Технология сварки алюминия и его сплавов

Температура плавления алюминия 660°С, окисной пленки 2060°С

Марка	Свариваемость	Технологические особенности сварки
Технически чистый алюминий			Очистка кромок и присадка от окисной пленки
АД00, АД0, АДД, АД	Хорошая	Электродная проволока Св-А1, Св-А000, Св-85Т. Защитные газы Ar, He и их смеси
Деформируемые, термически не упрочняемые сплавы
АМц, АМцС, Д12	Хорошая	Электродная проволока Св-АМЦ
АМг1 ,АМг2, АМг3		Электродная проволока Св-АМг3
АМг4, АМг5		Электродная проволока Св-АМг5
АМгб		Электродная проволока Св-АМг6, Св-АМг7
Деформируемые, термически упрочняемые сплавы
АД31, АДЗЗ, АД35 АВ, АК6, АК8	Удовлетворительная	Электродная проволока Св-АК5, Св-1557 Защитные газы Ar, He и их смеси
АК4, АК4-1	Ограниченная
В95	Плохая	Предварительный подогрев Термообработка после сварки при t=200-250°C. Электродная проволока Св-1557, Св-АМг5, Св-АМг6
1915, 1925	Удовлетворительная
Литейные сплавы
АЛ 1, АЛ2, АЛ9, АЛ 25, АЛ 26	Хорошая	Электродная проволока той же марки, что и основной металл Защитные газы Ar, He и их смеси
АЛЗ, АЛ4, АЛ5, АЛ7, АЛ8, АЛ 10В	Удовлетворительная

Подготовка к сварке

Резку и подготовку кромок деталей из алюминия и его сплавов следует вести механическими способами

Стыковое соединение металла разной толщины

Конструктивные элементы подготовки кромок (размеры приведены в мм)

Конструктивные элементы подготовки кромок при сварке со сквозным проплавлсннем н формированием шва на весу

При сварке за один проход может возникнуть надрез корня шва

При снятии фаски с обратной стороны стыкуемых кромок надрез не возникает. Для снятия фасок можно использовать напильник

Свариваемые поверхности тщательно очищают от смазки, на ширине 100-150 мм от кромок обезжиривают ацетоном, уайт-спиритом или другим растворителем.

Пленку окиси алюминия удаляют механически или химическим травлением.

При механической обработке (непосредственно перед сваркой) кромки зачищают на ширину 25-30 мм абразивной бумагой, шабером или щеткой из нержавеющей проволоки диаметром не более 0,15 мм.

Химическое травление проводят в течение 0,5-1 мин в растворе, состоящем из 50г едкого натра и 45г фтористого натрия на 1 л воды. После травления поверхность промывают проточной водой, а затем осветляют в 30-35%-ном растворе азотной кислоты (для алюминия и сплавов типа АМц) или в 25%-ном растворе ортофосфорной кислоты (для сплавов типа АМг и В95). После повторной промывки поверхность сушат до полного испарения влаги.

Алюминиевую сварочную проволоку перед сваркой тоже обрабатывают. Сначала ее обезжиривают, а затем подвергают травлению в 15%-ном растворе едкого натра в течение 5-10 мин при 60-70°С. после чего следует промывка в холодной воде и сушка при температуре 300°С в течение 10-30 мин.

Подготовленные к сварке материалы сохраняют свои свойства 3-4 дня. Позже на поверхности вновь образуется окисная пленка.

Детали из алюминия и его сплавов собирают в приспособлениях или на прихватках, выполняемых аргонодуговой сваркой W-электродом. Расстояние между прихватками должно быть не более 150-180 мм.

Поверхности прихваток непосредственно перед сваркой зачищают металлическими щетками. Обнаруженные дефектные прихватки удаляют, и стыки прихватывают повторно. При сварке прихватки полностью переплавляют.

Способы сваривания

Распространенность алюминия в промышленности способствовала разработке различных способов сварных соединений для деталей. Но в домашних условиях возможны такие способы, для которых можно использовать доступное оборудование.

Тиг сварка алюминия — этот процесс варки обеспечивается за счет применения специального неплавящегося электрода из вольфрама и аргоновой среды.
Полуавтоматическое сваривание — соединение алюминиевых деталей за счет проволоки (имеющей необходимый присадочный материал), подающейся механизмом в зону электрической дуги.
Электродуговая сварка алюминия с использованием покрытых электродов.

При использовании любого из этих методов, главным условием получения качественного шва будет разрушение пленки оксидов. Для этого оборудование настраивают на постоянный или переменный ток с обратной полярностью. Это обеспечивает необходимый процесс (катодное распыление), не допускающий образование окиси.

Алюминиевые изделия нельзя варить постоянным электрическим током при прямой полярности, так как не происходит разрушение оксидов в зоне сварки!

Выбор параметров режима

Сварку ведут на постоянном токе обрат ной полярности. Защитным газом служит apгон или гелий и их смеси. Непосредственно перед сваркой кромки обезжиривают .

Диаметр сопел горелок выбирают равным не менее 18-22 мм.

Длина дуги должна составлять 2-6 мм, а сварочный ток — быть больше, чем при ручной аргонодуговой сварке W-электродом. Сварку выполняют за один проходили двусторонними швами.

Процесс сварки может быть: импульсно-дуговым (ИДС), струйным (СТР) или с короткими замыканиями дуги (КЗ).

Ориентировочные режимы

Вид соединения	Размеры, мм		Процесс сварки	Газ	Сварочный ток, А	Напряжение на дуге, В	Скорость сварки, м/ч	Диаметр электрода , мм	Вылет электрода, мм	Расход газа, л/мин
Вид соединения	S	b	Процесс сварки	Газ	Сварочный ток, А	Напряжение на дуге, В	Скорость сварки, м/ч	Диаметр электрода , мм	Вылет электрода, мм	Расход газа, л/мин
2,5-3	0+0,5	ИДС	Ar	40-80	15-18	35-45	1,2	10-13	7-9
4	0+0,5	ИДС ИДС СТР	Ar Не Ar	80-130 120-160 150-220	18-20 24-26 23-24	30-40 15-50 45-70	1,4-1,6	13-18	8-10 45-50 10-20
6	0+1	ИДС ИДС СТР	Ar Не Ar	180-250 180-200 200-320	23-26 25-30 23-30	20-35 25-45 25-35	1,6-3 1,6-2 1,6-2	15-30 15-25 15-25	12-14 45-50 12-18
8-10	0+1 0+4	ИДС СТР СТР	Ar Ar Не	250-320 250-400 250-320	25-30 25-33 32-36	20-35 25-45 25-35	1,6-3 1,6-4 1,6-2	15-40 15-25	12-20 14-25 60-70
12-16	0+4 0+1,5 0+1,5	СТР	Ar Ar Не Не+Ar	320-420 400-500 280-360 300-450	26-28 28-35 34-36 30-34	20-30 25-35 20-25 20-25	2 4 2-3 4	18-25 25-40 26-30 25-40	20-25 20-25 60-80 70-80
20-30	0+1,5	СТР	Ar Не+Ar Не	310-550 300-500 280-360	26-35 30-35 34-36	18-20 18-25 20-25	2-4 2-4 2-3	20-40 20-40 20-30	18-25 60-80 70-80
	2,5-3	0+0,5	ИДС ИДС КЗ СТР	Ar Не Не Ar	60-100 80-100 90-120 90-120	16-18 17-19 16-17 17-19	35-40 35-45 40-45 40-45	1-1,4 1-1,2 0,8-1,2 0,8-1,2	10-15	6-8 35-40 35-40 6-9
	4-5	0+0,5	ИДС СТР ИДС	Аг Аг Не	120-220 150-220 150-200	18-22 19-22 25-30	25-35 25-35 25-40	1,2-1,6 1,2-1,4 1,2-1,6	12-18 12-15 12-18	10-12 10-12 35-40
	8 и более	0+1	СТР	Аг Не	280-330 280-320	27-29 32-35	20-25 20-25	1,6 1,6	18-30 18-25	20-25 45-60

Сварка алюминия в домашних условиях

При бытовой сварки алюминиевого материала не всегда удается создать требуемые условия для проведения работ. Однако нередко приходится выполнять ремонт конструкций из алюминия именно в домашних условиях, но процесс обязательно будет сопровождаться сложностями. Ведь «летучий» металл не меняет цвет при нагреве. Поэтому исполнителю не удастся визуально определить, достаточно ли материал был нагрет, выполнена ли «заделка» стыка, нужно ли продолжать домашнюю сварку алюминия.

Если отсутствует возможность использования в быту TIG или ММА технологию, применяют газовую горелку:

пропановую — прибор специального или многоцелевого назначения с автоматическим поджигом и опцией экономии газа;
ацетиленовую — устройство используется с одноразовыми или стационарными баллонами для пайки мягким или тугоплавким припоем;
для МАПП-газа — инструмент высокой производительности, так как топливо в виде газовой смеси при горении выделяет больше энергии по сравнению с пропаном.

Этот метод подразумевает расплавление металла с помощью температурной силы, возникающей в результате использования энергии газа. Сам процесс не сложный и требует небольшого количества средств. Тем более он самый доступный для сварки алюминия в домашних условиях.

Горение газов позволяет достигнуть нужной температуры для плавления металла. За счет этого участки 2-х деталей свариваются между собой. Соединительным элементом является алюминиевая проволока. Использование газа позволяет надежно защитить участки 2-х элементов по сравнению с обмазкой, которой покрываются электроды.

При работе с алюминием также используется флюс для улучшения сварного шва. Его чаще применяют во время газовой сварки алюминия большой толщины. Флюс способствует удалению окиси металла. В его состав входят легкоплавкие щелочные вещества, хлористые соединения и маленький процент фтористых элементов. Флюс может иметь вид порошка или пасты.

Процесс соединения алюминиевых заготовок выполняется в следующей последовательности:

После подготовки свариваемых участков выкладывается флюс, что позволяет улучшить текучесть алюминия и качество шва.
Выполняется нагрев заготовок при использовании горелки. Это позволит плавиться и растекаться припою.
Подносится присадочный материал к месту стыка и заполняется шов припоем, расплавленным под температурным воздействием пламени.
После завершения сварки алюминия газом необходимо выждать время, чтобы созданное соединение успело остыть. Затем выполняется качественная проверка шва.

Перед проведением сварки алюминия горелкой всегда нужно проверять используемое оборудование. Особое внимание необходимо уделить целостности шлангов и газового баллона, который должен располагаться не ближе 5 м от места осуществления работ.

Популярные газовые горелки

FoxWeld MT-55 — итальянский инструмент для нагрева разных металлов. Горелка подходит для работы с тугоплавкими припоями. Прибор оснащен пьезоподжигом и регулятором пламени. Используется с одноразовыми баллончиками, на которых закрепляется посредством цангового соединения.

STURM — российский инструмент с пьезоподжигом. Основным назначением насадки с двойным уплотнением является пайка предметов из металла. Прибор обладает высокой износостойкостью, хорошей эргономикой.

Stayer 55584 — немецкий инструмент, применяющийся при строительстве и ремонте алюминиевых конструкций. Прибор оснащен пьезоподжигом и цанговым зажимом для соединения с баллончиками. Устройство позволяет плавно изменять размер пламени, отличается небольшими размерами и весом.

Техника сварки

При сварке алюминия и его сплавов необходимо использовать чистые и сухие перчатки из спилка или из другого подобного материала

Механизированную сварку стыковых соединений без разделки кромок в нижнем и вертикальном положениях выполняют обычно без поперечных колебаний электрода

При наличии разделки кромок первый шов выполняют также без поперечных колебаний, а последующие — с небольшими (до 5 мм) перемещениями электрода

При сварке угловых швов в нижнем положении угол наклона горелки относительно вертикальной стенки — 30-45°. Угловой шов на вертикальной плоскости ведут снизу-вверх «углом вперед». Однопроходную сварку выполняют с перемещениями конца электрода. Угловые швы больших сечений на вертикальной плоскости делают многопроходными путем выполнения узких швов. Так же сваривают и стыковые горизонтальные швы

С внутренней стороны шов защищают остающимися или съемными подкладками либо защитным газом, подаваемым каким-либо из способов:

1- защитный газ; 2- свариваемые детали; 3- заглушки; 4 — соединительные тросики

Схема установки заглушек в трубопровод для поддува защитного газа

При сварке деталей толщиной 4 мм и более из-за быстрого остывания сварочной ванны в шве образуются поры. Чтобы предотвратить их появление, применяют шаговую сварку с возвратно-поступательными перемещениями горелки. Каждый шаг вперед на 3-6 мм сопровождается перемещением назад на 1,5-3 мм. Такая техника сварки обеспечивает более эффективную защиту и медленную кристаллизацию сварочной ванны, что в конечном счете гарантирует отсутствие пор.

Чтобы уменьшить деформации при соединении длинномерных конструкций, широко применяют обратноступенчатый метод сварки.

Для заварки кратера горелку возвращают в обратном направлении на расстояние, немного превышающее длину кратера, и одновременно снижают скорость подачи проволоки

При сварке угловых и тавровых соединений сварку заканчивают перемещением горелки в обратную сторону по шву, одновременно замедляя подачу проволоки.

Эффективным способом окончания сварки служит вывод конца шва на выводные планки, которые после сварки удаляют

Специфика материала

Сварка алюминия затрудняется его химическими и физическими свойствами.

Все дело в способности этого металла образовывать оксидную пленку от контакта с атмосферным кислородом. Эта способность является как главным достоинством, так и недостатком.

Преимущество в том, что оксид на поверхности надежно защищает изделие от коррозии, алюминий практически не поддается этому разрушающему процессу.

Но, в то же время, пленка окиси затрудняет соединение изделий путем сварочных работ. Окислы, образующиеся в сварочной ванне, имеют более высокую температуру плавления, чем сам металл, на выходе сварной шов неоднородный, а значит не прочный.

Также сильный нагрев, значительно превышающий температуру плавления (660°), приводит к следующим негативным последствиям.

Текучесть расплавленного металла способствует вытеканию его из зоны сварки и быстрому прожиганию детали насквозь. Заварить такие недостатки можно, но с еще большими дефектами.
Высокая температура может способствовать растрескиванию материала вокруг места сваривания.
В сплавах алюминия образовываются поры ухудшающие прочность соединения.
Значительная теплоемкость приводит к рассеиванию тепла по всей детали, а значит нужно более высокая мощность аппарата для качественной сварки.
Металл образовывает кристаллизационные трещины в теле сварного шва.

Так как варить алюминий правильно и возможно ли делать такие соединения в домашней мастерской?

Выбор присадочного металла

При выборе присадочного металла для алюминия очень важно использовать таблицу выбора. Для каждой комбинации обозначений алюминия есть рекомендуемые варианты присадочного металла в зависимости от требуемых характеристик сварного шва.

Таблица выбора включает восемь характеристик, которые важны для различных сварочных работ: чувствительность к трещинам, прочность, пластичность, коррозионная стойкость, работа при повышенных температурах, соответствие цвета после анодирования, термообработка после сварки и ударная вязкость

. Анализируя потребности конечного компонента, можно определить, какие свойства наиболее важны в данном конкретном случае и выберите присадочный металл, который наилучшим образом соответствует требуемым характеристикам. Важно отметить, что повышенная рабочая температура алюминия составляет от 60°C до 210°C. Это и другие характеристики можно определить с помощью таблицы выбора.

Другой вариант — использовать компьютерное приложение для выбора присадочного металла. В таком приложении можно найти ту же информацию, что и в полной таблице выбора, но оно показывает присадочный металл только для выбранных основных материалов.

Правильный выбор присадочного металла всегда является ключевым моментом. Например, если основным свариваемым материалом является алюминий 6061, хорошие варианты присадочного металла включают 4043, 4943 и 5356. Проволока 4043/4943 для полуавтоматической дуговой сварки MIG или пруток для аргонодуговой сварки TIG помогут уменьшить пористость и обеспечить лучшую свариваемость и увеличить текучесть, в то время как присадка 5356 обеспечивает большую ударную вязкость и прочность.

Как проводится сварка неплавящимся электродом в среде аргона

AC TIG сварка алюминия проводится с использованием электродов. Она является одной из популярных процедур, ее часто используют для создания различных конструкций. Во Время сваривания должны использоваться расходные элементы высокого качества и с хорошей прочностью.

К основным расходным компонентам относятся следующие:

сварка алюминия TIG предполагает применение специальных электродов. Для нее подходят вольфрамовые стержни с размером 1,6-5 мм. Они должны выдерживать высокие показатели температуры до 3 тысяч градусов по Цельсию;
обязательно должна быть присадочная проволока для сварки алюминия, которая должна иметь поперечник с размерами 1,6-4 мм.

При выполнении сварки в аргоновой среде вольфрамовые стержни практически не будут расходоваться. Они только принимают участие в генерации электродуги. Обязательно должна быть присадка для сварки алюминия, в качестве нее подойдет алюминиевый пруток. Чтобы сваривание получилось качественным и прочным, потребуются защитные газы. Наиболее подходящими будут гелий или аргон с высокой частотой.

Особенности сварки в среде аргона

Многие начинающие сварщики часто интересуются вопросом — как сваривать алюминий с использованием аргоновой среды. Данный процесс может проводиться в домашних условиях, главное требуется приобрести необходимое оборудование, расходные материалы и изучить главные правила.

Итак, можно выделить основные особенности сварки алюминия с использования аргона:

процесс питания дуги производится от источника переменного тока. Именно он сможет полностью и качественно убрать оксидную оболочку;
основные параметры, а именно поперечник электрода и прутка, должны соответствовать величине применяемого тока. Все зависит от используемого оборудования для сварки;
параметры сварочной зоны должны быть на самом минимальном уровне;
скорость процесса сваривания электродом по изделию из алюминиевого металла должна зависеть от уровня расхода неактивного газа;
дуга должна зажигаться в стороне на отдельной графитовой пластинке. Ни в коем случае не стоит стучать вольфрамовым стержнем по поверхности заготовки, это может привести к ухудшению качества электрода;
присадочный пруток должен подаваться постепенно к области края сварочной ванны под углом в 90 градусов к электроду. Нельзя подавать присадку прямо под область электрода, это может сильно испортить качество шва;
сварка алюминия в домашних условиях газовой горелкой должна выполняться правильно. Горелка должна проводиться за электродом, но только не наоборот;
ни в коем случае нельзя слишком притапливать дугу или, наоборот, через чур сильно отодвигать. Сварочная ванна или область расплавленного металла должна обладать овальной немного вытянутой формой;
газ должен применяться в умеренных количествах, иначе это может вызвать появление некоторых проблем. А именно это может привести к попаданию воздуха в рабочую зону;
подача газа (аргона) должна осуществляться за 4 секунды до зажигания дуги, а прекращаться через 7 секунд после разрушения дуги.