Сварка алюминия и алюминиевых сплавов

Основные свойства и особенности сварки

Алюминиевые сплавы используют в сварных конструкциях различного назначения. Основными достоинствами их как конструкционных материалов являются малая плотность, высокая удельная прочность, высокая коррозионная стойкость. Чистый алюминий, ввиду низкой прочности, для изготовления конструкций используют в отдельных случаях в химической, пищевой и электротехнической промышленности. Алюминий высокой чистоты применяют в отраслях новой техники, в том числе при производстве полупроводников. В качестве конструкционных материалов в основном используют полуфабрикаты из алюминиевых сплавов. По показателям отношения прочности и текучести к плотности высокопрочные алюминиевые сплавы значительно превосходят чугун, низкоуглеродистые и низколегированные стали, чистый титан и уступают лишь высоколегированным сталям повышенной прочности и сплавам титана.

Алюминиевые сплавы разделяют на литейные и деформируемые по пределу растворимости элементов в твердом растворе. В сварных конструкциях в основном используют полуфабрикаты (листы, профили, трубы и др.) из деформируемых сплавов. Концентрация легирующих элементов деформируемых сплавов меньше предела растворимости, и при нагреве эти сплавы могут быть переведены в однофазное состояние, при котором обеспечивается их высокая деформационная способность.

Большинство элементов, входящих в состав алюминиевых сплавов, обладает ограниченной растворимостью, изменяющейся с температурой. Это сообщает сплавам способность упрочняться термической обработкой. В связи с этим деформируемые сплавы разделяют на сплавы, не упрочняемые термической обработкой с концентрацией легирующих элементов ниже предела растворимости при 20 0С), и сплавы, упрочняемые термической обработкой (имеющие концентрацию легирующих элементов свыше этого предела). К деформируемым сплавам, не упрочняемым термической обработкой, относятся технический алюминий АД1, АД, алюминиево-марганиевый сплав АМц (Аl + 1,3% Мg) и группа сплавов системы А1—Мg: АМг1, АМг2, АМг3 и АМг6. В сварных соединениях эти сплавы способны сохранять до 95% прочности основного металла при высокой пластичности и высокой коррозионной стойкости.

Термически упрочняемые деформируемые алюминиевые сплавы могут быть разделены на несколько групп.

1. Дуралюмины — сплавы на основе системы А1—Сu—Мg: Д1, Д16, Д19, ВАД1, ВД17, М40, Д18.

2. Авиали — сплавы на основе системы А1— Мg—Si и А1—Сu—Мg—Si АВ, АД31, АД33, АД35, АК6, АК6-1, АК8.

3. Сплавы на основе системы А1—Сu—Мg—Fe—Ni: АК2, АК4, АК4-1.23 (Al—Cu—Mn—Li—Cd)

4. Сплавы на основе системы А1—Сu—Мn: Д20, Д21 и ВАД

5. Сплавы на основе системы Аl—Zn—Mg—Cu^ В93, В95, В96, В94.

6. Сплавы на основе системы А1—Мg—Zn: В92, В92Ц, АЦМ.

Из перечисленных сплавов к свариваемым относятся: АД, АД1, АМц, АМг, АМг3, АМг5В, АМг6, АВ, АД31, АДЗЗ, АД35, М40, Д20, ВАД1, В92Ц.

Для сварочных работ используют проволоку из алюминия и алюминиевых сплавов по ГССТ 7871—75;

В сварочной ванне алюминиевые сплавы взаимодействуют с газами и шлаками. Металлургические особенности сварки алюминия и его сплавов определяются взаимодействием их с газами окружающей среды, интенсивностью испарения легирующих элементов, а также особенностями кристаллизации в условиях сварочного процесса.

