Скрепление (раскрой) металлов производится различными способами. Наиболее эффективная технология – с помощью сварочного аппарата. Применительно к алюминию эта работа существенно осложняется, и в первую очередь, из-за быстрого образования толстого слоя оксида на поверхностях деталей. Процесс этот происходит беспрерывно, что и затрудняет сплавление образцов.
Какие электроды следует использовать для дуговой сварки алюминия, как добиться качественного шва, что учесть – об этом и не только подробно расскажет предлагаемая статья.
Об их особенностях и специфике ведения сварки .
Для сваривания алюминия и сплавов из него они используются гораздо реже, и в основном специалистами. Они нашли более широкое применение в промышленности, а для ручной дуговой сварки – лишь при работе с медными проводами.
Он зависит в основном от силы тока, и приведенными данными можно руководствоваться при ручной аргонодуговой сварке. Для нее целесообразно выбирать вольфрамовые электроды или их лантанируемую модификацию сечением от 0,8 до 8 мм, в зависимости от силы тока (А).
Более толстыми электродами работают лишь профессионалы.
В статье изложена общая (ознакомительная) информация по электродам по алюминию. Дуговая сварка ведется по нескольким технологиям – при помощи автомата или вручную, в облаке инертного газа (аргон или его смесь с гелием). Как разновидность последнего способа – сварка плазменная. Только зная и учитывая все нюансы предстоящей работы, можно правильно подобрать оптимальный тип электрода и его диаметр.
Современные электроды для сварки алюминия представляют собой высокотехнологичный сплав, способный производить качественные, неразъемные и долговечные соединения, швы. Для сварки алюминия необходимы именно специальные электроды, поскольку рассматриваемый металл можно отнести к числу тяжело свариваемых.
На поверхность алюминия при контакте её с воздухом мгновенно образуется оксидная пленка. Для того чтобы окислы не имели место во время сварки, применяется защитный газ, среда которого служит вытесняющим фактором, отделяющим поверхность металла от воздуха. Электроды по алюминию могут быть различных марок,основные из которых, а также их предназначения заслуживают отдельного внимания.
Прежде чем выполнять сварочные работы, должны обязательно следовать подготовительные работы, включающие в себя обезжиривание рабочих поверхностей, очистку, удаление оксидной пленки. Присадочные алюминиевые материалы, включая вольфрамовый электрод, должны обрабатываться аналогичным способом. Ниже приведен список основных шагов на этапе подготовки поверхностей к обработке.
Алюминиевые электроды плавятся в несколько раз быстрее, нежели стальные. Алюминиевые катоды обрабатывают детали практически непрерывно. Обработка деталей выполняется сварщиком, обладающим соответствующей квалификацией, имеющим специфические навыки, знания. Электроды для производства сварки рассматриваемого металла и его сплавов имеют неоспоримые положительные качества, среди которых особого внимания стоят невысокая цена, эксплуатационная простота.
Производство соединительных работ деталей из алюминия подойдет идеальным образом для полевых условий, а также для применения в частных мастерских. Вольфрамовые электроды способны разрушать оксидную пленку, которая образуется на поверхности данного цветного металла. Электрод должен быть качественным и надежным, так как от его качественных параметров и характеристик по окончании соединительных работ будет зависеть долговечность шва и соединения.
Присадочный материал - предмет повышенного внимания как профессионального сварщика, так и новичка данного ремесла, который оказывает влияние на пластичность шва, его аккуратность и долговечность. Если присадочный материал пользуется спросом на рынке электротехнических товаров - значит, он в большинстве случаев является проверенным и надежным.
Технология сварки алюминия посредством катода сначала предполагает подготовку металла к работе. Таким образом, профилируются кромки деталей, после чего производится очистка поверхности материала от загрязнений, оксидных образований. Обработка материала выполняется посредством удаления в специальных щелочных ваннах. Для очистки и удаления поверхности металла и самого катода применяются специализированные растворители органического происхождения. От качества растворителя, которым осуществляется очистка рабочих поверхностей, также очень многое зависит, включая качество сопряжения материалов с присадочным припоем.
С ролью растворителя для очистки обрабатываемых поверхностей успешно справляется Уайт-спирит, либо технический ацетон. Также может использоваться растворитель РС-1, РС-2. Относительно щелочных ванн, то они состоят из 50 г технического тринатрийфосфата, 50 г кальцинированной соды, 30 г стекла в жидком состоянии из расчета на один литр. Стоит отметить, что температура ванны щелочи может равняться пределам 60-70 градусов. Обработка металла производится на протяжении 5 минут.
