок и поверхностей около стыков (до 10 см).

Технология сварки электродами

В случае продолжительных работ между очищением заготовок и их сваркой рекомендована технология с использованием плавящихся электродов с большим диаметром. Очень важна надежная защита кромок от грязи на всех подготовительных стадиях. При проведении сварки в несколько этапов на каждом проходе проводят зачистку поверхности шва и разделку щеткой с ацетоном.

Алюминию присуща большая теплота плавления. Именно эта особенность и стала основой технологии его сварки, так как создание качественного соединения обеспечивается воздействием сварочной дуги на всю зону контакта твердой и жидкой фазы сварочной ванны.

Особенности технологии:

1. При использовании неплавящегося электрода для создания шва ванна жидкого металла образуется только в области горения дуги, вызываемая плавкой основного материала. Основной особенностью считается плавный переход к главному металлу.
2. Результатом соединения алюминия с использованием плавящихся электродов становится более концентрированная дуга, вызывающая большое углубление основного материала. Это требует увеличенных размеров сварочной ванны. При этом воздействие дуги не распространяется на ее периферийную часть, что может стать причиной несплавлений.
3. В процессе работы важно выбрать форму разделки кромки, позволяющую повторно переплавить дугой места образования несплавлений во время наложения валиков. Учет всех тонкостей технологии обеспечивает хорошее качество сварного соединения.

Сварка алюминиевых сплавов с использованием электродов применяется в крайне редких случаях. Она подходит тогда, когда отсутствует возможность применения специального оборудования.

Виды электродов

В продаже представлен широкий выбор электродов, каждый из которых имеет свои специфические особенности:

1. ОК – предназначены для работы с алюминием с магнием и марганцем. Имеет низкую устойчивость к влажности.
2. ОЗА – изготовлены из алюминия и применяются для сварки алюминиево-кремниевого сплава.
3. ОЗАНА – выпускаются в двух разновидностях, отличающихся по особенностям использования, типу металла или сплава. Подходят для сварки горизонтального и вертикального типа.
4. ЭВЧ – используются для сварочных работ в аргоновой среде. Для изготовления таких электродов используется вольфрам.
5. УАНА – используются в соединении деталей из алюминиевых сплавов. Отличаются склонностью к деформированию.

При выборе электродов необходимо ориентироваться на основные поставленные задачи и характеристики, которым они должны соответствовать.

Ручное дуговое соединение покрытыми электродами

Технология дуговой сварки ММА покрытыми электродами применяется для работы с неответственными алюминиевыми конструкциями, имеющими толщину от 4 мм.

Основные минусы:

• недостаточно высокое качество соединения благодаря непрочности и пористости шва;
• обильные брызги расплавленного материала;
• коррозия из-за плохой отделяемости шлаковых корок.

Сварочные работы проводятся с использованием тока обратной полярности без поперечных колебаний. Оптимальную силу тока необходимо рассчитать заранее.

Для получения высококачественного шва все элементы предварительно разогревают до +300°С при работе с тонкими деталями и +400°С – при использовании более крупных изделий.

Ручное дуговое соединение угольными электродами

Сварка алюминия или его сплавов угольными электродами обычно применяется при работе с неответственными конструкциями. Она осуществляется с постоянным током прямой полярности.

Крупные изделия с толщиной больше 2,5 мм требуют предварительной разделки кромок с диаметром присадки от 2 до 8 мм. Допускается нанесение пастообразного флюса сверху рабочей поверхности и стержня.

Ручное дуговое соединение вольфрамовыми электродами с инертным газом

Один из наиболее распространенных методов сварки материалов, обеспечивающий высокую прочность шва и его эстетичный внешний вид. В основе технологии – использование стержня, имеющего диаметр в пределах 1,6–5 мм и присадки до 4 мм.

Этот метод работы подразумевает защитную среду из инертного газа, в качестве которого обычно используется аргон или гелий. Источник переменного тока поддерживает электрическую дугу, гарантируя отличный результат после разрушения оксидного пленочного покрытия.

