Аргонная сварка алюминия и нержавейки

Обновлено: 21.09.2024

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:

Сварка алюминия аргоном: ровный и эстетичный шов, надёжное соединение. Технология процесса

Чтобы не допустить ошибок при выборе способа и метода сваривания металла, выясняют его свойства.

Почему алюминий рациональней варить аргоном, какие свойства металла обусловили это

Выбор аргоновой сварки для алюминия вызван следующими характеристиками:

Высокая скорость окисления. Это вызывает появление на поверхности тугоплавкой оксидной плёнки. Если температура плавления алюминия 650 ̊С, для окисла потребуется больше 2000 ̊С. При режиме постоянного тока плёнка погружается в расплав и ухудшает качество сварного шва. Поэтому для получения надёжного соединения создают защитную среду, для которой аргон – оптимальный вариант. Перед плавлением поверхность зачищают от окислов.
При нагревании алюминий не меняет цвета, что мешает визуальному контролю. Это свойство часто приводит к сквозным прожогам изделий. Чтобы этого не случилось, работы доверяют квалифицированным сварщикам.
Большая усадка, что приведёт к трещинам в зоне сварной ванны. К соединению подают больше, чем обычно, сварочной проволоки.

Технология сварки алюминия с помощью аргона

По степени механизации аргоновую технологию соединения подразделяют на ручную и полуавтоматическую. Рассмотрим первую.

Подготовка металла

Алюминий зачищают от окислов и грязи металлической щёткой или наждачной бумагой. Щётками работают только с этим металлом, чтобы не допустить попадания в зону сварки частиц других материалов – это уменьшит надёжность шва.

Применяют и химический метод зачистки деталей. Для этого в литр воды добавляют по 50 г едкого технического натра и фтористого натрия. Обработка сохраняет чистоту изделий на несколько дней. Для этого детали:

промывают растворителем;
протравливают едкой щелочью;
промывают водой;
сушат;
прокаливают 15-20 минут при температуре 300 ̊C.

Режимы аргонодуговой сварки алюминия и необходимое оборудование

Режим процесса определяют род, полярность и величина тока. Для соединения изделий из алюминия применяют переменный или постоянный токи прямой полярности. Величина его зависит от диаметра электрода, толщины и вида металла, что отображено в таблице.

Для определения режима важны и следующие параметры:

Напряжение дуги – зависит от её длины. Рекомендуют от 1,5 до 3 мм, тогда напряжение составит 11-14 В.
Скорость сварки – определяется исполнителем исходя из формы и толщины шва.
Расход аргона – так, чтобы хватило на весь процесс без необходимости прерывания и достаточно для защиты зоны шва от окисления.
Расстояние между электродом и соплом горелки. Для стыковых соединений – 3-5 мм, тавровых и угловых – 5-8.

Комплект оборудования включает:

источник напряжения – трансформатор или инвертор;
горелка для плавящегося электрода или вольфрамового прутка;
осциллятор для розжига дуги;
баллон с газом и редуктор;
средства защиты и расходные материалы.

Оборудование заводского изготовления стоит от 10 до 500 тысяч в зависимости от потребительских свойств и рабочих параметров, а также степени механизации процесса.

Заточка электрода, процесс сварки

Электроды различают по добавкам в их составе. Для сварки алюминия используют маркированные и с концами, окрашенными в следующие цвета:

Затачивают под конус при сварке постоянным током, с закруглённой вершиной – при переменном режиме. Длина заточенной части от 0,5 до 2 диаметров электрода: если длина заточки больше, ширина зоны проплавления получится меньше, чем требуется для качественного соединения; если заточка мала – снизится глубина проплавления. Риски, возникающие при заточке, влияют на стабильность дуги, поэтому конус лучше отполировать.

Таблицы настроек параметров в заводской комплектации закреплены на корпусах установок. После её включения регулируют силу тока. По числу в названии установки определяют его максимальное значение. Например, в маркировке аппарата модели Kemppi MasterTig MLS 3003 ACDC цифры 3003 означают, что оборудование позволяет сваривать токами до 300 ампер при 30-процентном цикле загрузки и температуре окружающего воздуха 40 ̊C.

Прежде чем зажечь дугу, регулируют подачу газа, чтобы процесс шёл с самого начала в защитной среде. Аппаратом Kemppi MasterTig MLS 3003 ACDC работу ведут не дольше трёх минут, после чего, чтобы не перегреть, делают перерыв 5-7 минут. Затем выставляют режим плавного уменьшения тока (заварки кратера), в нашем случае 6-7 секунд. Это конечный участок сварного шва в 5-10 мм, высоту которого плавно уменьшают до нуля. Чтобы усадочная раковина в конце шва не получилась глубокой, подают большее количество присадочного материала.

Схема аргонодуговой сварки

Дальше задают время выхода газа от 1 до 30 секунд с шагом в одну секунду: аргона должно хватить, чтобы в сварочную ванну от начала до конца не поступал кислород. Поэтому горелку сразу после прерывания струи поднимать не рекомендуют.

Сварка алюминия с нержавейкой

Во время сборки узлов сложного оборудования, эксплуатируемого в агрессивных средах, в процессе ремонтных работ возникает необходимость соединить два металла – алюминий и нержавейку. Между собой эти сплавы свариваются с трудом, образуют герметичное, но хрупкое соединение, не выдерживающее динамической нагрузки. Разработано два метода сварки алюминия и нержавейки. Каждый из них будет рассмотрен подробно. Но сначала несколько слов об особенностях сплавов.

Трудности сваривания алюминия с нержавейкой

Нержавеющая сталь – высоколегированная, в ее состав входят цветные металлы и неметаллы. Теплопроводность в сравнении с углеродистыми сталями вдвое ниже. Сплав прогревается неравномерно, концентрируется в контактной точке, это приводит к прожогам области шва. При сварке алюминия с нержавейкой необходимо поддерживать небольшой ампераж, работать на низких токах. Допустимая температура в рабочей зоне 500°С.

Алюминий хорошо проводит тепло, но при нагреве активно окисляется. Для работы с ним нужна защитная атмосфера. Еще один нюанс – алюминиевые сплавы плавятся при 600°С, а оксидная пленка – только при нагреве свыше 2000°С. Перед соединением необходимо снимать слой окислов.

Обратите внимание!

При укладке алюминия со сталью важно соблюдать величину зазора, учитывать высокое линейное расширение нержавейки.

Сварка с использованием биметаллических переходных вставок

Технология применяется в судостроительной области, теплоэнергетике. Использование специальных расходных материалов – это самый распространенный способ соединения различных углеродистых и цветных сплавов. Биметаллические листы, диски производят промышленным способом различными методами:

горячей прокаткой;
наплавлением;
нагревом под давлением;
сваркой взрывом или трением.

В домашних условиях получить биметалл невозможно. Процесс аргонной сварки алюминия и нержавейки с применением вставок значительно упрощается. В этом случае сваривать необходимо алюминий с алюминием, нержавейку с нержавейкой. Главное – не перегреть биметалл, чтобы не начались структурные изменения в области контакта разнородных металлов. Необходимо предусмотреть отвод избыточного тепла, работу начинают с соединения алюминиевых частей, затем переходят к нержавеющим. Соединение получается качественное.

Технология сварки с нанесением алюминиевого покрытия

Алюминиевые расплавы хорошо сцепляются с поверхностями других металлов. Эту способность используют при сварке алюминия с нержавейкой. Проводят подготовительную операцию – погружают кромку нержавеющей детали в расплав или делают припой. После этого приступают к работе. Шов в этом случае получается непрочным, но герметичным – жидкость или газ не пропускает.

Особенности сварочного процесса:

необходимо избегать контакта дуги с чистой нержавеющей поверхностью, нагревают только покрытую область детали;
направляют дугу так, чтобы расплавленная присадка стекала на нержавейку, то есть нагревают только алюминиевую деталь, а не обе кромки стыка;
любую аргонную сварку всегда начинают с подготовки поверхностей: металл зачищают или протравливают, чтобы удалить окислы.

Еще один способ подготовки нержавеющей заготовки – нанесение на рабочую зону серебра. Для этого используют готовый серебряный припой, но продается в специализированных магазинах. В процессе соединения заготовок важно сохранять целостность серебряной пленки, не допускать ее прожигания.

Электроды с алюминиевым стержнем или присадочную проволоку подбирают по марке сплава, учитывая химический состав. Правильно подобранная присадка неплохо сцепляется с разнородными металлами. Проволоку выпускают 2 и 3 мм диаметром. Она должна быть меньше толщины соединяемых деталей. Тонкий металл варят с использованием неплавящихся вольфрамовых электродов. Образуется стабильно горящая дуга, расплав меньше разбрызгивается.

Оборудование для сварки

Применяют несколько видов аппаратов:

для ручной электродуговой сварки плавящимся или вольфрамовым электродом, работающих по технологии MIG/MAG;
поддерживающие режимы WIG/TIG;
полуавтоматы с подачей аргона.

При выборе сварочного аппарата для нержавейки и алюминия учитывают особенности сплавов, из которых сделаны детали. Лучше использовать высокочастотный переменный ток, в качестве генератора для дугового метода чаще выбирают небольшой инвертор. При выборе газового оборудования желательно подобрать горелку с линзой, оснащенной сеточкой, расход газа будет меньше, он обеспечит нормальную защиту ванны расплава. У сварочного полуавтомата для сварки алюминия и нержавейки должен был импульсный режим работы, желательна функция «Сoldarc».

Если при соединении алюминиевых и нержавеющих заготовок учитывать особенности металлов, можно добиться неплохого качества швов. Новичкам работа с разнородными сплавами не по силам, лучше обратиться в специализированные организации, оказывающие услуги по сварке.

Как правильно варить аргоном нержавейку

Антикоррозионные свойства нержавеющая сталь приобретает за счет легирующих добавок. Соединять детали из нее не возбраняется любым видом сварки. Однако при нагреве легирующие элементы, взаимодействуя с кислородом воздуха, выгорают. В итоге металл возле шва теряет антикоррозионные свойства. Чтобы выполнить соединение без потери качества, выполняют сварку нержавейки аргоном, создающего защищенную от атмосферы среду.

Сложности сварки нержавейки аргоном

Работая с нержавейкой, необходимо учитывать ее характеристики, полученные от легирующих добавок:

По сравнению с обыкновенной сталью нержавейка в 2 раза хуже проводит тепло. Это вызывает перегрев металла, так как недостаточен отвод температуры с места горения дуги, что часто заканчивается прожогом. Поэтому варить нержавейку аргоном следует током на 20% меньшим, чем для низколегированной стали с аналогичными параметрами.
Высокое значение коэффициента температурного расширения у нержавейки приводит к значительной усадке после нагревания, поэтому шов может треснуть. Для компенсации температурной деформации между соединяемыми деталями оставляют достаточно большой зазор.
Нержавейка обладает высоким электрическим сопротивлением, поэтому если работа выполняется легированным электродом с большим сопротивлением, он перегревается. В итоге качество шва ухудшается. Если приходится работать с такими электродами, их длина сокращается до минимума, чтобы не успевали перегреваться.
При нагреве более 500⁰C нержавейка начинает терять антикоррозионные свойства. Поэтому методы аргоновой сварки предусматривают быстрое охлаждение заготовок.

Подготовка нержавейки к сварке

Для создания надежного соединения аргонодуговая сварка нержавеющей стали выполняется после обработки поверхностей деталей. Она выполняется в следующем порядке:

место сварки зачищается наждачной бумагой или щеткой со стальным ворсом;
после зачистки проводится обезжиривание ацетоном или высокооктановым бензином;
детали располагают с зазором между ними;
если проводится сварка тонкой нержавейки, стыкуемые края рекомендуется подогреть до 200 — 300˚C, чтобы уменьшить напряженность металла, и предотвратить образование трещин.

Диаметр присадочной проволоки подбирается в соответствии с толщиной соединяемых деталей. Содержание легирующих добавок в ней должно быть больше чем в свариваемой нержавейке.

Сварка неплавящимся электродом из вольфрама

Этот способ, используемый для соединения тонкостенных заготовок, называется TIG сваркой нержавейки. Работа выполняется аппаратом переменного или постоянного тока. Основным инструментом является горелка, через которую подается аргон, со вставленным в сопло вольфрамовым электродом. Наложение шва происходит за счет плавления присадочной проволоки. Ее подачу и перемещение горелки производят вручную.

Сварку аргоном нержавейки ведут вдоль линии шва без поперечных движений горелки. Это исключает выход сварочной ванны за пределы защищенной зоны, не давая жидкому металлу взаимодействовать с кислородом атмосферы. Для создания надежного соединения необходимо обеспечить подачу аргона и с противоположной стороны шва. Газа потратится больше, но улучшение качества того стоит. Чтобы кончик электрода не оплавлялся, а на свариваемых заготовках не оставались следы им не прикасаются к нержавейке. Дугу разжигают на графитовых или угольных пластинках с последующим переносом на металл.

Прежде чем приступить к работе производится настройка аппарата для сварки нержавейки. Для соединения двух деталей толщиной 1 мм на аппарате постоянного тока устанавливается прямая полярность (плюс подключен к электроду, минус — к деталям). Величина рабочего тока выбирается в пределах 30 — 50 А, а напряжение не выше 28 В. Скорость ведения сварки 12 — 28 см в минуту расходуя 3 — 5 литров аргона. Диаметр присадочной проволоки в зависимости от условий выбирают в пределах 0,8 — 1,6 мм.

Горелка держится с наклоном 70 — 80˚. Присадочную проволоку вводят под углом 10 — 15˚. Для быстрого охлаждения шва и электрода аргон перекрывают спустя 10 — 15 секунд после прекращения сварки. Потери газа незначительны, а качество соединения и продолжительность службы вольфрамового стержня увеличиваются.

Сварка полуавтоматом

Производительность этого способа значительно выше, чем при тиг сварке нержавейки. Он лучше, чем ручной метод, подходит для соединения толстостенных деталей. На полуавтомате работают с присадочной проволокой с большим содержанием никеля. Настраивая аппарат, учитывается, что ее температура плавления меньше, чем у других марок. Полуавтоматическую сварку нержавеющей стали аргоном выполняют используя:

короткую дугу;
струйный перенос;
импульсный режим.

Лучшим вариантом считается технология, когда проволока вводится в пламя дуги непродолжительными импульсами. В этом режиме металл не разбрызгивается, сокращается зона нагрева, уменьшается расход присадочного материала. На финишную зачистку тратится минимум времени, поскольку нет брызг металла. Короткой дугой соединяют тонкие заготовки, а струйным методом толстостенные детали.

Средний расход аргона при сварке нержавейки полуавтоматом составляет 8 — 12 л в минуту. В отличие от ручного способа допускается смешивать его с углекислым газом. При стыковке толстых заготовок добавляют 2% углекислоты, чтобы уменьшить нагрев кромок шва за счет улучшения их смачиваемости. Когда эстетика соединения не имеет значения, долю углекислого газа повышают до 30%, чтобы сэкономить на дорогостоящем аргоне.

Полезные советы

Чтобы досконально знать, как правильно сваривается аргоном нержавейка не стоит пренебрегать рекомендациями опытных сварщиков:

Работа выполняется минимально короткой дугой, удерживая электрод на максимально близком расстоянии от металла, не затрагивая его. Длинная дуга не прогревает шов на всю глубину, поэтому его ширина увеличивается, а качество ухудшается.
При проведении ручной сварки, чтобы не допустить окисления, проволоку подают плавно без рывков, не выводя ее из зоны действия аргона.
О качестве проплава судят по форме наплывов образующихся, когда плавится присадочная проволока. Если они вытянуты вдоль шва — качество хорошее. Овальная или круглая форма свидетельствуют о недостаточном проплавлении.
При подходе к концу шва величину тока нужно снижать. Резкий отрыв дуги с отведением горелки сопровождается снижением уровня защиты горячего шва, что сказывается на качестве соединения.

При правильном подходе аргонный метод не намного сложнее обычной сварки. Немного потренировавшись, любой желающий освоит его в кратчайшие сроки. Стоимость дополнительного оборудования и материалов окупится возможностью сваривать не только нержавейку, но также медь, бронзу, алюминий и их сплавы.

Читайте также: