Как соединить алюминий и сталь

Обновлено: 02.05.2024

Нержавеющая сталь и алюминий являются уникальными по своим характеристикам, широко используются в различных отраслях и обладают коррозионностойкими свойствами. Из-за особого химического состава этих металлов сварочный процесс сильно затруднен.

Особенности сварки нержавейки и алюминия

Теплопроводимость нержавейки по сравнению с другими, более прочными сортами стали, ниже в 2 раза. Благодаря этой особенности во время процесса сварки тепло не сможет равномерно распределяться по всей поверхности и убирать излишки энергии, оно будет сконцентрировано в точке контакта. Эта особенность является главной причиной, почему многие начинающие сварщики не могут избежать перегрева или прожига шва. Специалисты рекомендуют устанавливать меньшие амперные показатели сварочного оборудования.

Вторая важная особенность, затрудняющая процесс соединения металлов – линейное расширение. Околошовная зона подвержена деформации из-за воздействия высоких температур, а это значит, что для предотвращения появления трещин необходимо оставлять зазор. Его формирование является важным этапом в процессе подготовки изделия к свариванию.

Еще одна трудность при сварке нержавейки и алюминия обусловлена их высоким электрическим сопротивлением. Расходные материалы быстро приходят в негодность из-за высокого нагрева.

Во время сварки нержавейки существуют четкие температурные границы. Если она повышается до 500 С 0 , то в шве образуются химические соединения карбида, железа и хрома, которые негативно влияют на его качество. Риск можно снизить, охладив деталь сразу же после работы.

Технология сварки нержавейки с алюминием аргоном

Ни одним из доступных способов (аргонодуговая, сварка покрытым электродом и т. д.) сделать качественное соединение без дополнительных элементов не получится. При сваривании стали и алюминия в шве образуются достаточно хрупкие интерметаллические соединения. Для получения качественного сварного шва нужно использовать особые технологии с применением биметаллических переходных вставок. Чтобы этот метод был действительно эффективным и рабочим, дуговая сварка не подойдет. Здесь используются такие методы, как давление с подогревом, прокатка или сварка взрывом.

Для упрощения процесса соединения стали и алюминия во время дуговой сварки на нержавейку можно нанести покрытие из алюминия. Здесь чаще всего используется метод погружения. После нанесения алюминиевого покрытия детали можно легко сварить, только важно следить, чтобы дуга не соприкасалась со сталью. В этом случае сварка проводится с применением алюминиевого присадочного сплава.

Методы с покрытием используются в тех случаях, когда важно добиться хорошей герметизации изделий. Но они не способны обеспечить хорошую прочность.

Процесс сварки при нанесении алюминиевого покрытия

Аргонную сварку всегда начинают с подготовки поверхностей. Процедура является стандартной вне зависимости от качества и структуры метала:

Поверхность очищают от пыли и металлической стружки грубой щеткой. Все кромки зачищают до металлического блеска.
Поверхность, на которой будет производиться работа, должна быть обезжирена любыми имеющимися средствами.
Важно правильно установить зазор для компенсации процесса деформации.

Способы соединения

В процессе сварки лучше всего использовать переменный ток, это позволит решить сразу две задачи:

Использование компактных и более легких сварочных инверторов.
Удаление пленки оксида алюминия с поверхности детали, так как температура электрода будет сильно превышать термическую стойкость химического соединения.

Сейчас применяются два основных способа соединения:

Ручная дуговая сварка (MIG/MAG). Ее особенность – это высокая производительность и возможность соединения частей любой толщины.
Сварка неплавящимся вольфрамовым электродом (WIG/TIG). При этом способе швы получаются ровные за счет того, что дуга обладает высокой стабильностью горения. Также при этом способе совсем исключен шанс попадания в сварочную ванну влаги. Аргонодуговая сварка – способ преодолеть трудности, которые возникают в процессе соединения алюминия из-за наличия на его поверхности химически инертной прочной окисной пленки.

Необходимое оборудование

При выборе оборудования важно ориентироваться на особенности свариваемого металла:

Технология сварки разнородных металлов

В процессе сварки однородных деталей взаимная диффузия и растворение материалов, а также образование жидких и твердых растворов происходит без каких-либо ограничений и сложностей. Однако совсем иначе дело обстоит со сваркой разнородных металлов. В данном случае приходится сталкиваться с металлургической несовместимостью деталей, которые имеют принципиальные отличия в характеристиках кристаллической решетки, а также разные температуры плавления и показатели теплопроводности. Именно поэтому прежде чем начнется работа и осуществится, например, сварка алюминия со сталью, необходимо рассмотреть совместимость используемых металлов и учесть трудности, которые могут возникнуть в процессе их соединения.