• между рабочей поверхностью и электродом оставляют угол 80°, между электродом и присадочной проволокой – до 90°;
• движения присадочной проволоки должны быть возвратно-поступательными и короткими;
• не допускается поперечное движение присадки и электрода;
• горелку передвигают за присадочным прутком;
• для эффективного отведения тепла под алюминиевой заготовкой размещается прокладка из стали и меди, которая предотвращает дыры;
• сварочная ванна должна иметь минимальные размеры.

Аргон начинает подаваться за 6–7 секунд до возбуждения дуги, а его выключение происходит спустя 5–6 секунд после ее обрыва.

Ручная электродуговая сварка алюминия

Сварочные работы с алюминием проводятся при условии постоянного тока с обратной полярностью. Необходимо следить за соотношением диаметров электродов и мощности, а также силой тока.

Особенности технологии:

1. Соединяемые заготовки заранее нагревают до определенной температуры (до +300°С для мелких деталей и +400°С для более крупных элементов).
2. Для работы с алюминием необходимо увеличить скорость при формировании соединения, так как горение электродов имеет повышенную скорость.
3. Длина шва планируется с учетом плавления одного электрода, так как процесс не терпит перерывов.
4. В конце шва образуется шлаковая корка, препятствующая повторному зажиганию дуги в этой зоне.
5. Во время сварки алюминиевых заготовок не рекомендуются поперечные движения.

После окончания сварочных работ в месте шва удаляют шлак, тщательно зачищают с помощью металлической щетки и промывают под струей горячей воды.

Технология и правила сварки аргоном

Сварка в аргоновой среде предъявляет строгие требования к сварочной установке и дополнительным инструментам, используемым для правильного хранения и подачи расходников. Именно им отводится ведущая роль при создании сварных соединений.

Оборудование, необходимое для аргонового соединения:

• баллон для хранения аргона;
• источник электропитания для подключения сварочного оборудования;
• механизм подачи присадки в область сварки.

На больших промышленных предприятиях для подачи аргона установлена централизованная сеть, а сварочная проволока собрана в виде огромных бобин, размещаемых на полуавтоматическом сварочном оборудовании. Для выполнения работ используются специализированные верстаки со стальными поверхностями.

Особенности аргонового соединения

Для получения высококачественного сварного шва необходимо тщательное очищение соединяемых элементов от масляных, жировых и других загрязнений. Для очистки используется растворитель.

• листовые заготовки с толщиной больше 4 мм предварительно разделяют кромки, после чего проводят сварку встык;
• тугоплавкая окидная пленка удаляется с помощью металлической щетки или напильника, которым обрабатывается поверхность заготовки;
• для изделий со сложными конфигурациями оптимальным вариантом станет применение шлифовальной машинки;
• полуавтомат или ручная подача присадки требуют вольфрамовых электродов с диаметром от 1,5 до 5,5 мм;
• электрод должен располагаться с соблюдением угла 80° к поверхности заготовки – это позволит сформировать сварочную дугу;
• длина дуги должна составлять 3 мм;
• присадочная проволока не должна совершать поперечные движения.

Для соединения тонких алюминиевых листов желательно использовать подкладку – например, лист стали. Это обеспечивает быстрое выведение тепла из сварочной области, отсутствие протечек или прожогов расплавленного алюминия. Также наличие прокладки увеличивает скорость сварки, помогая сэкономить массу времени.

Плюсы и минусы технологии

Технология аргоновой сварки обладает многочисленными плюсами, выгодно выделяющими ее среди других способов соединения деталей.

• малый нагрев соединяемых заготовок;
• качественное соединение деталей со сложной конфигурацией;
• высокая прочность шва с однородностью металла в области соединения;
• минимальное количество пор;
• практически полное отсутствие посторонних вкраплений и примесей;
• однородность глубины проплавления по всему шву.

Любой способ сварки имеет свои минусы, и аргоновая технология не стала исключением. Существенным недостатком считается сложность используемого оборудования, требующего грамотной настройки. Только при его правильной эксплуатации достигается высокая эффективность работы и превосходное качество шва.

Главный параметр надежной работы сварочного аппарата – показатели равномерности и скорости подачи присадка. Если этот критерий нарушен, проволока будет подаваться прерывисто, что приводит к заминкам сварочной дуги и повышенному расходу инертного газа.

Правила и особенности сварки полуавтоматом

Для полуавтоматических сварочных работ используется специальное импульсное оборудование, обеспечивающее их высокую производительность, формирование мощного импульса высокого напряжения и быстрое разрушение тугой оксидной оболочки.

Импульсное оборудование работает по принципу забивки отдельных частиц расплава металлического стержня в сварочную зону. Это способствует формированию качественного соединения, отличающегося прочностью и надежностью.

Для сварочного шва в полуавтоматическом режиме используется дорогостоящее оборудование, которое доступно далеко не всем. В качестве бюджетной альтернативы мастера используют модифицированную полуавтоматическую установку, предназначенную для работы с деталями из алюминия и нержавеющей стали.

Основные принципы работы полуавтоматического оборудования:

• невозможность сварки током высокого напряжения и прямой полярности чистого алюминия и его сплавов;
• применение специального оборудования для подачи прутка, так как алюминий значительно мягче нержавейки и обладает хорошей гибкостью;
• проволока может застрять в области наконечника подающего механизма из-за сильного расширения цветного металла во время нагрева – для предотвращения рекомендовано использование наконечников с увеличенным диаметром.

В зависимости от марки присадочной проволоки рассчитывается количество материала. При повышенной интенсивности плавления может понадобиться более высокий темп подачи, что приведет к частой замене наконечника.

Современные способы алюминиевой сварки

Современные технологии сварки алюминия позволяют получить прочный, надежный и высококачественный шов.

Лазерная технология

Лазерная технология считается производственной и обладает специфическими свойствами. Она требует тщательной зачистки заготовки от грязи, но позволяет получить исключительную точность и прочность шва.

Преимущества:

• создание швов нестандартной формы;
• высока производительность;
• оперативность и автоматизация сварочных работ;
• отсутствие теплового воздействия в околошовной области;
• возможность создания соединения вне зависимости от пространственного положения;
• экологическая безопасность сварочного процесса.

Основными недостатками лазерного способа считают возможность работы только с определенными изделиями, некачественную обработку толстостенных заготовок и высокую стоимость всего оборудования.

Плазменная технология

Плазменный способ отличается высокой концентрацией энергии и глубоким проплавлением, гарантируя отличные результаты работы. Он идентичен сварке с использованием аргона – алюминий расплавляют с помощью плазмы в требуемом месте. Эта работа выполняется в специальном защитном облаке, защищающем сварочную ванну от атмосферных газов.

Основные виды плазменного соединения:

1. С помощью плавящихся электродов – сварочный процесс осуществляется в специальной газовой среде, обладающей защитными качествами, образуемой аргоном, гелием или смесью этих газов. Все работы проводятся со специальными вольфрамовыми электродами и током обратной полярности.
2. Автоматическое дуговое соединение – проводится с использованием полуоткрытой плазменной дуги по флюсу и закрытой дуги под флюсом. При соединении заготовок из технического алюминия рекомендовано применение флюса АН-А1, а также АН-А4 для работы с алюминиево-магниевым сплавом. Использование плавящихся расщепленных электродов в сочетании со слоем флюса предотвращают любые отклонения от сварочной технологии и шунтирования. При соединении в ручном режиме параметры флюса обусловлены толщиной деталей.
3. Ручное дуговое соединение – ручной способ соединения деталей применяется в том случае, когда они изготовлены из алюминия, кремниево-алюминиевого, магниевого или цинкового сплава. Сварочный процесс возможен только в том случае, если детали имеют толщину не меньше 4 мм. Обязательное условие сварочного процесса – постоянный ток с высокой скоростью и обратной полярностью. При толщине свыше 1 см кромки предварительно разделяют – в результате происходит формирование сварного соединения встык. Методика соединения внахлест не рекомендована – она может стать причиной проникновения в состав шва шлаков и быстрому разрушению материала в области обработки. Заготовки предварительно прогревают до отметки +400 °С.
4. Электронно-лучевое соединение – сварочный процесс проводится с применением вакуума и быстрым разрушением оксидов под воздействием пара металлов. Вакуум провоцирует разложение окиси и выведение водорода из сварочного соединения.

Современные способы сварки алюминия и его сплавов гарантируют высокое качество и симметричность швов, прочность заготовки и отсутствие склонности к деформации, а также длительное сохранение первоначальных качеств материала в области стыка.

16.08.2024