Прочность после сварки алюминия

Обновлено: 18.05.2024

Сварка алюминия более сложнее, чем сварка стали и других популярных металлов, особенно тем, что сварщику приходится вникать не только в физику процесса, но и в химию. А также тем, что алюминий гораздо более предрасположен к появлению трещин.

Чаще всего сварка алюминия требует соблюдения особых правил: выбора правильной присадки, правильного хранения и тщательной очистки металла.
В этой статье мы поговорим о главных трудностях сварки алюминия и дадим несколько важных рекомендаций.

Свойства алюминия

Секрет качественной сварки - знание химии, борьба с оксидной пленкой и правильная техника сварки. При этом по своим физико-химическим свойствам алюминий во многом отличается от других металлов. Температура его плавления гораздо ниже, чем у стали: алюминий плавится при температуре 660°C, а сталь 1371°C. Но алюминий покрыт оксидной пленкой, которая плавится при температуре 2038°C. Слой оксидов предохраняет металл от ржавчины и износа. Однако при сварке он играет роль изолятора, который доставляет много неудобств.

Прочность алюминия обратно пропорциональна температуре, при которой он эксплуатируется - чем ниже температура, тем выше прочность. Сталь же при уменьшении температуры становится хрупкой. Поэтому на криогенных производствах и для транспортировки жидкого природного газа используется именно алюминий.

Что касается сплавов, в сталь чаще всего добавляют железо, а алюминий соединяют со множеством других материалов.
Кованые сплавы, серии 1ххх это чистый алюминий без примесей. В других примесях используются:

2ххх - медь
3ххх - марганец
4ххх - кремний
5ххх - магний
6ххх - магний и кремний
7ххх - цинк
8ххх - остальные

Трудности, возникающие при сварке алюминия

То, что алюминий отличается от других металлов становится особенно очевидным при сварке. Два его главных отличия от стали - повышенная теплопроводность и пористость.

Водород легко растворяется в жидком алюминии. А жидким алюминий при сварке становится быстро, будь он материалом заготовки или присадки. Алюминий впитывает водород, который попадает в сварное соединение. Когда расплавленный металл начинает застывать, то водород начинает выделяться обратно, образуя пузырьки в шве.

Если вы перепробовали все способы борьбы с пористостью, но вам до сих пор не удалось от нее избавиться, то стоит попробовать использовать в качестве защитного газа смесь гелия и аргона. Помните о том, что если в составе газа есть гелий, нужно увеличить подаваемое напряжение чтобы преодолеть ионизационный потенциал такой смеси. Увеличение напряжения означает увеличение тепловложения и большую глубину проплавления, поэтому такая смесь используется для работы с толстыми заготовками.

Шов из алюминия не растрескается от водорода, как это случается со сталью. Однако, при затвердевании алюминиевого шва велика вероятность образования горячих трещин. Решение этой проблемы - в химии. Если вы столкнулись с образованием горячих трещин, ниже есть раздел про выбор присадочного металла.

Пример чувствительного к растрескиванию металла с особым химическим составом, который плохо поддается газовой сварке или сварке с присадочным металлом той же марки это алюминий 6061. Для его сварки лучше использовать присадку с магнием (ER5XXX) или кремнием (ER4XXX), это снизит вероятность растрескивания шва.

Еще одна особенность алюминия - его теплопроводность в 5 раз выше чем у стали. Холодные части заготовки уводят тепло из сварочной ванны, что чревато меньшим проваром при сварке. Так что алюминию при сварке нужно больше тепловложения, чем стали.

Выбираем присадочный металл

Правильно подобрать присадочный металл для алюминия поможет Схема подбора присадки для алюминия. У каждого сплава есть своя рекомендованная присадка, в зависимости от наиболее важных характеристик будущего изделия.

Например, если заготовка сделана из алюминия 6061, для него подойдут присадки: 4043, 4943, 5356. Первые две присадки помогают уменьшить пористость, а 5356 улучшает прочность шва.

Существует 8 наиболее важных характеристик: Растрескиваемость, Прочность, Ковкость, Устойчивость к коррозии, Способность выдерживать высокие температуры, Изменение цвета после анодирования, Реакция на повторный нагрев, Сопротивление разрыву. От того, что нужно получить в итоге зависит какие из характеристик наиболее важны на этот раз. Важно помнить, что для алюминия диапазон высоких температур составляет 65-176 С. Более подробную расшифровку характеристик можно найти в самой Схеме подбора присадки для алюминия.

Еще один способ выбрать присадку - воспользоваться специальным мобильным приложением.

Выводы

Зачастую сложности сварки алюминия кроются в химии. Но правильное подобранное сочетание металла присадки и заготовки с большой вероятностью станет решением этой проблемы. Важно следовать проверенным временем рекомендациям и помнить, что советы для сварки стали не подходят для алюминия.

Аргоновая сварка алюминия

Конструкции и детали из алюминия и сплавов на его основе эффективнее всего соединять при помощи аргоновой сварки, выполняемой за счет использовании защитного газа аргона. Такой вид сварки предъявляет обязательные требования как к наличию специального оборудования, так и к соответствующим знаниям, опыту и квалификации сварщика. Что представляет собой аргоновая сварка алюминия, каковы ее преимущества и недостатки, что необходимо учитывать при использовании данной технологии, вы узнаете из нашей статьи.

Что необходимо учитывать при аргоновой сварке алюминия

Начинающим сварщикам важно понимать, какие процессы протекают в структуре алюминия в процессе выполнения аргоновой сварки. Разобраться с нюансами невозможно без знания химических свойств алюминия, для которого характерны небольшой удельный вес, высокая прочность и химическая активность.

Основная особенность алюминия, знать о которой стоит не только опытным сварщикам, но и тем, кто находится в самом начале своего профессионального пути, заключается в способности этого металла быстро вступать во взаимодействие с кислородом. В результате протекающей реакции на его поверхности образуется тугоплавкая оксидная пленка.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Интересным является тот факт, что для того, чтобы добиться плавления алюминия, понадобится температура +650 °С, оксидная же пленка начинает плавиться при температуре свыше +2000 °С. Если для выполнения сварочных работ с алюминием использовать постоянный ток, то нерасплавленная оксидная пленка может проникать внутрь расплавленного металла, приводя к ухудшению его внутренней структуры.

Вторая особенность, о которой не следует забывать в процессе выполнения сварочных работ в отношении алюминия и сплавов на его основе, заключается в неизменности его цвета при нагревании. Такое свойство металла затрудняет возможность визуального определения степени нагрева деталей, что в результате может стать причиной прожогов и утечки расплавленного алюминия в ходе сварочных работ.

Еще одна характеристика алюминия, которая должна быть обязательно учтена при выполнении сварки, заключается в существенном коэффициенте его объемной усадки, что зачастую становится причиной появления напряжений и деформаций внутри сформированного сварного шва и может привести к образованию в нем трещин. Не допустить подобные последствия можно двумя путями – за счет модификации сварного шва либо компенсации усадки металла благодаря использованию большего количества присадочной проволоки.

Во всех инструкциях, касающихся проведения аргоновой сварки алюминия и сплавов на его основе, указано, что занимающийся сварочными работами специалист должен быть знаком с основными характеристиками этого металла, среди которых отмечается его:

высокая химическая активность;
достаточно низкая температура плавления;
существенная объемная усадка.

Плюсы и минусы аргоновой сварки алюминия

Аргоновая сварка алюминия и сплавов на его основе характеризуется определенными достоинствами, выгодно отличающими ее от прочих технологий проведения сварочных работ. Для этого способа характерен незначительный нагрев соединяемых деталей, что становится особенно актуальным при необходимости сваривать заготовки, имеющие сложную конфигурацию.

Для аргоновой сварки алюминия характерно получение высокопрочных соединений с однородным сварным швом, в котором нет пор, примесей и посторонних включений. Получаемый в результате использования этой технологии шов по всей своей длине имеет однородную глубину проплавления.

Разумеется, у аргоновой сварки алюминия есть и ряд недостатков, с которыми стоит ознакомиться, прежде чем сделать выбор в пользу той или иной технологии. Главный минус этого типа сварки заключается в необходимости применения сложного оборудования. Высокая эффективность проводимых операций и нужное качество шва будут получены только в случае правильных настроек как самого сварочного аппарата, так и дополнительного оборудования.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Наиболее важным параметром, подлежащим настройке при выполнении аргоновой сварки алюминия, является скорость и равномерность подачи присадочной проволоки. Неправильные настройки аппарата приведут к тому, что проволока в сварочную зону будет поступать неравномерно, соответственно сварочная дуга начнет прерываться, в результате чего повысится расход как электроэнергии, так и аргона.

Аргоновую сварку алюминия можно назвать достаточно сложным процессом, однако при соблюдении необходимых требований, инструкций и наличия у мастера высокой квалификации, можно получить отличные результаты.

Особенности технологии аргоновой сварки алюминия

Аргоновая сварка алюминия, которую можно иначе назвать сваркой в среде защитного газа, требует четкого соблюдения инструкций, в которых прописана вся последовательность выполняемых мастером операций. На качество формируемого соединения влияет как правильность выполнения всех необходимых действий, так и расход достаточно дорогих материалов.

Для выполнения аргоновой сварки алюминия, помимо сварочного аппарата, необходимо дополнительное оборудование, которое будет обеспечивать хранение и подачу расходников. Надежность сварочного шва напрямую будет зависеть от технического состояния приборов и качества используемых материалов.

При выполнении аргоновой сварки алюминия и сплавов на его основе, нельзя обойтись без специального оборудования:

источника электрического тока, который необходим для подключения как сварочного аппарата, так и всего остального оборудования;
баллона, в котором находится защитный газ аргон;
механизма, который отвечает за подачу в зону сварки присадочной проволоки.

Если в процессе сварки присадочная проволока подается ручным или полуавтоматическим способом, то необходимо использование вольфрамовых электродов, диаметр которых может составлять от полутора до пяти с половиной миллиметров.

Этот электрод, необходимый для формирования сварочной дуги, размещают под углом 80° к поверхности свариваемых элементов или конструкций. В случае подачи присадочной проволоки вручную, без использования полуавтоматического способа, ее необходимо расположить под углом 90° по отношению к электроду. Внимательно присмотревшись к процессу аргоновой сварки алюминия, можно увидеть, что присадочная проволока двигается впереди электрода.

При выполнении аргоновой сварки необходимо следить, чтобы длина сварочной дуги не превышала 3 мм. Отличительная черта этой технологии сварки заключается в том, что в процессе работ не выполняются поперечные движения присадочной проволокой.

При аргоновой сварке алюминиевых листов, имеющих небольшую толщину, следует использовать подкладку, в роли которой может выступать лист из нержавеющей стали. За счет него тепло будет лучше отводиться из сварочной зоны, благодаря чему не возникнет прожогов и протеканий расплавленного металла. Кроме того, при использовании такого рода подкладки, можно снизить расход электроэнергии, поскольку сварочные работы будут в этом случае выполняться на более высокой скорости.

Если аргоновая сварка алюминия выполняется на крупном промышленном предприятии, то для подачи газа аргона к сварочному аппарату используются централизованные сети. Присадочную проволоку наматывают на специальные бобины, которые закрепляются на полуавтоматических сварочных аппаратах. Инструкция требует, чтобы рабочие поверхности верстаков для сварочных операций были выполнены из нержавеющей стали.

На качество аргоновой сварки алюминия, помимо технического состояния используемых полуавтоматов и прочего оборудования, влияет также то, насколько тщательно подготовлены к обработке соединяемые заготовки.

Чтобы полученное соединения было качественным, заготовки должны быть тщательно очищены, на них не должны присутствовать грязь, жир и следы машинного масла. Очистку лучше выполнять при помощи любого растворителя. При толщине деталей более 4 мм необходимо произвести разделку кромок, а само соединение деталей выполняется встык.

Тугоплавкая оксидная пленка удаляется с поверхности заготовок напильником или щеткой с металлическими ворсинками. В случае сложной конфигурации места соединения элементов или деталей для зачистки можно использовать шлифовальную машинку.

Альтернатива аргоновой сварке алюминия

Помимо аргоновой сварки алюминия, для соединения деталей из этого металла и сплавов на его основе можно использовать другие технологии. Чаще всего прибегают к:

сварочным работам, выполняемым с использованием газовой горелки;
электродуговой сварке;
аргонодуговой сварке.

При выполнении газосварочных работ по первой из названных технологий используется подаваемая в сварочную зону присадочная проволока, а также специальный флюс, в составе которого присутствуют фтористые и хлористые соли. Нагреваемые за счет пламени газовой горелки флюс и присадочный материал разрушают оксидную пленку, позволяя пламени плавить основной металл (температура плавления которого является не слишком высокой).

После того как сварка деталей с помощью данной технологии будет завершена, их следует незамедлительно промыть, чтобы удалить с поверхностей остатки едкого флюса. Основным преимуществом данного типа сварочных работ является минимальный расход присадочной проволоки.

Соединять детали из алюминия и сплавов на его основе можно также при помощи электродугового сварочного аппарата, специальных электродов из алюминия или присадочной проволоки, поверхность которой обмазана специальным флюсом. В этом случае сварка элементов происходит за счет воздействия постоянного тока обратной полярности.

Но самое эффективное и качественное соединения деталей получается благодаря аргонодуговой сварке алюминия. При использовании данной технологии элементы соединяются за счет электрической дуги, которая возникает между неплавким вольфрамовым электродом и соединяемыми заготовками. Для формирования сварочного шва требуется алюминиевая проволока, которая подается в зону сварки вручную или механическим способом (в случае применения полуавтомата). Оксидная пленка на поверхности соединяемых деталей разрушается за счет высокой температуры, достигаемой в результате горения электрической дуги. А высокая скорость перемещения сварочного электрода не позволяет алюминию переходить в жидкую форму и вытекать из зоны формируемого соединения. Основное преимущество данной технологии заключается в длительном сроке службы электрода, изготовленного из тугоплавкого вольфрама, благодаря чему достигается значительная экономия на расходных материалах.

Высокое качество и надежность сварного шва, получаемого в результате использования полуавтомата и присадочной проволоки обеспечивается за счет максимально возможного соответствия химического состава присадочного материала составу свариваемых деталей или конструкций.

Аргоновая сварка алюминия выполняется при помощи аппаратов, вырабатывающих постоянный или импульсный ток, либо устройств, сварочные работы на которых осуществляются за счет воздействия переменного тока.

Почему следует обращаться к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Аргонная сварка алюминия

Аргонная сварка алюминия – единственный способ получить прочное соединение, которое отвечает всем предъявляемым требованиям. Проблема сварки алюминия в том, что на его поверхности находится инертная оксидная пленка, достаточно прочная, чтобы сделать неэффективными другие способы сварки.

Однако недостаточно просто выбрать аргоновую сварку как метод. Необходимо также правильно подобрать расходные материалы и настроить само оборудование. О том, как получить крепкие швы, не требующие обработки, какие есть способы проверки соединений, читайте в нашей статье.

Почему подходит именно аргон для сварки алюминия

Для работы с таким металлом, как алюминий, подходит любой инертный газ. Примером может служить гелий, он использовался еще в 40-е годы XX века в Соединенных Штатах Америки в качестве газа для сварки алюминия и его сплавов. Но у аргона есть одно неоспоримое преимущество – его стоимость значительно ниже при сохранении того же результата. Впрочем, для работы требуется иное знание – почему качественные швы, соединяющие алюминиевые детали, создаются под защитным слоем инертного газа.

Поскоблите поверхность любого алюминиевого изделия и увидите блестящий металл. Впрочем, постепенно блеск металла будет мутнеть и становиться все более тусклым. Это говорит о происходящем процессе окисления алюминия. Что по-научному звучит как «образование окиси алюминия (Al₂O₃)» – вещества, появляющегося на поверхности для защиты металла от продолжения окисления.

Чистый алюминий имеет температуру плавления, равную +6600 °С, а пленка покрывающая его поверхность – +20 000 °С. Это сильно затрудняет обычную сварку. Приходится искать технологию, которая сначала уберет окисленный слой с поверхности и удалит ее из зоны сварки. И она есть. Основным источником энергии для нее служит электричество, которое создает дугу переменного тока. Направление последнего меняется так же, как и тока в обычной электросети с частотой 50 Гц.

При работе с алюминием переменный ток решает несколько задач:

Дает возможность применять легкое, компактное оборудование (инвертеры для сварки), заменив ими огромные преобразователи, которые, помимо своего размера, были неудобны необходимостью спецподготовки места сварки и повышенными требованиями к квалификации специалиста.
Легко убирает слой оксида алюминия с поверхности металла, поскольку рабочая температура электрода выше термической стойкости Al₂O₃.

Во время выполнения работы необходимо строго выдерживать полярность электрического тока. Обратная полярность, когда электрод становится анодом, – это процесс, при котором электронный поток идет следующим образом: электрод → заготовка. Внутри дуги температура находится в диапазоне от +5 000 °С до +6 000 °С, что выше температуры приконтактных зон, однако она все равно значительно больше температуры плавления алюминия. Электроны своей энергией рвут пленку оксида алюминия и счищают ее с поверхности металла, обеспечивая качественную плавку.

Впрочем, одной обратной полярности для выполнения сварочных работ с алюминием мало. Окружающая среда должна быть нейтральна к высоким температурам и защищать поверхность от вновь образовывающейся окиси. Что и делает инертный газ.

Аргонная сварка алюминия имеет высокую производительность и делает процесс устойчивым, обеспечивая требуемое качество шва на изделии.

Подготовительные процедуры перед сваркой алюминия аргоном

Работа с алюминием имеет множество особенностей, которые необходимо учитывать в процессе сварки:

Быстрое покрытие поверхности металла оксидной пленкой в результате взаимодействия с кислородом, находящимся в окружающем нас воздухе, по причине высокой химической активности. Температура плавления пленки > +2 000 °С, в то время как сам металл плавится при +660 °С. При попадании жестких частей пленки в сварной шов, качество и прочность последнего значительно снижаются.
Контроль процесса аргонной сварки алюминия затруднен, поскольку цвет металла при расплавлении не изменяется.
В результате гигроскопичности алюминий впитывает влагу из воздуха. Впоследствии, при нагреве, она начинает испаряться и мешает сварочному процессу из-за аргона, ухудшая качество шва.
Алюминий имеет высокий коэффициент линейного расширения. Поэтому во время остывания заготовка может достаточно сильно деформироваться или потрескаться. Чтобы этого избежать, при сварке аргоном увеличивают расход присадочной проволоки или видоизменяют шов.

Расход аргона при выполнении сварки необходимо аккуратно регулировать. При недостаточном его поступлении в зону работы алюминий может вспениться, избыток же не позволит сделать правильного шва.

Одним из видов оборудования должен быть аппарат аргонной сварки алюминия переменного тока. Установка постоянного тока для выполнения аргонной сварки не подходит. Наиболее пригодным может стать инвертор с TIG-режимом. Дополнительные опции в нем должны позволять:

розжиг дуги бесконтактным методом;
регулирование баланса переменного тока;
заваривание аргоном кратера шва;
регулирование времени подачи аргона после выключения дуги.

Для снижения расхода аргона во время сварки алюминия необходимо заменить обычную горелку на оснащенную газовой линзой, которую еще называют цангодержателем. Внутри такого приспособления стоит специальная сетка. Аргон проходит через ее ячейки, что снижает расход с одновременным увеличением защиты места сварки.

Электрод для аргонной сварки выбирают универсальный вольфрамовый AC/DC, цвет неважен. Может также использоваться зеленый специализированный электрод для переменного тока AC. Конец проволоки делается слегка острым, но его притупление остается. Делается это для того, чтобы после зажжения дуги он приобрел каплеобразную форму. Для предотвращения перегрева вольфрамового электрода его закрепляют в сопло с вылетом от 0,3 до 0,5 см. В процессе аргонной сварки конец затупляется налипшими брызгами алюминия и его приходится снова заострять.

Алюминий быстро плавится, поэтому диаметр присадочной проволоки должен быть больше или равен толщине заготовок для успешного ее продвижения. Подача может происходить как вручную, так и выполняться полуавтоматом. Выбор проволоки зависит от чистоты алюминия. Для алюминия, содержащего сплавы, берут проволоку с кремниевыми добавками № 4043, а для чистого – № 5356.

Технология аргонной сварки алюминия

Одним из серьезных этапов сварки аргоном является очистка кромок деталей. Перед началом работы требуется механически почистить их, а затем обезжирить. Чтобы убрать все жиры с поверхности деталей, надо использовать растворитель, например, ацетон. Помимо этого, при толщине детали > 0,4 см необходимо бывает разделать кромки, то есть скосить их. Делается это для понижения сварочной ванны ниже уровня поверхности детали, чтобы сформировать корень шва.

Для исключения прожогов оставляют маленькое притупление. При обработке с помощью аргона тонких заготовок используют отбортовку – так называют процесс загиба кромок деталей под прямым углом. Делается это для более плотного прилегания деталей друг к другу при аргонной сварке. Если кромки достаточно хорошо подготовить, то уберется напряжение заготовки и не произойдет ее деформации, что увеличит качество сварного соединения.

С поверхности необходимо убрать пленку окиси. Для этого кромки деталей обрабатывают любым абразивом (например, наждачкой) на расстояние ≤ 3 см от края. Также можно поработать напильником.

Тепло хорошо отводится, если поместить обрабатываемую деталь на подкладку из стали или меди. Тонкие заготовки обязательно надо разместить таким образом, чтобы предотвратить образование прожогов от соединения аргоном.

После окончания подготовительных работ надо хорошенько настроить переменный ток, подобрать правильный электрод, выбрать его диаметр и присадочную проволоку для соединения аргоном. Нижеизложенная информация призвана облегчить процесс выбора. При использовании двухрежимного аппарата он должен быть переведен в режим работы переменного тока АС.

Способ формирования шва

Толщина заготовки, мм

Диаметр электрода, мм

Диаметр проволоки, мм

С отбортовкой кромок

Начинается работа с большой силой тока для быстрого прогрева металла. В процессе ток уменьшается, что предотвращает последующие пережоги, поскольку тепло быстро расползается по зоне аргонной сварки.

Настройка скорости подачи аргона в сварочную ванну очень важна. На интенсивность сильное влияние оказывают сила тока и скорость перемещения горелки. Рассмотрим несколько примеров: лист алюминия толщиной 0,1 см обрабатывается силой тока < 50 А – расход аргона будет от 4 до 5 л/мин. При толщине 0,4–0,5 см и силе тока >150 А – расход аргона вырастет до 8–10 л/мин. Излишнее количество аргона в сварочной ванне может привести к примеси воздуха, а это ухудшит показатели шва. При его недостатке шов не удастся качественно защитить от воздействия кислорода.

Процесс начинается с газовой продувки. Горелка включается примерно на 20 секунд. Затем она подносится к поверхности металла на расстояние в 2 мм для создания электрической дуги. Дугу для аргонной сварки металлов, в том числе и алюминия, нельзя разжигать касанием. Поступающий в рабочую зону аргон защищает ее от воздействия кислорода, в то время как электрическая дуга плавит кромки вместе с проволокой (если она применяется для аргонной сварки). Электрод следует держать под углом 70–80° к заготовке для создания качественного ровного шва.

Присадочная проволока, в случае ее использования, должна подаваться под углом 90° к электроду. Для защиты шва проволоку следует подавать перед электродом краткими движениями возвратно-поступательного характера. Выглядит это как прикосновение кончика проволоки к поверхности с последующим движением вверх и назад. Нельзя двигать электрод и присадку поперек шва. Все движения должны быть плавными, тогда шов получится ровным. При резких движениях металл начинает разбрызгиваться.

Расстояние между изделием и электродом в процессе всей работы с помощью аргона должно быть одинаковым и не превышать 1,5–2,5 мм. От него зависит длина дуги – чем она короче, тем ровнее металл будет плавиться, а значит, и шов получится прочнее и красивее.

Расплавленный алюминий достаточно быстро застывает, поскольку в процессе нагревания происходит его усадка. Из-за этого при охлаждении может потрескаться углубление на конце шва. Для предотвращения этого углубление заваривают, направляя электрод обратно. По окончании сварочных работ с аргоном горелка продувается в течение 10 секунд газом. Насколько будет качественным шов? Определить это несложно, достаточно взглянуть на его ширину, которая должна быть одинаковой, и структуру (наподобие чешуек). На шве, получаемом методом сварки с аргоном, не должно быть наплывов, пузырей и непроваров.

Проверка качества сварки алюминия аргоном

Изделия и конструкции из алюминия и сплавов с ним используются в машиностроении. Это трубопроводы, резервуары, емкости и пр. Их надежность и долговечность определяется качеством сварных швов.

Основными методами контроля сварных соединений алюминиевых изделий являются дефектоскопия ультразвуком, рентгено- и гамма-графирование, визуальный осмотр и измерение, гидравлические испытания гелиевым искателем течей.

Обязательно проверяются механические свойства сварных швов, созданных с аргоном, проводят металлографию – проверку состава и структуры соединения (в случае выполнения работ, технологически предусматривающих термический контроль сварки аргоном).

Проведение контроля доверяют работникам ОТК производителя алюминиевых конструкций, иногда проверку проводят при участии представителей заказчика, поскольку аргонная сварка алюминия, цена которой не считается высокой, является в то же время очень ответственной.

Методы, параметры и объемы работ по контролю устанавливаются на каждую группу изделий, тип конструкции, а иногда и на конкретную продукцию, в соответствии с «Правилами контроля» или техническими условиями.

Существуют определенные особенности в проведении контроля изделий из алюминия и его сплавов, поскольку материал склонен к образованию пор внутри соединения, выполненного с аргоном. Помимо пор, в шве могут образовываться и несплавления, возникающие между кромками и швом, а также между валиками. Поиски несплавлений затруднены, поскольку их невозможно обнаружить рентгено- и гамма-графированием. Специалисты используют для этой цели ультразвук, делая дефектоскопию.

Несплавление в корне шва – достаточно частый дефект, возникающий во время работы неплавящимся электродом при сквозной проплавке, когда корень шва создается на неостающейся подкладке. Корень шва, при невозможности получить доступ к подварке, следует делать под защитой нейтрального газа. А непосредственно перед сваркой аргоном необходимо проводить шабрение кромок, чтобы убрать окисную пленку.

При проведении многослойной обработки металла поры в нижних слоях могут переплавляться в процессе наложения верхних валиков! Именно поэтому пористость не учитывается в процессе промежуточного просвечивания изделия.

Контрольную процедуру внешнего осмотра проходят все сварные соединения, кроме швов, имеющих внешние дефекты – наплывы, свищи начала шва, трещины, кратеры, не прошедшие заваривание и их выводы на основной металл, цепи пор и сплошные сетки, непровары и подрезы.

Почему следует обращаться именно к нам

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Сварка алюминия: характеристики металла, проблемы сварки и важные советы

Сварка алюминия во многих случаях требует соблюдения некоторых специальных процедур. Важными факторами при сварке металла являются: выбор правильного присадочного металла, правильное хранение и тщательная очистка основного металла, а также правильные методы сварки.

Сварка алюминия во многих случаях требует соблюдения некоторых специальных процедур. Одним из ключевых факторов является выбор правильного присадочного металла в соответствии с основным материалом и требованиями к области применения.

По сравнению со сваркой стали или других распространенных материалов, сварка алюминия представляет некоторые уникальные проблемы, особенно с точки зрения химического состава и чувствительности к трещинам.

Рассмотрим некоторые общие проблемы при сварке алюминия и основные передовые методы их решения.

Характеристики алюминия

Качество сварки зависит от правильного протекания химических реакций, а также правильной техники.

Характеристики алюминия несколько отличаются от стали. Температура плавления алюминия намного ниже, чем у стали – 660,5°C у алюминия по сравнению с 1371°C у стали. Алюминий также имеет оксидный слой, который плавится примерно при 2037°C. Этот оксидный слой намного тверже алюминия и помогает материалу противостоять коррозии и истиранию. Однако он также действует как изолятор, который может создавать проблемы во время сварки.

Поскольку прочность алюминия имеет тенденцию к увеличению при понижении рабочей температуры - в отличие от стали, которая при понижении рабочих температур становится более хрупкой, - алюминий обычно используется там, где идет работа с низкими температурами, например криогенная техника и транспортировка сжиженного природного газа.

В то время как основным металлом в таком сплаве, как сталь, является железо, алюминиевые сплавы - это в основном алюминий с добавлением различных элементов.

Деформируемые сплавы, такие как алюминий серии 1ххх, представляют собой чистый алюминий без намеренно добавленных легирующих элементов. В других типах алюминия основными легирующими элементами являются медь в серии 2ххх, марганец в серии 3ххх, кремний в серии 4ххх, магний в серии 5ххх, магний и кремний в серии 6ххх, цинк в серии 7ххх и другие элементы в серии 8ххх.

Проблемы сварки алюминия

В процессе сварки проявляются различные специфические характеристики алюминия. Теплопроводность и проблемы с пористостью - два самых больших отличия сварки алюминия от сварки стали.

Водород хорошо растворяется в жидком алюминии. Поскольку присадочный материал и основной металл алюминия становятся жидкими в процессе сварки, они поглощают водород и могут удерживать его в растворе. Когда расплавленный материал начинает затвердевать, он больше не может удерживать водород в гомогенной смеси. Водород вытесняется и образует пузырьки, которые застревают в металле, что приводит к пористости.

Для борьбы с проблемами пористости можно использовать защитную смесь газов на основе гелия или аргона, если были опробованы все другие варианты. Имейте в виду, что работая с гелиевой смесью необходимо увеличивать напряжение, чтобы преодолеть более высокий потенциал ионизации этого газа по сравнению с аргоном. Повышенное напряжение вызовет более глубокое проникновение тепла и лучшее проваривание, поэтому эта смесь используется для более толстых алюминиевых заготовок.

Перед сваркой тщательно очистите основной материал от масла, грязи, остатков и влаги. Это помогает обеспечить наилучшие результаты и снижает вероятность возникновения пор.

В отличие от стали, присутствие водорода не вызывает растрескивания алюминиевых сварных швов. Однако при затвердевании сварного шва может возникнуть горячее растрескивание, которое, представляет угрозу для алюминия. Решение этой проблемы возвращает нас к химии. Если возникает проблема с горячим растрескиванием, обратитесь к таблице выбора присадочного металла, чтобы найти присадочный металл, который наилучшим образом решает эту проблему.

Алюминий 6061 в качестве основного металла является примером материала, который находится на пике склонности к растрескиванию при его обычном химическом составе, что очень затрудняет автогенную сварку или сварку с присадочным материалом аналогичного химического состава. Использование наплавочного металла с такими элементами, как магний (ER5XXX) или кремний (ER4XXX), может помочь вытолкнуть материал за пределы диапазона восприимчивости к трещинам.

Еще одна проблема, связанная с алюминием, заключается в том, что он в пять раз более теплопроводен, чем сталь. Холодные участки основного металла стремятся отвести тепло от сварочной ванны, что может вызвать непровар в сварном шве. Из-за этой разницы в теплопроводности, алюминий требует гораздо более высоких вложений тепла во время сварки, чем сталь.

Выбор присадочного металла

При выборе присадочного металла для алюминия очень важно использовать таблицу выбора. Для каждой комбинации обозначений алюминия есть рекомендуемые варианты присадочного металла в зависимости от требуемых характеристик сварного шва.

Таблица выбора включает восемь характеристик, которые важны для различных сварочных работ: чувствительность к трещинам, прочность, пластичность, коррозионная стойкость, работа при повышенных температурах, соответствие цвета после анодирования, термообработка после сварки и ударная вязкость. Анализируя потребности конечного компонента, можно определить, какие свойства наиболее важны в данном конкретном случае и выберите присадочный металл, который наилучшим образом соответствует требуемым характеристикам. Важно отметить, что повышенная рабочая температура алюминия составляет от 60°C до 210°C. Это и другие характеристики можно определить с помощью таблицы выбора.

Другой вариант - использовать компьютерное приложение для выбора присадочного металла. В таком приложении можно найти ту же информацию, что и в полной таблице выбора, но оно показывает присадочный металл только для выбранных основных материалов.

Правильный выбор присадочного металла всегда является ключевым моментом. Например, если основным свариваемым материалом является алюминий 6061, хорошие варианты присадочного металла включают 4043, 4943 и 5356. Проволока 4043/4943 для полуавтоматической дуговой сварки MIG или пруток для аргонодуговой сварки TIG помогут уменьшить пористость и обеспечить лучшую свариваемость и увеличить текучесть, в то время как присадка 5356 обеспечивает большую ударную вязкость и прочность.

Важные советы

Наряду с выбором присадочного металла, наиболее подходящего для данной области применения, достигнуть успеха при сварке алюминия также может помочь следование некоторым ключевым передовым методам.

Очищайте металл. Перед сваркой тщательно очистите основной материал от масла, грязи и влаги. Это помогает обеспечить наилучшие результаты и снижает вероятность появления пор. Для удаления углеводородов, которые могут находиться на поверхности материала, хорошо подходят ацетон или очиститель для алюминия. При подготовке сварных швов не продувайте их сжатым воздухом, так как это может привести к загрязнению влагой или маслами.

Удаляйте оксидный слой. После очистки поверхности для удаления слоя оксида алюминия непосредственно перед сваркой используйте щетку из нержавеющей стали - новую или использованную только для алюминия. Как упоминалось ранее, оксид алюминия имеет гораздо более высокую температуру плавления, чем алюминий. Он действует как изолятор, который может вызвать проблемы с зажиганием дуги, и для сварки через оксидный слой требуется очень высокий нагрев. Это может привести к прожиганию основного материала и пористости, поскольку оксидный слой имеет тенденцию удерживать влагу.

Правильное хранение. Правила хранения основных материалов и присадочных металлов также играют роль в предотвращении пористости. По возможности храните алюминиевые листы в помещении. Если они должны храниться на открытом воздухе, ставьте листы вертикально, а не друг на друга, чтобы предотвратить задержку воды, которая будет способствовать образованию более толстого слоя гидратированного оксида алюминия. Хранящиеся снаружи или в кондиционируемой части здания материалы и присадочные металлы желательно приносить в цех заранее перед сваркой, чтобы температура металла стабилизировалась и помогала предотвратить конденсацию влаги из воздуха на поверхности алюминия.

Проверка расходных материалов. Некоторые проблемы со сваркой алюминия, особенно при использовании MIG сварки, могут быть связаны с расходными материалами. Чтобы снизить риск образования пористости, используйте тефлоновые направляющие каналы в сварочной горелке и газовые шланги (или хотя бы в хорошем состоянии) и убедитесь, что все соединения шлангов плотно затянуты, чтобы воздух не попадал в линию.

Также важно использовать подходящие направляющие и приводные ролики. При сварке алюминия пластиковые входные направляющие могут обеспечить преимущества по сравнению со стальными, поскольку металлические или латунные входные направляющие и стальные вкладыши могут истирать более мягкую алюминиевую проволоку, когда она проходит через систему привода и втулку. Это может привести к тому, что металлическая стружка забьет втулку и вызовет проблемы с подачей. Аналогично, приводные ролики с U-образной канавкой являются стандартными для работы алюминием, потому что другие типы приводных роликов могут разбить или деформировать проволоку.

Следите за температурой. Обратитесь к руководству по алюминиевому присадочному металлу или нормативным документам, чтобы определить подходящий диапазон температур предварительного нагрева и промежуточного прохода. Предварительный нагрев может использоваться для уменьшения теплового воздействия на размер секции при сварке толстых заготовок или материалов разной толщины, но при сварке алюминия предварительный нагрев должен быть минимальным.

Металл, подлежащий термообработке, а также металл серии 5xxx, содержащий более 3% магния, не должен подвергаться предварительному нагреву или температурам между проходами выше 120°C в течение более 15 минут. Время, проведенное при повышенных температурах, может снизить прочность материала и способствовать растрескиванию.

Достижение успеха

Решение проблем сварки алюминия часто сводится к чистой химии. Правильное соответствие основного и присадочного металла имеет большое значение для достижения успеха и минимизации проблем. Также важно следовать рекомендуемым передовым методам сварки алюминия. И помните, что техника и передовые методы сварки алюминия сильно отличаются от методов сварки стали.

Сварка алюминия

Сегодня существует множество сварочных процессов для сварки различных металлов. Эти процессы всё время дорабатываются, появляются всё новые и новые. Чтобы быть в курсе применяемых процессов и их особенностей, предлагаю Вам прочитать эту статью, в ней мы расскажем о сварке алюминия.

Каждая отрасль промышленности использует различные типы металлов в зависимости от характера их работы. Первое, что приходит в голову о применении сварки алюминия, будет сварка алюминиевых судов. От небольших лодок и катеров до корпусов огромных судов и военных кораблей.

Почему же именно алюминий используется для их изготовления? Ответ прост и заключается в том, что алюминий легче, чем сталь, и поэтому уменьшается вес корабля, экономится топливо и увеличивается его скорость.

Легкость алюминия совместно с относительно высокой прочностью делает его применимым во многих других отраслях промышленности. Таких как автомобилестроение, пищевое оборудование, изготовление алюминиевых лестниц и многих других.

В чем же заключается сложность сварки алюминия?

Многие профессиональные сварщики говорят, что алюминий является самым сложным металлом для сварки. Он обладает физическими и химическими свойствами, которые необходимо знать, чтобы сварочные работы были наиболее эффективными.

Некоторые из свойств, которые делают алюминий сложным для сварки, необходимо принять как факт. Алюминий не меняет цвета, когда он нагревается и имеет более широкий диапазон температур плавления, чем у других металлов. Так же он является немагнитным.

Это означает, что человек, работающий с алюминием должен знать, что ожидать от этого металла.

Некоторые из вещей, которые должен знать сварщик:

Образующаяся на поверхности алюминия оксидная пленка имеет более высокую температуру плавления, чем основной сплав. Она не плавится, пока не достигнет 2050 градусов по Цельсию. Это усложняет процесс сварки алюминия и требует применения специального сварочного оборудования и предварительной очистки металла (травления).

Необходимость большого количества энергии

Низкая температура плавления алюминия

Заварка кратера в конце сварочного шва

Почти всегда при сварке алюминия при окончании сварочного шва появляется кратер, так как алюминий быстро затвердевает. Заварка кратера требует специальной техники. На многих сварочных аппаратах существует специальная программа для сварки алюминия. Она представляет собой увеличенный стартовый ток в начале сварки (для пробивки оксидной пленки) и уменьшенный ток в конце сварки (для заварки кратера).

Зачистка поверхности алюминия перед сваркой

Процессы сварки алюминия

Есть несколько процессов, которые используются для сварки алюминия. Наиболее популярны такие процессы, как аргонодуговая TIG сварка и импульсная полуавтоматическая MIG сварка.

Аргонодуговая TIG сварка алюминия

Аргонодуговую TIG сварку многие сварщики называют по-разному - аргонной, аргоновой или сваркой аргоном. Во всех случаях имеется в виду один процесс – сварка неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона.

Важной частью сварки алюминия является понимание того, что она требует наличия в аппарате для аргонной TIG сварки - переменного тока и высокочастотного HF зажигания дуги.

Пара полезных функций, которые предлагаются во многих аргонодуговых аппаратах для сварки алюминия, является возможность регулировать частоту переменного тока и баланс.

Частота переменного тока может быть увеличена или уменьшена в допустимых пределах. Эта настройка позволяет сварщику обеспечивать больший контроль над дугой, путем фокусирования дуги по ширине так, чтобы иметь возможность сварки в труднодоступных углах. А также для сварки тонких материалов.

Другая особенность, баланс переменного тока, на самом деле управляет процессом раскисления алюминия, также называемый «чисткой». При изменении переменного тока в положительную полярность, оксид алюминия на поверхности металла расплавляется, и металл подвергается сварке. Количество необходимой «чистки» может варьироваться в зависимости от чистоты металла, и от скорости сварки. Настройка слишком высокого баланса уменьшает стабильность дуги. Слишком низкий процент не разобьет достаточно оксидную пленку.

MIG сварка алюминия полуавтоматом

Сварочный шов MIG сварки алюминия (сверху) в сравнении со сварочным швом TIG сварки (внизу)Полуавтоматическая MIG сварка алюминия аналогична MIG сварке стали, так как при ней также используется подача сварочной проволоки и защитного газа через сварочную горелку. Однако сварка алюминия полуавтоматом требует некоторых изменений для сварщиков, которые привыкли к сварке стали.

Из-за большей теплопроводности алюминия, его сварка требует большего контроля над мощностью дуги и скоростью подачи проволоки. Так как алюминий очень мягкий металл, подача проволоки при сварке должна быть больше.

Ранее считалось, что качественно сварить алюминий можно только при помощи аргонодуговой сварки. Однако при использовании правильного оборудования и соответствующих технологий полуавтоматической MIG сварки можно добиться качественного шва при значительном увеличении производительности.

Несколько правил при MIG сварке алюминия

Набор расходных частей для сварочной горелки

2. U-образные ролики подающего механизма. Ролики в подающем механизме должны быть U-образной формы, для того, чтобы алюминиевая проволока в них не заминалась.

3. Тефлоновый канал. Для уменьшения трения проволоки в горелке, необходимо использовать неметаллический кабель канал для алюминиевой проволоки. Обычно он исполнен из тефлона или графита.

Соблюдение указанных в этой статье правил, технологий подготовки и техники сделает ваш процесс сварки алюминия намного проще и позволит добиться превосходных результатов.

Читайте также: