Сварка алюминия: практические советы и рекомендации

Немногим более чем за 100 лет алюминий из редчайшего и дорогого материала превратился в необходимую составляющую нашей жизни. Области его применения все более расширяются, соответственно растут объемы потребления. Именно малый удельный вес алюминия является тем определяющим фактором, который позволяет создавать легкие и в то же время прочные конструкции (Фото.1).
Способы сварки
Для сварки деталей из алюминия и его сплавов применяется как MIG- так и TIG (AC)-сварка. Скорость TIG-сварки в три раза ниже, чем скорость MIG-сварки, но сварной шов получается более качественным, гарантируется отсутствие пор.
Основные рекомендации по сварке и свойства алюминия
Прежде, чем приступить к сварке алюминия , сварщик должен знать особенности материала и технологию 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. То, что алюминий лучше проводит тепло, делает нежелательным увеличение скорости сварки - уменьшается глубина провара. Для кристаллизации сварочной ванны требуется меньше времени, поэтому происходит неполное газовыделение, что может привести к образованию пор в сварном шве. Чтобы избежать этого, необходимо устанавливать большее значение силы сварочного тока, чем при сварке стали; предварительно нагреть свариваемые детали, и использовать инертный защитный газ, желательно гелий. В начале сварки возможно уменьшение прочности сварного шва из-за отсутствия полного провара по причине недостаточного прогрева кромок свариваемых деталей. Выходом из этого положения может быть использование функции 4-тактного сварочного цикла . В первом такте сварки подается импульс тока, по значению и концентрации энергии больше чем сварочный, который позволяет ускорить нагрев кромок свариваемых деталей (см. также Специальные рекомендации по MIG-сварке).
Материалы и сварочная проволока
Спектр алюминиевых сплавов сегодня весьма широк. Что касается алюминиевой проволоки, общим требованием является ее своевременное использование. Хранение при вскрытой упаковке должно быть сведено к минимуму, так как быстрое окисление поверхности ведет к ухудшению качества проволоки. Место будущего сварного шва, должно быть тщательно очищено от жировых, масляных и других загрязнений. Это должно быть сделано непосредственно перед сваркой. За очень короткое время алюминий покрывается слоем оксида алюминия (Al2O3). Этот оксидный слой разрушается посредством катодного распыления при сварке на постоянном токе обратной полярности или сварке на переменном токе .
Защитные газы для сварки
Детали и конструкции из алюминия и алюминиевых сплавов должны свариваться в среде защитных инертных газов. В основном для этого применяется аргон. Но предпочтительнее использовать газовую смесь аргона и гелия или один гелий. Более высокий показатель теплопроводности гелия определяет соответственно и более высокую температуру сварочной ванны, что оказывается преимуществом при сварке толстостенных деталей. Применение смеси защитных газов способствует более полному газовыделению - вероятность образования пор в сварном шве уменьшается.
Специальные рекомендации по MIG-сварке
Сварочные аппараты
Стандартные MIG/MAG-аппараты подходят для сварки алюминия весьма условно. Оптимального результата можно добиться, используя импульсно-дуговые аппараты, которые снабжены специальной программой для сварки алюминия.
Импульсно-дуговая сварка
Импульсно-дуговые сварочные аппараты располагают готовыми программами для сварки различных материалов и сплавов. Ручной переключатель на панели управления дает возможность выбрать любую программу. С помощью кнопочного управления на регуляторе энергии нужно выбрать только силу тока. Настройка всех остальных параметров производится автоматически микропроцессором.
Подача проволоки
Алюминиевая проволока значительно мягче стальной. В связи с этим рекомендуется четырехроликовое подающее устройство для того, чтобы прижимное усилие распределялось на каждую пару роликов. Ролики для подачи алюминиевой проволоки должны иметь U-образную канавку, чтобы защитить поверхность проволоки от повреждения.
Сварочная горелка
В качестве направляющей для подачи проволоки в сварочной горелке применяется тефлоновая трубка для уменьшения трения проволоки. Общая длина горелки не должна превышать 3 м, а шланг должен быть по возможности прямым. При толщине проволоки более 0,8 мм рекомендуется применение Push-Pull-горелки. В этой горелке установлен дополнительный механизм подачи проволоки, что позволяет увеличить длину шланга до 10 м.
Положение горелки
При сварке деталей из алюминия горелку устанавливают под углом 10-20 к вертикали. Расстояние между соплом горелки и свариваемыми деталями должно быть 10-15 мм. При большем расстоянии необходимо увеличивать давление защитного газа для обеспечения защиты сварочной ванны.
Расход защитного газа
Рекомендуется следующий расход:
Диаметр проволоки 1,0 мм - 12-14 л/минДиаметр проволоки 1,2 мм - 14-16 л/минДиаметр проволоки 1,6 мм - 18-22 л/мин
Для установки необходимого расхода газа рекомендуется использовать поплавковый регулятор давления.
Функция 4-тактного сварочного цикла
Современные импульсно-дуговые сварочные аппараты фирмы MERKLE снабжены особой 4-тактной функцией. В первом такте сварки активируется импульс тока по значению и концентрации энергии больше чем сварочный , который позволяет ускорить нагрев кромок свариваемых деталей. Применение этой операции помогает избежать сварочных дефектов в начале сварки.
На конечной стадии сварки после обрыва дуги в результате усадки сварочной ванны, как правило, образуется незаваренный кратер. Также возможно образование усадочных (кристаллизационных) трещин. Применение запрограммированного плавного понижения сварочного тока в четвертом такте позволяет заварить кратер и предотвратить появление трещин. Второй и третий такт являются рабочими тактами в импульсно-дуговом процессе сварки
Интерпульс-метод
Одним из специфических методов импульсно-дуговой сварки является интерпульс-метод, который имеет преимущества перед другими методами при сварке алюминия. В этом случае добавляется второй импульс-процесс. Сварочный шов выглядит так же, как и при TIG-сварке. Преимуществами интерпульс-метода являются:
- внешний вид и качество шва как при ТIG-сварке;- уменьшение нагрева шва;- уменьшение термических деформаций и коробления заготовки.
Специальные рекомендации по TIG (AC)-сварке
1) TIG-аппараты
Сварку алюминия TIG-аппаратами выполняют на переменном токе (AC). Имеется большой выбор сварочных аппаратов с максимальной силой тока от 170A до 600A.
2) Положение горелки
Горелка располагается по направлению сварки под углом 15-40 к вертикали. Присадочный материал подается в сварочную ванну под углом 10-30 по отношению к заготовке.
3) Количество защитного газа
Количество защитного газа составляет примерно 5-12 л/мин в зависимости от диаметра керамической форсунки горелки. После окончания сварки газ должен еще некоторое время поступать в зону сварки для защиты сварочного шва и охлаждения неплавящегося электрода.