Технология выполнения сварки алюминия и его сплавов

Сварка алюминия и его сплавов — это трудоемкая и технологически сложная операция, требующая наличия определенных знаний и умений. Высокие показатели электро- и теплопроводности, небольшой вес и отличные механические свойства алюминия делают его одним из самых популярных материалов во многих областях деятельности человека.

Несмотря на все достоинства, алюминий очень трудно сваривается. Умение качественно варить алюминий — это то, что отличает опытного сварщика от новичка. Поэтому далее будут рассмотрены основные методы и технология сварки алюминия.

Особенности сварки алюминия и его сплавов

Трудносвариваемость алюминия обусловлена рядом его свойств:

1. На поверхности алюминиевых изделий всегда присутствует окисная пленка Al₂O₃, которая имеет температуру плавления около 2040°C, в то время как плавление самого металла осуществляется при температуре 660°C.
2. Большая жидкотекучесть материала затрудняет управление сварочной ванной и приводит к необходимости использования теплоотводящих подкладок.
3. Легкая окисляемость алюминия приводит к образованию тугоплавкой пленки на каплях расплавленного металла, что затрудняет их соединение в единый шов. Чтобы избежать возникновения пленки, необходимо организовать надежную защиту сварочной зоны от поступления к ней воздуха.
4. Большая усадка материала приводит к деформации сварного шва после его охлаждения и затвердевания.
5. Склонность к возникновению кристаллизационных пор и трещин в шве приводит к уменьшению его механических характеристик.
6. Высокая теплопроводность алюминия вызывает необходимость использования большого значения рабочего тока. Оно должно быть в 1,5-2 раза больше за ток для сварки стальных изделий.

Читайте также:

Как производится сварка различных металлов.

Разновидности электродов для сварки чугуна.

Способы сварки алюминиевых изделий

Варить алюминий и его сплавы можно различными методами, среди которых самыми популярными являются следующие:

1. Автоматическая дуговая сварка, при которой можно применять флюс. При выборе флюса особое внимание следует уделять его составу, потому что при сварке алюминия флюс должен быть изготовлен из химически чистых элементов.
2. Аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом. Основным достоинством данного способа является то, что он не требует использования флюса.
3. Контактная стыковая сварка с применением специальных машин, которые позволяют добиться непрерывного плавления свариваемого материала.
4. Точечная сварка.
5. Шовная сварка, которую можно использовать только в том случае, если в наличии имеется достаточно мощное оборудование с ионными прерывателями.

Электроды для сварки алюминия и его сплавов

Электродуговая сварка алюминия осуществляется с помощью различных схем:

• TIG — технология сварки, предполагающая использование неплавкого электрода, присадочного материала и газообразного флюса;
• MIG — способ, отличающийся от первого автоматической подачей проволоки;
• ММА — вариант, при котором применяются плавкие электроды, окруженные оболочкой-флюсом.

При TIG-технологии применяются вольфрамовые электроды, которые способны выдержать температуру более 3000°C. При этом сами электроды практически не расходуются, так как они принимают участие только в процессе генерации электрической дуги. Присадочным материалом в этом случае является алюминиевая проволока. Рекомендуемые режимы сварки алюминия и его сплавов вольфрамовыми электродами представлены в таблице.

Толщина алюминия, мм	Диаметр электрода, мм		Значение сварочного тока, А
	вольфрамового электрода	присадки	в аргоне	в гелии
1-2	1,6-2,0	1-2	50-70	30-40
3-4	2,0-3,0	2-3	100-130	60-90
4-6	3,0-4,0	3	160-180	110-130
6-10	5,0	3-4	220-300	160-240
11-15	6,0	4	280-360	220-300

Кроме вольфрамовых стержней существуют еще и угольные электроды. Сварка алюминия такими электродами — это особая технология, при которой вместо вольфрамового стержня применяются электроды из углерода.

Такой процесс используется при необходимости сварки алюминиевых деталей толщиной от 5 до 10 мм, а также при заваривании различных дефектов в литых конструкциях. В данном случае порошкообразный флюс наносится на свариваемые кромки и присадку. Диаметр угольных стержней колеблется в пределах 2-18 мм. При этом их длина может составлять 70 см. Это объясняется тем, что уголь, в отличие от графита, во время сварки достаточно сильно расходуется.

Плавкие электроды применяются при стыковке алюминиевых деталей с толщиной кромки не менее 4 мм. Причем плавким стержнем можно заварить только стыковочный шов. Тавровое соединение или сварка внахлест таким электродом не выйдет. Оптимальным вариантом плавких электродов является серия ОЗАНА. С помощью таких элементов можно получить высокую механическую прочность сварочной зоны, одновременно гарантируя небольшую вероятность возникновения в стыке коррозийных процессов.

Сварка алюминия с помощью электродов

Сварка алюминия и его сплавов в первую очередь подразумевает подготовку металла к процессу сваривания. Подготовка включает профилирование свариваемых кромок, а также удаление поверхностных загрязнений и окислов. Удаление и обезжиривание осуществляется с помощью органических растворителей или специальных щелочных ванн.

В качестве растворителей используют уайт-спирит, растворители РС-1 и РС-2, технический ацетон. Обезжиривание алюминиевых изделий можно осуществлять в специальном водном растворе. Удаление поверхностной пленки является одной из самых нужных работ при подготовке материала к свариванию. Окисную пленку можно удалить с помощью металлических щеток. После соответствующей обработки кромки необходимо еще раз обезжирить растворителем. После процедуры зачистки деталь перед сваркой можно хранить не более 3 часов.

При более широких масштабах производства поверхности деталей подвергают травлению по следующей технологии:

• обезжиривание в растворителе;
• травление в ванне из водного раствора — 45-50 г/л НаОН (температура ванны должна быть около 65°C, время травления — 60-120 с);
• промывка в проточной воде температурой около 70°C, после чего осуществляется промывка в холодной воде;
• осветление в 30%-ном водном растворе HNO₃ на протяжении 60-120 с;
• промывка в холодной проточной воде, после чего промывка в горячей воде температурой 65-75°C;
• просушивание горячим воздухом (около 75°C).

После проведения подготовительных работ можно приступать непосредственно к сварке. Ее производят постоянным током обратной полярности. Сварочный ток должен быть такой величины, чтобы на 1 мм алюминия припадало — 25-30 А.

Чтобы получить сварной шов высокого качества, металл подогревают до температуры 300-400°C. Подогрев и последующее охлаждение алюминия позволяет исключить возможность возникновения кристаллизационных трещин и снизить коробление. Для сварки больших деталей можно использовать локальный подогрев сварочной зоны. Сразу после окончания работ шов необходимо промыть горячей водой и обработать металлической щеткой.

Сварка алюминиевых заготовок — процесс, требующий наличия некоторого опыта в проведении подобных работ. При точном соблюдении всех инструкций и рекомендаций можно добиться хорошего результата.