Практически невозможно сварить металлы, неспособные взаимно раствориться между собой в расплавленном состоянии: железо и свинец, железо и магний, свинец и алюминий. Эти пары в жидком состоянии практически не смешиваются и создают слои, которые при дальнейшем затвердевании могут быть без особого труда отделены друг от друга. Что касается легко поддающихся сварке разнородных металлов, то их количество довольно ограничено. К ним можно отнести титан и железо, медь и железо, титан и ванадий, алюминий и серебро.

На данный момент самыми востребованными являются конструкции, получаемые путем сплава стали с алюминием, чугуном или медью. Сварка этих металлов широко используется в авиационном строении, радиоэлектронике, производстве бытовых приборов. Оптимальные свойства некоторых конструкций возможны только благодаря применению деталей из комбинированных материалов, ведь именно в этом случае изделие будет совмещать в себе преимущества сразу двух металлов. Однако приступая к работе с разнородными металлами, важно учитывать особенности их взаимодействия.

Процесс соединения алюминия со сталью

Сварка алюминия и стали сопряжена с серьезными трудностями, которые возникают в связи с большой разницей температур плавления металлов и различиями в уровне их теплопроводности. На практике это выражается в том, что алюминий становится жидким еще до того, как сталь успевает прогреться, кроме того, шов получается недостаточно прочным. Чтобы соединить металлы с такими разными характеристиками и получить приемлемый результат, нередко используется диффузная, ультразвуковая, а также контактная с оплавлением и холодная сварка металла.

Покрытия для улучшения свариваемости

Проблемы, которые возникают при сварке плавлением алюминия и стали, вполне удачно решаются с помощью применения специальных покрытий. На сталь гальваническим или горячим погружением наносится металл, который обладает хорошей совместимостью со сталью. Чаще всего для этих целей используется слой цинка, который улучшает растекание алюминия. Кроме того, для сварки алюминия и стали применяется переходная вставка из тех же материалов, которая получается с помощью другого метода соединения, например, путем холодной ковки.

Теплофизические свойства материалов значительно затрудняют процесс сварки, при этом даже использование специальных покрытий и вставок не решает всех возможных проблем. Дело в том, что при соединении разнородных металлов на стыке могут образовываться интерметаллиды, которые отличаются чрезмерной хрупкостью. Чтобы избежать ненужных проблем, необходимо выбрать правильный режим сварки, который позволит избежать перегрева поверхности металлов. Если процесс произведен с учетом всех особенностей алюминия и стали, в результате проведенных сварочных работ появится надежное и долговечное соединение, которое, однако, лучше не использовать для конструкций, часто подвергающихся механическому воздействию.

Свариваемость чугуна и стали

Несмотря на то, что чугун и сталь обладают схожестью химического состава, процесс сварки этих металлов также характеризуется определенными трудностями. Дело в том, что чугун содержит большое количество углерода, а потому достаточно плохо поддается плавлению. Чтобы сварить эти разнородные материалы, используются специальные электроды. Для получения надежного и прочного шва перед обработкой детали следует тщательно зачистить, особенно это касается заготовки из чугуна, который легко впитывает различные технические жидкости.

Подогрев изделия в процессе работы

Чтобы соединить чугун и сталь, как правило, используется сварочный ток обратной полярности. Однако обратите внимание, что в случае применения аппаратов с высоким током холостого хода, необходимо использовать переменный ток. В процессе работы детали необходимо прогреть до 600 градусов по Цельсию. Такая температура позволит избежать чрезмерного расширения металла, которое нередко приводит к необратимой деформации материала. В результате сварочных работ, проведенных по описанной технологии, прочный герметичный шов образуется всего за один проход.

В случае, если подогрев заготовок невозможен, сварка чугуна со сталью производится несколько иначе. Когда необходимо соединить слишком большие детали или металл имеет легкоплавкие вкрапления, процесс сварки осуществляется с помощью коротких валиков, каждый из которых необходимо охлаждать перед использованием следующего. Стоит отметить, что данный метод сварки не обеспечивает должную прочность шва, поэтому для соединения чугуна и стали более предпочтителен метод, предусматривающий предварительный подогрев деталей.

Свариваемость меди со сталью

Определенные трудности в процессе соединения данных металлов возникают в связи с различием в уровне их теплопроводности, а также из-за низкой температуры плавления меди. Именно поэтому прежде чем приступать к процессу, следует учесть все особенности материалов и подобрать наиболее оптимальный способ сварки. Только в этом случае можно получить качественное соединение, которое будет обладать всеми необходимыми характеристиками.

Применение защитных газов

На самом деле медь и все ее сплавы довольно неплохо сваривается со сталью. Пожалуй, самым высоким качеством обладает соединение, которое производится путем аргонодуговой сварки. С ее помощью образуется шов, который характеризуется хорошей герметичностью и прочностью. Аргонодуговая сварка производится с применением вольфрамовых электродов либо плазменной струи и специальной присадочной проволоки. Обратите внимание, что в процессе работы дугу следует немного смещать к меди, что поможет предотвратить перегрев стали.