По окончании очистки алюминия следует удаление оксидной пленки, которую можно снять посредством металлической щетки. После проведения очистки кромок деталей, металл обезжиривается посредством растворителя снова. Прежде чем приступать к работе, понадобится тщательнейшим образом просушить катоды в условиях температуры 200 градусов на протяжении двух часов. Рассматриваемый материал и его сплавы обрабатывается сварочным инвертором, используя специальные электроды.
После подготовительного этапа приступают к соединительным работам, используя электрод, которые производятся в условиях постоянного тока с обратной полярностью. Рабочий параметр принимается из расчета 25-30 А на 1 мм диаметра, который имеет электрод. Для получения надежного, аккуратного и долговечного шва материал разогревается до температуры от 250 до 400 градусов Цельсия (показатель температурного нагрева выбирается, опираясь на диаметр обрабатываемого материала).
Электрод, применяемый для сварки алюминия, может быть графитовым, вольфрамовым, угольным. Выбор осуществляется, опираясь на диаметр обрабатываемых деталей. Применяются многие виды воздействия на рассматриваемый металл, среди которых ручной электродуговой, автоматический электродуговой, дуговой в среде защитных газов. Каждая методика имеет свои преимущественные стороны, а также недостатки, к тому же может быть использован исключительно при конкретных производственных необходимостях.
Ручная электродуговая сварка производится путем применения штучных катодов специальных марок при постоянном токе обратной полярности. Аргонодуговая обработка деталей выполняется посредством вольфрамового катода, и эта методика считается наиболее оправданной и популярной среди профессиональных рабочих. Распространением пользуется использование инверторных источников питания, с возможностью смены частоты напряжения.
Обработка алюминиевых деталей должна производиться на повышенной частоте, в то время как для заварки дефектов - при пониженной частоте. Полуавтоматический режим предпочтительнее аргонодугового ввиду повышенной степени производительности. Работа в полуавтоматическом режиме выполняется при постоянном токе с положительной полярностью на основном элементе.
Для получения высококачественных, долговечных, а также надежных соединений понадобится определенная квалификация, профессиональный уровень, навыки, с помощью которых удастся добиться аккуратности и долговечности швов. Стоит помнить, что электрод, а также все вспомогательные и основные рабочие элементы должны быть качественными. В противном случае, если пренебрегать общими наставлениями и рекомендациями опытных специалистов, Вы рискуете не получить желаемый итог стараний.
Комментариев:
В последние годы использование алюминия все больше получает распространение в производстве благодаря характеристикам, которые делают его привлекательной альтернативой стали. Алюминий в три раза легче, чем сталь, тем не менее он имеет более высокую прочность при легировании. В 6 раз лучше стали проводит электрический ток (в 30 раз лучше нержавеющей стали). Кроме того, алюминий — немагнитный материал, обеспечивающий превосходную коррозионную стойкость.
Действительно, технология сварки алюминия менее энергоемка и, следовательно, легче сварки стали. В мировом производстве прирост объемов сварки этого металла ежегодно составляет 5,5 % в связи с тем, что алюминий все больше используется в автомобильной и других отраслях промышленности.
Однако могут возникнуть некоторые трудности при применении привычного оборудования, калиброванного под сварку стали. Да и привычные сварочные режимы стали не всегда применимы к алюминию. Например, высокая теплопроводность и низкая температура плавления алюминия могут легко привести к прожиганию и поводковым проблемам, если не соблюдаются надлежащие режимы.
Вернуться к оглавлению
Чтобы была понятна технология сварки этого металла, прежде необходимо понять некоторые основы его металлургии. Алюминий можно легировать рядом различных элементов для увеличения прочности, стойкости к коррозии и/или общей свариваемости.
Главными легирующими алюминий составляющими служат Cu, Si, Mg, Mn и Zn.
Медь (Cu) обеспечивает высокую прочность алюминия. Эта серия сплавов является термостойкой и используется для изготовления частей самолетных двигателей, заклепок и винтов. Большинство этих сплавов считаются малопригодными для дуговой сварки из-за их чувствительности к горячим трещинам. Эти сплавы свариваются 4043 электродами с наполнителями, обладающими низкой температурой плавления с целью уменьшения вероятности горячих трещин.
Марганец (Mn) — с ним алюминий дает сплавы холодной закалки общего назначения, обычно отлично подходящие для аргонно-дуговой сварки с 4043 или 5356 электродами, не склонные к горячим трещинам. Кремний (Si) уменьшает плавление алюминия и улучшает его текучесть. Сплавы обладают хорошей свариваемостью.
Магний (Mg) придает сплавам отличную свариваемость с минимальной потерей прочности. Кремний и магний в совокупности создают термостойкие сплавы средней прочности, несколько склонные к горячим трещинам. Наиболее распространенными электродами для этой серии являются все те же универсальные 4043.
Цинк (Zn) в сплаве с алюминием и медью придает высокую прочность сплавам из алюминия. Свариваемость этой серии имеет недостаток: многие сорта чувствительны к образованию горячих трещин.
Чистый алюминий без легирующих добавок широко используется благодаря своей превосходной стойкости к различным видам коррозии, в оборудовании химической промышленности, легко сваривается с электродами 1100 и 4043 сплавов.
Вернуться к оглавлению
С точки зрения химии алюминий имеет высокий потенциал растворимости атомов водорода в жидкой форме и низкую растворимость в точке кристаллизации. Это означает, что даже небольшое количество водорода, растворенное в металле шва, будет стремиться выйти из него по мере затвердевания, а возникшая пористость шва может стать большой проблемой во время сварки алюминия.
Кроме того, алюминий, соединяясь с кислородом в форме оксида алюминия, создает пористый слой, который может стать ловушкой для влаги, масла, смазки и других материалов. Другими словами, алюминий защищен оксидной пленкой, которая обеспечивает металлу превосходные антикоррозионные свойства. Но, поскольку оксидная пленка имеет высокую температуру плавления (2037°С), в три раза превышающую температуру плавления самого алюминия, она препятствует соединению частей металла. Поэтому сварка алюминия требует предварительного удаления оксидной пленки, для чего можно использовать любой способ:
Важно! Вот некоторые из признаков наличия оксидной пленки:
Вернуться к оглавлению
Механические свойства сварного шва, такие как прочность на растяжение, упругость и удлинение, зависят от выбора вида сплава алюминия и наполнителя.
Для канавки сварных швов зона термического влияния (ЗТВ) диктует прочность соединения:
При таком режиме прочность сварного шва пострадает меньше.
Для угловых швов прочность зависит от состава наполнителя сплава электрода, используемого для сварки.
Совет: по возможности лучше подкладывать под область сварки радиатор из меди или алюминия. Поскольку алюминий имеет хорошую теплопроводность, то тепло из области сварного шва быстро передается остальным частям заготовок, которые становятся настолько горячими, что это может вызывать усадки и деформации в их структуре. С помощью некоторого теплопоглощения материалом, находящимся под областью сварки, можно защитить работу от деформации.
Вернуться к оглавлению
Существует несколько основных методов сварки алюминия:
Размеры вольфрамовой проволоки, служащей электродом, в зависимости от величины тока:
При этом размер наполнителя стержня равен размеру вольфрама, длина дуги должна равняться диаметру вольфрама.
Важно! Когда не имеете представления о том, с каким именно сплавом алюминия имеете дело, воспользуйтесь универсальным электродом 4043.
Алюминий - не самый простой металл для сварки, поэтому электроды для сварки алюминия выбираются с целью обеспечения наилучшего качества и долговечности соединения. Исходным пунктом является верный выбор технологии сварки - плавящимся (метод MIG/MAG) или неплавящимся (TIG/WIG) электродом, а также наличие соответствующего оборудования.
Как известно, данный метод представляет собой использование плавящегося электрода, который работает в среде защитного газа (аргона). В этом случае подается в зону соединения по коаксиально расположенной в сопле трубке, которая со всех сторон омывается потоком аргона. Рабочая температура в сварочной зоне достигает 1500 0 С, поэтому при использовании метода MIG/MAG для соединения тонкостенных алюминиевых конструкций следует помнить о возможности их тепловой деформации.
Основными режимами, используемыми на практике, являются:
В современных сварочных аппаратах все вышеперечисленные режимы могут программироваться заранее.
Таким образом, при выборе плавящихся электродов к технологии MIG/MAG необходимо предварительно изучить технические возможности оборудования для электродуговой сварки алюминия и установить требования, касающиеся качества конечного шва.
Электроды по алюминию для электродуговой сварки выбирают с учетом:
В зависимости от вида электродуговой сварки могут быть использованы и другие виды сварочных электродов. Например, для заварки дефектов в алюминиевых отливках, при ликвидации повреждений в алюминиевых дисках, а также при работах с алюминиевыми заготовками малой толщины электрод для алюминия может быть из угольного стержня. Используется только ручная сварка, которая должна проводиться на прямой полярности.
Применение находят следующие исполнения плавящихся электродов:
Плавящийся электрод можно изготовить и своими руками. Для этого подходящую по диаметру алюминиевую проволоку разрезают на мерные прутки длиной 250-300 мм. Далее готовят поверхностную обмазку из мелко толченого мела и силиката натрия (жидкого стекла). Когда состав достигнет равномерной слабовязкой консистенции, его наносят на поверхность отрезанных прутков. Толщина обмазки не должна быть менее 1,5 мм. После тщательного просушивания самодельный электрод для алюминия готов к использованию.
Выбор электрода производится в зависимости от марки свариваемого алюминиевого сплава. Изделия нуждаются в предварительной подготовке. Простейшее исполнение можно изготовить и самостоятельно.
Для алюминия процесс реализуется в основном при обратной полярности тока. Электродом служит вольфрамовая проволока, которая поступает в зону обработки по полому зажимному устройству в горелке. Вокруг этого зажима подается поток аргона, обеспечивающий защиту соединяемых материалов от окисления. Шов получается исключительно однородным. Этому способствуют:
Применение процесса TIG/WIG на обратной полярности принципиально возможно, но используется гораздо реже. Наоборот, учитывая постоянно возрастающее количество бытовых сварочных инверторов, целесообразнее применять метод в условиях переменного тока.
Метод хорош при соединении алюминиевых конструкций с небольшой толщиной (до 2-2,5 мм) и не отличается высокой производительностью. Причина заключается в способе функционирования самого инверторного аппарата. Поскольку в его рабочем контуре постоянно осуществляется двухстадийное преобразование тока - из переменного в постоянный, а затем обратно, то этот контур интенсивно нагревается. Обдув сварочного инвертора проблемы полностью не решает, поэтому для каждой модели инвертора есть свое значение продолжительности включения (ПВ). Реальное ПВ инверторов не превышает 0,85-0,9 (утверждения о конструкциях аппаратов с более высоким ПВ следует рассматривать только как пиар-акцию их производителей). Наконец, для получения качественного сварного шва после сварки алюминия инвертором необходим большой опыт.
Соединение алюминиевых деталей при помощи инвертора возможно при соответствующей квалификации сварщика и с учетом технических возможностей имеющегося сварочного аппарата.
Промышленные типоразмеры отличаются высокой стоимостью. Они изготавливаются в соответствии с техническими требованиями ГОСТ 23949, и подразделяются на следующие группы:
Вольфрамовые неплавящиеся электроды выпускаются и за рубежом. Они маркируются буквой W, к которой добавляется еще одна, в зависимости от того, на каком токе будет выполняться . Материалы имеют также разный цвет упаковки:
Марка WТ-20 (красный цвет) по своим потребительским характеристикам примерно соответствует отечественным маркам ЭВТ. Однако для соединения алюминия и его сплавов они используются реже, поскольку ухудшают стабильность горения дуги. Единственное их преимущество - высокая стойкость, что имеет значение при продолжительных сварочных операциях.
Данный материал обладает высокой электро- и теплопроводностью, относительно легкой массой, и его сплавы имеют отличные механические свойства. Но сварка алюминия — достаточно трудный процесс. Не каждому под силу его осуществить.
Но следует учитывать и правильные электроды по алюминию, как варить его правильно.
Варить алюминий достаточно трудно, так как он имеет определенные свойства:
Сегодня есть три основных варианта сварочных работ по алюминию:
В первую очередь следует помнить, что для выполнения качественной сплавки алюминия необходимо позаботиться об оксидной пленке. Для этой цели используется постоянный или переменный ток, но с обратной полярностью. Таким образом, возникает катодное распыление, под воздействием которого пленка разрушается. Если же ток будет прямополярным, то это никакого эффекта не даст.
Перед тем как приступать к сварочным работам, алюминиевая поверхность должна быть тщательным образом подготовлена к этому процессу. Для этого следует выполнить ряд работ.
В первую очередь стыки поверхности и поверхность в целом обезжириваются и очищаются. На поверхности свариваемого алюминия не должно остаться никакой грязи, масла или жира. Для такой цели используют ацетон, уайт-спирит, авиационный бензин или какой-либо другой аналогичный растворитель.
Может возникнуть необходимость разделать кромки. Это производится в том случае, если толщина листа алюминия превышает 0,4 см. В остальных же случаях металл оставляют таким, какой он есть. Но есть случай, когда алюминий покрыт электродами, тогда его не трогают, если он не толще 2 см. Если же предстоит иметь дело с алюминием тоньше чем 1,5 мм, то следует позаботиться об отбортовках.
Далее удаляется оксидная пленка. Для этого при помощи наждачной бумаги, напильника или металлической щетки (диаметр проволоки не больше 0,15 мм) края сплавляемых деталей (на расстоянии в 2,5-3 см) зачищаются.
Режим ММА предназначен для сварки, где дело имеется с металлом толще 4 мм. Но данный режим имеет ряд негативных моментов, а именно:
Но при всем этом покрытыми электродами работают как по обычному алюминию, так и с его компонентами. Раньше для сварочных работ применяли электроды марки ОЗА-1 и ОЗА-2, но сегодня на их замену пришли УАНА и ОЗАНА. Данные электроды разработаны для всех видов сплавов алюминия. Первым электродом работают с металлом технической чистоты, а вторым — с алюминиево-кремнистыми сплавами.
При сварке алюминия в режиме ММА следует применять постоянный ток с обратной полярностью. При этом на 1 мм диаметра электрода должно идти 25-30 А тока.
Чтобы достичь оптимального качества сварки, металл разогревается как минимум до 250-300° С. Но если используются детали более массивного характера, то этот показатель возрастает до 400° С. Процесс подогрева и постепенного охлаждения способствуют получению хорошей плавкости материалов с использованием ослабленного тока. Также такой метод работы не приводит к образованию кристаллических трещин и уменьшает коробление. Если иметь дело с крупногабаритными деталями, то лучше применять локальный нагрев.
Следует знать, что сварочные работы алюминиевым электродом осуществляются в 2 раза быстрее по сравнению с другими, так как они быстрее плавятся. Вследствие этого скорость сварки увеличивается.
В случае обрыва дуги кратер и рабочий конец электрода получают слой шлака.
А он уже будет мешать «поджигать» дугу. Специалисты советуют, чтоб избежать такой неприятности, вся сварка должна проводиться одним махом, без перерывов, в пределах одного электрода. Причем работы по алюминию не требуют колебаний электродом поперечного типа, как делалось бы при работах со сталью.
Чтобы поспособствовать повышению качеству шва, оконченный стык очищается от шлака, промывается горячей водой и зачищается при помощи стальной щетки. Таким образом, из всех микротрещин удалится мусор, который в дальнейшем мог бы привести к коррозии.
Так как покрытые электроды и сварка ими имеют много неприятных особенностей, такой способ применяют достаточно редко. Взамен ему отдают предпочтение аргонной сварке.
Режим AC TIG пользуется большой популярностью. Такой способ обеспечивает высокие показатели по прочности, и шов имеет очень эстетичный вид.
Для осуществления такой металлообработки берутся тунгстеновые электроды (сечение — от 1,6 мм до 5 мм) и специальные присадочные прутки (сечение — от 1,6 до 4 мм).
Для достижения качественного эффекта используется аргон или гелий. Главное, чтобы оба газа были максимальной чистоты. Оксидную пленку разрушает дуга, питающаяся переменным током. Во многом на качество проводимых работ влияют правильно подобранное оборудование и его комплектация.
Для правильной плавки металла необходимо соблюдать угол наклона в 70-80° между поверхностью и электродами, а 90° наклона нужны электроду и присадочной проволоки. Необходимо контролировать, чтобы длина дуги была не больше 1,5-2,5 мм.
При правильной сварке горелка идет за присадочным прутком, а не впереди. Таким образом, гарантируется защита шва. Присадочный пруток работает возвратно-поступательными движениями. Ни в коем случае нельзя использовать поперечные движения.
Чтобы был отвод тепла, применяют стальную или медную подкладку, которые выполняют роль радиатора. Сварочная ванна используется маленьких размеров. Во время сварки сварочный ток и инертный газ должны иметь прямо пропорциональный расход.
Аргон подается на 5 секунд раньше, чем поджигается дуга, и выключается на 7 секунд позже, после того как она потухла.
Режим DC MIG выполняется с применением специального импульсивного аппарата, который помогает справиться с оксидной эзерфолью при помощи импульса высокого напряжения. Такой способ имеет высокий уровень качества шва, так как во время плавления капли алюминия «вбиваются» в сварочную ванную. Но стоимость такой аппаратуры очень высока.
Для выполнения MIG-сварки необходимо помнить о следующих технических особенностях:
Следует помнить, что какой бы режим ни был выбран, марка проволоки должна подбираться под рабочий материал. Чтобы осуществить всю работу качественной, желательно изначально ознакомиться не только с , но и со всей аппаратурой, которую придется применять во время этого процесса.