Алюминий и его сплавы широко применяются для создания разнообразных технических и технологических конструкций. Чистый алюминий применяется не так часто, как его сплавы, из-за его низкой прочности и высокой пластичности. Следует подчеркнуть, что перед сваркой алюминия необходимо учитывать особенности сварочного процесса, связанные с физическими и химическими свойствами этого металла.
Схема технологии точечной сварки алюминия.
Основная сложность соединения алюминия состоит в непрерывном образовании на поверхности свариваемого металла оксидной пленки Al2O3, которая тугоплавкая и препятствует плавке. Кроме того, оксиды алюминия обладают достаточно высокой температурой плавления (+2050°С) по сравнению с самим металлом (+658°С), что вносит коррективы в процесс. Алюминий имеет высокий уровень теплопроводности, поэтому требуются применение специальных приёмов и методик.
Читайте также:
Что такое термофен и для чего он нужен.
Виды и технологии сварки.
О сварке полиэтиленовых труб подробнее тут.
Виды сварки алюминия
Температура плавления алюминия.
Алюминий можно сваривать следующими методами:
- электродуговой сваркой (автоматической, ручной);
- аргонодуговой сваркой (автоматической, полуавтоматической и ручной);
- газовой сваркой.
Рассмотрим наиболее распространённый и эффективный способ сварки алюминия – электродом вручную в аргонодуговой сварке на постоянном токе с обратной полярностью.
Аргонодуговая сварка
Схема аргонно-дуговой сварки алюминия.
Преимущества данного метода заключаются в отсутствии потребности во вспомогательных материалах (электродных покрытий, флюсов). Процесс выполняется вручную, полуавтоматически и полностью автоматически.
Следует отметить, что любые сварочные работы следует выполнять на исправном оборудовании, в хорошо проветриваемом помещении или в помещении с приточно-вытяжной вентиляцией и с использованием средств индивидуальной защиты (щиток, кожаные перчатки, спецодежда, спецобувь).
Материалы и инструменты для ручной аргонодуговой сварки
Техника безопасности при сварочных работах.
Для такого вида соединения алюминия электродом из вольфрама на постоянном токе с обратной полярностью понадобятся:
- растворитель (ацетон, бензин);
- щетка металлическая;
- раствор для травления;
- азотная кислота (раствор);
- ванна для подготовки металла;
- неплавящиеся электроды из вольфрама;
- сварочная установка или сварочный аппарат для аргонодуговой сварки с нужной горелкой, вольфрамовые электроды, осушённый аргон (чистота 99,8%), сварочные держатели, присадочная проволока необходимого диаметра;
- подкладка из коррозионностойкой стали (меди);
- средства индивидуальной защиты (щиток, кожаные перчатки, резиновые перчатки), спецодежда, спецобувь.
Подготовка металла перед сваркой
Схема полуавтомата для сварки алюминия.
Перед тем как варить алюминий любым способом, детали из алюминия проходят предварительную подготовку, заключающуюся в обезжиривании поверхности и растворении оксидной плёнки.
Обезжиривание проводят растворами типа ацетона, бензина и т. п. Затем оксиды снимают механически щёткой или путём травления с использованием химических растворов (гидроксид натрия — 45–55 г, фторид натрия — 10–50 г, вода — 1 л). Далее алюминий промывают чистой водой в течение 0,5–1 минуты, затем поверхность нейтрализуют азотной кислотой (раствор 25–30%) на 1–2 минуты, после чего промывают в проточной воде, затем в горячей, и сушат до полного высыхания.
Такую подготовку проводят не ранее чем за 2–4 часа до сварки. Аналогично обрабатывают и проволоку для присадки, если она применяется.
Технология соединения алюминия
Основные характеристики покрытых электродов для сварки алюминия.
Листы алюминия толщиной менее 5 мм сваривают без разделения кромок. При толщине до 20–25 мм работу можно выполнить без предварительного подогрева. Если толщина деталей превышает 20 мм, их предварительно прогревают до 300–400°C.
Аргонодуговая сварка допускается как на переменном, так и на постоянном токе (обратная полярность). При работе на переменном токе применяют стабилизаторы дуги. Сварку неплавящимся электродом ведут на постоянном токе с обратной полярностью, а также на переменном — с или без применяемой присадки. В качестве присадочной проволоки применяют отечественную АК по ГОСТ 7878-75 или её зарубежные аналоги. При сварке тавровых, угловых и стыковых соединений обязательна опора присадочного материала; для отбортовки и встык при небольшой толщине алюминия присадки не применяются. Выбор диаметра присадочной проволоки (D) в зависимости от толщины алюминия (S) для ручной сварки следующий:
- S до 2 мм, D до 1–1,5 мм;
- S 2–5 мм, D 1,5–3 мм;
- S свыше 5 мм, D 3–4 мм;
При аргонодуговой сварке применяются вольфрамовые электроды диаметром 0,8–8,0 мм и лантанированные вольфрамовые из отечественного или зарубежного производства. Их диаметр подбирают под вид тока и его силы (I). Например, для постоянного тока с обратной полярностью:
- Диаметр электрода 1 мм, I до 10 А;
- Диаметр электрода 2 мм, I = 10–30 А;
- Диаметр электрода 3 мм, I = 20–40 А;
- Диаметр электрода 4 мм, I = 40–80 А;
- Диаметр электрода 5 мм, I = 60–100 А;
- Диаметр электрода 6 мм, I = 80–130 А.
Процесс ручной аргонодуговой сварки алюминиевых элементов и конструкций состоит из нескольких этапов.
Выполнять работу такого рода следует на подкладке из коррозионностойкой стали или листов меди. Выбор режима (силы тока I, скорости расхода аргона Q) аргонодуговой ручной сварки электродами из вольфрама зависит от сечения свариваемых деталей (S), наличия присадок или отбортовки и имеет такие параметры:
- встык с присадкой, S = 1,0 мм, I = 65–85 А, Q= 4–5 л/мин;
- встык с присадкой, S = 1,2, I = 70–90 А, Q = 5–6 л/мин;
- встык с присадкой, S = 1,5, I = 80–100 А, Q = 7–8 л/мин;
- встык с присадкой, S = 2,0, I = 90–110 А, Q = 7–8 л/мин;
- встык с присадкой, S = 3,0, I = 100–120 А, Q = 8–9 л/мин;
- без присадки встык, S = 0,8 мм, I = 45–55 А, Q = 4–5 л/мин;
- без присадки встык, S = 1,0, I = 50–65 А, Q = 4–5 л/мин;
- без присадки встык, S = 1,2, I = 60–70 А, Q = 5–6 л/мин;
- без присадки встык, S = 1,5, I = 70–90 А, Q = 7–8 л/мин;
- без присадки встык, S = 2,0, I = 90–110 А, Q = 7–8 л/мин;
- без присадки встык, S = 3,0, I = 100–120 А, Q = 8–9 л/мин;
- по отбортовке, S = 0,8 мм, I = 40–45 А, Q = 4–5 л/мин;
- по отбортовке, S = 1,0, I = 45–55 А, Q = 4–5 л/мин;
- по отбортовке, S = 1,2, I = 55–70 А, Q = 5–6 л/мин;
- по отбортовке, S = 1,5, I = 70–85 А, Q = 7–8 л/мин.
Для ручной аргонодуговой сварки неплавящимся электродом используют специальные отечественные агрегаты типа УДАР, УДГ или их зарубежные аналоги.
Процесс аргонодугового соединения деталей вручную начинается с возбуждения (зажигания) дуги. Перед этим включают подачу аргона и устанавливают соответствующую силу тока согласно выбранному режиму. Дугу зажигают такими способами: чирканьем электрода о поверхность алюминия и прикосновением перпендикулярного электрода в точке начала. Если дуга прерывается, повторное зажигание выполняют перед кратером на свариваемой детали, затем возвращаются к уже наплавленному материалу, чтобы удалить загрязнения из кратера на поверхность. Далее работу ведут в нужном направлении. Следует отметить, что при ручной аргонодуговой сварке нельзя совершать колебательные движения горелкой, поскольку это可能 нарушить защиту сварочной зоны. Угол между плоскостью изделия и осью горелки должен составлять от 75 до 80°. А угол между изделием и присадочной проволокой при её использовании — 15–20°. Горелку следует двигать за присадочным прутком.
Расположение шва в пространстве определяется положением электрода. Перемещают электрод «от себя» или «к себе». По траектории движения получают средние либо узкие швы. Тип движения электрода определяет прогрев или отсутствие его задействования.
Тип движения электрода и присадочного прутка при их использовании выбирают, исходя из требований к шву и руководствуются справочными данными.
Швы бывают средними (от 350 до 1000 мм), длинными (свыше 1000 мм) и короткими (от 250 до 300 мм). Длинные швы варят частями по 250–300 мм. В зависимости от толщины деталей швы могут быть однослойными (однопроходными) и многослойными (многопроходными). Однослойные швы экономичны и быстры в выполнении, но их нижняя пластичность может быть ниже. При многослойном шве сварочный металл обладает хорошими механическими свойствами. При выполнении многослойной сварки для алюминия толщиной более 20–25 мм следует качественно выполнить первый основной слой, который задаёт прочность всего шва.
После завершения швов подачу аргона отключают и проводят дополнительную обработку — удаляют остатки шлака с поверхности шва, так как шлак способен разъедать металл. Удаление шлака выполняют промыванием шва в горячей воде.
Необходимо отметить, что сваривать алюминий можно не только ручной аргонодуговой, но и ручной электродуговой, а также автоматической электродуговой сваркой. Однако данные способы не получили широкого распространения из-за использования флюсов и ряда особенностей применяемых электродов, а также некорректного качества швов. При автоматической аргонодуговой и полуавтоматической аргонодуговой сварке сохраняется высокое качество сварных швов без применения флюсов. Самым неэффективным способом соединения алюминия является газовая сварка газовыми горелками и флюсами.