Сварка меди и стали также может быть произведена с помощью флюсов в среде защитных газов. В этом случае используют плавящиеся либо неплавящиеся электроды и проволоку. При наплавлении меди на сталь вполне эффективен дуговой метод сварки керамических флюсов, который позволяет добиться требуемой износостойкости и твердости материала. Данный вид работы предполагает использование плоских электродов.

Мангал из металла — это занятие, которое по силам каждому сварщику. Как сделать его своими руками, читайте в этой статье.

Соблюдение технологии — гарантия качества

Сварка разнородных металлов — достаточно трудоемкий процесс, который осложняется существующими различиями в свойствах материалов. Однако если грамотно подойти к процессу и учесть все рекомендации, связанные с особенностями металлов, можно получить прекрасный результат в виде качественного и надежного соединения, которое будет обладать преимуществами всех его компонентов.

Сварка алюминия со сталью: особенности сварочного процесса, способы и применяемые технологии

Сварку алюминия со сталью часто применяют в радиоэлектронике, авиации и производстве бытовой техники.

Особенности сварки алюминия со сталью

Соединение этих металлов позволяет изделиям из них совмещать их преимущества. Если нужно получить качественный сварной шов, обязательна подготовка металлов перед сварочным процессом и соблюдение технологии сварки.

Сварка алюминия и его сплавов со сталью имеет свои нюансы:

у этих двух металлов большая разница в температурах: пока сталь только прогревается, алюминий уже становится жидким;
коэффициент линейного расширения обоих металлов так же сильно различается, поскольку возникают значительные термонапряжения по линии перехода от стали к алюминию;
разные теплопроводность и теплоёмкость металлов приводят к термическим напряжениям;
в сварном шве может образоваться тугоплавкая окисная плёнка. Чтобы её устранить, рекомендуют использовать специальный флюс.

Качественное сварное соединение должно обладать пластичностью не ниже, чем у стали, и прочностью не ниже, чем у алюминия.

Для соединения алюминия и стали чаще всего используются аргонодуговая сварка с неплавящимся электродом или сварка через биметаллические вставки. В промышленности также используют сварку взрывом, диффузионную, лазерную, электронно-лучевую и точечную сварки.

Сварка алюминия со сталью аргонодуговым способом

Перед началом сварочного процесса кромки металлов рекомендуется очистить и нанести на них защитное покрытие. Самое доступное по цене из них — цинковое.

Присадочный материал в этом случае — проволока марки АД1 из алюминия с присадкой кремния (он хорошо влияет на формирование диффузионной прослойки стабильного качества) или проволока из сплава АК-5.

Важно! АМг-6 не рекомендуют применять, поскольку эта присадка дает низкую прочность сварного шва.

Чтобы подготовить стальную деталь к сварке, для стыкового соединения нужно скосить кромки под углом 70° для максимальной прочности соединения.

Кромки нужно тщательно очистить пескоструем или механически обработать, затем нанести поверхностный слой.

Аргонодуговую сварку алюминия и стали отличает расположение дуги: в начале сварки первого прохода оно удерживается на присадочном прутке, а в процессе сварки последующих проходов — на присадочном прутке и образующемся валике. Это обезопасит покрытие от преждевременного выгорания.

Во время сварочного процесса важно последовательно накладывать валики шва (зависит от вида соединения).

сварка МИГ — происходит на постоянном сварочном токе обратной полярности;
сварка ВИГ — бывает и на переменном сварочном токе, и на постоянном токе прямой полярности.

Величина сварочного тока должна зависеть от толщины свариваемого металла:

Техника выполнения сварных швов

Для соединения алюминия и стали нужно выбирать способ техники сварки углом вперёд, с углом наклона электрода от вертикали вдоль оси сварного шва 40-45 градусов.

Важно правильно выбрать скорость сварки, поскольку от неё зависит, сколько между собой будут взаимодействовать жидкий алюминий и сталь. Это напрямую влияет на толщину и стабильность соединительного слоя.

Скорость сварки необходимо выбирать максимально возможной: не менее 7 м/ч для сварки первых проходов многопроходных сварных швов и не менее 12 м/ч для однопроходных и последующих проходов многопроходных сварных швов. На это есть причины:

интенсивное образование интерметаллидов во время длительного контакта стали и алюминия на высоких температурах;
интенсивное образование корунда и рост зоны слабины;
интенсивное выгорание цинка.

Сварочные и наплавочные швы нужно выполнять без поперечных и возвратно-поступательных колебательных движений. Присадку в сварочную ванну нужно подавать со стороны оцинкованной стали для уменьшения выгорания цинка.

Горелку нужно смещать относительно стыка сварного шва в сторону алюминия или алюминиевого сплава на 1-3 мм. Это связано не только с уменьшением выгорания цинка, но и с тем, что, обладая высокой теплопроводностью, алюминий нагревается и расплавляется значительно медленнее, чем сталь и цинк, который её покрывает.

