Сварка алюминия под флюсом

Обновлено: 13.05.2024

Дуговая сварка алюминиевых сплавов связана с определенными трудностями вследствие их большого химического сродства к кислороду и склонности к интенсивному поглощению водорода. Возможность получения качественных сварных соединений определяется, в первую очередь, выбором оптимального способа сварки с учетом ряда требований, включающих в себя обеспечение плотности шва, его внешнего вида, производительности и универсальности процесса.

Еще страницы к теме

Способы сварки алюминия:

Изготовление сварных алюминиевых конструкций осуществляют, в основном, используя следующие дуговые способы сварки алюминия: ручная сварка покрытым электродом, сварка неплавящимся (угольным или вольфрамовым) электродом в инертных газах и сварка плавящимся электродом под слоем флюса или в инертных газах.

Ручная сварка угольным или покрытым электродом сохранилась только для неответственных изделий, т.к. имеет ряд существенных недостатков - тяжелые условия труда сварщиков вследствие мощного излучения горящей дуги и большого выделения сварочных аэрозолей, значительные деформации изделий и повышенное количество дефектов в металле шва.

В промышленностиприменяются в основном такие способы сварки алюминия и его сплавов:

1) автоматическая дуговая сварка в среде защитных газов;

Сварка в среде защитных газов может выполняться как неплавящимся вольфрамовым электродом, так и плавящимся электродом, представляющим собой проволоку того же состава, что и основной металл. Применение плавящегося электрода целесообразно при сварке толстолистового металла.

Защитным газом, который изолирует расплавленный металл от взаимодействия с атмосферой воздуха, может быть аргон, гелий или их смесь. При этом способе сварки практически отсутствует возможность металлургической обработки металла шва и потому необходимо использовать все сварочные материалы высокой степени чистоты.

Так, например, при сварке в среде технического аргона, содержащего до 16 % азота и 0,4 % кислорода, получить качественное сварное соединение невозможно. Поэтому применяют защитные газы первого или высшего сорта по ГОСТ 10157-79 с содержанием аргона не менее 99,987 и 99,993 % соответственно.

Кромки свариваемых деталей и электродную проволоку перед сваркой подвергают механической или химической обработке с целью удаления оксидных пленок и других загрязнений. Для металла толщиной более 12 мм сварка производится в несколько проходов. Технология многопроходной сварки требует обязательной механической разделки свариваемых кромок и имеет ряд существенных недостатков. При этом качественная подготовка кромок, подрубка корня шва и тщательная зачистка промежуточных слоев в процессе получения сварного соединения еще не гарантирует стабильного качества металла шва вследствие образования внутренних дефектов в виде пор, несплавлений, трещин и раковин. Кроме того, многослойная сварка менее производительна, чем однопроходная, и способствует возникновению в изделии значительных деформаций.

Открытая дуга способствует образованию оксидов азота, озона и дисперсной пыли. В процессе исследований К.В. Мигай обнаружил в зоне дыхания сварщика при сварке на обычных режимах небольшое количество оксида азота, не превышающего нормы, и 0,9 мг/м 3 озона, что в девять раз больше санитарной нормы.

Автоматическая сварка плавящимся электродом в среде аргона является более универсальным способом для соединения литейных и деформируемых алюминиевых сплавов. Однако широкое ее применение ограничивается рядом существенных недостатков, к которым, в первую очередь, относят: низкую тепловую мощность дуги, неблагоприятную форму шва (большое усиление, неглубокий и узкий провар); повышенную склонность швов к образованию пор, особенно на технически чистом алюминии; необходимость разделки кромок для металла толщиной свыше 20 мм; относительно низкие механические и коррозионные свойства сварных соединений и др.

Для снижения пористости швов и повышения глубины провара вводят в аргон незначительные добавки кислорода, диоксида углерода, азота, хлора и других газообразных галогеносодержащих компонентов. Однако это, в свою очередь, приводит к ухудшению внешнего вида шва, увеличению количества оксидных, нитридных и хлоридных включений, снижению пластических свойств шва и ухудшению санитарно-гигиенических условий труда сварщиков. Что касается комбинированного способа сварки "плазма - плавящийся электрод", то он еще в промышленности не получил широкого распространения.

Для получения качественного сварного соединения приходится расходовать большие количества инертных газов, которые пока еще дефицитны и дороги.

Способ сварки алюминия под слоем флюса был впервые разработан в Московском авиационно-технологическом институте. Был создан ряд флюсов, применяемых для сварки алюминия и его сплавов под слоем флюса.

В институте электросварки им. Е.О. Патона также велись работы по сварке алюминия и его сплавов. Предложенный этим институтом флюс марки АН-А1 в настоящее время в основном и применяется для сварки алюминия под слоем флюса в промышленности.

Автоматическая сварка алюминия и его сплавов под слоем флюса отличается от ранее рассмотренного способа более высокой производительностью за счет применения однопроходной двухсторонней сварки без разделки кромок свариваемых деталей. Флюсы способствуют улучшению металлургической обработки металла шва в процессе сварки.

При минимальной влажности окружающей атмосферы этот способ позволяет получать удовлетворительного качества сварные соединения. С повышением влажности воздуха из-за открытой сварочной дуги в металле шва увеличивается концентрация растворенного водорода, способствующего порообразование. Особенно трудно избавиться от пор при сварке металла толщиной выше 20 мм. При этом в верхней части шва на глубине 1-2 мм наблюдается сплошная сетка пор. Иногда металл шва бывает загрязнен шлаковыми включениями. Открытая дуга не позволяет поддерживать в реакционном пространстве постоянный газовый состав, оказывающий в конечном итоге влияние на получение одинакового по качеству металла шва. Поэтому в процессе эксплуатации сварных изделий в агрессивных средах наблюдается интенсивная местная коррозия металла шва.

Для снижения влажности и предупреждения пористости металла шва флюс после изготовления хранят в герметически закрытой таре, а перед сваркой его прокаливают. Но это является полумерой, так как открытая сварочная дуга создает благоприятные условия для насыщения металла сварочной ванны водородом за счет влаги окружающего воздуха.

Насыпная высота флюса строго устанавливается для каждой толщины металла, например для δ = 25 мм она равна 16 мм. Если высота флюса будет взята больше оптимальной, то возможен переход электродугового процесса в электрошлаковый, и тогда сварное соединение получить невозможно.

Весьма существенным недостатком способа сварки под слоем флюса является значительное выделение пыли и вредных газов (см. Опасные и вредные производственные факторы), во много раз превышающих норму.

Проблемы и трудности сварки алюминия под флюсом (закрытой дугой)

Выше было показано, что существенные ограничения на выбор технологического процесса сварки алюминия накладывают его физические свойства.

Так, низкая температура плавления (933 К), высокая жидкотекучесть, резкое понижение прочностных свойств

Таблица 1.2 - Содержание газов при сварке алюминия по слою флюса

Окись углерода СО

На уровне дыхания сварщика

На расстоянии 2-2,5 м от шва

На уровне дыха - яиа сварщика

На уровне дыхания сварщика перед щипсом

Сварка замыкающего стыка обечайки

Сварка внутри емкости

Сварка наружного кольцевого шва

Примечания. 1. Даны крайние и средние значения из десяти опытов. 2. Предельно допустимая концентрация пыли 2 мг/м3:

HF - 1 мг/м3; СО - 20 мг/м3 и N,05 - 5 мг/м3.

Для преодоления всех специфических трудностей сварки алюминия наиболее целесообразно использовать способ дуговой сварки под слоем керамического флюса (закрытой дугой), так как этот способ позволяет;

а) получить мощный и концентрированный источник нагрева;

б) закрыть реакционную дуговую зону от воздействия окружающей атмосферы и регулировать состав газовой фазы в зоне дуги;

в) производить необходимую металлургическую обработку - легирование, модифицирование, рафинирование - путем введения соответствующих активных добавок в керамический флюс.

Специфические свойства алюминия и его сплавов позволяют применять для их сварки флюсы, состоящие в основном из фтористых и хлористых солей щелочных и щелочноземельных металлов [70, 74].

Активность флюса определяется содержанием фтористых солей, а хлористые соли составляют шлаковую основу флюса, придавая ему определенные физические свойства (температуру плавления, вязкость и др.). По такому принципу построены флюсы МАТИ, УФОК, АН-А1 и др.

Указанные флюсы могут применяться в виде механической смеси исходных компонентов или плавлеными. Процесс сварки с использованием этих флюсов можно вести только при открытой дуге. При попытке погрузить дугу под флюс дуговой процесс переходит в электрошлаковый. При этом сварное соединение получить практически невозможно. Это объясняется тем, что фтористые и хлористые соли в расплавленном состоянии имеют большую электропроводность и шунтируют дуговой промежуток.

Удельная электропроводность некоторых расплавленных солей при температуре плавления приведена в табл. 1.3.

Вторым препятствием к осуществлению этого процесса является трудность защиты сварочной ванны от растворения в ней водорода и получения плотного металла шва. Последнее обстоятельство связано с высокой гигроскопичностью флюсов. Влажность таких флюсов составляет в среднем 4,5 % [75].

Такого количества влаги, вносимой только флюсом в реакционное пространство, вполне достаточно, чтобы получить металл шва, пораженный газовыми порами. Влага может взаимодействовать непосредственно с алюминием и диссоциировать на составляющие, что будет способствовать насыщению металла водородом. Так, например, в результате

реакции алюминия с парами воды при РНі0 = 0,002188 МПа

(среднее парциальное давление пара в воздушной атмосфере летом) и 1000 К равновесное давление молекулярного водорода и концентрация растворенного водорода в алюминии могут

достигать огромных значений [7]: РН> = 0,887 • 10'° МПа, a [HJp

“3.24-105 смуіОО г металла.

Таблица 1.3 - Удельная электропроводность солей

Уделывая электропроводность, ом"1- см"1

Удельная электропроводность, ом'1- см'1

Алюминий вступает в реакцию с парами воды при ничтожно малом парциальном давлении их в атмосфере. Например, при 1000 К взаимодействие алюминия начинается при РНі0 = 0,259-Ю19 МПа [7]. В металле при температуре 1000 К и PHj - 0,1 МПа может раствориться [Н]р - 1,09 см3/ 100 г металла, что соответствует равновесному парциальному давлению атомарного водорода Рп - 0,26-109 МПа.

Исследования по разработке метода автоматической дуговой сварки под флюсом алюминиевых сплавов плавящимся электродом [75] показали, что основной трудностью в осуществлении этого процесса является предупреждение пористости в швах. Даже при применении свежевыплавленных флюсов количества влаги, адсорбированной его гранулами, вполне достаточно для растворения в металле такого количества водорода, которое способно вызвать в швах значительную пористость.

Попытки осуществить сварку алюминия при закрытой дуге под флюсом предпринимались неоднократно как в странах СНГ, так и за рубежом, однако они не дали положительных результатов.

Новый способ дуговой сварки алюминия и его сплавов закрытой дугой под слоем керамических флюсов был разработан в Ждановском металлургическом институте (ныне Приазовский государственный технический университет) на кафедре “Оборудование и технология сварочного производства”

В основу этой работы были положены следующие соображения:

1. Для осуществления устойчивого дугового процесса при полностью закрытой дуге необходимо иметь флюсы с низкой электропроводностью в расплавленном состоянии. Существующие флюсы для сварки алюминия и его сплавов не пригодны для этой цели, так как все они составлены из фтористых и хлористых солей щелочных и щелочноземельных металлов, обладающих весьма высокой электропроводностью в расплавленном состоянии.

Щелочные хлориды и фториды полностью ионизированные соединения в расплаве, причем перенос тока в них осуществляется главным образом катионами. Увеличение размера и массы катиона приводит к повышению сил сопротивления его движению в среде анионов и падению электропроводности. С повышением температуры электропроводность расплава таких солей растет, так как увеличивается подвижность ионов [76].

Электропроводность флюса как ионного расплава можно понизить за счет введения в него компонентов, которые

а) образуют громоздкие и малоподвижные комплексные ионы в результате химических взаимодействий;

б) дают соединения с ковалентной связью;

в) образуют комплексные кислородосодержащие ионы [76, 77].

Вводимые во флюс компоненты с целью понижения его электропроводности не должны оказывать существенного влияния на другие его свойства

На основании высказанных соображений были отобраны для исследования в качестве дополнительных компонентов, снижающих электропроводность, плавиковый шпат CaFy хромпик К2Сг2Ог углекислый натрий Na2COr перекись марганца Мп02 и кремнезем Si02.

2. С целью предупреждения порообразования и повышения плотности металла шва необходимо принимать меры к снижению количества водородосодержащих веществ, попадающих различными путями в реакционную сварочную зону, а также создавать благоприятные условия для дегазации металла в сварочной ванне.

AI + 3F-AIF, Al + ЗСІ - AlClj К + F = KF Na + F = NaF K + Cl = KCl Na +Cl - NaCl H + F = HF H + Cl = HCl

Водород, попадающий в реакционное пространство, практически невозможно связать в химические соединения, не растворяющиеся в металле сварочной ванны. Это видно из приведенных ниже реакций взаимодействия продуктов диссоциации компонентов флюса с металлом и некоторыми газами в реакционном пространстве:

134.5 ккал/моль 133,0 ккал/моль 104,25 ккал/моль

64.2 ккал/моль 21,9 ккал/моль

Основным источником водорода при сварке закрытой дугой будет влага, вносимая с флюсом. Снизить гигроскопичность флюса можно за счет введения в его состав компонентов, обладающих гидрофобными свойствами. Например, для снижения гигроскопичности флюса можно применить в качестве связки раствор карбоксиметилцеллюлозы, создающий на поверхности гранул флюса в процессе прокалки защитную пленку.

Применение расщепленного электрода увеличивает объем сварочной ванны и время ее существования. При этом на значительной части поверхности ванны будет поддерживаться высокая температура. В работах [30, 31] установлено, что с увеличением объема сварочной ванны при прочих равных условиях уменьшается концентрация растворенного в ней водорода. Благодаря сравнительно большому времени пребывания металла в расплавленном состоянии создаются условия для дегазации ванны за счет всплывания пузырьков водорода. При расчете по уравнению Стокса оказалось, что за время существования ванны из нее успевают всплыть пузырьки водорода с радиусом менее 0,03 мм.

На основании изложенных теоретических предпосылок были проведены исследования и разработка нового способа сварки алюминия и его сплавов под флюсом, обеспечивающим получение высокого качества сварных соединений.

Сварка под флюсом

Сварка под флюсом является технологией соединения металлических деталей/заготовок. Существуют различные способы сваривания: ручной, полуавтоматический, автоматический. Соответственно, используется различное оборудование, подбираются определенные режимы.

Благодаря своим неоспоримым преимуществам: точность, скорость, защита шва от коррозии, сварка под флюсом используется практически во всех сферах металлообработки: от машиностроения до изготовления труб большого диаметра и использования на мелких промышленных предприятиях. Как все происходит по технологии и какие проблемы часто возникают в ходе работы, подробно расписано в статье ниже.

Преимущества и недостатки сварки под флюсом

Сварщики знают о негативном воздействии кислорода при сварке и его воздействии на долговечность изделия и качество сварного соединения. Окислительные процессы являются причиной появления трещин на металлических сварных соединениях. Соблюдение технологичности процесса помогает избежать таких негативных моментов. Одной из них является сварка под флюсом. Это один из самых эффективных способов сварки металлов, обеспечивающий прочное и ровное сварное соединение. Но чтобы выполнить такой шов, необходимо наличие специального оборудования и соответствующий уровень квалификации сварщика.

Соединить детали из нержавейки, алюминия и меди зачастую просто невозможно без использования автоматической дуговой сварки под слоем флюса, который выполняет функцию защиты от воздействия кислорода. То же самое касается и классического метода с использованием ручной или полуавтоматической сварки. Плавление металла и соединение заготовок может происходить только при достижении высокой температуры электрической дуги.

Дуговая сварка зачастую сопровождается искрами и брызгами, а также повышенной задымленностью и интенсивным ультрафиолетовым излучением. При использовании технологии сварки под слоем флюса такие факторы исключаются, так как вся расплавленная ванна полностью находится под его толстым слоем, что делает этот процесс безопасным.

Помимо этого, нейтрализация дыма и излучения делает сварку под флюсом более безопасной относительно других способов сварных соединений. Операторам, осуществляющим контроль сварки, не нужно надевать защитную одежду, для этого подойдет и стандартная рабочая униформа.

Так как при дуговой сварке под флюсом используется электричество, то ее не нужно наносить под давлением. Помимо этого, повышенный уровень тепла, выделяемый в процессе сварки, позволяет соединять толстостенные заготовки.

Особенностью сварки под флюсом является ее высокая скорость осаждения металла. Именно это свойство может обеспечить глубокую сварную ванну. Сварка с применением порошковой проволоки под флюсом может ускорить осаждение по сравнению с использованием сплошной проволоки.

Помимо этого, большая концентрация тепла способствует ускорению сварки, скорость может достигать 5 м/мин. В результате структура выполненного шва становится более вязкой, долговечной, однородной и приобретает повышенную коррозионную стойкость. Кроме этого, сварное соединение выглядит более сглаженным и аккуратным.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Самой сложной задачей при сварочных работах является избежание деформаций сварного шва. Причиной служит расширение и сжатие металла, а также неоднородных цветных металлов. Так как при сварке под слоем флюса применяется ускоренное сваривание с повышенной тепловой концентрацией, то это позволяет избежать таких нарушений.

Такая технология сварки выполняется не только в помещении, но и на открытом пространстве. Даже при небольшом ветре дуговую сварку под флюсом можно выполнить без нарушений требований, предъявляемых к таким видам работ.

Имеется и ряд недостатков:

Повышенная сложность настройки оборудования.
Невозможность проведения сварочных работ в потолочном и вертикальном положениях.
Неровные края поверхностей свариваемых деталей, которые не позволяют выполнять качественное сварное соединение.

Кроме того, проконтролировать качество сварки сложно, так как сварное соединение находится под слоем флюса.

Сферы применения сварки под флюсом

Однако такая технология в промышленных масштабах оправдывает себя, так как обеспечивает повышение производительности труда, улучшает качество сварного соединения и надежность металлоконструкции в целом.

Сварка под слоем флюса нашла широкое применение в следующих промышленных отраслях:

Судостроение. Корпус судна состоит из предварительно сваренных секций, изготовленных с помощью автоматической или полуавтоматической сварки. С помощью технологии секционной сборки значительно сокращаются сроки изготовления. В промышленном масштабе проведение сварочных работ при соблюдении технологии обеспечивает высокое качество сварного соединения.
Нефтедобывающая отрасль. Методика позволяет производить сборку резервуаров из заготовок на месте при помощи сваривания стальных листов в полотнища рулонного типа.
Изготовление труб большого диаметра для водных коммуникаций, нефтяной и газовой отрасли.
В машиностроительной индустрии при массовом производстве металлоконструкций: вагонеток, вагонов, автомобильных колес и подобных изделий.

Существуют технологии сваривания цветных металлов, алюминия, титана и его сплавов, что дает возможность использовать сварку под флюсом при производстве высоконадежных конструкций, летательных аппаратов, бытовой и промышленной аппаратуры.

Необходимое оборудование для сварки под флюсом

Для выполнения автоматической дуговой сварки под слоем флюса необходимо обеспечить рабочее место:

Сварочной плитой. Ее следует устанавливать на бетонную платформу, потому что она изготавливается из материалов, которые устойчивы не только к высоким температурам, но к резким температурным перепадам.
Наплавной проволокой. Ее толщина обычно составляет от 0,3 до 12 мм, состоит из такого же материала, что и свариваемое изделие.
Неплавящимся электродом, который включает металлический сердечник и керамическую оболочку.
Системой, выполняющей подачу флюсовых частиц, состоящую из шланга необходимого диаметра и резервуара.
Системой контроля. У автоматических установок она более модернизирована, чем у полуавтоматических.

При крупносерийных масштабах производства обычно используют специальный сборочный автоматический стенд, который позволяет не только сваривать любые конструкции, но и обеспечивает надежную фиксацию заготовок в том положении, в котором они должны остаться в готовом изделии. Такое оборудование обеспечивает повышенную надежность закрепления заготовок и позволяет исключить любые отклонения формы и соединения всей конструкции, несмотря на то, что сварщик при работе не видит шов.

Такая технология является идеальной при нанесении угловых и стыковых сварных соединений, процесс происходит быстро, с обеспечением требуемых параметров качества и надежности соединения. Управление конструкцией происходит в автоматическом режиме, поэтому стоит довольно дорого. В некоторых случаях, в качестве альтернативного варианта, стенд может быть оснащен мобильными головками.

Цена на полуавтомат намного ниже, однако такое оборудование требует намного большего участия сварщика в процессе. Оператор должен постоянно следить за вылетом электрода и направлением проволоки, несмотря на то, что последняя подается в автоматическом режиме. Мастер самостоятельно подбирает угол наклона электрода, варьирует скорость при нанесении шва и мощность напряжения согласно специфике обрабатываемого изделия.

Ручным оборудованием чаще всего пользуются любители-сварщики в частных мастерских, хотя бывают и особые случаи применения, если оно наиболее удобно из всех вариантов для сварки изделий. Ручную сварку можно применять из любых положений и даже в неудобных труднодоступных местах.

Виды флюсов для сварки

По методу изготовления флюсы могут быть:

плавлеными;
неплавлеными (керамическими).

Первый тип флюсов (плавленые) изготавливается из смеси кварцевого песка и шлакообразующих марганцевых руд. Сначала их размалывают, перемешивают, а затем расплавляют и гранулируют. Такой вид флюсов является относительно экономичным и в основном применяется для сваривания заготовок из низколегированных сталей.

В состав неплавленого вида флюса входят соли амфотерных металлов и окислителей, которые сначала измельчаются, перемешиваются с жидким стеклом до образования однородной массы, а затем гранулируются и прокаливаются.

Керамический вид обладает мелкодисперсной порошкообразной структурой, используется для сварки под флюсом высоколегированных сталей и сплавов на их основе, причем для конкретной марки свариваемой стали подбирается определенный состав флюса.

По химическому составу флюсы подразделяют на:

оксидные;
солевые;
смешанные.

В состав оксидных флюсов, используемых для сваривания низкоуглеродистых сталей, входят кремний и оксиды активных металлов. Солевой тип флюсов содержит соли хлоридов и фторидов, используется для электросварки стали, легированной хромом и никелем, а также титана. В смешанных флюсах, предназначенных для сварки деталей из разных металлов или многокомпонентных сплавов, используются различные пропорции сочетания солей и оксидов металлов.

Технология сварки под флюсом

При автоматической сварке под слоем флюса скорость перемещения и траектория электрода, как и подача проволоки, регулируется управляющим процессором, функция оператора заключается в отслеживании состояния контроллеров процесса на случай необходимости экстренного отключения сварочного оборудования.

При полуавтоматической сварке под слоем флюса происходит автоматическое регулирование силы тока сварки, угла наклона электрода относительно линии сварки и скорости подачи проволоки, а ведение дуги выполняет сам сварщик вручную при помощи дистанционного управления или рукоятки. При использовании сварочного полуавтомата появляется возможность изменять некоторые параметры тока вручную непосредственно во время выполнения сварного соединения.

Метод ручной сварки под слоем флюса используют при наличии небольших сварочных установок, в которых система подачи флюса встроена в неплавящийся электрод. На сварщика возлагается обязанность регулировать в ручном режиме при помощи специальных кнопок скорость движения электрода и угол его наклона, подачу флюса и силу сварочного тока, а также следить за правильной траекторией движения.

Существует общая последовательность операций при сварке под флюсом:

Удаление с поверхности заготовок оксидной пленки.
Закрепление детали на сварочной плите.
Выбор режимов настройки сварочного оборудования.
Заполнение резервуара флюсом.
Установка бухты с наплавной проволокой, присоединение свободного конца к электроду.
Непосредственно сваривание деталей.
Сбор неизрасходованного флюса после остывания заготовок и зачистка сварочного шва от шлака.

Во избежание холостой работы электрода и повреждения деталей следует особенно обращать внимание на расход флюса и проволоки.

Выбор подходящего режима сварки под флюсом

Выбор режимов сварки под слоем флюса зависит от таких показателей, как выбор способа удерживания сварочной ванны, планируемое количество проходов при нанесении будущего шва, толщина кромочных поверхностей и метод их разделки. Помимо этого, выбор технологии сварки зависит от вылета электрода и положения самого изделия, скорости сварки, диаметра сечения проволоки, напряжения и силы тока. При расчете перед обработкой для каждой детали используются индивидуальные параметры.

К примеру, если толщина заготовки не больше 30 мм, то для сварки под слоем флюса стыкового шва, что бывает чаще всего, будет достаточно одного одностороннего прохода. При большей толщине шов следует проварить с обеих сторон и желательно ввести дополнительные проходы.

Смысл одностороннего сваривания может быть лишь в том случае, если используется материал, который не боится перегревания и на швах не образуются сварочные трещины.

Для каждого конкретного задания можно выделить несколько параметров, которые следует всегда учитывать при подборе режимов сварки под слоем флюса:

Толщина металла, мм	Диаметр проволоки, мм	Сварочный ток, А	Напряжение, В	Скорость сварки, м/ч
3	2	250–500	28–30	48–50
5	2	400–450	28–30	38–40
10	5	700–750	34–38	28–30
20	5	750–800	38–42	22–24
30	5	950–1000	40–44	16–18

Рекомендуемые табличные значения можно использовать для сварки под флюсом сталей с высоким, средним и низким содержанием углерода.

При сваривании тонколистового металла (до 6 мм) разделка кромочных поверхностей при подготовке изделия к обработке не производится. Для этого перед работой необходимо разместить свариваемые поверхности с минимальным зазором. При толщине стенки свариваемых деталей от 10 до 12 мм следует, наоборот, оставить зазор, благодаря этому сварное соединение будет более качественным, а также приведет к уменьшению лишнего объема расплавленного металла. В обоих случаях используются особые способы закрепления заготовок – или при помощи подкладки, или с добавлением подварочного шва либо методом предварительной сборки «в замок».

Для сваривания металлических листов толщиной до 10 мм лучше использовать подкладку. Обычно она представляет собой стальную пластину толщиной от 3 до 6 мм и шириной от 3 до 5 см.

Метод сварки «в замок» применяется для соединения ответственных конструкций, при которых прожог материала считается недопустимым. Также он является лучшим способом соединения тяжелых и объемных конструкций. Необходимо сказать, что подварочный шов редко используется при сварке, его применяют, только когда перекантовку изделия осуществить невозможно.

Проблемы, возникающие в процессе сварки под флюсом

Новичок-сварщик, неукоснительно соблюдающий инструкции, все равно может столкнуться с такими проблемами, которые ему непонятны. Самый образный пример – поры на сварном шве, которые говорят о том, что под слоем флюсом оказался газ. Чаще всего пористость появляется из-за наличия углекислого газа или водорода, в редких случаях из-за азота, поры которого появляются только при обработке микролегированных сталей, если такие материалы обладают нитридным упрочнением.

С такой же проблемой можно столкнуться, если металл разрезался плазменным резаком. Если сварочная ванна имеет малое процентное содержание раскислителей, то углекислый газ может проникать под слой флюса. Чтобы исключить образование пор, жидкую ванну обогащают как минимум 0,2 % кремния. Кроме того, раскисление может произойти при понижении температуры и, наоборот, концентрация углекислого газа будет расти с ее повышением.

Самой частой причиной появления пор при сварке под слоем флюса является наличие водорода, который появляется из-за недостаточной зачистки кромочных поверхностей от ржавчины и других загрязнений, а также из-за влажного флюса.

Почему следует обращаться именно 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 ими 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.

Сварка алюминия и его сплавов. Как варить алюминий?

Сварка алюминия и его сплавов может быть выполнена всеми способами сварки, известными в настоящее время. В промышленности и технике существует достаточно много разных марок алюминия и алюминиевых сплавов.

Чтобы понять, как варить алюминий разных марок, нужно знать, что технология и особенности сварки (включая режимы сварки) примерно одинаковы для всех алюминиевых сплавов, в том числе и сам алюминий. При этом, их физико-химические могут существенно отличаться.

Преимущества и недостатки сварки в защитных газах

Благодаря широкому выбору используемых материалов такая технология стала очень востребована в разных сферах промышленности. Ее основными преимуществами являются:

удобство процесса, так как сварку можно выполнить из любого пространственного положения;
отсутствие флюса и шлака;
высококачественные швы на разных металлах;
возможность наблюдения за сваркой деталей;
простота механизации для увеличения производительности;
умеренные цены.

Особенности сварки алюминия

1. Поверхность алюминия и его сплавов обволакивает тугоплавкая плёнка, состоящая из оксида алюминия Al2O3. Температура плавления этой плёнки 2050°C и она существенно затрудняет сплавление основного и присадочного материала. Поэтому, сварочные кромки необходимо очистить от плёнки механическим способом.

Однако, чаще всего, очистка делается химическим способом, при использовании флюсов, т.к. при очистке механическим способом плёнка достаточно быстро образуется вновь из-за высокой активности алюминия, вступающем во взаимодействие с кислородом.

2. Вторая особенность это резкое снижение прочности алюминия при сильном его нагревании. При температуре 400…500°C алюминиевые детали могут разрушаться даже под действием собственного веса.

3. Основная трудность при сварке алюминия заключается в случае повышенных требований к его коррозионной стойкости в агрессивных, химически активных средах. Коррозия проявляется, в основном, при высокой температуре, либо при постоянных перепадах температуры, а также при большой концентрации кислотных паров. В первую очередь коррозия разрушает металл сварного шва и металл в зоне термического влияния.

Причинами появления коррозии могут быть дефекты сварного шва (газовые поры, непровары, шлаковые включения в виде пор, флокены). Кроме этого, причиной коррозии может быть загрязнение сварного шва различными примесями в процессе сварки. Особенно опасными являются примеси кремния и железа. Поэтому, при сварке алюминия необходимо исключить попадание этих элементов в металл сварного шва. Подробнее о сварных дефектах при сваривании алюмиевых конструкций мы рассказывали здесь.

Техника безопасности при сварке в защитных газах

Не забывайте, что защитные газы используются только для защиты металла от порчи, но не являются безопасными для самого сварщика. Существует ряд важных правил, которые следует выполнять при выполнении сварки в среде защитных газов:

Обобщенно можно сказать, что любые виды сварочных работ обладают повышенной степенью опасности, поэтому каждому работнику необходимо в первую очередь самому заботиться о защите органов дыхания, зрения и кожи. Даже непродолжительный процесс сварки в личном гараже нельзя производить без маски, термоустойчивых перчаток и респиратора. Только при наличии такой защиты будет уверенность, что выполнение качественной сварки не нанесет вреда вашему здоровью.

Марки алюминиевых сплавов, наиболее применяемые для сварки

Сплавы алюминия классифицируются на две группы: термически упрочняемые и, соответственно, термически не упрочняемые. Среди термически не упрочняемых марок для сварки применяются алюминиево-магниевые сплавы марок АМг. Их химический состав соответствует ГОСТ 4784, а сортамент листов — ГОСТ 1946. См. таблицу:

С увеличением процентного содержания магния до 7%, свариваемость металлов ухудшается. При содержании магния до 3% увеличивается риск образования трещин, но сварной шов становится более плотным.

Для уменьшения количества пор в сварном шве выбирают присадочную проволоку, в которой содержание магния выше, чем в свариваемом металле. Благодаря этому, пористость шва снижается.

Для сварки высокопрочных конструкций применяются термически обрабатываемые алюминиевые сплавы — дюрали. Марки дюралей Д1, Д16 и Д19 широко используются при сварке плавлением. Сплав Д20 относится к удовлетворительной группе свариваемости сталей.

Магниево-алюминиевые сплавы с содержанием алюминия до 11% удовлетворительно свариваются при сварке плавлением. А при таком способе сварки, как контактная сварка, свариваемость этих металлов хорошая.

Электроды для сварки в защитных газах

Сварка производится как неплавящимися, так и плавящимися электродами. Неплавящиеся электроды (графитовые, угольные или вольфрамовые) необходимы только для возбуждения и поддержания горения дуги. Чтобы заполнить разделку свариваемых кромок в зоне дуги, необходимо ввести присадочный металл в виде проволоки или прутков. При этом графитовые или угольные электроды используют чаще всего только при работе с легированными сталями, потому что они не смогут обеспечить устойчивое горение дуги, в результате чего сварной шов будет пористый и иметь темный налет.

В основе плавящегося электрода используется сварочная проволока из металла, который по химическому составу близок к свариваемому металлу.

При полуавтоматической сварке в защитных газах используют неплавящиеся электроды и специальные инверторные шланговые сварочные полуавтоматы. Суть выполнения таких работ заключается в передвижении сварочной головки вдоль линии сварного шва одновременно при опоре на присадочную проволоку, имеющую сечение 1-2 мм.

При автоматической сварке в защитных газах могут использоваться как плавящиеся, так и неплавящиеся электроды. Работы такого типа производятся на специальных автоматах с закрепленной головкой на вращающейся консоли. Тем самым появляется возможность одновременной обработки сразу на нескольких рабочих участках.

Очистка свариваемых кромок алюминиевых деталей

Пред тем, как приступить к сварке алюминия, сварные кромки деталей и прилегающие к ним участки основного металла должны пройти механическую очистку, и это касается всех видов сварки. Кроме того, они должны быть тщательно протравлены.

После травления детали промывают водой и сушат в тёплом воздухе. При такой очистке допускается хранение деталей перед сваркой в течение двух суток. Состав травителей для алюминия и его сплавов приведён в таблице:

Задачи сварщика при работе с алюминием

Учитывая особенности поведения алюминиевых сплавов при сварке, вы должны решить в процессе работы основные задачи: избавиться от оксидной пленки, обеспечить стабильную дугу во время сварки и своевременную подачу сварной проволоки, чтобы сварочный процесс алюминия был непрерывным, в противном случае его придется начать заново.
Сварщик должен:

избавиться от окисной пленки в месте шва: пробить ее электрическим импульсом или провести механическую очистку поверхности с помощью металлической щетки или путем химического травления. Для пробивания пленки используют специальный импульсный режим работы оборудования;
при выборе режима сварки не допустить прожогов металла из-за повышенной теплопроводности и низкого порога плавления алюминия, приводящего к быстрой потере прочности при нагревании. Для этого он должен обеспечить нужную температуру процесса и дугу от 12 до 15 мм длиной, выбрать правильные электроды и размер присадочной проволоки, подходящий для толщины соединяемых алюминиевых деталей и сопла горелки;
учитывать склонность алюминия к значительной линейной усадке (почти вдвое больше, чем у сталей) при быстром остывании после нагрева, т. к. это ведет к созданию внутреннего напряжения с образованием деформационных трещин или кратеров в области шва. Для предотвращения этого начинать сварочный процесс нужно при большом сварочном токе, чтобы пробить оксидную пленку, а заканчивать — постепенно снижая его к концу процесса, это смягчит резкую смену температуры и не даст образоваться кратеру.

Дуговая сварка алюминиевых строительных металлоконструкций

Для дуговой сварки строительных металлоконструкций применяют для сваривания алюминиевых частей между собой угольные электроды. В этом случае в качестве присадочного материала используют прутки из алюминия марок А0 и А1, или алюминиевых сплавов АМц и АК.

В этом случае для сварки выбирают ток постоянный, прямой полярности. Диаметр электрода обычно выбирают в пределах 6-8мм, исходя из толщины свариваемых кромок. Величина сварочного тока составляет 150-500А.

Кроме угольных электродов часто применяется проволока Св-АВ00, Св-А1, Св-АМц, Св-АК5 или же используют проволоку из такого же сплава, как и свариваемые детали. Сварку осуществляют постоянным током обратной полярности, с максимально возможной короткой дугой. Силу сварочного тока определяют из расчёта 25-30А на миллиметр диаметра электрода.

Перед сваркой алюминия присадочные прутки и свариваемые кромки покрывают слоем флюса для удаления с их поверхности плёнки из оксида алюминия Al2O3. Хорошие результаты показал флюс АФ-4А. В его состав входит 28% хлористого натрия (NaCl), 50% хлористого калия (KCl), 14% хлористого лития (LiCl) и 8% фтористого натрия (NaF).

Алюминиевые листы толщиной до 3мм сваривают с отбортовкой. Если толщина составляет 3-8мм, сварка производится без скоса кромок. При толщине листов более 8мм, применяют разделку сварных кромок с общим углом раскрытия 60-70° и перед сваркой выполняют предварительный подогрев до температуры 200-250°C. После окончания сварки с поверхности сварных швов удаляют шлак и остатки флюса, промывают водой и протирают ветошью. Для более эффективной очистки используют 5%-ный раствор азотной кислоты HNO3. После протравки кислотой также выполняют промывание сварного соединение водой с последующей просушкой.

Как правильно варить алюминий

Сварочный процесс начинается с предварительной подготовки рабочих кромок. Главная цель – очистка поверхности, которая проводится в несколько этапов:

заготовки нужно тщательно зачистить с помощью химических составов;
после высыхания поверхность необходимо обезжирить любым растворителем: ацетон, авиационный бензин, уайт-спирит или другой жидкостью;
если свариванию подлежат изделия толщиной свыше 4 мм., то кромки следует разделать;
завершающей процедурой является очищение кромок от оксидного слоя; для этого применяются следующие инструменты: напильник, наждачная бумага, щетка с ворсинками из стали.

Автоматическая и полуавтоматическая сварка алюминия под флюсом

Автоматическую и полуавтоматическую сварку под флюсом применяют в случае, когда толщина свариваемых алюминиевых листов или кромок деталей превышает 8мм. В этом случае применяют сварочную проволоку Св-А1 или Св-АМц. Диаметр проволоки 2-3мм.

Применяемый при автоматической или полуавтоматической сварки алюминия флюс имеет следующий состав: 20% хлористого натрия (NaCl), 50% хлористого калия (KCl), 30% криолита. Толщина наносимого флюса составляет 10-35мм, в зависимости от толщины свариваемых деталей.

Аргонодуговая сварка алюминия и его сплавов

Аргонодуговая сварка алюминия нашла широкое применение в промышленности и строительстве благодаря высокому качеству сварки. При этом, нет необходимости применять защитные флюсы и покрытия, которые, в дальнейшем, могут вызвать коррозию металла сварного шва.

Сварку алюминия в аргоне выполняют постоянным током обратной полярности. Можно производить сварку переменным током, но, для этого необходимо использовать балластный реостат и осциллятор.

При толщине свариваемых алюминиевых деталей до 6мм электроды выбирают диаметром до 4мм. Если толщина свариваемых кромок более 6мм, то применяют электроды диаметром 6мм. Сила сварочного тока выбирается из расчёта 30-45А на 1мм диаметра электрода. Расход аргона при аргонодуговой сварке алюминия обычно составляет 6-15л/мин.

Сварку выполняют при максимальной короткой дуге (менее 2мм). Такая технология сварки позволяет разрушать оксидную плёнку на поверхности алюминиевых деталей.

Читайте также: