Сварка алюминия

Сварка алюминия затруднена образованием тугоплавкой, довольно прочной пленки с окислом Al2O3. Эта оболочка, расплавляемая только в температуре 2050 ºС, мешает соединению материалов друг с другом и основным металлом. Растворять окислы, покрывающие капли расплавленного металла, позволяет использование активных флюсов. Только они способны обеспечивать необходимые для нормального формирования швов условия. В составе флюсов и специальных обмазок для сварки алюминия полуавтоматом присутствуют смеси хлор- и фторсодержащих соединений щелочноземельных металлов.

Наибольшая сложность состоит в предупреждении порообразования из-за взаимодействия с водородом. Помимо этого, нагреваясь, алюминий не изменяет своего цвета, что затрудняет определение момента, когда он начинает плавиться. Для этого сварщику необходим определенный опыт и навыки работы в сварке алюминия инвертором. Еще стоит учесть, что при нагревании алюминия до 500 ºС его прочность резко ухудшается. От этого алюминиевое изделие может разрушаться даже под действием своего веса.

Удаление пленок из окислов технологией сварки алюминия предусматривается одним из трех способов: химическим, механическим, электрическим. Первый предполагает травление металла или использование в сварке содержащих соли фтора и хлора флюсов. Механический способ заключается в удалении пленок шабрением, применением наждачных инструментов со щетками из металла. А электрический – в катодном распылении при сварке алюминия постоянными токами.

Дуговая сварка алюминия

Лучшим видом соединения деталей из тонких листов является ручная дуговая сварка алюминия с неплавящимися электродами. Этот вид сварки способен обеспечить минимум деформаций в конструкциях при соблюдении высокого качества швов. Процесс ведется на переменном токе при помощи осцилляторов для сварки алюминия. Именно переменный ток лучше всего способен разрушать пленки из окислов методом катодного распыления, если катодом служит сама деталь. Ручная сварка может выполняться в любом пространственном положении, причем не только с присадочным прутком, но и без его использования.

Дугу, зажигаемую на дополнительной пластинке из графита, переносят на заготовку. Аргонную сварку алюминия производят без поперечных колебаний. Своими химическими составами основной металл с присадочной проволокой должны быть близки друг к другу. Пуск аргона начинают за несколько секунд перед возбуждением дуги с остановкой его подачи после обрывания дуги. Рабочее давление газа не должно быть выше 0,05 МПа. При ручной сварке выбирают вольфрамовые электроды.

Для толщин свариваемых кромок в пределах 6 мм используют электроды для сварки алюминия с диаметром до 4 мм. Для кромок больших толщин требуется увеличение диаметра электрода до 6 мм. Исходя из расчета 30-45 А на каждый миллиметр электродного диаметра, определяют необходимый сварочный ток. Для обеспечения энергичного разрушения пленок из окислов при катодном распылении варят алюминий на минимальной длине дуги, что также улучшает защиту сварки. Процесс механизированной сварки осуществляют при помощи специализированного аппарата для сварки алюминия.

Автоматического и полуавтоматического вида сварка этого металла в аргоновой среде при помощи плавящихся электродов выполняется автоматами и шланговыми полуавтоматами. Процесс ведется на постоянном токе с обратной полярностью. Для него применяют проволоку для сварки алюминия того же или похожего состава по отношению к свариваемому металлу. Алюминий толщиной в пределах сантиметра варят без разделывания кромок, для больших толщин кромок используют их разделку в Х- и V-форме.

Аргоновая, плазменная и газовая сварка

Аргоновую сварку алюминия автоматами и полуавтоматами по флюсу используют для деталей или листов, имеющих толщину кромок свыше 8 мм. Причем дуга должна гореть не в самом слое флюса, а над ним. Небольшого слоя флюса обычно бывает достаточно и для защиты сварочной ванны, и для удаления пленок из оксидов. Если слой флюса довольно большой, то дуга будет шунтироваться через шлак, который, обладая хорошей электропроводностью, горит под слоем флюса. Оптимально нанесение на свариваемый шов флюса, состоящего из хлористых натрия и калия с криолитом, слоем не больше 35 мм. Процесс ведется на постоянных токах при обратной полярности.

Плазменную сварку алюминия и его сплавов считают одним из самых перспективных способов обработки этого металла благодаря стабильности с высокой скоростью процесса, возможности уменьшения зоны тепловой обработки. Но следует учесть, что для плазменной сварки необходима точная сборка конструкции и движение горелкой строго вдоль свариваемого стыка. Как правило, этот процесс ведется переменным током. А использование постоянных токов обратной полярности требует специального оборудования для сварки алюминия – горелок с усилением охлаждения для электродов из вольфрама в принудительном режиме. Микроплазменная сварка применима в соединении нетолстых алюминиевых сплавов с помощью лантанированных электродов.

Газовая сварка алюминия ведется обычным пламенем. При этом недопустим переизбыток горючих газов с кислородом. Это связано со способностью последнего окислять алюминий, при этом излишки горючих газов придают заметную пористость шву. Мощность для пламени в горелке выбирают, исходя из ацетиленового расхода 75 дм3 в час на каждый миллиметр толщины детали. Соблюдая промежуток в несколько миллиметров от ядра пламени до рабочей поверхности, сварку осуществляют восстановительной его частью. Чаще всего соединяемые конструкции бывают стыковыми с зазорами в пределах 3 мм для соответствующей толщины детали до 5 мм. Для толщин около 5 мм не делается скосов кромок, если они достигает 12 мм, прибегают к их разделке в V-форме, а для толщин, превышающих 12 мм, – в Х-форме.

Особенности сварочного процесса

Перед началом сварки алюминия аргоном соединяемые кромки вместе с присадочной проволокой зачищают и тщательно отмывают поочередно в теплой и в холодной воде, после чего вытирают ветошью. Для облегчения разрушения оксидной пленки с удалением окислов сварочной зоны, используют флюсы с щелочными либо щелочноземельными металлами, а также тугоплавкими соединениями с хлором в смеси в небольшим содержанием фтора. Они наносятся пастой или порошком на разогретую электродную проволоку либо прямо на кромки, подлежащие свариванию. Если выполняются прихватки, то флюсы наносятся только лишь на присадочные прутки.

Если толщина заготовки не более 5 мм, холодную сварку для алюминия производят левым способом, а если больше – используют правый способ. Начиная сварочный процесс, горелку направляют мундштуком к поверхности сварки под прямым углом. По мере нагревания изделия этот угол меняется, исходя из выбранного режима сварки алюминия с толщиной заготовок. Причем угол положения для присадочной проволоки остается неизменным на протяжении всего времени проведения процесса.

Сварку листов из тонкого алюминия необходимо проводить, избегая поперечных движений горелкой. Но для большей толщины изделий эти колебания необходимы. Для заготовок толще 10 мм технологией аргонодуговой сварки алюминия предусмотрено предварительное нагревание. При этом сварку необходимо производить беспрерывно, удаление пламени из сварочной ванны не допускается. К сварке металлических листов следует приступать, пропустив немного места от края с последующей заваркой в обратном порядке оставленного участка.

Использование для сварки алюминия сварочных аппаратов дает возможность применения на постоянных токах с обратной полярностью не только одиночных, но и сдвоенных электродов. С целью предупреждения вытекания расплавляемого алюминия с оборотной стороны швов используют специальную формирующую подкладку из стали. Благодаря увеличению размеров сварочной ванны со временем нахождения алюминия в расплавленном состоянии сварка сдвоенными электродами дает хороший результат. При этом улучшается процесс дегазации, а значит, уменьшается пористость в шве получаемого соединения. Автоматы, оснащенные дозаторами флюсов, водным охлаждением мундштука, идеально приспособлены для сварки алюминия.

Прочность сварным конструкциям из алюминия с сохранением характеристик пластичности способно обеспечить утолщение кромок на свариваемом участке при соединении термически обработанных заготовок. Еще одним способом улучшения механических свойств соединений служит проковка – прокатывание швов в теплом или холодной состоянии с помощью роликов.