Послесварочная термическая обработка сварного соединения нежелательна, температура его эксплуатации не должна превышать 270 градусов. В противном случае, толщина прослойки может увеличиться, что приведёт к снижению динамической прочности или разрушению сварного шва.

Сварка через биметаллические вставки

Биметаллические переходные материалы (вставки) — это алюминиевые элементы, к которым уже прикреплен другой материал.

Для сварки вставок чаще применяют стандартные технологии — GMAW и GTAW.

Стальную сторону вставки нужно приварить к стали, алюминиевую — к алюминию. В процессе важно не перегреть вставки, иначе образуется хрупкое интерметаллическое соединение на стыке стали и алюминия внутри вставки.

Разрушение сварного шва, содержащего интерметаллиды происходит, как правило, ещё во время горения сварочной дуги. Но даже если шов не разрушится в процессе или в конце сварки, он напомнит о себе, когда изделие будут эксплуатировать.

Сначала лучше варить алюминий с алюминием. Это позволит увеличить отвод тепла при сварке стали со сталью и не допустит перегрева на участке соединения стали с алюминием.

Этот способ часто применяют, когда хотят получить качественные сварные швы. Подобную технологию используют в судостроении.

Другие способы сварки алюминия со сталью

Лазерным способом пользуются не только для создания миниатюрных соединений, но и для того, чтобы получить длинные швы, например, в автомобильной промышленности. Этот способ позволяет тонко управлять тепломощностью импульсного лазерного излучения.

Чтобы получилось нахлёсточное соединение, нагрев лазером нужно вести со стороны стали. Она нагреется до температуры, когда алюминий уже расплавится, но останется твёрдой.

Прочность швов можно повысить с помощью присадки на основе алюминия.

Диффузионная

В этом сварочном процессе соединяемые детали не расплавляются. Но из-за их продолжительного контакта на высокой температуре образуются интерметаллидные фазы.

Электронно-лучевая

На сталь наносят буферные покрытия из титана, никеля и циркония: тогда сварочный процесс будет успешен.

Точечная контактная

Хорошее точечное соединение стали и алюминия получается не всегда, даже если варить на конденсаторных машинах с жестким режимом разряда.

Этого можно избежать, применив промежуточную биметаллическую ленту. Полученные точечные соединения по прочности можно сравнить с клепаными.

Сварка взрывом

Соединения алюминия и стали, которые получаются при взрывном сварочном процессе, применяют на верфях Японии, Польши, США, Великобритании, Франции и других стран в качестве промежуточного элемента, который потом приваривают к основным материалам изделия.

Как сваривать алюминий со сталью? — полное руководство.

Алюминий можно легко соединить с большинством металлов с помощью механического крепления или клеевого соединения. Однако для сварки алюминия со сталью требуются другие методы, такие как дуговая и фрикционная сварка, которая дополнительно поясняется ниже.

Почему нужно сваривать алюминий со сталью?

Алюминий (и его сплавы) намного легче, чем стали, с плотностью около 2,70 г / см 3 по сравнению с диапазоном от 7,75 до 8,05 г / см 3 для сталей. Это означает, что сопоставимый объем стали примерно в три раза тяжелее алюминия.

Во многих отраслях промышленности сталь используется для различных структурных применений. Однако из-за плотности стали существует значительная потеря веса, связанная с ее использованием.

Новые природоохранные законы вынуждают транспортные отрасли соблюдать строгие ограничения на выбросы парниковых газов. Одним из способов снижения выбросов является, к примеру, снижение веса конструкции автомобиля. Замена различных стальных конструкций алюминиевыми сплавами в настоящее время имеет большое промышленное значение. Во многих случаях не всегда возможно заменить всю стальную конструкцию алюминиевыми сплавами, поэтому необходимо объединить эти два материала.

Алюминиевые сплавы могут быть сравнительно легко соединены со сталями с использованием таких методов, как клеевое соединение, механическое крепление или пайка.

Но когда требуется превосходная структурная целостность, сварка предпочтительна. Однако приварка алюминиевых сплавов к стали затруднена.

Почему алюминий трудно соединить со сталью?

Алюминиевые сплавы и сталь сильно различаются по металлургии и физическим свойствам, таким как теплопроводность и температура плавления. Как правило, температура плавления стали составляет около 1370 ° С, что более чем в два раза выше, чем у алюминия, который плавится при температуре около 660 ° С.

Помимо их широко различающихся температур плавления, каждый из этих металлов практически нерастворим в другом. В расплавленном состоянии они реагируют с образованием хрупких интерметаллических фаз. Понятно, что вышеуказанные проблемы могут представлять проблемы при сварке плавлением, такой как дуговая сварка стали и алюминия.

