Технология сварки алюминия электродами

Сварка алюминия

Свариваемость

• На поверхности деталей из алюминия и его сплавов всегда присутствует окисная пленка Al₂O₃, имеющая температуру плавления 2044°C, в то время как температура плавления самого алюминия составляет около 660°C.
• Легкая окисляемость алюминия приводит к образованию тугоплавкой пленки на каплях расплавленного металла, препятствующей их сплавлению в монолитный шов. Чтобы не допустить образования этой пленки, требуется надежная защита зоны сварки от воздуха, обеспечить которую в полной мере позволяет сварка алюминия с аргоном.
• Большая жидкотекучесть металла затрудняет управление сварочной ванной и диктует необходимость применения теплоотводящих подкладок при сварке.
• Склонность к образованию кристаллизационных трещин и пор в шве приводит к ослаблению последнего. За поры ответственен растворенный в алюминии водород, стремящийся выйти из металла наружу. Трещины больше характерны для сплавов алюминия, они возникают при охлаждении металла из-за повышенного содержания кремния.
• Большая усадка металла, обусловленная высоким коэффициентом линейного расширения, приводит при затвердевании сварного шва к значительным деформациям.
• Высокая теплопроводность алюминия вызывает необходимость применения сварочного тока, превосходящего в 1,2-1,5 раза ток для сталей, — несмотря на то, что температура плавления последних значительно выше, чем у алюминия.
• К дополнительным трудностям сваривания алюминия следует отнести и то, что на практике — особенно при сварке алюминия в домашних условиях — приходится иметь дело с различными сплавами неизвестной марки, которые для качественного сваривания могут требовать особых материалов и режимов сварки.

Способы сварки алюминия

• сварка вольфрамовым электродом в среде инертных газов (режим AC TIG);
• сварка полуавтоматами в среде инертных газов с автоматизированной подачей проволоки (режим DC MIG);
• сварка покрытыми плавящимися электродами без использования защитного газа (режим MMA).

Важным условием сваривания алюминия и его сплавов является необходимость разрушения оксидной пленки на поверхности металла. Для выполнения этого условия необходим переменный или постоянный ток обратной полярности. Только в этом случае происходит т.н. катодное распыление, разрушающее оксидную пленку. Алюминий нельзя сваривать постоянным током прямой полярности, поскольку в этом случае пленка не подвергается катодному распылению и остается неразрушенной.

Подготовка металла к сварке

• Очистка и обезжиривание. Свариваемые детали и присадочный материал перед сваркой тщательно очищаются от грязи, масла и жира. Обезжиривание производят ацетоном, авиационным бензином, уайт-спиритом или иным подходящим растворителем.
• Разделка кромок (при необходимости). Сварку деталей толщиной до 4 мм выполняют без разделки кромок, при большей толщине требуется разделка. Исключением из этого правила является сварка алюминия покрытыми электродами, при которой разделку кромок выполняют при толщине металла выше 20 мм. Для деталей из тонкого листа (до 1,5 мм толщиной) целесообразно применение отбортовки

• Удаление оксидной пленки. Кромки деталей на ширине 25-30 мм зачищают наждачной бумагой, напильником или металлической щеткой из нержавеющей стали с диаметром проволоки не более 0,15 мм.

Сварка алюминия штучными покрытыми электродами (режим MMA)

Покрытыми электродами можно сваривать как технически чистый алюминий, так и его сплавы. Взамен старых, имеющих значительные недостатки, марок ОЗА-1 и ОЗА-2, сегодня выпускаются более совершенные электроды для сварки алюминия УАНА и ОЗАНА, позволяющие сваривать все основные виды алюминиевых сплавов. В частности, для сварки деталей из алюминия технической чистоты используются электроды ОЗАНА-1, деталей из алюминиево-кремнистых сплавов (АЛ-4, АЛ-9, АЛ-11) — ОЗАНА-2.

Сварка производится постоянным током обратной полярности. Сварочный ток принимается из расчета 25-30А на 1 мм диаметра электрода.

Для получения удовлетворительного качества шва необходим подогрев — до 250-300°С для металла средних толщин, и до 400°С — для массивных деталей. Подогрев и медленное охлаждение позволяют получить достаточное проплавление металла при умеренных сварочных токах, избежать возникновения кристаллизационных трещин и уменьшить коробление. При сварке крупных деталей целесообразен локальный подогрев.

Сварка алюминиевыми электродами имеет свои особенности, вызываемые тем, что они плавятся в 2-3 раза быстрее, чем стальные. Скорость сварки, следовательно, должна быть существенно выше. При обрывах дуги кратер и конец электрода покрываются коркой шлака, препятствующей повторному зажиганию дуги. В связи с этим сварку рекомендуется выполнять непрерывно в пределах одного электрода. Поперечных колебаний электродом (как при сварке стали) делать не следует.

Сразу же после сварки необходимо удалить шлак со шва, промыть его горячей водой и обработать стальной щеткой. Наличие шлака в зазорах и углах может вызвать коррозию металла.

В силу своих недостатков, сварка алюминия покрытыми электродами не пользуется особым почитанием среди мастеров сварки. Предпочтение отдается аргонной сварке алюминия.

Сварка вольфрамовым электродом в инертном газе (режим AC TIG)

При сварке используют вольфрамовые электроды диаметром 1,6-5 мм и присадочные прутки диаметром 1,6-4 мм.

В качестве защитного газа применяется аргон или гелий высокой степени чистоты. Питание дуги осуществляют от источника переменного тока, обеспечивающего качественное разрушение оксидной пленки. Все необходимые параметры — диаметры электрода и присадочного прутка, значение сварочного тока, скорость подача газа — зависят от характеристики используемого оборудования. В качестве ориентировочных можно принять значения из нижеприведенной таблицы, которые верны при условии использования аргона в качестве защитного газа.

Угол между электродом и горизонтальной плоскостью должен составлять 70-80°, между присадочной проволокой и электродом — около 90°. Длина дуги не должна превышать 1,5-2,5 мм.

Горелка движется вслед за присадочным прутком, а не идет впереди него. Этим обеспечивается лучшая защита шва. Важность этого требования подтверждает фото ниже, на котором шов слева выполнен рекомендуемым способом, а шов справа — иным, при котором горелка двигалась впереди прутка.

Присадочный пруток подается короткими возвратно-поступательными движениями, напоминающими движения кисти художника — приближается, касаясь кончиком края ванны, и отводится назад и вверх. Поперечные движения электрода и присадочного прутка недопустимы.

Алюминиевый лист необходимо класть на стальную или медную прокладку, которая осуществляет отвод тепла, играя роль радиатора. Особенно это необходимо при сварке тонких листов во избежание прожогов.

Размеры сварочной ванны должны быть минимальными. Скорость сварки должна соответствовать сварочному току и расходу инертного газа. Чрезмерный расход последнего приводит к засасыванию в зону дуги воздуха, при малом течении газа или чрезмерно высокой скорости сварки качественная защита также не будет обеспечена.

Подача аргона включается за 3-5 секунд до поджога дуги, выключается через 5-7 после ее обрыва.

Сварка алюминия полуавтоматами (режим DC MIG)

Процесс MIG-сварки происходит в три раза быстрее процесса TIG-сварки, однако качество последнего выше.

По своему принципу технология сварки алюминия полуавтоматом не отличается от технологии сварки стали. Однако имеются некоторые технические особенности:

• Алюминий и его сплавы нельзя сваривать постоянным током прямой полярности — только обратной (по причине, о которой говорилось выше).
• Алюминиевая проволока значительно мягче стальной, поэтому имеет склонность образовывать петли при незначительном сопротивлении в рукаве. Чтобы этого не происходило, желательно иметь 4-х роликовый механизм подачи, короткий рукав и тефлоновый вкладыш в него, снижающий сопротивление трения.

• Так как алюминий при нагреве расширяется сильнее чем сталь, алюминиевая проволока может застрять в токосъемнике (токопроводящем наконечнике). Чтобы этого не произошло, можно использовать наконечник с чуть большим диаметром отверстия (например для алюминиевой проволоки диаметром 0,8 мм использовать наконечник для стальной проволоки диаметром 1,0 мм). Также для алюминиевой проволоки продаются специальные токосъемники, маркирующиеся обычно «Al».

• Проволока из алюминия плавится быстрее стальной, поэтому при сварке необходимо обеспечить нужную скорость ее подачи — более высокую, чем стальной. Иначе придется часто менять расплавившийся наконечник.

Марка сварочной проволоки должна соответствовать материалу. Перед ее покупкой нужно изучить информацию о видах алюминиевых сплавов, для сварки которых она используется. Нехватку информации поможет компенсировать эксперимент, без которого в любом случае не обойтись, если вы пробуете варить алюминий впервые.

Как варить алюминий инвертором с помощью электрода

Особенности сварки алюминия вызывают определенные трудности при соединении этого металла. Разработанные технологии в той или иной степени позволяют с этим бороться и добиваться положительных результатов. Качество сварки алюминия инвертором нельзя сопоставить с аргоннодуговой сваркой или другими технологиями соединениями Al.

Однако в бытовых условиях вряд ли найдется подходящее оборудование. В распоряжении мастера может оказаться максимум домашний сварочный аппарат, будь то инвертор или трансформатор постоянного тока.
Возникают разумные вопросы: возможно ли сварить алюминий инвертором в домашних условиях, как это сделать правильно и какие для этого потребуются материалы?

Что нужно знать сварщику

По заявлениям опытных сварщиков, электросварка этого “крылатого” металла без аргона может быть не хуже аргонной. Те мастера, которые говорят о посредственном качестве сварного шва и плохой свариваемости данным способом либо не варили алюминий электродом вообще, либо неправильно подходили к этому методу.
Обратите внимание на следующие рекомендации:

1. Стыковое соединение является наиболее приемлемым. Тавровые и нахлесточные типы сварных соединений стараются избегать из- за большой вероятности затекания шлака в зазоры, который вызывает коррозию.
2. После сварки шов промывается водой для удаления шлака;
3. Подготовка алюминия перед сваркой обязательна. Удаление оксидной пленки, защита от ее повторного образования;
4. Сварка массивных деталей толщиной более 3 мм сопровождается разделкой кромок под углом 60° с V-образной формой.
5. Предварительный прогрев Al перед сваркой до 150-250 °C.

Не стоит забывать, что технически чистый алюминий сваривается лучше, чем его сплавы, содержащие магний и марганец (дюралюмилий, силумин).

Именно поэтому следут правильно подойти к выбору сварочных электродов в зависимости от химического состава сплава.

Электроды по алюминию

Наиболее распространенные марки электродов для сварки алюминиевых сплавов: ОЗА-1, ОЗА-2, ОЗАНА-1, ОЗАНА-2, ОК96.20. Стержни электродов изготавливают из сварочной проволоки с нанесением на них покрытий из смеси хлористых и фтористых солей. Толщина покрытия не более 0,3…0,5 мм на сторону.

Рассмотрим более детальное назначение каждого электрода.

• ОЗА-1 − для деталей и конструкций из технически чистого алюминия А0, А1, А2, А3. Сварка с предварительным подогревом по зачищенным кромкам.
• ОЗА-2 – для заварки литьевого брака и наплавки алюминиево-кремнистых сплавов АЛ- 4, АЛ-9, АЛ-11.
• ОЗАНА-1- сваривает технически чистый алюминий толщиной изделий более 10 мм. Предварительный подогрев температурой 250…400 С.
• ОЗАНА-2 – для сплавов АЛ-4, АЛ-9, АЛ-11, наплавки и заварки литьевого брака. Можно использовать в качестве соединительного материала изделий из дюралюминия и силумина.
• ОК96.20 − алюминиево-марганцовистые сплавы АМц; алюминиево-магниевые сплавы АМг2; АМг3; АМг5; АМг6; алюминиево-кремнистые сплавы АЛ-4; АЛ-9; АЛ-11. Подойдет для дюралюминия

Алюминиевые электроды дороже обычных и очень гигроскопичны, т. е. набирают влагу из окружающего воздуха.

Техника сварки алюминия покрытыми электродами

Сварка алюминия инвертором производится постоянным током обратной полярности, предпочтительно в нижнем положении. Дело даже не в большой текучести алюминия, а в скорости сварки, которая увеличивается в 2-3 раза в сравнении со сталью.

Электрод плавится очень быстро и вы просто не сможете выполнить шов в вертикальном, и уж тем более в потолочном положении.

Важно! Перед сваркой электроды следует прокалить.

Держать электрод следует преимущественно в вертикальном положении или чуть наклоняя . Конец электрода перемещать в направлении шва. Сварка производится в один проход на короткой дуге, без поперечных движений.

Химические элементы обмазки создают повышенное электрическое сопротивление сварочного шва, поэтому создают препятствия при повторном зажигании дуги. Швы стараются делать не длинными.

В случае обрыва дуги, шлаковую корку с кратера и конца электрода следует удалить и перекрыть предыдущий минимум на 1 см во избежание образования пор при заварке кратера.

По завершении сварки сварочный шов обязательно зачистить и промыть водой во избежании коррозии.

Заключение

Ядовитый дым, выделяющийся при сварке, а также дороговизна электродов и их капризность в хранении не сделают данный метод популярнее MIG или TIG. Применяют его, как правило, в тех случаях, где невозможно использование или нецелесообразно использование газового оборудования.

Сварка алюминия электродом

Особые свойства алюминия становятся причиной возникновения трудностей во время соединения деталей из этого металла. На сегодняшний день разработано несколько способов, с помощью которых можно без особых трудностей справиться с такой задачей, как сварка алюминия.

В промышленных условиях для подобных целей применяется аргонодуговая сварка, но в домашних условиях, при отсутствии необходимого оборудования, может подойти сварка алюминия электродом с помощью инвертора или трансформатора постоянного тока. Выполнения сварочных работ для соединения алюминия требует особой подготовки и соблюдения определенных правил работ.

Особенности работы с алюминием

Электрическая дуга позволяет соединять различные виды металлов, в том числе и алюминий, с помощью значительного нагрева деталей. Она позволяет проплавить металлические пластины различной толщины, что способствует созданию прочного соединения. Но соединение алюминиевых деталей сопряжено с определенными трудностями работы.

Сварочный шов на алюминиевой детали

Алюминий обладает некоторыми характеристиками, несвойственными большинству металлов, одной из которых является гигроскопическое свойство. Это свойство металла заключается в его способности впитывать влагу из окружающей среды. Многие не подозревают об этом, так как холодный алюминий не имеет видимых свидетельств накопления влаги.

Но при значительном нагреве, в месте сварочных работ начинается испарение влаги. Это приводит к излишним брызгам, трудностям в работе и получении некачественного соединения.

Чтобы препятствовать возникновению дефектов, следует предварительно нагреть алюминиевые изделия до температуры 150 градусов. Это можно сделать с помощью газовой горелки. При этом влага испарится из поверхности алюминия и не будет препятствовать выполнению качественных сварочных работ.

Сварка алюминия своими руками также сопряжена с проблемой покрытия металла оксидным слоем. Оксидная пленка возникает в процессе химической реакции между молекулами алюминия и кислорода. Она защищает изделия от воздействия кислотной среды, в то же время препятствуя выполнению сварочных работ. Это связано с большой разницей температуры плавления чистого металла и его оксида. Температура плавления алюминия составляет 500 градусов, а его оксида – 2000 градусов. Поэтому перед тем как варить алюминиевые изделия рекомендуется очистить поверхность металла с помощью металлической щетки. Это позволяет получить доступ к чистому металлу.

Однако очищенная поверхность очень быстро воздействует с кислородом, в результате чего на поверхности образуется новый оксидный слой. Поэтому в промышленных условиях сваривание деталей проводят одновременно с подачей инертного газа – аргона. Он препятствует доступу кислорода к металлу и возникновению новой оксидной пленки.

В домашних условиях также следует создать газовое облако при сварке с помощью инвертора.

Следует также учитывать тот факт, что алюминий в чистом виде практически не используется. Чаще всего применяются сплавы на его основе, которые обладают улучшенными свойствами. Некоторые дополнительные компоненты могут препятствовать созданию качественного шва.

Технология сварки электродом

Сварка алюминия электродом в домашних условиях должна выполнятся строго в соответствии с характеристиками алюминиевого сплава и требованиям к типу электрода.

Электроды для сварки алюминиевых изделий значительно отличаются от остальных типов, так как на них нанесено специальное покрытие из химической смеси солей, обычно фтористых и хлористых. Это покрытие позволяет создать газовое облако без применения чистого аргона.

Электроды по алюминию

Существует определенная классификация электродов в зависимости от предназначения и типа алюминиевого сплава, детали из которого необходимо соединить.

Наиболее широко применяемые электроды по алюминию и их предназначения:

1. ОЗА-1 – электрод, предназначен для соединения элементов из чистого алюминия, без дополнительных компонентов. Перед выполнением сварочных работ требуется очистка поверхности для избавления от оксидной пленки и предварительного нагрева для избавления от влаги.
2. ОЗА-2 – используется для исправления литьевого брака и наплавки алюминиево-кремнистых сплавов.
3. ОЗАНА-1 – необходим при использовании технологии сварки чистого алюминия, толщина листов которого превышает 1 см. При этом требуется предварительный нагрев до температуры не более 400 градусов.
4. ОЗАНА-2 – применяется в таких же случаях, как и электрод ОЗА-2, но также может использоваться для соединения деталей и сплавов алюминия, таких как силумин и дюралюминий.
5. ОК96.20 – этот тип электродов предназначен для сварки сплавов алюминия с применением марганца, магния и кремния. Может применятся для работ с дюралюминием.

От правильного выбора электрода напрямую зависит качество шва, поэтому очень важно определить тип сплава. Обычно производители маркируют изделия, где указывают информацию о свойствах и особенностях металла.

Сварка алюминия инвертором

Сварка алюминия в домашних условиях инвертором выполняется в строгом соблюдении пошаговой инструкции.

Сварка алюминия инвертором

Весь процесс можно разделить на несколько этапов:

1. Предварительная настройка инвертора:

• следует установить режим переменного тока с помощью тумблера AC/DC, переведя его в режим AC;
• регулировка баланса полярности проводится в зависимости от типа металла, из которого произведено изделие, для чистого алюминия нужно использовать отрицательную часть диапазона, а для сплавов – положительную;
• регулировка сварочного тока происходит в соответствии с толщиной металлического изделия и диаметра сварочного электрода (для трехмиллиметрового электрода и двухмиллиметрового листа рекомендуется сила тока в 60 А);
• замедление процесса затухания электродуги устанавливается на уровне 3-х секунд, и регулируется в зависимости от характеристик металла;
• следует установить время продувки инертным газом, что требуется для охлаждения шва.

1. Этапы подготовки металлических деталей для сварки алюминия инвертором:

• очистка поверхности металлической щеткой или наждачной бумагой, которая необходимая для избавления от оксидной пленки, нужно добиться эффекта белого блеска;
• обработка поверхности химическими веществами, что требуется для обезжиривания деталей и получения качественного шва;
• прогрев деталей до температуры 400 градусов, которую следует осуществлять непосредственно перед выполнением сварочных работ.

1. После тщательного выполнения всех необходимых предварительных работ можно приступать к непосредственной сварке. Соединительные операции следует проводить в умеренном темпе. Это очень важно для равномерного прогрева заготовок и создания качественного шва.
2. Подача электрода должна проводится непосредственно на начало сварочной ванны, желательно придерживаясь угла в 15 градусов. Чтобы готовый шов получился равномерным и качественным, прикосновения электрода должны быть мягкие и легкие. При этом шов должен получиться немного ребристым.

Перед выполнением сложных работ по сварки алюминиевых изделий следует получить необходимые навыки. Для этого можно потренироваться на старых ненужных деталях, посмотреть обучающие видео и проконсультироваться у опытных специалистов. Специалисты, опираясь на собственный опыт, могут указать на некоторые особенности работ, которые невозможно узнать в специальной литературе, а также могут указать на сделанные ошибки во время тренировки.

Сварка алюминия и его сплавов

Алюминий и его сплавы играют важную роль в современной промышленности. Основными областями применения являются авиационная промышленность, кораблестроение, вагоностроение, изготовление металлоконструкций общего назначения и упаковочная промышленность.

Для алюминия и его сплавов применяют практически все промышленные способы сварки плавлением. К основным методам сварки относятся: ручная дуговая сварка покрытыми электродами (ММА), аргонодуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом с подачей присадочной проволоки (TIG), механизированная сварка в защитном газе (MIG—MAG). Ручную дуговую сварку покрытыми электродами применяют при изготовлении конструкций из технического алюминия, сплавов АМц и АМг, содержащих до 5 % магния, а также силумина. Толщина свариваемого металла лимитируется диаметром электрода. Минимальный диаметр электрода обычно составляет 4 мм, что вызвано трудностями сварки электродами малого сечения вследствие высокой скорости их плавления. Алюминиевый электрод расплавляется в 2-3 раза быстрее стального.

В связи с этим толщина свариваемого металла должна быть свыше 4 мм. Сварку алюминия рекомендуется выполнять непрерывно в пределах одного электрода, так как при случайных обрывах дуги кратер покрывается пленкой шлака, препятствующей повторному зажиганию дуги.

Такой же коркой покрывается конец электрода. Для ручной дуговой сварки алюминия необходим подогрев (для металла средних толщин — до 250-300 С, для больших толщин — до 400 С), который позволяет получать требуемое проплавление при умеренных сварочных токах. Обязательно прокаливание электродов перед сваркой. Рекомендуется прокалка при температуре 150-200°С в течение не менее 0,5 часа. Сварку алюминия покрытыми электродами выполняют постоянным током обратной полярности. Сварочный ток выбирают по диаметру электродного стержня в зависимости от толщины основного металла. Аргонодуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом с подачей присадочной проволоки (ТИГ) наиболее распространенный способ сварки, применяющийся для изготовления сварных конструкций из алюминиевых сплавов ответственного назначения.

Основным преимуществом процесса дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа является отсутствие шлаковых включений, возможность работы на малых токах дуги (от 5А), возможность сварки тонких листов, включая фольгу, высокая устойчивость горения дуги во всем диапазоне токов, технологичность процесса. Благодаря этому процесс широко используется при сварке алюминия и его сплавов. Наиболее существенным недостатком является низкая производительность процесса. Отличием механизированной сварки алюминия (MIG—MAG) от традиционной механизированной сварки сталей в среде углекислого газа является: использование аргона в качестве защитного газа, тефлоновых подающих каналов вместо стальных, специальной формы роликов в подающем механизме, специальных мундштуков на горелках. Механизированную сварку плавящимся электродом короткой дугой применяют для получения стыковых, тавровых, нахлесточных и других соединений алюминия и его сплавов толщиной от 3,0 мм и более.

Наиболее подходит для выполнения корневого шва, в том числе с формированием обратного валика на керамических подкладках, облицовки сварного шва. Для заполнения разделки такая сварка применима также, но уступает импульсно-дуговой механизированной сварке по производительности.

Повысить качество металла шва алюминиевых сплавов удается применением техники управляемого переноса металла при импульсно-дуговой сварке. Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом отличается от обычной тем, что на постоянный ток обратной полярности, получаемый от основного источника питания, накладываются кратковременные импульсы тока с определенной частотой (как правило, 50, 100 или 400 Гц). Импульсы генерируются импульсным устройством для получения мелкокапельного направленного переноса электродного металла через дугу при более низких значениях сварочного тока, чем это имеет место при естественном мелкокапельном переносе. Величину и длительность импульсов сварочного тока выбирают такими, чтобы можно было обеспечить управляемый перенос металла с торца электрода небольшими каплями в широком диапазоне токов. Как правило, в паузах между импульсами значение тока небольшое, но достаточное для поддержания горения сварочной дуги, при котором ввод теплоты в изделие уменьшается и отсутствует перенос металла.

Для сварки алюминия и его сплавов, кроме применения чистого аргона, могут применяться следующие газовые смеси:

Газовая смесь НН-1.

(Helishield H3): Это инертная газовая смесь, состоящая из 30% гелия и 70% аргона. Дает более эффективный нагрев, чем аргон. Увеличивается проплавление и скорость сварки. Более ровная поверхность шва и, следовательно, меньшее использование сварочной проволоки.

Газовая смесь НН-2.

(Helishield H5): Это инертная газовая смесь, состоящая из 50% гелия и 50% аргона. Наиболее универсальная газовая смесь, подходит для сварки материалов практически любой толщины.

Газовая смесь НН-3.

(Helishield H2): Это инертная газовая смесь, состоящая из 75% гелия и 30% аргона. Высокое содержание гелия предоставляет более продуктивную сварочную дугу. Использование этой смеси для сварки тонких материалов может существенно сократить пористость, увеличить скорость сварки и уменьшить (возможно, полностью устранить) необходимость подогрева.

Технология сварки алюминия электродами

Сварка алюминия. Способы сварки алюминия.

Для алюминия и его сплавов применяют практически все промышленные способы сварки плавлением. К основным методам сварки относятся:

Ручная дуговая сварка алюминия покрытыми электродами (ММА).
Аргонодуговая сварка алюминия неплавящимся вольфрамовым электродом с подачей присадочной проволоки (ТIG).
Плазменная сварка алюминия.
Полуавтоматическая сварка алюминия в защитном газе – бывает как минимум четырех разновидностей.

• Импульсная полуавтоматическая сварка алюминия.
• Традиционная полуавтоматическая сварка алюминия.
• Полуавтоматическая сварка алюминия с управляемым массопереносом на инверторном источнике питания.
• Полуавтоматическая сварка алюминия на источниках питания типа ВД-306ДК с комбинированной вольтамперной характеристикой.

Другие виды сварки алюминия и его сплавов, такие как автоматическая сварка под слоем флюса и газовая сварка применяются значительно реже. Каждый способ сварки имеет свои особенности, которые необходимо учитывать для наиболее эффективного их использования при изготовлении изделий различного назначения.

Сварка алюминия в картинках.

Особенности сварки алюминия и его сплавов, применяемые материалы.

Технология сварки алюминия и его сплавов достаточно многообразна, виды сварки перечисленые выше имеют ряд особенностей. К числу основных особенностей сварки алюминия и его сплавов любым из перечисленных методов относятся: необходимость удаления окисной пленки с поверхности свариваемых изделий, тщательная подготовка под сварку, предварительный подогрев и др. Ниже приведены основные трудности сварки алюминия и его сплавов. К ним относятся:

1. Наличие и возможность образования тугоплавкого окисла Al2O3 (Tпл = 2050єС) с плотностью больше, чем у алюминия, затрудняет сплавление кромок соединения и способствует загрязнению металла шва частичками этой пленки.

2. Резкое падение прочности при высоких температурах может привести к разрушению (проваливанию) твердого металла нерасплавившейся части кромок под действием веса сварочной ванны. В связи с высокой жидкотекучестью, алюминий может вытекать через корень шва.

3. В связи с большой величиной коэффициента линейного расширения [. = (21 . 24.7)10-6 . С-1] и низким модулем упругости сплав имеет повышенную склонность к короблению. Уровень сварочных деформаций в 1.5-2 раза выше, чем у аналогичных стальных конструкций.

4. Необходима самая тщательная химическая очистка сварочной проволоки и механическая очистка и обезжиривание свариваемых кромок. В связи с резким повышением растворимости газов в нагретом металле и задержкой их в металле при его остывании возникает интенсивная пористость, обусловленная водородом, приводящая к снижению прочности и пластичности металла. Предварительный и сопутствующий подогрев замедляет кристаллизацию металла сварочной ванны, что способствует более полному удалению газов и снижению пористости.

5. Вследствие высокой теплопроводности алюминия необходимо применение мощных источников теплоты. С этой точки зрения в ряде случаев желательны подогрев начальных участков шва до температуры 120-1500С или применение предварительного и сопутствующего подогрева.

6. Металл шва склонен к возникновению трещин в связи с грубой столбчатой структурой металла шва и выделением по границам зерен легкосплавных эвтектик, а также развитием значительных усадочных напряжений в результате высокой литейной усадки алюминия (7%). В настоящем разделе приводятся основы технологии сварки алюминия и его сплавов и применяемые сварочные материалы.

Как и чем варить алюминий

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
• Способы сварки алюминия
• Что нужно для сварки алюминия
• Чем варить алюминий в домашних условиях
• Сварка вольфрамовыми электродами в инертной среде
• Задействуем полуавтомат
• Выполняем работы инвертором
• Технология сварки алюминия при помощи флюсов
• Заключение

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 °C.
• 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 °C;
• 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.

• 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.