Нюанси і технологія зварювання алюмінію електродом

В останні роки використання алюмінію все більше набуває поширення у виробництві завдяки характеристикам, які роблять його привабливою альтернативою стали. Алюміній в три рази легше, ніж сталь, проте він має більш високу міцність при легуванні. У 6 разів краще стали проводить електричний струм (в 30 разів краще нержавіючої сталі). Крім того, алюміній - немагнітний матеріал, що забезпечує чудову корозійну стійкість.

Дійсно, технологія зварювання алюмінію менш енергоємна і, отже, легше зварювання стали. У світовому виробництві приріст обсягів зварювання цього металу щорічно складає 5,5% у звязку з тим, що алюміній все більше використовується в автомобільній та інших галузях промисловості.

Однак можуть виникнути деякі труднощі при застосуванні звичного обладнання, каліброваного під зварювання стали. Та й звичні зварювальні режими стали не завжди застосовні до алюмінію. Наприклад, висока теплопровідність і низька температура плавлення алюмінію можуть легко призвести до пропалювання і повідкового проблем, якщо не дотримуються належні режими.

Зварювання алюмінію: що слід знати

легуючі елементи

Щоб була зрозуміла технологія зварювання цього металу, перш необхідно зрозуміти деякі основи його металургії. Алюміній можна легувати поруч різних елементів для збільшення міцності, стійкості до корозії і / або загальної зварюваності.

Головними легирующими алюміній складовими служать Cu, Si, Mg, Mn і Zn.
Мідь (Cu) забезпечує високу міцність алюмінію. Ця серія сплавів є термостійкої і використовується для виготовлення частин літакових двигунів, заклепок і гвинтів. Більшість цих сплавів вважаються малопридатними для дугового зварювання через їх чутливості до гарячих тріщин. Ці сплави зварюються 4043 електродами з наповнювачами, що володіють низькою температурою плавлення з метою зменшення ймовірності гарячих тріщин.

Марганець (Mn) - з ним алюміній дає сплави холодної гарту загального призначення, зазвичай відмінно підходять для аргонно-дугового зварювання з 4043 або 5356 електродами, не схильні до гарячих тріщин. Кремній (Si) зменшує плавлення алюмінію і покращує його плинність. Сплави мають гарну зварюваність.
Магній (Mg) надає сплавів відмінну зварюваність з мінімальною втратою міцності. Кремній і магній в сукупності створюють термостійкі сплави середньої міцності, кілька схильні до гарячих тріщин. Найбільш поширеними електродами для цієї серії є все ті ж універсальні 4043.
Цинк (Zn) в сплаві з алюмінієм і міддю надає високу міцність сплавів з алюмінію. Зварюваність цієї серії має недолік: багато сортів чутливі до утворення гарячих тріщин.

Чистий алюміній без легуючих добавок широко використовується завдяки своїй чудовій стійкості до різних видів корозії, в обладнанні хімічної промисловості, легко зварюється з електродами 1100 і 4043 сплавів.

Хімічні властивості алюмінію

З точки зору хімії алюміній має високий потенціал розчинності атомів водню в рідкій формі і низьку розчинність в точці кристалізації. Це означає, що навіть невелика кількість водню, розчинена в металі шва, буде прагнути вийти з нього в міру затвердіння, а виникла пористість шва може стати великою проблемою під час зварювання алюмінію.

Крім того, алюміній, зєднуючись з киснем в формі оксиду алюмінію, створює пористий шар, який може стати пасткою для вологи, масла, мастила та інших матеріалів. Іншими словами, алюміній захищений оксидною плівкою, яка забезпечує металу чудові антикорозійні властивості. Але, оскільки оксидна плівка має високу температуру плавлення (2037 ° С), в три рази перевищує температуру плавлення самого алюмінію, вона перешкоджає зєднанню частин металу. Тому зварювання алюмінію вимагає попереднього видалення оксидної плівки, для чого можна використовувати будь-який спосіб:

• механічна очистка;
• розчинники;
• хімічне травлення та ін.

Важливо! Ось деякі з ознак наявності оксидної плівки:

• блукаюча дуга, коли ви не можете отримати калюжу без запису і спотворення металу;
• ваш наповнювач не змішується з калюжею, замість цього він скочується в важко розплавляється кулька;
• у випадку встановлення двох країв заготовок алюмінію вони вються друг від друга і утворюють ще більший розрив;
• 8 годин експозиції після очищення цілком достатньо для роботи до повторної очистки.

Механічні властивості

Механічні властивості зварного шва, такі як міцність на розтягнення, пружність і подовження, залежать від вибору виду сплаву алюмінію і наповнювача.

Для канавки зварних швів зона термічного впливу (ЗТВ) диктує міцність зєднання:

1. У сплавах холодної гарту ЗТВ буде повністю отожженной і стане слабким місцем.
2. Термостійкі сплави вимагають набагато більшого часу для відпалу в поєднанні з повільним охолодженням.

При такому режимі міцність зварного шва постраждає менше.

Для кутових швів міцність залежить від складу наповнювача сплаву електрода, що використовується для зварювання.

Порада: по можливості краще підкладати під область зварювання радіатор з міді або алюмінію. Оскільки алюміній має хорошу теплопровідність, то тепло з області зварного шва швидко передається іншим частинам заготовок, які стають настільки гарячими, що це може викликати усадки і деформації в їх структурі. За допомогою деякого теплопоглинання матеріалом, що знаходяться під областю зварювання, можна захистити роботу від деформації.

Основні методи зварювання

Існує кілька основних методів зварювання алюмінію:

1. Електродугова газове зварювання - виступає як процес, що включає в себе безперервну подачу суцільного розплавляється електрода в захисному газі. Застосовується для зварювання здебільшого використовуються у виробництві, включаючи алюміній та інші кольорові метали, для зварювання з електродом постійного струму позитивного потенціалу. При роботі з алюмінієм напівавтоматичне зварювання відрізняється тим, що електродом служить алюміній, що подається з більшою швидкістю і при більшому струмі.
2. Електродугове зварювання з вольфрамом в захисному газі. При цьому в процесі зварювання відбувається коалесценція металу при нагріванні його теплом електричної дуги, що виникає між вольфрамової дротом і заготівлею. Плавляться з вольфраму в середовищі інертного газу забезпечується зварювальний шов високої якості. Шви чіткі і блискучі, фактично не потребують зачистки після зварювання. Такий спосіб застосовується для зварювання переважної більшості металів, але при цьому вимагає віртуозних навичок від зварника, особливо на тонких і хитромудрих деталях. Завдяки відмінного результату зварювання цей метод широко застосовується в аерокосмічній галузі, літакобудуванні, енергетиці та нафтохімічної галузі.
3. Плазмова електродугове зварювання - варіація на тему зварки з вольфрамом в екранувальній газі. Процес використовує обмежену дугу, що вичавлюється за допомогою мідної насадки, вона коротше і діє цілеспрямовано. Хід звуження дуги значно збільшує напруження дуги і кількість що відбувається іонізації. У міру підвищення температури енергія області плазми поширюється вниз до робочої поверхні алюмінію. Загальний результат виражається в концентрації джерела тепла при більш високій температурі, що істотно підвищує ефективність передачі тепла, дозволяючи прискорювати процес зварювання. Однак використання цього методу для зварювання алюмінію вручну вимагає високого рівня кваліфікації зварника.
4. Зварювання лазером - зазвичай це автоматизований процес, який використовує тепло від насиченого променя бреггівського (соотнесенного) світла для зварювання матеріалів. Вживається для зварювання практично будь-яких металів, алюмінію в тому числі. Гарантує високі швидкості зварювання, прекрасні властивості шва (хорошу механіку, низькі спотворення, без шлаку і бризок). Зварні шви при цьому виконують як з присадним металом, так і без нього, застосовуючи захист області зварювання газом. Що використовується при цьому обладнання вимагає чималих витрат і справжньої майстерності оператора через дуже високу швидкість зварювання і малого розміру ділянок, ушкоджуваних лазером.
5. Екранована зварювання (також відома як ручна дугова) - процес, який проводиться за рахунок тепла від електродуги, що виникає між електродами (кінчиком) з флюсовим покриттям і поверхнею основного матеріалу. Електродом служить металевий дріт, покрита складом з суміші мінералів з металами. Формула цієї суміші обумовлюється різновидом електрода і полярністю зварювання. Одна з функцій покриття - захисна, тобто забезпечення флюсування з метою виведення домішок з зварного депозиту і контролювання хімії зварного шва, забезпечення бажаних механічних властивостей. У міру накладання шва покриття електрода розпадається, даючи пари, які служать в якості захисного газу, і надаючи шар шлаку. І пари, і шлаковий шар захищають область зварювання від атмосферного впливу. Така зварювання може застосовуватися в умовах обмеженого доступу. Через простоту використовуваного обладнання та його експлуатації, а також універсальності процесу екранована дугова зварка домінує над іншими зварювальними процесами в сфері обслуговування і ремонту, в тому числі і в такій справі, як зварювання алюмінію.

Розміри вольфрамової дроту, що служить електродом, в залежності від величини струму:

• 1/6 чистого вольфраму для струму від 30 до 80 А;
• 3/32 чистого вольфраму для 60-130 А;
• 1/8 чистого вольфраму для струму від 100 до 180 А.





При цьому розмір наповнювача стрижня дорівнює розміру вольфраму, довжина дуги повинна дорівнювати діаметру вольфраму.

Важливо! Коли не маєте уявлення про те, з яким саме сплавом алюмінію маєте справу, скористайтеся універсальним електродом 4043.

Захисний газ при зварюванні алюмінію



Дефекти шва при зварюванні.

Дугове зварювання швидко окисляються металів потребує газах, що захищають область зварювання від впливу атмосферних газів азоту і кисню, які можуть викликати дефекти синтезу, пористість і крихкість металу, в тому числі алюмінію. Якщо вони вступають в контакт з електродами, дугою або зварюються металами. Ця проблема є спільною для всіх зварювальних процесів, але замість захисного газу багато методи дугового зварювання використовують флюси матеріал, який при температурі зварювання розкладається, виділяючи захисний газ. Інші способи використовують балонний інертний газ, це позбавляє від шлаків, твердих відходів, від яких необхідно звільняти місце зварювання. Вибір захисного газу залежить від багатьох факторів, головними з них виступають тип зварюваного матеріалу і процес зміни.

Чисті інертні гази (аргон і гелій) використовуються тільки для зварювання кольорових металів (алюміній, мідь і ін.). Суміш аргон-гелій повністю інертна і використовується тільки на кольорових металах, в тому числі і для алюмінію. Концентрація гелію до 50-75% піднімає напругу і збільшує теплову енергію дуги, що робить його корисним для зварювання в товщі заготовок. Більш високий відсоток вмісту гелію також покращує якість зварного зєднання і швидкість використання змінного струму для зварювання алюмінію. Додавання навіть невеликої частки водню (до 5%) небажано, оскільки викликає ризик водневої пористості.

Бажана швидкість потоку газу залежить в першу чергу від геометрії зварного шва, швидкості зварювання, струму, типу газу і режиму використовуваної металлопередачі. Зварювання плоских поверхонь вимагає більшого потоку, ніж зварювання рифленого алюмінію. Чим вище швидкість зварювання, тим більше газу має бути введено для забезпечення адекватного охоплення області зварювання.

Порада: оптимальний потік інертного газу (аргону) - 15-20 л / хв.

Особливості нових технологій



Вибір зварювальних електродів.

Еволюція управління таким процесом, як дугова зварка, привела не так давно до розробки програмного забезпечення контрольованих інверторних джерел живлення. Використання програмного забезпечення для оптимізації характеристики дуги для алюмінію була піднята на новий рівень і стала відома як технологія управління сигналом. Зміна виходу постійного струму використовується в дуже високій швидкості синергетичного імпульсного виходу, що дає ряд переваг в технології зварювання:

• введення високої енергії під час піку імпульсів;
• послідовне проникнення профілю по всій довжині шва;
• зниження рівня бризок;
• поліпшення плинності;
• збільшення швидкості ефективного проходу;
• зниження теплового вводу;
• нижчий рівень спотворень.

Новий спосіб варити алюміній представила команда компанії Honda, розробивши новий метод - ротаційну зварювання тертям. Суть цього методу полягає в зєднанні заготовок з різних металів (наприклад, алюмінію і чорної сталі) через механічний тиск. Як пояснюють фахівці Honda, така технологія зварювання залишає точкові зварні шви в минулому і створює нові і стабільні металеві звязки між металами (наприклад, сталь-алюміній). Шви при такому способі зварювання міцніше, ніж ті, що отримані в інертному газі. Крім того, нова зварювання наполовину економічніше і легко піддається автоматизації і роботизації.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!