Получающиеся сварные соединения будут иметь неудовлетворительные свойства и из-за их хрупкой природы часто нежелательны для многих промышленных применений.

Как вы присоединяете алюминий к стали?

Хорошо известно, что применение процессов сварки плавлением для соединения стали с алюминием затруднено из-за различий в точках плавления, теплопроводности, коэффициентах расширения и тенденции к образованию хрупких интерметаллических соединений. Поскольку растворимость Fe в Al очень низкая (около 0,04 мас.%), При температурах> 350 ° C, когда диффузия Fe в Al становится значительной, начинается осаждение интерметаллических соединений Fe-Al. Значительные интерметаллические осадки могут происходить значительно ниже точки плавления алюминия (660 ° C для чистого Al). Точная степень осаждения интерметаллидов определяется диффузией и зависит от временного и температурного предела взаимодействия взаимодействующих границ Fe и Al.

Использование лазеров для создания паяного соединения

Использование лазеров для создания паяного соединения между сталью и алюминием является логичным шагом, так как высокая интенсивность тепла в небольшой области, генерируемой лазером, означает, что стабильная среда для пайки может быть создана локально и быстро перемещена для создания соединения с минимальным временем для диффузии, чтобы управлять чрезмерным образованием интерметаллических соединений.

Фазовая диаграмма Fe-Al показывает диапазон твердых интерметаллических фаз, которые могут быть сформированы, а именно; Fe3Al (892HV), FeAl (470HV), FeAl2 (1060HV), Fe2Al5 (1013HV) и FeAl3 (892HV).

Эти фазы характеризуются чрезвычайно высокой твердостью, почти нулевой пластичностью и очень низкой вязкостью разрушения. Следовательно, если термически произведенное соединение между сталью и алюминием должно содержать некоторые или все эти фазы,

Толщина слоя интерметаллического соединения должна быть настолько малой, насколько это возможно, для достижения хороших механических характеристик в соединении. Проверить сварку тут можно с помощью рентгеновской пленка Agfa D7 от компании GE , на тонких деталях можно использовать рентгеновскую пленку Agfa D2.

Должны быть приняты определенные подходы к дуговой сварке стали и алюминия, чтобы избежать образования интерметаллического соединения. Первый заключается в использовании алюминиевого покрытия на стали. Это может быть достигнуто погружением стали в расплавленный алюминий (горячее алюминирование). После нанесения алюминия алюминий может быть приварен к алюминиевому покрытию. Необходимо следить за тем, чтобы дуга не нагревала покрытый алюминий до чрезмерной температуры, в противном случае возможно образование интерметаллического соединения. Первый заключается в использовании алюминиевого покрытия на стали. Это может быть достигнуто погружением стали в расплавленный алюминий (горячее алюминирование).

После нанесения алюминия алюминий может быть приварен к алюминиевому покрытию. Необходимо следить за тем, чтобы дуга не нагревала покрытый алюминий до чрезмерной температуры, в противном случае возможно образование интерметаллического соединения.

Первый заключается в использовании алюминиевого покрытия на стали. Это может быть достигнуто погружением стали в расплавленный алюминий (горячее алюминирование). После нанесения алюминия алюминий может быть приварен к алюминиевому покрытию. Необходимо следить за тем, чтобы дуга не нагревала покрытый алюминий до чрезмерной температуры, в противном случае возможно образование интерметаллического соединения.

Биметаллические переходные вставки

Биметаллические переходные вставки являются еще одним средством уменьшения интерметаллического образования при сварке плавлением. Вставки состоят из одной алюминиевой части и другой стальной детали, скрепленных между собой прокаткой, сваркой взрывом, сваркой трением, сваркой под давлением или сваркой горячим давлением. Биметаллическое переходное соединение затем индивидуально приваривается к алюминию и стали. Обычно объемный алюминий сначала приваривают к алюминиевой части переходной вставки, так как это создает больший радиатор, когда объемную сталь подвергают дуговой сварке со стальной половиной переходной вставки.

Основной целью при соединении этих материалов является поддержание максимально низкой температуры сварки и минимизация времени воздействия сварного шва на высокие температуры. Вот почему такие процессы, как сварка трением (в основном, ротационная сварка трением), используются для изготовления биметаллических переходных вставок между алюминиевыми сплавами и стальными объемными компонентами.

Ротационная сварка трением

Ротационная сварка трением — это процесс соединения в твердом состоянии, который работает путем вращения одной детали относительно другой, находясь под действием осевой силы сжатия. Трение между поверхностями производит тепло, в результате чего материал интерфейса пластифицируется. Сжимающее усилие вытесняет пластифицированный материал с поверхности раздела, способствуя металлургическим механизмам соединения. Не входя в жидкое состояние, сварные швы трения остаются намного более холодными во время обработки.

Кроме того, сварка алюминия, быстрым трением, предотвращая длительное время воздействия сварного шва на высокие температуры. Следовательно, сварка трением коммерчески используется для соединения ряда разнородных материалов, поскольку образование интерметаллических соединений значительно снижается.

Несмотря на преимущества сварки трением для уменьшения интерметаллического образования между алюминиевыми сплавами и сталями, все же следует позаботиться о выборе параметров.

Сварка нержавеющей стали с алюминиевым сплавом

Часто при сварке стали и нержавеющей стали с алюминиевым сплавом используется промежуточный слой из чистого алюминия, что резко снижает образование интерметаллидов. Интерметаллические соединения между сталью, сваренной трением, и алюминиевыми сплавами основаны на железо-алюминии, следовательно, можно ожидать, что хрупкие соединения также будут образовываться между сталью и чистым алюминием, но это не так. Чистый алюминий намного мягче, чем алюминиевый сплав.

Это означает, что температура, необходимая для протекания мягкого чистого алюминия и образования сварного шва, намного ниже, чем у алюминиевого сплава. Более низкие температуры помогают уменьшить образование хрупких соединений.

Сваривать алюминий со сталью

Из-за сложности изготовления прочных сварных швов между этими материалами во многих коммерческих применениях для соединения алюминиевых сплавов со сталью используются механические крепежные элементы. При использовании механических крепежей и в зависимости от применения необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить гальваническую коррозию.

Гальваническая коррозия преимущественно происходит на алюминиевом сплаве. Чтобы предотвратить это, требуется изоляция алюминиевого сплава от стали, что обычно происходит при использовании изолирующего покрытия или краски.

Сварка алюминия — полное руководство. Как мне сварить алюминий?

Алюминий — это химический элемент, который составляет около 8% земной коры, что делает его самым распространенным металлом и третьим по распространенности элементом после кислорода и кремния. Алюминий хорошо известен своей низкой плотностью (около 2,7 г / см 3 ) и, благодаря явлению пассивации, отличной коррозионной стойкостью.

Поскольку чистый алюминий является относительно мягким, добавляются небольшие количества легирующих элементов для получения ряда механических свойств. Сплавы сгруппированы по основным легирующим элементам. Определенные коммерческие сплавы имеют четырехзначное обозначение в соответствии с международными спецификациями на деформируемые сплавы или буквенно-цифровую систему ISO.

В таблице 1 представлены дополнительные сведения о составе этих классификаций.

Система нумерации алюминия

Первая цифра серии указывает на основной легирующий элемент, добавляемый в алюминиевый сплав, и используется для описания серии, то есть серии 1000 или серии 5000 и т. д.

Вторая цифра представляет модификацию конкретного сплава в серии; т.е. x1xx представляет первую модификацию указанного сплава, в то время как x2xx представляет вторую модификацию. Третья и четвертая цифры обозначают сплав в определенной серии. Подводя итог, сплав 2024, входит в серию сплавов 2000 года, имеет ноль модификаций и указан сплав типа 24.

Однако есть исключение из этой системы нумерации, которая касается алюминия серии 1000; последние две цифры показывают минимальный процент алюминия выше 99%. Например, 1050 означает минимальное содержание алюминия 99,50%.

Алюминиевые сплавы также будут включать обозначение допуска, они определяют дополнительные этапы обработки (если они реализованы).

Обозначения и допуски приведены в таблице 2. В дополнение к обозначениям и допуски, приведенным в таблице 2, есть два поднабора для «Н» — деформационное упрочнение и «Т» — термическая обработка. Таблицы 3 и 4 описывают эти обозначения «H» и «T» соответственно.

Таблица 1 — Серия кованых алюминиевых сплавов

Серия	легирующий элемент	Прочность на растяжение (МПа) * 1	Термообработанные	Приложения
1 ххх	99% минимум алюминия (чистый)	70 — 185	нет	Коррозионная стойкость, трубопровод, электропроводность
2 ххх	медь	185 — 430	✔	Универсальные, аэрокосмические, поковки
3 ххх	марганца	110 — 280	нет	Кастрюли и сковородки, теплообменники, коррозионная стойкость
4 ххх	кремний	170 — 380	X / ✔	Присадочная проволока (сварочная)
5 ххх	магниевый	125 — 350	нет	Морские, автомобильные, сосуды под давлением, мосты, здания
6 ххх	Магний и кремний	125 — 400	✔	Экструзии, декоративные, автомобильные, универсальные
7 ххх	цинк	220 — 750	✔	Универсальная, аэрокосмическая, броневая плита, спортивное спортивное снаряжение

