Современная технология сварки алюминия

Великолепные свойства алюминия, его отличная теплопроводность, небольшой вес сделали такой материал востребованным во всех областях производственного процесса. Однако этот материал очень сложно сваривать. Поэтому была специально разработана технология сварки алюминия, чтобы он стал доступен любой отрасли промышленности.

Схема аргоновой сварка алюминия.

Факторы, усложняющие сварочный процесс алюминиевых деталей

Алюминий и его сплавы входят в группу трудносвариваемых металлов. Несколько характерных свойств этого металла вызывают такую особенность: поверхность покрыта окисной пленкой, которая имеет свойство плавиться, когда температура достигает 2044°. Непосредственно алюминий обладает температурой плавления 660°.

Химические свойства алюминия.

Благодаря быстрой окисляемости образуется тугоплавкая пленка во время появления расплавленного металла. Такая пленка не позволяет получить цельный шов. Предотвратить появление пленки можно путем ограждения сварочной зоны от попадания воздуха. Такая защита стала возможной, когда проводится автоматическая сварка алюминия с использованием среды защитного газа.Алюминий обладает высокой текучестью, поэтому сварка без теплоотводящих подкладок практически невозможна.

Возможность появления в сварочном шве некоторых кристаллизационных пор ослабляет алюминий. Регулирует появление пор водород, который растворен в алюминии. Он все время стремится покинуть металл. Появление трещин в основном касается алюминиевых сплавов. Они появляются во время охлаждения металла в связи с большим количеством кремния.

Алюминий обладает большой усадочной способностью, на это влияет линейное расширение, значение которого неимоверно высоко. В результате при отвердении сварочного шва имеют место большие деформации.

Огромная теплопроводность требует использования сварочного тока, который в несколько раз больше тока, предназначенного для стальных деталей, хотя температура расплава стали намного превышает алюминий.

Дополнительной сложностью сварки алюминия становится и тот факт, что в бытовых условиях приходится варить самые разные сплавы неизвестной марки. Чтобы получить качественные сварочные швы, необходима особая технология сварки.

Сварка инвертором: особенности

Температура плавления алюминия.

Такая технология сварки специально предназначена под работы с алюминием. Этот материал варится в оболочке защитного газа, чаще всего аргона. Для процесса сварки алюминия применяются вольфрамовые неплавящиеся электроды. Для проведения работ необходимо всегда очищать поверхность такого электрода. Его поверхность накапливает наросты, состоящие из окисей вольфрама. В результате страдает качество шва.

Чтобы удалить такие «коронки» при помощи абразивного диска, выполняют заточку электрода. В результате поверхность электродов становится чистой, не возникает образования заусенцев и канавок. Для заточки электрода применяется специальный диск, который не используется для очищения других материалов. Снизить вероятность появления наростов вполне возможно, если электрод подвергнуть сильному охлаждению газом.

Аргонодуговая сварка: нюансы

Электрическая дуга при этом сварочном процессе образуется между электродом и поверхностью детали. Горелка держит электрод, одновременно происходит подача защитного газа. При этом присадочная проволока становится расходным материалом. Ее подача может осуществляться двумя способами:

Таблица режимов сварки алюминия.

• вручную;
• автоматически.

Сварка алюминия аргоном требует наличия специальной присадочной проволоки. Тип присадки находится в прямой зависимости от химических элементов, входящих в сплав, который будет свариваться. Чтобы происходила автоматическая сварка, применяются следующие виды проволоки:

• АД;
• АО;
• АК.

Размер такой проволоки не превышает 5 мм. Когда приходится варить другие сплавы, в состав которых входит магний, используются аналогичные виды проволоки. Чтобы компенсировать угар во время сварки алюминия, присадочная проволока делается с большим количеством магния.

Сварка алюминия производится несколькими способами:

• MIG;
• TIG.

TIG-сварка обладает низкой скоростью. В несколько раз больше скорость сварочного процесса MIG-сварки. Однако более красивым получается шов, сделанный TIG-сваркой.

Точечный метод: подготовительные работы

Технология сварки точечного вида требует перед началом работ провести подготовку. Сначала подготавливается поверхность алюминия. На этом этапе требуется полностью очистить поверхность от окисной пленки. Чтобы получить качественную сварку, используя точечный способ, будет вполне достаточно освободить полосу от пленки шириной 50 мм. Сварка алюминия согласно точечной технологии может происходить двумя путями:

Схема технологии точечной сварки алюминия.

• механическим;
• химическим.

Самой эффективной, дающей отличные результаты, стала механическая очистка с применением специальных приспособлений. Однако очистку можно проводить также вручную. В большинстве случаев применяются металлические щетки, вращающиеся с большой скоростью.

Когда поверхность очищается руками, пользуются наждачной бумагой.

Безусловно, самой лучшей очисткой считается химическая. Она дает самый большой эффект. Алюминий можно травить различными химическими веществами:

• каустической содой;
• ортофосфорной кислотой.

Прежде чем начать обработку, заготовки обезжиривают. Алюминий после травления можно 3 дня хранить в складском помещении, если будет проводиться сварка с технологией переменной энергии. Одни сутки даются на хранение при использовании сварочного процесса с использованием аккумулированной энергии.

Технология точечной сварки

Такая сварка алюминия доступна при толщине заготовок не более 6 мм. В основном технологический процесс аналогичен сварке самых разных металлов. Однако существует несколько отличий. Точечным способом можно варить заготовки:

Размеры точечных сварных соединений.

• плоские;
• профильные;
• круглые.

Когда проходит точечная сварка, детали, чтобы уменьшить зазор, сдавливаются между собой с некоторым усилием. Если зазор менее 0,2 мм, участок сварки нагревается минимально. Для сварочного процесса используется большой ток, его значение равно 1 кА/мм². Так образуется сварочная точка, которая соединяет заготовки. Автоматическая сварка допустима, только когда используются жесткие режимы. Сварочное время регулируется в зависимости от свариваемой толщины металла. Чтобы не происходил перегрев алюминия, сварка делается короткими сильными импульсами.

Точечная сварка и электроды

За счет того, что сплавы алюминия обладают повышенной теплопроводностью, они требуют применения только конкретных видов электродов. Обычно они отличаются несколькими характерными свойствами:

• электропроводимостью;
• твердостью;
• жаропрочностью.

Такими свойствами обладает медь, поэтому электроды специально для работы точечной сварки изготавливают из этого цветного металла. Состав может меняться, все зависит от вида сплава, который нужно сварить. Поверхность электрода может иметь сферическую форму.

Технологические нюансы сварочного процесса

Проводимость чистого алюминия намного выше стали. Сварка алюминия имеет свои характерные отличия. Обладая высокой теплопроводностью, алюминий не дает проводить качественную сварку, невозможно идеально проплавить металл.

Схема газовой сварки алюминия.

Сварочная зона мгновенно кристаллизуется. Для избежания этого явления требуется увеличить сварочный ток. Заготовку нужно предварительно подогреть. Защитным газом выступает аргон.

Иногда непрочный шов появляется в самом начале сварочного процесса. Причиной является недостаточный провар, так как деталь была плохо прогрета. Эту проблему помогает решить четырехтактный режим. Им оснащаются сварочные агрегаты «Merkle». На начальном этапе имеется возможность создать ток намного больше основного, в результате прогрев детали будет происходить быстрее.

Разнообразие алюминиевых сплавов огромно. К алюминиевой проволоке предъявляется одно основное требование: она должна быть использована в надлежащее время. Когда упаковка вскрыта, ее можно хранить очень ограниченное время. За счет быстрого окисления ухудшатся свойства проволоки. Больше всего влияет на качество проволоки повышенная влажность.

Перед сваркой для лучшего сгорания электрода и получения качественного шва свариваемые детали очищаются от всяческих загрязнений. Очистка делается прямо перед началом сварочного процесса. Это связано со свойством алюминия очень быстро покрываться окисной пленкой.

Схема процесса сварки алюминия полуавтоматом.

Как уже было сказано выше, автоматическая сварка обычного алюминия происходит в зоне защитного газа. Чаще всего используется аргон. Наиболее предпочтительной считается смесь газов. Обычно в этой роли выступает аргон совместно с гелием. Благодаря гелию, обладающему высокой теплопроводностью, особо высокую температуру приобретает сварочная ванна. Это позволяет сварить алюминий, имеющий большую толщину. Смешение газов способствует лучшему газовыделению, оно защищает шов от появления пор.

Классическими сварочными устройствами «MIG» можно варить алюминий, но это достаточно условно. Наилучшие результаты показывают синергетические импульсные устройства, имеющие специальную программу. С ее помощью проводится автоматическая сварка самого алюминия, многочисленных цветных металлов. Чтобы варить алюминий, листы которого имеют толщину равную 6 мм, требуется сварочное оборудование, имеющее возможность регулировать подачу сварочного тока, достигающего 300 А.

Импульсная сварка: характеристики

Такие синергетические импульсные механизмы имеют специально разработанные программы, которые помогают варить различные виды материалов. Для каждого вида сплава программа обладает индивидуальной настройкой. Ручной регулятор, выведенный на рабочую панель, позволяет настроить требуемую программу. Кнопочной регулировкой быстро подбирается требуемая сила тока. Другие параметры настраиваются автоматически встроенным микропроцессором.

Новейшие импульсные сварочные агрегаты поддерживают многие сварочные режимы. Четырехтактный режим дает возможность произвести настройку индивидуальных сварочных параметров, требующихся на каждом технологическом переходе. Когда начинается сварка, первоначальный такт посылает самый высокий ток, в результате происходит ускоренный прогрев свариваемых заготовок. Такой режим позволяет избавиться от всевозможных дефектов, которые возникают в самом начале сварочного процесса.

Когда завершаются сварочные работы, иногда появляются некоторые дефекты, например, незаваренный кратер. Когда металл находится в расплавленном состоянии, когда начинается его охлаждение, возможно появление горячих трещин. Третий такт дает пониженный ток, что позволяет полностью избавиться от указанных дефектов.

Сложности, с которыми сталкиваются сварщики

1. Когда проводится сварка алюминия, его поверхность закрывает окисная пленка. Она не дает возможности надежно сваривать детали, загрязняет шов, который становится непрочным. Такую пленку необходимо быстро удалять.
2. На свариваемость алюминия оказывает большое влияние перепад температуры плавления.
3. Коэффициент расширения, имеющий высокие значения, когда проводятся сварочные работы, способствует появлению серьезных деформаций. Поэтому сварка алюминия должна происходить с максимальной аккуратностью.
4. В жидком состоянии алюминий имеет большую текучесть. Поэтому когда он варится, возможно образование подтеков. Чтобы избавиться от такого явления, требуется обязательное использование прокладок, а также других специальных приспособлений.
5. Когда повышается температура при сварке алюминия, прочность металла резко падает, он быстро разрушается.
6. Алюминий подвержен короблению. Поэтому сварка алюминия требует надежного крепления деталей.
7. Чтобы швы получались качественными, прочными и надежными, необходимо тщательно очистить сварочную проволоку.

Что касается техники безопасности, то для проведения сварочных работ сплавов алюминия рабочий должен иметь:

• защитную маску;
• перчатки;
• резиновые сапоги.

Обязательно должна быть хорошая изоляция всех соединительных проводов. Помещение, в котором проводится сварка алюминия, не должно хранить взрывоопасные и горючие материалы. Оно должно хорошо проветриваться, чтобы вредные газы быстро улетучивались.