При 1000 0С реакция окисления алюминия может протекать при рО2 = 44,06*10-46МПа. Образующаяся окись алюминия покрывает поверхность деталей плотней и прочной пленкой. При 20 0С процессы окисления алюминия протекают по параболическому закону. Важной характеристикой окисной пленки алюминия является ее способность адсорбировать газы, в особенности водяной пар. Последний удерживается окисной пленкой до температуры плавления металла.

Коэффициент теплового расширения окисной пленки почти в 3 раза меньше коэффициента расширения алюминия, поэтому при нагреве металла в ней образуются трещины. При наличии в алюминии легирующих добавок состав окисной пленки может существенно меняться. Возникающая сложная окисная пленка в большинстве случаев является более рыхлой, гигроскопичной и обладает худшими защитными свойствами.

Окисная пленка на поверхности алюминия и его сплавов затрудняет процесс сварки. Обладая высокой температурой плавления (2050 0С), окисная пленка не расплавляется в процессе сварки и покрывает металл прочной оболочкой, затрудняющей образование общей ванны. Вследствие высокой адсорбционной способности к газам и парам воды окисная пленка является источником газов, растворяющихся в металле, и косвенной причиной возникновения в нем несплошностей различного рода. Частицы окисной пленки, попавшие в ванну, а также часть пленок с поверхности основного металла, не разрушенных в процессе сварки, могут образовывать окисные включения в швах, снижающие свойства соединений и их работоспособность.

Для осуществления сварки должны быть приняты меры по разрушению и удалению пленки и защите металла от повторного окисления. С этой целью используют специальные сварочные флюсы или сварку осуществляют в атмосфере инертных защитных газов. Вследствие большой химической прочности соединения А12О3 восстановление алюминия из окисла в условиях сварки практически невозможно. Не удается также связать А12О3 в прочные соединения сильной кислотой или основанием Поэтому действие флюсов для сварки алюминия основано на процессах растворения и смывания диспергированной окисной пленки расплавленным флюсом. В условиях электродуговой сварки в интертных защитных газах удаление окисной пленки происходит в результате электрических процессов, происходящих у катода (катодное распыление). В этих условиях возникает необходимость повышения требований к качеству предварительной обработки деталей перед сваркой с целью получения тонкой и однородной пленки по всей поверхности свариваемых кромок. Для предупреждения дополнительного окисления и засорения ванны окислами необходимо применять защитный газ высокой чистоты.

Водород, в отличие от других газов, обладает способностью растворяться в алюминии и при определенных условиях образовывать поры в металле швов. Растворимость водорода в алюминии изменяется при различных температурах. Концентрация растворенного в металле водорода [Н] зависит от давления молекулярного водорода, находящегося с ним в равновесии.

В реальных условиях парциальное давление молекулярного водорода в газовой фазе дуги ничтожно мало. Поэтому основным источником водорода, растворяющегося в сварочной ванне, является реакция взаимодействия влаги, содержащейся в окисной пленке с металлом. В результате протекания этой реакции концентрация атомарного водорода в поверхностном слое атмосферы, контактирующей с металлом, может соответствовать большому давлению молекулярного водорода, находящегося в равновесии с металлом. Поэтому при наличии паров воды в зоне ванны концентрация растворенного в металле водорода может оказаться намного больше равновесной. При охлаждении растворенный водород в связи с понижением растворимости стремится выделиться из металла. Пузыри выделяющегося водорода, не успевая всплыть из ванны, остаются в шве, образуя поры. Поэтому основной мерой борьбы с пористостью при сварке алюминия является снижение концентрации растворенного в нем водорода до предела ниже 0,69—0,7 см3/100 г металла. Основным источником водорода, растворяющегося в металле шва при аргонодуговой сварке, является влага, адсорбированная поверхностью металла и входящая в состав окисной пленки в виде гидратированных окислов. Количество ее определяется состоянием поверхности металла и зависит от обработки его перед сваркой.

Предупреждению пористости при сварке алюминия может способствовать сокращение удельной поверхности присадочной проволоки за счет увеличения ее диаметра и уменьшения доли участия присадочного металла в образовании шва. Рациональную обработку поверхности проволоки и основного металла применяют с целью уменьшения толщины окисной пленки и запаса имеющейся в ней влаги. Магний увеличивает растворимость водорода в алюминии, поэтому повышенная склонность к пористости при сварке алюминиево-магниевых сплавов объясняется другим механизмом образования пор. На поверхности сплавов, содержащих магний, присутствует окисная пленка, состоящая из окислов А12О3 и МgO. Такая пленка имеет большую толщину, меньшую плотность из-за дефектов ее строения и больший запас влаги, чем пленка из А12О3. В процессе сварки при расплавлении основного и присадочного металлов часть влаги, содержащейся во внутренних дефектах пленки, не успевает прореагировать. Попадающие в ванну частицы пленки содержат остатки влаги, которая разлагается с выделением водорода. Образовавшийся водород в дефектах пленки переходит в молекулярную форму и затем выделяется в жидком металле ванны в виде пузырьков, минуя стадию растворения. При таком механизме образования пор в качестве мер уменьшения пористости, кроме обычных, связанных с применением рациональной обработки поверхности проволоки и основного металла, а также сокращения удельной поверхности проволоки, участвующей в образовании шва, эффективной мерой борьбы с пористостью становится ужесточение режимов. Однако при ужесточении режимов возникает опасность увеличения давления водорода в несплошностях, что затрудняет выполнение многослойных швов и подварку.

Кристаллическая структура металла шва определяет его механические свойства. Чистый алюминий при кристаллизации обладает способностью образовывать в металле швов грубую крупнокристаллическую структуру.
При сварке алюминиевых сплавов кристаллическая структура и механические свойства металла швов могут изменяться в зависимости от состава сплава, используемого присадочного металла, способов и режимов сварки. Для всех способов сварки характерно наличие больших скоростей охлаждения и направленного отвода тепла. При кристаллизации в этих условиях часто развивается дендритная ликвация, что приводит к появлению в структуре металла эвтектики. Эвтектика снижает пластичность и прочность металла. В связи с этим в швах возможно возникновение кристаллизационных трещин в процессе кристаллизации. Улучшение кристаллической структуры металла швов при сварке алюминия и некоторых его сплавов может быть достигнуто модифицированием в процессе сварки. Поэтому в качестве присадочного металла при сварке все большее применение находят специальные проволоки с добавками модификаторов. Введение этих элементов в небольших количествах позволяет улучшить кристаллическую структуру металла швов и снизить их склонность к трещинообразованию. Перемешивание металла сварочной ванны в процессе сварки с помощью внешнего магнитного поля также снижает склонность металла швов к трещинообразованию.

При выборе присадочного металла следует также учитывать возможность появления в структуре металла швов различных химических соединений. При сварке сплавов алюминия, содержащих магний, с применением присадочной проволоки, содержащей кремний, в металле швов и особенное зоне сплавления появляются иглообразные выделения Мg2Si, снижающие пластические свойства сварных соединений. Неблагоприятно влияют на свойства соединений из сплавов системы А1—Мg ничтожно малые добавки натрия, которые могут попадать в металл шва через флюсы.

Свойства сварных соединений зависят также от процессов, протекающих в околошовных зонах. При сварке чистого алюминия и сплавов, неупрочняемых термической обработкой, в зоне теплового воздействия наблюдается рост зерна и некоторое их разупрочнение, вызванное снятием нагартовки. Рост зерна и разупрочнение нагартованного металла при сварке изменяется в зависимости от способа сварки, режимов и степени предшествовавшей нагартовки сплава. Свариваемость сплавов А1—Мg осложняется повышенной чувствительностью их к нагреву и склонностью к образованию пористости и вспучиванию в участках основного металла, непосредственно примыкающих к шву. Способность этих сплавов образовывать пористость в зонах термического воздействия связывается с наличием в слитках молекулярного водорода. После обработки таких слитков (прессования или прокатки) в металле образуются несплошности в виде каналов или коллекторов, в которых водород находится под высоким давлением. Для проверки качества металла, предназначенного для сварки, рекомендуется проводить специальную пробу.

При сварке сплавов, упрочняемых термической обработкой, в зонах около шва происходят изменения, ухудшающие свойства свариваемого металла. Измерение твердости и изучение структуры металла в зоне термического воздействия сплавов этой группы позволяют обнаружить в ней участки металла с различной степенью распада твердого раствора и коагуляции упрочнителя. Однако самым опасным изменением, резко ухудшающим свойства металла и способствующим образованию трещин, является оплавление границ зерен. Появление жидких прослоек между зернами снижает механические свойства металла в нагретом состоянии и способствует образованию кристаллизационных трещин.

Независимо от способа сварки и исходного состояния металла в непосредственной близости от шва наблюдается зона оплавления границ зерен. Ширина этой зоны меняется в зависимости от способа и режимов сварки. Наиболее широкая зона появляется при газовой сварке и более узкая — при способах сварки с жестким термическим воздействием. Распределение эвтектики в этой зоне изменяется в зависимости от исходного состояния сплава. В сварных соединениях, полученных при сварке закаленного сплава, эвтектика располагается в виде сплошной прослойки вокруг зерен, в то время как в соединениях из отожженного металла в залегании эвтектики появляются несплошности. Последующей термической обработкой не удается восстановить свойства металла в зоне, прилежащей к шву, что приводит к большому изменению прочности соединений и делает ненадежными эти соединения в эксплуатации.

Сплавы Д20, ВАД1, М40 и др. имеют лучшую свариваемость. Особенно перспективными являются самозакаливающиеся сплавы тройной системы А1—Mg—Zn. При сварке этих сплавов удается получить соединения с прочностью 80—90% прочности основного металла в закаленном и состаренном состоянии.
Алюминий и его сплавы отличаются высокой тепло- и электропроводностью, что вызывает необходимость применения больших токов и мощных машин для электроконтактной сварки, особенно при точечной сварке этих материалов. Для повышения эффективности нагрева и плавления целесообразно сваривать эти металлы при малой длительности импульсов тока или на больших скоростях при сварке плавлением.

Сварные конструкции из алюминия и его сплавов склонны к короблению, что объясняется относительно высоким коэффициентом теплового расширения. Снижение деформаций в конструкциях может быть достигнуто за счет использования технологических мероприятий (выбор соответствующего способа сварки, подбор оптимальных режимов, подогрев и др.).

---

 

 

Технология сварки

Подготовка под сварку

При подготовке деталей из алюминиевых сплавов под сварку профилируют свариваемые кромки, удаляют поверхностные загрязнения и окислы. Обезжиривание и удаление поверхностных загрязнений осуществляют с помощью органических растворителей или обработкой в специальных ваннах щелочного состава.

В качестве растворителей для обезжиривания деталей из алюминиевых сплавов применяют уайт-спирит, технический ацетон, растворители РС-1 и РС-2. Обезжиривание алюминиевых сплавов можно проводить в водном растворе следующего состава: 40-50 г/л технического тринатрийфосфата (Na3РО4 * 12Н2О), 40-50 г/л кальцинированной соды (Na2СО3), 25-30 г/л жидкого стекла (Na2SiO3). Температура ванны 60-70 0С, время обработки 4-5 мин. Удаление поверхностной окисной пленки является наиболее ответственной операцией подготовки деталей. При этом в основном удаляют старую пленку окислов, полученную в результате длительного хранения и содержащую значительное количество адсорбированной влаги.

Окисную пленку можно удалять с помощью металлических щеток из проволоки диаметром 0,1-0,2 мм при длине ворса не менее 30 мм или шабрением. После зачистки кромки вновь обезжиривают растворителем. Продолжительность хранения деталей перед сваркой после зачистки 2-3 ч. При более широких масштабах производства поверхности деталей подвергают травлению. Широко применяют травление в щелочных ваннах по следующей технологии:

1) обезжиривание в растворителе;

2) травление в ванне из водного раствора 45-50 г/л НаОН; температура ванны 60-70 0С; время травления 1-2 мин для неплакированных материалов; при необходимости снятия технологической плакировки (например, на сплаве АМг6) время травления выбирают из расчета 0,01 мм за 2,5-3 мин;

3) промывка в проточной горячей воде (60—80 0С), затем в холодной воде;

4) осветление в 30% -ном водном растворе HNO3 при 20 0С в течение 1-2 мин или в 15%-ном водном растворе HNO3 при 60 0С в течение 2 мин;

5) промывка в холодной проточной воде, затем в горячей (60—70 0С);

6) сушка горячим воздухом (80—90 0С).

При сварке деталей из сплавов алюминия, содержащих магний повышенной концентрации (например, сплава АМг6), перед сваркой кромки деталей и особенно их торцовые поверхности необходимо зачищать шабером. Для обработки электродной проволоки из алюминиевых сплавов используют те же ванны. Во многих случаях для обработки присадочной проволоки после травления рекомендуется проводить, электрохимическое полирование, особенно для сплавов, содержащих магний. В качестве электролита используют раствор состава: 700 мл ортофосфорной кислоты, 300 мл серной кислоты окиси хрома. В процессе полирования проволоки температуру электролита поддерживают 95-100 0С. При перегреве электролита свыше 100 0С происходит растравливание поверхности, а при понижении температуры ниже 90 0С процесс полирования прекращается. Качество подготовки проволоки контролируют наплавкой технологических валиков с последующей оценкой пористости металла шва путем взвешивания.

Перед контактной сваркой (точечной и шовной) нахлесточные поверхности в некоторых случаях дополнительно зачищают вращающимися металлическими щетками. При соединении листов толщиной свыше 2,5-3 мм плакированный слой удаляют глубоким травлением для предотвращения образования непроваров. Торцы деталей перед стыковой контактной сваркой подвергают механической обработке резанием, например, на металлорежущих станках.

Поверхности деталей, свариваемых контактной точечной или шовной сваркой, контролируют внешним осмотром или измерением при 20 0С электрического сопротивления образцов-свидетелей или самих деталей. При удовлетворительном состоянии поверхностей электрическое сопротивление не должно превышать 120 мкОм. Более объективное представление о свойствах поверхностей дает сопротивление деталей в процессе сварки, которое можно оценить по скорости нарастания напряжения, снимаемого с электродов, на начальной стадии процесса сварки, например, спустя 0,01-0,02 с после включения тока.

---

 

 

Типы соединений

Основные типы соединений, применяемые при сварке деталей из алюминиевых сплавов, регламентированы ГОСТ 14806-69. При сварке плавлением алюминиевых сплавов наиболее рациональным типом соединений являются стыковые, выполнить которые можно любыми способами сварки. Для устранения окисных включений в металле швов применяют подкладки с канавкой рациональной формы или разделку кромок с обратной стороны шва, что в некоторых случаях обеспечивает удаление окисных включений из стыка в формирующую канавку или в разделку.

Применение при аргонодуговой сварке флюсов, наносимых на торцовые поверхности перед сваркой в виде дисперсной взвеси фторидов в спирте, также способствует уменьшению количества окисных включений в металле шва.
При разделке кромок угол их раскрытия необходимо ограничивать с целью уменьшения объема наплавленного металла в соединении, а следовательно, и вероятности образования дефектов. Конкретный выбор конструктивных элементов подготовленных кромок свариваемых деталей, их размеров и размеров выполненных швов для основных типов соединений должен производиться согласно ГОСТ 14806-69.

Для точечной и шовной контактной сварки характерны нахлесточные соединения, размеры которых установлены ГССТ 15878—70. При этом соотношение толщин свариваемых деталей, как правило, не превышает 1 : 2. Для стыковой сварки оплавлением используются стыковые соединения. Форма деталей должна обеспечивать надежное закрепление их в зажимах машины и токоподвод вблизи стыка. Площади сечения деталей в зоне соединения должны быть приблизительно одинаковыми. При сварке алюминия и его сплавов используют несколько способов сварки.

---

 

 

Газовая сварка

При сварке алюминиевых сплавов рекомендуется применять пламя газовой смеси О2 : С22

Толщина металла, мм	0,5-0,8	1,0	1,2	1,5…2,0	3,0…4,0
Мощность пламени ацетилена, л/ч	50	75	75…100	150…300	300…500

Для защиты металла от окисления и удаления окислов с кромок свариваемых деталей применяют специальные флюсы. Наиболее распространен флюс АФ-4А состава: 28% NaС1, 50% КС1, 14% ZiСl, 8% NaF. При сварке флюс вводится или с присадочным прутком, или предварительно наносится на кромки в виде пасты, разведенной в воде. Хранить флюс длительное время (более 8-10 ч) в разведенном состоянии нельзя. В качестве присадочного металла применяют сварочную проволоку из алюминия или его сплавов. Диаметр присадочной проволоки зависит от толщины свариваемого металла.

Ручную электродуговую сварку алюминия и его сплавов можно осуществлять угольным или металлическим покрытым электродом. Сварку угольным электродом применяют для заварки брака отливок, сварки алюминиевых шин, иногда для сварки тонкого материала по отбортовке. При этом используют присадочный материал в виде прутков, покрытых флюсом. Сварку угольной дугой ведут на постоянном токе прямой полярности. В качестве электродов можно применять угольные или графитовые стержни разных диаметров. Режимы сварки стыковых соединений из алюминия приведены в таблице 1.

Таблица 1. Режимы сварки стыковых соединений из алюминия угольным и графитовым электродами

Толщина металла, мм	Ток, А	Диаметр, мм
		присадочного прутка	угольного электрода	графитового электрода
2-5	120-250	4-6	12,5	10,0
5-10	250-400	5-6	15	12,5
10-15	400-500	6-8	18	15

Чаще применяют дуговую сварку покрытыми металлическими электродами, стержни которых изготовляют из сварочной проволоки (ГОСТ 7871-75) с нанесением на них покрытий из смеси хлористых и фтористых солей. В качестве связующего используют раствор хлористого натрия в воде или раствор декстрина, а также предложен водный раствор карбоксилметилцеллюлоза (КМЦ). Толщина слоя покрытия в зависимости от диаметра электродного стержня приведена в таблице 2.

Таблица 2. Толщина покрытия в зависимости от диаметра электродного стержня, мм

Диаметр электродного стержня	Толщина покрытия на сторону	Диаметр электродного стержня	Толщина покрытия на сторону
3,0	0,25-0,3	5,0	0,5-0,75
4,0	0,3-0,5	6 и более	0,75-1,6

Электроды марок ОЗА-1 со стержнем из проволоки СвА1 применяют для сварки алюминия, а электроды ОЗА-2 со стержнем из проволоки марки СвАК5 – для заварки брака отливок

Сварку производят на постоянном токе обратной полярности.

---

 

 

Автоматическая электродуговая сварка по слою флюса

Данный вид сварки производится плавящимся электродом и используется для стыковых соединений металла толщиной от 4 мм и выше. Питание дуги осуществляется постоянным током обратной полярности.

Для соединения алюминия используют процесс автоматической дуговой сварки плавящимся электродом под слоем флюса. Для этого применяют флюсы с пониженной электропроводностью. Например, состав керамического флюса ДА-64 следующий: 30 — 44% криолита, 48—38% хлористого калия, 19—15% хлористого натрия, 3—3,5% кварцевого песка. Флюс замешивают на водном растворе карбоксилметилцеллюлозы (14—10% массы шихты), протирают через сито и прокаливают при 280—320 0С в течение 6 ч. Сварку ведут чаще расщепленным электродом. В конструкциях, работающих в коррозионных средах, после сварки необходимо тщательно удалять остатки флюса.

Дуговую сварку в среде защитных газов широко используют для сварки алюминия и его сплавов. В качестве защитного газа применяют аргон чистотой не менее 99,9% (по ГОСТ 10157-73, сорта: высший, первый и второй) или смеси аргона с гелием. При сварке плавящимся электродом иногда применяют аргон с добавкой до 5% О2.

Основным преимуществом процесса дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа является высокая устойчивость горения дуги. Благодаря этому процесс используется при сварке тонких листов. Питание дуги осуществляется переменным током от источников с падающими внешними характеристиками. Сварку ведут ручным или автоматическим способом. Для ручной сварки используют вольфрамовые электроды и присадочную проволоку в зависимости от толщины свариваемого металла:

Толщина свариваемого металла, мм	До 2	Св.2 до 5	Св.5
Диаметр присадочной проволоки, мм	1,0-1,5	1,5-3,0	3,0-4,0

Автоматическую сварку осуществляют без подачи или с подачей присадочной проволоки. При ручной сварке тонких листов неплавящимся электродом без присадки (по отбортовке) или с присадкой в один проход горелку перемещают с наклоном “углом вперед”. Угол наклона горелки к плоской поверхности детали около 600. Присадочная проволока подается под возможно меньшим углом к плоской поверхности детали.

При механизированной или автоматической сварке неплавящимся электродом горелка располагается под прямым углом к поверхности детали, а присадочная проволока подается таким образом, чтобы конец проволоки опирался на край сварочной ванны; скорость подачи меняется от 4-6 до 30-40 м/ч в зависимости от толщины материала.

Для сварки алюминиевых сплавов также используют сварку вольфрамовым электродом импульсной дугой. При этом можно сваривать алюминиевые сплавы толщиной от 0,2 мм и более. Имеются специализированные источники тока для сварки импульсной дугой алюминиевых сплавов на переменном токе.
Расширение технологических возможностей при сварке металла больших толщин достигается за счет использования способа дуговой сварки вольфрамовым электродом погруженной дугой. Способ позволяет сваривать за один проход материал толщиной до 20 мм. При этом используют специальные вольфрамовые электроды с добавками иттрия и тантала и сварочные горелки с улучшенной защитой зоны сварки.

Алюминиевые сплавы подвергают трехфазной дуговой сварке вольфрамовыми электродами. Возможности регулирования тепловложения при трехфазной дуговой сварке позволяют использовать ее для металла разных толщин. При трехфазной сварке за один проход успешно сваривают металл толщиной свыше 30мм.

---

 

 

Сварку плавящимся электродом в защитном газе используют для материала толщиной более 3 мм. Для питания дуги при сварке плавящимся электродом применяют источники постоянного тока с жесткой внешней вольт-амперной характеристикой. Сварку ведут на токе обратной полярности, что обеспечивает надежное разрушение окисной пленки за счет катодного распыления и нормальное формирование швов. Сварку можно выполнять в полуавтоматическом или автоматическом режиме на подкладках с формирующей канавкой. Преимуществом процесса сварки плавящимся электродом является высокая производительность, возрастающая с увеличением толщины металла.

Полуавтоматическая сварка плавящимся электродом возможна в различных пространственных положениях и позволяет заменить менее совершенный процесс сварки алюминиевых сплавов покрытыми электродами; при этом рекомендуются полуавтоматы с механизмом подачи тянущего типа. Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом расширяет возможность сварки алюминиевых сплавов при различных пространственных положениях. При этом улучшается формирование швов, регулируется время пребывания металла сварочной ванны в расплавленном состоянии, а значит и протекание металлургических реакций.

При плазменной сварке (сжатой дуге) концентрация энергии в пятне нагрева высокая, что делает этот вид сварки перспективным для соединения алюминиевых сплавов. Преимуществом плазменной сварки является высокая скорость, значительное сокращение зоны термического влияния, стабильность процесса, благодаря чему не требуется контроль и поддержание постоянства длины дуги, что облегчает выполнение ручной сварки. При плазменной сварке, в связи с глубоким проплавлением, резко увеличивается доля основного металла в формировании шва. Однако при этом необходимо соблюдать точность сборки деталей под сварку и ведения горелки по стыку. Для алюминиевых сплавов необходимо применять плазменную сварку с питанием дуги переменным током.

С помощью слаботочной сжатой дуги (микроплазмы) можно сваривать алюминиевые сплавы толщиной 0,2-1,5 мм при силе тока 10-100 А. При микроплазменной сварке применяют аргон чистотой не менее 99,98%; в качестве защитного газа используют гелий чистотой 99,95%. Гелий, защищая сварочную ванну от атмосферы, затрудняет развитие фронта ионизации в радиальном направлении, и дополнительно сжимая дугу, делает ее пространственно устойчивой. Сварочные горелки рассчитаны на применение лантанированных вольфрамовых электродов диаметром 0,8-1,5 мм.

---

 

Основные рекомендации по MIG – сварке алюминия

Прежде, чем впервые приступить к работе с алюминием, сварщик должен ознакомиться особенности материала и технологией его сварки.
Чистый алюминий проводит электрический ток в четыре раза лучше, чем сталь, поэтому процесс его сварки имеет свои технологические особенности. Способность проводить тепло у алюминия (около 2,2 Вт/см K) также значительно выше, чем у стали (около 0,6 Вт/см K). Например, у таких часто применяемых алюминиевых сплавов как AlMg4,5Mn или AlMg5 теплопроводность составляет от 1,2 до 1,3 Вт/см K, что также выше значения теплопроводности стали.
Из-за высокой теплопроводности выполнять высокопроизводительную сварку весьма затруднительно по причине недостаточной глубины проплавления. Кристаллизация сварочной ванны происходит очень быстро и, поэтому возможно неполное выделение газов, приводящее к образованию пор в сварном шве. Чтобы избежать этого, необходимо увеличивать силу сварочного тока, производить предварительный подогрев детали, и использовать в качестве защитного газа, гелий или его смесь с аргоном. На начальном участке сварного соединения также возможна некоторая непрочность шва из-за недостаточного провара по причине “непрогрева” детали. Технически эта проблема решается путем использования функционального 4-тактного режима, реализованного в сварочных аппаратах. В первом такте сварки можно задать импульс сварочного тока большей силы, чем основной сварочный ток, что ускорит нагрев свариваемых деталей.

Материалы и сварочная проволока

Спектр алюминиевых сплавов сегодня весьма широк. Что касается алюминиевой сварочной проволоки, общим требованием является ее своевременное использование. Время хранение при вскрытой упаковке должно быть сведено к минимуму, так как быстрое окисление поверхности ведет к ухудшению качества проволоки. Особенно вредно влияние высокой влажности воздуха.
Кромки и зона около сварного шва свариваемых деталей должны быть тщательно очищены от загрязнений. Это должно быть сделано непосредственно перед сваркой. За очень короткое время алюминий покрывается слоем оксида алюминия (Al2O3).

Защитные газы для сварки

Алюминий и алюминиевые сплавы должны свариваться в среде защитных инертных газов. В основном для этого применяется аргон. Но предпочтительнее использовать газовую смесь аргона и гелия. Более высокий показатель теплопроводности гелия определяет соответственно и более высокую температуру сварочной ванны, что оказывается преимуществом при сварке металлических листов большой толщины. Применение смеси защитных газов способствует более полному выделению газа и уменьшению количества пор.

Специальные рекомендации по MIG-сварке

Сварочные аппараты

Стандартные MIG/MAG-аппараты подходят для сварки алюминия весьма условно