* 1 Зависит от состава и последующих этапов обработки

Таблица 2 — Обозначения характера

Обозначение характера	Смысл
F	Как изготовлено — применяется к продуктам процесса формования, в которых не применяется особый контроль над условиями термического или деформационного упрочнения
О	Отожженный — применяется к продукту, который был нагрет для получения условий с самой низкой прочностью для улучшения пластичности
H	Штамм закаленный — применяется к продуктам, которые укрепляются за счет холодной обработки. Деформационное упрочнение может сопровождаться дополнительной термической обработкой, которая приводит к некоторому снижению прочности. Две или более цифры всегда следуют за ‘H’
W	Термообработка раствора — нестабильный характер, применимый только к сплавам, которые самопроизвольно стареют при комнатной температуре после термической обработки раствора
T	Термическая обработка — для получения стабильных температур, отличных от F, O или H. Применяется к продукту, который был подвергнут термообработке, иногда с дополнительным деформационным упрочнением для получения стабильного отпуска. Одна или несколько цифр всегда следуют за буквой «Т»

Таблица 3 — Подразделения обозначений «H»

Обозначение Н * 2	Значение
H1x	Напряжение закаленное
H2x	Напряжение закаленное и частично отожженное
h3x	Штамм закаленный и стабилизированный
H4x	Штамм закаленный и лакированный или окрашенный

* 2 Вторая цифра «х» указывает на степень деформационного упрочнения: х2 — четверть жесткой, х4 — полутвердой, х6 — три четверти твердой, х8 — полная жесткая, х9 — сверхтвердая

Таблица 4 — Подразделения обозначений «T»

Обозначение Т * 3	Значение
T1	Естественно состарился после охлаждения от процесса формирования при повышенной температуре
T2	Холод работал после охлаждения в процессе формирования при повышенной температуре, а затем подвергался естественному старению
T3	Раствор подвергается термообработке, холодной обработке и естественному старению
T4	Раствор подвергается термообработке и естественному старению
T5	Искусственно состаренный после охлаждения в процессе формирования при повышенной температуре
T6	Раствор термообработан и искусственно состарен
T7	Раствор термообработан и стабилизирован (отработанный)
T8	Раствор подвергается термообработке, холодной обработке и искусственному старению
T9	Раствор термообработанный, искусственно состаренный и обработанный холодным способом
T10	Холод работал после охлаждения в процессе формирования при повышенной температуре, а затем подвергался искусственному старению

* 3 Дополнительные цифры могут быть добавлены к обозначению «Tx» и обозначают снятие напряжения. TX51 или TXX51 — напряжение, снятое при растяжении, и TX52 или TXX52 — напряжение, снятое при сжатии

Зачем используют и нужна сварка алюминия?

Алюминиевые сплавы широко распространены в транспортных целях, поскольку они обеспечивают инженерные материалы хорошим соотношением прочности и веса при разумных затратах. В дальнейшем используют его коррозионную стойкость и проводимость (термическую и электрическую) некоторых сплавов. Хотя обычно у него низкая прочность, некоторые из более сложных сплавов могут иметь механические свойства, эквивалентные сталям.

В связи с многочисленными преимуществами алюминиевых сплавов, предлагаемых для промышленности, существует необходимость в определении лучших практик для его сварки.

Сложно ли сваривать алюминий?

Алюминиевые сплавы создают множество трудностей при сварке, в том числе:

Высокая теплопроводность. Это приводит к чрезмерному рассеиванию тепла, что может затруднить сварку и / или привести к нежелательному искажению деталей из-за того, что требуется больший подвод тепла. Для анализа сварки желательно использовать рентгенографический метод контроля рентгеновские пленки, типа AGFA D7, AGFA D4 от GE
Растворимость водорода. Водород очень хорошо растворяется в расплавленном алюминии, в результате чего сварочная ванна поглощает водород во время обработки. Как только расплавленный материал затвердевает, пузырьки водорода захватываются, создавая пористость.
Оксидный слой. Алюминий имеет оксидный слой (оксид алюминия), который имеет гораздо более высокую температуру плавления (2060 ° С), чем исходный алюминиевый сплав (660 ° С). При сварке это может привести к тому, что оксидный слой будет включен в область сварного шва, что может привести к отсутствию дефектов плавления и снижению прочности сварного шва. Следовательно, заготовки должны быть очищены проволочной щеткой или химическим травлением перед сваркой, чтобы предотвратить включение оксида.

Как можно сварить алюминий?

Существует множество процессов, которые можно использовать для сварки алюминия и его сплавов, которые подробно описаны ниже:

Дуговая сварка алюминия

Дуговая сварка обычно используется для соединения алюминиевых сплавов. Большинство сортов кованой стали серий 1xxx, 3xxx, 5xxx, 6xxx и 7xxx средней прочности (например, 7020) могут быть сварены методом дуговой сварки. В частности, сплавы серии 5ххх обладают отличной свариваемостью. Высокопрочные сплавы (например, 7010 и 7050) и большая часть серии 2xxx не рекомендуются для сварки плавлением, поскольку они склонны к растрескиванию и образованию трещин.

Можете ли вы сварить алюминий с помощью MIG? Сварка может быть успешно использована для соединения алюминиевых сплавов. Процесс лучше всего подходит для более тонких материалов, таких как алюминиевый лист, потому что количество требуемого тепла меньше по сравнению с более толстыми пластинами. Чистый аргон является предпочтительным защитным газом для этого процесса, и используемая сварочная проволока / стержень должна быть по составу максимально схожей со свариваемыми деталями.
Можете ли вы сварить алюминий с TIG? Сварка может также использоваться для соединения алюминиевых сплавов. Вследствие высокой теплопроводности сыпучего алюминия процесс TIG обеспечивает достаточное выделение тепла для поддержания зоны сварки достаточно горячей, чтобы создать сварочную ванну. Сварка TIG может использоваться для соединения толстых и тонких профилей. Подобно сварке MIG, чистый аргон является предпочтительным защитным газом, и используемая сварочная проволока / стержень должна быть по составу аналогична свариваемым деталям.

Лазерная сварка алюминия

Как и другие процессы сварки, в том числе дуговой сварки, лазерные лучи могут быть использованы для сварки многих серий алюминиевых сплавов. Лазерная сварка обычно является более быстрым процессом сварки по сравнению с другими процессами сварки из-за высокой плотности мощности на поверхности материала. Лазерная сварка в замочной скважине позволяет получать сварные швы с высоким соотношением сторон (узкая ширина сварного шва: большая глубина сварного шва), что приводит к узким зонам термического влияния Лазерная сварка может использоваться с чувствительными к растрескиванию материалами, такими как алюминиевые сплавы серии 6000, в сочетании с подходящим присадочным материалом, таким как алюминиевые сплавы 4032 или 4047. Используемые защитные газы выбираются в зависимости от марки алюминия, подлежащего соединению.

Электронно-лучевая сварка

Подобно лазерной сварке, электронные лучи хороши для получения быстрых сварных швов и небольших сварочных ванн. Электронные пучки также лучше при изготовлении сварных швов в очень толстых сечениях алюминия. В отличие от других процессов сварки , электронно-лучевая сварка происходит в вакууме, что означает, что защитный газ не требуется, что приводит к очень чистым сварным швам.

Правильный выбор присадочного металла (присадочная проволока или присадочный стержень), тщательно выбранные параметры сварки и конструкция соединения необходимы для минимизации риска образования горячих трещин в алюминиевых сплавах при использовании процессов сварки плавлением, таких как дуговая, электронно-лучевая и лазерная сварка.

Сварка трением алюминия

Сварка трением — это процесс соединения в твердом состоянии (т.е. плавление металла не происходит), который особенно подходит для соединения алюминиевых сплавов. Сварка трением способна объединить все серии алюминиевых сплавов, в том числе 2ххх и 7ххх, которые сложны в процессах на основе плавления. Кроме того, благодаря природе твердотельного процесса, необходимость в защитном газе устраняется, и достигается превосходная механическая производительность области сварки по сравнению со сваркой плавлением. Существует несколько вариантов обработки трения:

Сварка трением с перемешиванием, была разработан в TWI Ltd в 1991 году. Она работает с использованием нерасходуемого инструмента, который вращается и погружается в интерфейс двух заготовок. Затем инструмент проходит через поверхность раздела, и тепло от трения вызывает нагрев и размягчение материала. Вращающийся инструмент затем механически смешивает размягченный материал для получения сварного шва. Процесс обычно используется для соединения алюминиевого листа / материала плиты
Заправка фрикционной мешалкой точечной сварки, является развитием процесса сварке трением и используется в качестве метода точечной сварки для замены заклепок в алюминиевом листовом металле.
Линейная сварка трением, работает путем колебания одной заготовки относительно другой, находясь под большим сжимающим усилием. Трение между колеблющимися поверхностями производит тепло, в результате чего материал поверхности раздела пластифицируется. Затем пластифицированный материал вытесняется с поверхности раздела, в результате чего заготовки укорачиваются (выгорают) в направлении силы сжатия. Во время выгорания интерфейсные загрязнения, такие как оксиды и посторонние частицы, которые могут повлиять на свойства и, возможно, срок службы сварного шва, выбрасываются во вспышку. После удаления загрязнений происходит чистый контакт металла с металлом, что приводит к сварке. Процесс используется для соединения сыпучих алюминиевых компонентов для получения почти чистых форм
Роторная сварка трением, аналогичен линейной сварке трением за исключением того, что объемные алюминиевые детали имеют цилиндрическую форму и вращаются для генерирования тепла от трения вместо линейных колебаний

Какой метод лучше всего использовать для сварки алюминия?

Лучший метод для сварки алюминия и его сплавов зависит от области применения соединения. Следующие пункты должны быть включены для рассмотрения, прежде чем принимать решение о сварочном процессе:

Читайте также: