Сварка алюминия: особенности и технологии. Особенности сварки алюминия

условия, оборудование, пошаговое описание и рекомендации

Алюминий – один из самых распространенных цветных металлов, который используется не только на промышленных предприятиях, но и в бытовых условиях. Однако алюминиевые сплавы, без сомнения, считаются проблемными металлами для проведения сварочных работ.

Особенности соединения алюминиевых деталей часто вызывают определенные сложности у начинающих сварщиков. Но если внимательно изучить условия сварки алюминия, необходимое оборудование, а также рекомендации опытных специалистов и пошаговое описание технологического процесса, то можно самостоятельно осуществить сварку алюминиевых сплавов в домашних условиях.

Особенности соединения алюминиевых изделий

Многие характеристики цветных металлов препятствуют созданию прочного и надежного соединительного шва. Сварка алюминия и его сплавов не является исключением, здесь также важно учитывать целый спектр особенных свойств этого материала.

Основными особенностями надежного соединения деталей из алюминия являются:

1. Температура плавления самого металла – 660℃, в то время как оксидная пленка, которая всегда присутствует в процессе сварки, плавится при температуре около 2000℃.
2. Серьезной проблемой является создание сварочной ванны, так как алюминий в расплавленном состоянии обладает высокой текучестью. Поэтому сварка алюминия в домашних условиях требует использования специальных приспособлений, которые способны эффективно отводить тепло из зоны соединения.
3. Оксидная пленка моментально покрывает капли расплавленного металла и существенно препятствует формированию надежного, сплошного сварочного шва. Для предотвращения этого недостатка в процессе сварки алюминия и его сплавов необходимо применять защитный газ, который обволакивает сварную зону и препятствует взаимодействию металла с воздухом.
4. Растворенный водород, который входит в химический состав алюминиевых сплавов, стремится выйти в атмосферу. Этот процесс приводит к образованию кристаллизационных трещин и воздушных пор при сварке.
5. Процесс соединения материала необходимо осуществлять при больших величинах тока, так как он имеет высокую теплопроводность.
6. Высокий коэффициент линейного расширения способствует значительной усадке металла при застывании.
7. Метод выполнения сварки алюминия и режим соединения очень затруднены тем, что трудно визуально определить марку металла.

Трудности, возникающие при сварке

Во время проведения сварочных операций любой металл существенно нагревается и способен изменять свой цвет. Именно такое свойство поведения меди или железа помогает опытному сварщику определить качество соединительного шва и произвести необходимые регулировки температуры нагрева. В случае с алюминием изменения цвета под влиянием высокой температуры не происходит, что мешает даже опытному специалисту оценить результат работы.

Негативное воздействие на условия сварки алюминия оказывает присутствие на его поверхности окислов, которые приводят к интенсивному газообразованию и делают соединение пористым.

Так как алюминий быстро нагревается, то приходится постоянно контролировать длительность термического воздействия на свариваемые поверхности. Превышение периода нагрева приводит к возникновению трещин и деформации изделия.

Достоинства и недостатки алюминиевого соединения

Несмотря на все сложности процесса сварки алюминия в домашних условиях, существуют и некоторые достоинства такого соединения. К ним можно отнести:

• значительную экономию финансовых вложений, при наличии необходимого оборудования;
• возможность применения дополнительных подручных приспособлений;
• быстрое выполнение соединения, которое легко контролировать;
• незначительные требования к качественным показателям сварного шва.

Наряду с достоинствами, существуют и определенные недостатки сварки алюминия:

• сложность применения передовых современных технологий в домашних условиях не позволяет добиться соединения высокого качества;
• большие проблемы с правильным выбором присадочного материала;
• соблюдение правил техники безопасности затруднено одновременным использованием газа и электрической энергии;
• трудность создания правильных условий хранения электродов;
• методы контроля качественного соединения затруднены по многим параметрам.

Технологический процесс сварки

При работе с цветными металлами, в частности с алюминиевыми изделиями, сварщик должен строго выполнять основные этапы процесса сварки, которые включают:

1. Подготовительный этап очистки поверхности соединяемых деталей.
2. Прогрев места сварки до температуры 150℃.
3. Настройка аппарата для сварки алюминия на оптимальный режим работы.
4. Этап возбуждения дуги полностью зависит от метода сварки.
5. Формирование сварочной ванны необходимо осуществить за несколько секунд до соединения. Визуально в зоне нагрева должно появиться пятно зеркального вида.
6. Сваривание деталей происходит после подачи присадочного материала в сварочную ванну.
7. Дуговая сварка алюминия происходит при использовании постоянного тока обратной полярности.

Механический способ очистки поверхности

Предварительная подготовка свариваемых кромок является залогом надежного и качественного соединения алюминиевых деталей.

Очистка механическим способом осуществляется с помощью:

• шабера;
• мелкозернистой наждачной бумаги;
• специальными проволочными щетками из металла.

Использование наждачной бумаги во многих случаях приводит к загрязнению поверхности мелкой крошкой, поэтому такой метод может применяться только в непредвиденных ситуациях. Наиболее эффективно использование специальных щеток из проволоки из нержавеющей стали диаметром до 0,15 мм. Главное, чтобы щетка была предназначена исключительно для очистки алюминия, ведь частицы другого материала значительно уменьшают прочность сварочного шва.

Не рекомендуется применение различных насадок для дрели или болгарки, так как они способствуют проникновению кислорода к месту соединения.

Химический метод очистки

Разрушить оксидную пленку можно и химическим способом. Для этого поверхность свариваемых деталей необходимо обработать следующим составом:

• 50 грамм технического едкого натра;
• 45 грамм фтористого натрия;
• один литр воды.

Таким составом нужно произвести травление металла в течение одной минуты. Материалы, очищенные химическим способом, защищены от оксидной пленки на 3–4 дня, при этом обработке подлежит и присадочный пруток.

После травления детали промывают водой и проводят осветление поверхности азотной кислотой (2 мин).

Способы сварки алюминиевых изделий

Процесс сварки алюминия осуществляется с применением различных приспособлений и составов, призванных в первую очередь защитить место сварки от неблагоприятного воздействия окисной пленки. Под такими защитными средствами подразумеваются неактивные газы и флюсы.

Именно от использования защитных компонентов и зависят методы соединения алюминия:

1. Сварка электродом с использованием защитного неактивного газа (TIG–сварка).
2. Соединение полуавтоматическим аппаратом для сварки алюминия в зоне действия инертного газа с автоматической подачей присадочной проволоки (MIG–технология).
3. Использование плавких электродов с порошкообразным флюсом без применения газообразной защиты (MMA–сварка).

Особенности сварки полуавтоматом

Несмотря на высокую эффективность, такой метод используется в домашних условиях не очень часто. Виной этому довольно высокая цена сварки алюминия, вернее самого оснащения.

При работе с полуавтоматом вручную осуществляется движение горелки, а вот подача присадочной проволоки происходит в автоматическом режиме. Сварочный аппарат для сварки алюминия полуавтоматическим методом настроен на работу постоянным током с полярностью обратного типа.

Подбор режимов свари полуавтоматом, не оснащенным дополнительными функциями, производится в основном опытным путем, поэтому этот метод представляет определенную сложность для начинающих сварщиков.

Особое внимание следует уделить подающему механизму, так как низкая скорость подачи присадочной проволоки будет приводить к частой замене наконечника.

Сварка электродом в среде защитного газа

Этот вид сварки наиболее популярен в домашних условиях, так как его прочность позволяет создавать многие конструкции из алюминиевых сплавов. Для соединения деталей используются специальные электроды для сварки алюминия, которые представляют собой вольфрамовые стержни диаметром 1,6–5 мм с температурой плавления – 3000℃. В процессе работы такие стержни почти не изнашиваются, а в основном используются для генерации электрической дуги.

Материалом для создания сварочного шва является присадочный алюминиевый стержень. В качестве защитного газа используется аргон или гелий. Питание электрической дуги осуществляется сварочным аппаратом с переменным током.

Скорость сваривания зависит от расхода защитного газа. Если подача газовой смеси велика, то в область сварки может попадать воздух, что оказывает негативное влияние на качество соединения. Подачу газа необходимо включать за четыре секунды до зажигания электрической дуги, а отключать через семь секунд после ее отключения. Такие действия полностью защитят место контакта деталей от попадания воздуха.

Сварка электродом без газа

По мнению опытных сварщиков, при работе электродом без слоя защитного газа результат сварки может получиться не хуже соединения с использованием аргона. Правда, начинающие специалисты выделяют некоторые существенные недостатки этого метода: существенное разбрызгивание металла в процессе сварки, получение низкокачественного шва, плохое удаление шлака, что приводит к образованию ржавчины.

Такой вид стыковки алюминия и его сплавов применяют для создания металлических конструкций с толщиной материала не менее 4 мм. Для получения высококачественного соединения понадобится предварительный прогрев места сварки до 350–400℃.

По окончании сварочного процесса необходимо очистить шов горячей водой и металлической щеткой.

Рекомендации специалистов

После предварительной подготовки поверхности существуют определенные правила, которые применимы при любом методе соединения. Опытные сварщики рекомендуют:

• все операции проводить справа налево;
• подавать присадочный материал короткими, возвратно-поступательными движениями;
• длину электрической дуги выдерживать в пределах 1,5–2,5 мм;
• электрод располагать под прямым углом к проволоке;
• не допускать поперечных движений электрода.

Конечно, процесс сварки алюминия представляет определенные сложности для начинающего сварщика, но если внимательно и аккуратно проводить все технологические операции, то можно добиться надежного и прочного соединения этого капризного металла. Главное, не забывайте соблюдать меры техники безопасности, ведь здоровье дороже всего.

www.nastroy.net

Особенности сварки алюминия

Темы: Сварка алюминия, Аргонодуговая сварка (TIG).

Сварка алюминия затруднена следующим :

1. На поверхности детали образуется тугоплавкая окись алюминия, высокая температура (2050…2060оС) плавления которой препятствует образованию сварочной ванны и соединению кромок свариваемого материала, который расплавляется при более низкой температуре( 650 …660оС).

Еще страницы по теме

Особенности сварки алюминия

:

2. Алюминий и его сплавы жидкотекучи , не меняют своего цвета, оставаясь серебристо-белыми. Это затрудняет сварку и визуальное определение момента сварки и заплавления шва.

3. Высокая теплопроводность алюминия и быстрый отвод тепла приводят к большим внутренним напряжениям, к короблению деталей и к появлению трещин.

Несмотря на эти затруднения можно получить качественные сварные швы одним из способов :

1. газовая сварка как без флюса, так и с флюсом;
2. электродуговая сварка плавящимся электродом;
3. электродуговая сварка неплавящим угольным электродом;
4. аргонно-дуговая сварка.

Особенности сварки алюминия : газопламенная сварка. Газовую сварку без флюса проводят восстановительным пламенем с небольшим избытком ацетилена. Внутренние полости детали набивают песком, на деталь, подогретую до 250 … 300оС, укладывают куски припоя (металл однородный с деталью) и пламенем горелки одновременно подогревают припой и деталь, а с помощью стального крючка удаляют окисную пленку и пододвигают расплавленные куски припоя к трещине, перемешивают крючком, добиваясь надежного сваривания.

При безфлюсовой сварке качество сварки хуже, чем при сварке с флюсом. Для разрушения окисной пленки чаще всего используется флюс АФ-4А, представляющий собой смесь хлористых и фтористых солей натрия, калия и лития. Флюс сильно разъедает металл, поэтому после сварки необходимо тщательно удалять остатки флюса и промывать деталь. Сварку детали ведут алюминиевым прутком, предварительно покрытым флюсом, или флюс насыпают на кромки трещин и водят по нему прутком, или пруток во время сварки обмакивают во флюс. Для улучшения структуры шва и снятия внутренних напряжений деталь при сварке желательно нагревать до 300 …350оС.

Электродуговую сварку алюминиевых деталей проводят на постоянном токе обратной полярности. Используются электроды типа ОЗА-1 и ОЗА-2, изготовляемые из алюминиевой проволоки с нанесенной обмазкой, аналогичной по составу флюсу АФ-4А.

Сварка алюминия угольным электродом применяется реже, чем другими способами. Процесс выполняется аналогично газовой сварке с флюсом.

Рисунок. Схема аргонно-дуговой сварки алюминия.

Особенности сварки алюминия TIG: аргонно-дуговая сварка (см рисунок) обеспечивает самое лучшее качество сварки, выполняется с помощью вольфрамового электрода и стационарных установок УДАР-300, УДАР-500, состоящих из сварочного трансформатора с дросселем насыщения и осциллятором или с помощью передвижных установок УДГ-301 и УДГ-501. Имеются установки для сварки алюминия различными токами: постоянным или импульсным ( УДГ-161) ; постоянным, импульсным или переменным (УДГ- 251, УДГ-351) .

В зону электрической дуги между деталью и вольфрамовым электродом через специальную горелку подается аргон, который предохраняет металл от окисления и вводится алюминиевый пруток. Разрушение окисной пленки происходит под действием дуги. Состав электродной проволоки выбирается близким по составу основному металлу.

• < Способы дуговой сварки алюминия
• Особенности сварки алюминия (часть 2) >

weldzone.info

Особенности сварки алюминия - часть 3

1.2. Конструктивные и технологические особенности сварки алюминия .

Как было сказано выше, из-за большого коэффициента теплопроводности и линейного расширения алюминия, существенно искажается форма, и изменяются размеры сварных конструкций из алюминиевых сплавов. Поэтому, необходимо использовать конструктивные и технологические методы уменьшения сварочных деформаций вне зависимости от выбранного вида сварки.

Конструктивные способы уменьшения деформаций и напряжений предусматриваются при проектировании сварного соединения. К ним относятся уменьшение количества сварных швов в изделии, симметричное расположение ребер жесткости, швов, косынок. Для уравновешивания деформаций припуски деталей на усадку должны быть равны усадке с тем, чтобы размеры конструкции после сварки соответствовали проектным. Необходимо предусматривать возможность использования зажимных сборочно-сварочных приспособлений для предотвращения смещения свариваемых кромок относительно друг друга в процессе сварки. Повышенная склонность к деформации свариваемых соединений алюминия и его сплавов способствует появлению в них горячих трещин. Особенно склонны к образованию горячих трещин стыковые швы, близко расположенные друг к другу из-за пересечения зон термического влияния. Необходимо конструктивно располагать швы на максимально возможном удалении друг от друга. Если нельзя разнести швы, соединяемые элементы изготавливают как единое целое (рис.1.4).

а) б)

Рис.1.4. Конструкция соединения близко расположенных патрубков с листом

а – не рекомендуемая; б рекомендуемая

Отличительной чертой сварки алюминия является то, что описанные выше конструктивные способы необходимо применять в совокупности с описанными в предыдущем разделе методами удаления окисной пленки из сварного соединения. Это наглядно иллюстрируется на примере соединения трубы с трубной доской (такие устройства широко применяются как теплообменники в энергетике и представляют собой два круглых фланца с просверленными в них отверстиями, в которые вставлены теплообменные трубки). На рис.1.5 показаны различные виды соединения трубы с трубной доской.

Рис.1.5. Соединение трубы с трубной доской

а) замковое; б) стыковое с канавкой, полученное гибкой; в) стыковое с канавкой, полученной резанием.

На рис.1.5 а показано соединение трубы с трубной доской, где наклонная канавка выполняет две функции: первая функция – удаление окисных пленок, вторая функция – создание равнотолщинности сварного соединения (сварка выполняется по кольцу с торцевой верхней поверхности). На рис.1.5 б, в показан другой вид соединения, где кольцевая канавка служит для удаления окисных пленок, а кольцевая проточка в трубной доске – для обеспечения равнотолщинности сварного соединения (сварка также выполняется с торцевой поверхности по кольцу). Вообще, в связи с низкой температурой плавления для алюминия проблема равнотолщинности очень актуальна. Это вызвано тем, что для высококачественного сварочного соединения необходимо проплавить обе сопрягаемые поверхности. Из-за низкой температуры плавления более тонкая деталь может просто расплавиться. Поэтому, свариваемые кромки разнотолщинных элементов должны иметь одинаковую толщину. На рис.1.6 показаны варианты стыкового соединения разной толщины.

а) б)

Рис.1.6. Стыковое соединение металла разной толщины

а – допускаемое; б рекомендуемое

Для стыковых соединений ширину утоненной части более массивного элемента можно ориентировочно определить по формуле [8]

где S1, S2 – толщины свариваемых соединений, l – длина утоненной части.

Не менее важны технологические меры уменьшения деформаций. Необходимо подобрать оптимальный режим сварки, с тем, чтобы зона термического влияния была минимальной. Для этого стремятся использовать методы сварки, обеспечивающие высокую концентрацию энергии в дуге, а соединения сваривают на повышенных скоростях. На деформацию соединения существенно влияет порядок выполнения швов. При выполнении швов большой протяженности целесообразно использовать обратно-ступенчатый способ сварки. Сварку конструкций, имеющих несколько последовательно расположенных швов, целесообразно начинать со среднего шва, а затем поочередно, с каждой стороны, выполнять остальные швы, двигаясь к краям конструкции. Также необходимо учитывать, что соединения со скосом кромок более склонны к деформации, чем без скоса кромок и соединения с симметричной двусторонней разделкой кромок менее склонны к деформациям, чем с односторонней разделкой кромок. Для предотвращения продольного прогиба соединений применяют предварительный обратный выгиб свариваемых элементов, который подбирают опытным путем.

Для устранения остаточных деформаций применяют ударную и тепловую правку. Чтобы не повредить поверхность, алюминиевые соединения правят ударами резиновых и деревянных молотков. Правку стальными молотками можно выполнять только через алюминиевые или деревянные подкладки. Тепловую правку применяют для тех алюминиевых соединений, работоспособность которых не ухудшается сопровождающим нагрев разупрочнением, например, при правке малонагруженных элементов или конструкций из отожженного металла. Максимальная температура подогрева должна быть не выше температуры отжига для применяемого алюминиевого сплава.

К числу технологических особенностей сварки алюминия необходимо отнести и предварительный подогрев. Он имеет важное значение в виду того, что окисная пленка на поверхности свариваемых алюминиевых металлоконструкций прекрасно адсорбирует влагу и необходимо применять меры по удалению этой влаги. Если этого не делать, то в сварном соединении могут возникнуть дефекты. Поэтому, свариваемые кромки перед сваркой подогревают, используя газовые горелки (восстановительное пламя), горячий воздух или электроконтактные нагреватели.

Температура и время подогрева зависят от марки и толщины свариваемого металла (табл.1.1). Температуру контролируют с помощью контактных термопар или термокарандашей.

Таблица 1.1

Максимальная температура подогрева некоторых алюминиевых сплавов. [8]

1.3. Материалы для сварки алюминия и его сплавов.

Сварочная проволока. При дуговой сварке большинства соединений требуется проволока, металл которой заполняет зазоры, а также обеспечивает формирование шва в соответствии с размерами, установленными ГОСТ 14806-80. Кроме того, проволока позволяет изменять состав шва, что особенно важно при сварке различных алюминиевых сплавов. Требуемый для легирования состав проволоки выбирают с учетом химического состава свариваемых кромок и доли участия проволоки в образовании шва. Для дуговой сварки в инертных газах содержание каждого элемента в проволоке можно рассчитать из уравнения [8]

где СП – расчетное содержание элемента в проволоке; С0 – содержание элемента в свариваемом металле; СШ – содержание элемента в металле шва; kY – суммарный коэффициент усвоения элемента металлом шва при сварке; .П – доля проволоки в металле шва.

Доля проволоки в металле шва зависит от типа соединения, толщины свариваемых кромок, формы и размеров шва, зазоров.

Под действием высоких температур часть легирующих элементов улетучивается с поверхности расплавленного металла сварочной ванны и электродной проволоки. Эти потери учитывает суммарный коэффициент усвоения элемента металлом шва, который учитывает, какое количество данного элемента перешло в шов. Величина потерь зависит от способа и режима сварки, физико-химических свойств элемента и его содержания в проволоке. Обычно коэффициент усвоения kY определяют экспериментальным путем, сравнивая фактическое содержание элемента в шва с расчетным.

Определенный по уравнению состав проволоки чаще всего не совпадает с составом проволок, выпускаемых промышленностью. В связи с этим для сварки подбирают ту марку проволоки, у которой состав наиболее соответствует расчетному.

С введением легирующих элементов прочность металла шва повышается, а пластичность и коррозионная стойкость снижаются. Для большинства алюминиевых сплавов суммарное содержание в шве или зоне сплавления 5-8% легирующих элементов достаточно, чтобы по границам зерен образовался сплошной ободок из вторичных фаз. При такой структуре дальнейшее легирование не только не увеличивает, а даже несколько снижает прочность в результате концентрации напряжений по малопластичным вторичным фазам. Таким образом, для получения пластичных коррозионно-стойких соединений алюминиевые сплавы целесообразно сваривать менее легированными проволоками. Когда требуются сварные соединения повышенной прочности, наоборот, применяют более легированные проволоки с суммарным содержанием легирующих элементов не выше 6 –7%.

mirznanii.com

Сварка алюминия

Широкое использование изделий из алюминия и сплавов привело к тому, что сварка алюминия стала повседневной потребностью. Но из-за своих уникальных свойств, основательно отличающихся от привычных свойств стали, алюминий имеет ряд особенностей. А сваривание алюминиевых деталей требует определенных знаний и навыков. Ниже рассмотрим особенности сварки чистого алюминия и его сплавов, подготовку заготовок перед сваркой, а также возможные трудности и их устранение.

Разновидности сплавов алюминия.

Способы сварки алюминия:

1. В среде инертного газа (аргонная сварка).
2. Дуговая автоматическая сварка.
3. Дуговая ручная сварка алюминия.
4. Газовая сварка

Сварка в среде инертного газа

Это широко используемый способ сварки алюминиевых изделий. Можно применить аргон или гелий, а также их смесь. Различают две разновидности этого способа:

• неплавящимся электродом;
• плавящимся электродом.

Схема сварки в среде инертного газа.

Для сваривания изделий в аргоне или гелии применяют электроды из вольфрама. Их Ø составляет 2-6 мм. При этом Ø присадочной проволоки берут от 2 до 5 мм. Такими электродами можно сваривать детали толщиной до 12 мм. В качестве источника электроэнергии используют сварочные аппараты УДГ-300 (УДГ-500) или другие, с аналогичными характеристиками.

Расход аргона при использовании неплавящихся электродов составляет 6-15 л/мин. Если сварка идет в гелиевой среде, то его расход примерно в 2 раза больше. К дуге надо подать напряжение 15-20 В для аргона и 25-30 В для гелия.

Работу плавящимися электродами производят постоянным током и проволокой Ø 1,5-2,5 мм. Полярность тока должна быть обратная. Защитный газ — смесь аргона и гелия (не менее 30% аргона) или только аргон.

Вернуться к оглавлению

Дуговая автоматическая сварка

Два способа:

• полуоткрытая дуга по слою флюса;
• закрытая дуга под флюсом.

Схема ручной электродуговой сварки.

Используют флюсы марок АН-А1 и АН-А4. Для алюминиево-магниевых сплавов допускается использовать флюс только марки АН-А4. Флюс АН-А1 содержит NaCl. В процессе плавления Na высвобождается, входит в металл шва и делает его пористым и некачественным.

Сварка алюминия идет по флюсу потому, что последний имеет значительную электропроводность. По этой причине дуга шунтируется и ее устойчивое горение нарушается. Качество сварного соединения снижается.

Используют флюсы ЖА-64 или ЖА-64А. Они керамические и обладают низкой электропроводностью. Применение расщепленных электродов и постоянного тока обратной полярности или переменного тока гарантирует качественное сплавление алюминиевых деталей.

Вернуться к оглавлению

Дуговая ручная сварка

Этот вариант применим для сплавления заготовок толщиной 4 мм и больше. Если толщина более 10 мм, то надо провести подготовку кромок. Дуговая ручная сварка алюминия производится быстро, без поперечных «челночных» колебаний. Вариант хорошо подходит для соединений встык, а в тавровых или нахлесточных соединениях затруднительно удалять шлак при промывке. Предварительно детали надо прогреть до 100-400°С.

Вернуться к оглавлению

Газовая сварка металла

Способы газовой сварки.

При газосварке наиболее часто используют ацетилен. Обладая наибольшей температурой горения, если сравнивать с другими газами, ацетилен позволяет повысить скорость процесса и качество соединения.

Его расход примерно 100 л/час на 1 мм толщины металла. Применяют присадочную проволоку Ø 1,5-5,5 мм. Газовую сварку рекомендуется проводить под флюсом, что предотвратит окисление металлов.

Его наносят на детали, подлежащие свариванию, в виде пасты. При толщине металла 4 мм и больше проводят подготовку кромок, а при толщине более 8 мм применяют подогрев деталей.

Остатки флюса после сварки смывают горячей водой или хромовой кислотой 2%-ой концентрации.

Вернуться к оглавлению

Рекомендации по подготовке кромок

При значительной толщине деталей глубина ванны сварного шва бывает недостаточной и соединение будет некачественным. Надо провести подготовку кромок в месте контакта.

1. Металл до 3 мм. Сварку выполняют за один проход с одной стороны без подготовки кромок. Под шов следует установить подкладку из тугоплавкого материала.
2. Металл 4-6 мм. Сварку проводят без подготовки кромок, но с проходом по двум сторонам.
3. Металл 8-15 мм. Производится V-образная подготовка кромок, количество проходов до 4.
4. Металл больше 15 мм. Производится Х-образная подготовка кромок. Детали сваривают с двух сторон равным количеством проходов.

Вернуться к оглавлению

Особенности сварки алюминия

Алюминий вступает в химическую реакцию с кислородом, в процессе которой на поверхности металла образуется тонкий слой оксида Аl2О3. Особенность в том, что оксиду алюминия присущи свойства, значительно отличающиеся от свойств чистого алюминия. Основные отличия, влияющие на качество сварки, это более высокая плотность и температура плавления. В процессе сварки частички оксида препятствуют однородному сплавлению кромок металла, а шов имеет неоднородный состав. Поэтому перед сваркой надо тщательно зачищать кромки свариваемых деталей.

Интересно! Корунд — оксид алюминия, встречается в природе в виде кристаллов. Также его выращивают искусственно. В зависимости от примесей может иметь красный или оттенки синего цвета. Любителям ювелирных изделий будет интересно узнать, что красный корунд — это рубин, а синий — сапфир.

Кроме механической очистки свариваемых деталей, надо проводить химическую очистку кромок и алюминиевой сварочной проволоки. Наиболее простой способ — протереть их ветошью, смоченной в ацетоне. В жидком металле шва растворяются газы, в частности водород. Алюминию свойствен низкий коэффициент диффузии газов и кристаллизация тугоплавкой пленки оксида на поверхности шва. Эти особенности препятствуют быстрому выходу газов из жидкого металла. В результате образуется высокая пористость, которая снижает пластичность и прочность металла. Для обеспечения выхода из металла более 90% газов следует прогреть детали перед свариванием до температуры около 250°С.

Расплавленный алюминий не меняет цвет.

Мастеру сложно контролировать глубину сварочной ванны. Поэтому корень шва может расплавиться и жидкий металл вытечет. Образуется провал в сварном шве. Для решения проблемы можно использовать подкладки из тугоплавких материалов, например стали или графита.

Алюминий обладает низким модулем упругости и большим коэффициентом линейного расширения. Это ведет к искривлению свариваемых деталей. Их надо жестко крепить на стендах грузами и прижимами. Последние должны быть изготовлены из материалов с низкой теплопроводностью.

При желании освоить процесс сварки алюминия не сложно. Немного теоретической подготовки, внимательное изучение технического руководства к используемой аппаратуре и расходным материалам дадут понимание технологии процесса. А практическое применение знаний позволит «набить руку» и качественно овладеть мастерством сварки алюминия.

expertsvarki.ru

Сварка алюминия: особенности и технологии

Июль 2, 2015

Сварка алюминия и его сплавов отличается от сварки стали. Отличия заключаются в свойствах свариваемого металла.

Алюминий большую, теплопроводность: около 209 Вт/м K против 74,4 у железа. Это затрудняет прогрев места сварки, поскольку тепло интенсивно отводится материалом. Особенно это заметно при сварке массивных деталей.

Для улучшения температурного режима применяется предварительный прогрев сварного шва, а в некоторых случаях и сопутствующий, продолжающийся в процессе сварки.

На поверхности алюминия образуется пленка оксида (Al2O3), которая имеет температуру плавления около 20500С, что намного больше, чем температура плавления алюминия (около 6600С). Эта пленка не только препятствует нормальному образованию сварочной ванны, но и способна загрязнить сварочный шов примесями, снижающими его прочность.

Для удаления оксидной пленки детали перед сваркой протравливают специальными растворами, подвергают механической очистке и промывке. Для предотвращения окисления алюминия при высокой температуре применяется сварка в защитной среде инертного газа: аргона, гелия или их смеси.

Есть и другие особенности сварки алюминия, такие, как большая литейная усадка, высокий коэффициент температурного расширения и некоторые другие.

Сварка алюминия и сплавов на его основе производится с обратной полярностью, при таком подключении происходит бомбардировка поверхности деталей положительными ионами, которые разрушают оксидную пленку. Используются два основных метода сварки: с неплавким электродом (TIG) и с плавким электродом, роль которого играет присадочная проволока, подаваемая в зону сварки автоматически (MIG).

При сварке неплавким электродом используется присадочная проволока, подаваемая вручную. Сварка TIG позволяет получить качественный и ровный, красивый шов. Сварка MIG отличается высокой производительностью.

Наилучшие результаты при сварке алюминия дает импульсный режим, при котором напряжение периодически изменяется от максимального, при котором происходит интенсивное плавление краев деталей и перенос материала с присадочной проволоки в сварочную ванну, до минимального, при котором поддерживается «дежурная» дуга.

Сварочные аппараты, специально предназначенные для сварки алюминия, имеют несколько программ работы с различными импульсными режимами, оптимизированными для определенных сплавов. Особый интерес представляет четырехтактный режим, при котором начало шва качественно прогревается увеличенным током, а в конце плавное уменьшение сварочного тока позволяет завершить шов без деформаций.

electrod.biz

Особенности сварки алюминия (часть 2)

Темы: Сварка алюминия, Сварные соединения.

Алюминий — химически активный металл, трехвалентный во всех стабильных химических соединениях. Имеет высокое сродство к кислороду и соединяется с ним даже при нормальной температуре, образуя плотную и прочную окисную пленку Аl2O3, покрывающую поверхность металла и делающую его коррозионно стойким, особенно в кислых средах. Пленка Al2O3 имеет высокую температуру плавления (Тпл = 2050° С), кипения (Tкип = 3500° С) и плотность, большую, чем у расплавленного алюминия (γAl2O3 = 3,85 г/см3). При сварке окисная пленка может погружаться в металл шва, в результате чего существенно ухудшаются его наиболее ценные свойства: коррозионная стойкость, электропроводность. При этом снижаются некоторые механические свойства, могут образоваться поры. В связи с тем, что наличие пленки Al2O3 на поверхности свариваемого металла и электродной проволоки неизбежно, то одной из наиболее важных и трудных задач, которые приходится решать при разработке способа сварки алюминия, является очищение металла сварочной ванны от Al2O3 и выведение ее в шлак.

Расплавленный алюминий и его сплавы взаимодействуют практически со всеми газами, составляющими атмосферу,— с кислородом, азотом, водородом, а также с Н2О, СО, СO2 и другими. Наблюдается как химическое взаимодействие с образованием окислов, карбидов, нитридов и других соединений, так и активное растворение газов в алюминии.

Растворимость карбидов, нитридов, сульфидов и окислов в алюминии незначительна, они образуют неметаллические включения в металле шва, существенно ухудшающие свойства последнего. Водород, хотя и не образует химических соединений с алюминием, но активно в нем растворяется и обычно занимает более 75% в общем объеме поглощенных алюминием газов. Однако в окружающем нас воздухе свободного водорода содержится сравнительно мало, и его наличием нельзя объяснить высокую степень насыщения алюминия этим газом. Основным поставщиком водорода в зону сварки являются водородосодержащие химические соединения, в том числе и вода, которая может находиться во флюсе, в защитных газах, в адсорбированном виде на поверхности свариваемого металла или электродной проволоки и т. д. При сварке открытой дугой парциальное давление водорода в реакционной зоне существенно повышается за счет влажности окружающей атмосферы. Насыщение водородом алюминия, вероятно, проходит двумя путями:

1. в результате диссоциации паров воды в дуге и растворения атомарного водорода в металле капель или сварочной ванны;
2. в результате химического взаимодействия расплавленного алюминия с парами воды:

2Al + ЗН2O = Al2O3 + 6Н.

При протекании этой реакции алюминий одновременно окисляется и насыщается водородом.

На основании приведенных выше кратких сведений о взаимодействии алюминия с газами окружающей атмосферы применительно к сварке алюминия можно сделать несколько принципиально важных замечаний:

1) все компоненты окружающей атмосферы в большей или меньшей мере оказывают отрицательное влияние на свойства металла шва;

2) для достижения высокого качества сварных соединений из алюминия или его сплавов необходимо разработать такой метод сварки, при котором реакционная зона была бы защищена от проникновения в нее атмосферных газов;

3) желательно создавать в реакционной сварочной зоне атмосферу, состоящую из пассивных по отношению к алюминию газов, не растворяющихся в нем;

4) целесообразно не только защищать в процессе сварки расплавленный металл от поглощения газов, но и производить активную его металлургическую обработку.

В процессе кристаллизации и охлаждения до нормальной температуры алюминий не претерпевает фазовых превращений и сохраняет крупностолбчатую дендритную структуру с преимущественным расположением загрязнений по границам кристаллитов. Такая структура, как известно, способствует образованию кристаллизационных трещин, вероятность возникновения которых еще более усиливается в связи с большим термическим коэффициентом объемной усадки, характерным для алюминия и его сплавов. Одной из радикальных мер, приводящих к повышению стойкости металла шва против образования кристаллизационных трещин, является измельчение его первичной структуры путем модифицирования. Однако при использовании существующих методов сварки алюминия не всегда удается достигнуть этого эффекта.

Теплофизические и химические свойства алюминия таковы, что выбор технологического процесса сварки значительно ограничен. Так, например, из-за низкой температуры плавления (Tпл = 658° С), высокой жидкотекучести, малой прочности металла при температурах, близких к Tсол, сваривать алюминий толщиной более 8 мм можно только в нижнем положении и необходимо принимать меры для удержания расплавленного металла, чтобы исключить протекание его. Вследствие высокой тепло- и электропроводности алюминия необходимо применять для его сварки мощные концентрированные источники тепла.

Основанием для разработки специального керамического флюса и технологии механизированной сварки алюминия закрытой дугой послужила принципиальная возможность преодоления в этом случае указанных трудностей.

• < Особенности сварки алюминия

weldzone.info

Особенности сварки алюминия и меди

Сварка при производстве электромонтажных работ

Особенности сварки алюминия. Основным затруднением при сварке алюми­ния является его способность быстро покрываться на воздухе пленкой окиси.

Окись алюминия А1203 представляет собой кристаллическое вещество вы­сокой твердости, вследствие чего используется как один из абразивных материа­лов (корунд). Окись алюминия имеет температуру плавления около 2050° С при температуре плавления алюминия 658 °С и температуре его кипения около 1800 °С.

Вследствие своей тугоплавкости пленка скиси находится в твердом состоя­нии тогда, когда алюминий уже расплавился, и препятствует слиянию капель металла свариваемых частей, затрудняя этим их соединение. Пленка окиси, остаю­щаяся в шве после сварки, ухудшает его механические и электрические свойства и понижает коррозионную стойкость. Засорение шва включением окиси проис­ходит в то время, когда металл при сварке находится в жидком состоянии. Объяс­няется это тем, что окись алюминия, обладая большей плотностью (4 г/см3), чем у алюминия, легко перемешивается с жидким алюминием (плотность 2,7 г/см?).

При правильном ведении процесса сварки флюсы переводят окись алюминия в легкие шлаки, которые защищают сварочную ванну от окисления и устраняют засорение шва окисью. При сварке без флюса попытки разрушить пленку окиси нагреванием приводят при малой толщине алюминия к пережогу металла, что также значительно ухудшает механические свойства соединений.

Скорость образования пленки окиси на поверхности алюминия при нахожде­нии его на воздухе очень велика, в особенности при высоких температурах. Это следует учитывать при сварке, которая должна вестись таким образом, чтобы поверхность сварочной ванны защищалась от действия кислорода воздуха либо расплавленным флюсом, либо атмосферой нейтрального газа (при аргонодуговой сварке). При газовой сварке дополнительная защита от окисляющего действия воздуха осуществляется также газами самого сварочного пламени, состав ко - торого должен быть нормальным (без избытка кислорода).

Алюминий обладает большой теплоемкостью и высокой теплопроводностью, что обусловливает необходимость применения при сварке мощных источников теплоты. При значительной толщине свариваемых частей в ряде случаев требуется дополнительный подогрев их посторонними источниками теплоты, в особенности если сварка ведется при низкой температуре воздуха.

Способность алюминия растекаться при сварке, его хрупкость и снижение прочности при высоких температурах, приводящие к провалам металла даже от собственного веса, вынуждают вести сварку на подкладках и с уплотнением тор­цов швов.

Формирование швов при сварке алюминия угольным электродом и при га­зовой сварке отличается от того, что наблюдается при сварке стали. В случае сварки стали сварочная ванна располагается только непосредственно в зоне дей­ствия дуги или газосварочной горелки, а в близрасположенных к ванне участках шва металл находится в твердом состоянии. Во время же сварки алюминия жид - кии металл в зоне шва расположен на значительных участках. Например, при сварке угольным электродом алюминиевых шин сечением 100Х 10 мм ванна за­нимает не менее одйой трети шва; при сварке шин шириной 40—50 мм ванна за­частую занимает всю длину шва, заформованного с обеих сторон боковыми уголь­ными брусками. По существу, сварочная ванна всегда представляет собой форму, образованную подкладкой под стыком свариваемых изделий и уплотнениями швов с торцов. Это облегчает сварку алюминиевых шин и делает ее более доступной операцией, чем сварка других металлов.

При сварке алюминия в среде аргона сварочная ванна имеет значительно меньшие размеры, что позволяет выполнять сварку не только в нижнем положе­нии, но и при вертикальном, горизонтальном и верхнем (потолочном) расположе­нии швов. Однако и в этом случае рекомендуется использовать подкладки и за­креплять при сварке соединяемые шины.

У алюминия при нагревании не наблюдается медленного размягчения, по­скольку интервал температур, при котором металл находится в пластическом состоянии перед расплавлением, весьма незначителен. При нагревании алюминий не меняет своего цвета. Эти обстоятельства затрудняют контроль за плавлением металла и требуют от сварщика повышенного внимания.

Особенности сварки меди. Медь в расплавленном состоянии обладает способ­ностью в значительном количестве поглощать некоторые газы, в частности водо­род. При взаимодействии с кислородом, находящимся в меди в виде закиси Си20, происходит реакция восстановления меди из этой закиси с выделением паров воды (Cu20 + Н2 = Н20 - f 2Си). Находясь в толще жидкого металла, водяные пары при повышении их давления расширяют металл, образуя поры и сеть микроскопи­ческих трещин. Это явление, носящее название «водородной болезни», понижает прочность металла и далает его хрупким.

В электрической дуге, у конца угольного электрода, образуется окись угле­рода СО, которая взаимодействует с закисью меди, восстанавливает медь из за- киси и образует углекислоту С02, вызывающую появление пор и трещин. Этот факт при сварке угольным электродом нужно принимать во внимание и произво­дить сварку возможно более длинной дугой (15—25 мм). Необходимая длина дуги обеспечивается выбором источника сварочного тока соответствующего напряже­ния (40—60 В).

Учитывая возможность возникновения пор и трещин вследствие «водородной болезни», необходимо предупреждать попадание влаги в шов, что может произойти, например, в случае применения отсыревшего флюса. По этой же причине необ­ходимо переплавлять буру, входящую в состав флюсов, для удаления из нее кри­сталлизационной влаги.

Окислы, растворенные в меди в процессе ее плавления, распределяются не только в сварном шве, но и частично в зоне термического влияния. Кристаллы окислов меди, перемешиваясь в определенной пропорции с кристаллами меди, образуют эвтектический сплав (3,4% Си20 и 96,6% Си), который располагается по границам зерен меди, ослабляя общую прочность затвердевшего шва. Ухуд­шение качества шва становится заметным, если в меди растворено более 1% закиси меди, что имеет место, если сварку вести на воздухе без применения флю­сов.

Для улучшения качества сварного шва рекомендуется следующая обработка его после сварки: 1) проковка при температуре 300— 400 °С; 2) отжиг при темпера­туре 500—600 °С; 3) охлаждение водой немедленно после отжига.

Благодаря таким операциям структура шва получается мелкозернистой, а сплошная сетка эвтектики раздробляется на мелкие включения. В условиях электромонтажного производства такая обработка трудно выполнима, поэтому ограничиваются только охлаждением шва водой немедленно после сварки.

Раскисление меди при сварке и защита швов от дальнейшего окисления производятся при помощи флюсов, сведения о которых приведены в § 3-6. Наи­более активным раскислителем является фосфор, который входит для этой цели в состав флюсов.

Часто фосфор и другие компоненты (кремний, олово, цинк, серебро), способ­ствующие получению прочных и плотных швов, вводятся в состав присадочной проволоки. Однако такая специальная проволока не получила распространения в электромонтажной практике.

Для предупреждения чрезмерного окисления меди необходимо производить сварку без остановок и перерывов. По этой же причине не разрешается подвари­вать швы для устранения дефектов. При несоблюдении этих условий закись меди образуется в количествах, исключающих получение достаточно пластичных и прочных соединений; происходит пережог металла.

При нагревании медь в значительной степени теряет прочность и приобре­тает большую хрупкость, максимальную при температуре 500 °С. Это следует иметь в виду при сварке и укреплять свариваемые шины, а также не допускать их сотрясения как в момент сварки, так и в период охлаждения швов.

Большая теплопроводность меди, превышающая в шесть раз теплопровод­ность стали, ведет к необходимости применять при сварке достаточно мощные источники теплоты, пользоваться дополнительным подогревом свариваемых кро­мок, а также принимать меры к уменьшению теплопотерь. К таким мерам отно­сятся применение подкладок из малотеплопроводного материала (графитовые, керамические) и наложение теплоизоляции на поверхность свариваемых деталей вдоль швов.

При толщине свариваемых шин более 10—12 мм пользуются обычно дополни­тельным подогревом посторонними источниками теплоты.

Обеспечение безопасности при выполнении свароч­ных работ, а также выполнение необходимых требований промышленной санитарии являются важнейшей частью комплекса мероприятий по организации электромонтажного производства. При сварочных работах следует учитывать воз­можные несчастные случаи, …

В электромонтажной практике сварка пластмасс находит применение при монтаже соединительных муфт на кабелях с поливинилхлоридными оболочками. При этом корпус с муфты, также изготовленный. из поливинилхлорида, при­варивают внахлестку к оболочке. Наиболее …

15-1. Сварка свинца Сварка свинца в электромонтажной практике при­меняется только при монтаже свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. При этом производится приварка ушек аккумуляторных пластин к соединительным полосам. До недавнего времени сварку свинца …

msd.com.ua

---

• 
  Пайка и сварка
• 
  Пайка и сварка
• 
  Дюраль как загнуть
• 
  Дюраль как загнуть
• 
  Актуальность сварки в наше время
• 
  Актуальность сварки в наше время
• 
  Расшифровка сварочной проволоки
• 
  Расшифровка сварочной проволоки
• 
  Тип шва
• 
  Горизонтальная сварка
• 
  Как варят под водой сваркой