Сварка алюминия

 

технолог литейного производства

Сварка алюминия является одним из способов получения или исправления алюминиевых конструкций и литых заготовок и деталей.

В технике, AL, который не содержит примесей, используется ограниченно из-за его малой прочности и большой способности к деформации. В основном используют AL, например дюралюмин и силумин.

Ключевые проблемы при сварке AL и его сплавов заключаются  в том что: при нагревании металла появляется плавящаяся при высокой температуре  пленка окиси алюминия Al2О3 на поверхности, которая мешает сваривание частиц металла друг с другом.
вследствии высокой температуры расплавления окиси алюминия, которая составляет 2050 градусов Цельсия, и малой температуры плавления алюминия, равной 658 градусам Цельсия, управление свариванием становится очень сложным. Необходимо использовать специальные технологические методы для обеспечения большой проводимости тепла AL и его сплавов, а при работе с крупными деталями – предварительно нагревать их.
Алюминиевые изделия, включая их сплавы, могут быть соединены с помощью различных видов сварки, таких как электродуговая, аргонодуговая и газовая. В начале процесса сварки необходимо провести специальную подготовку алюминиевых изделий, которая состоит из удаление жиров и окиси алюминия с их поверхности. Также необходимо подготовить проволоку для присадки и электроды, покрывая их защитным слоем перед использованием.

Сварка алюминия подготовка

Подготовительные работы поверхности  при сварки состоят из устранения загрязнений при помощи органических растворителей, а также удаление окисной пленки при помощи механической зачистки  или химического травления. Химическое травление включает в себя несколько этапов: травление в специальном растворе, промывка, нейтрализация, повторная промывка и сушка. Рекомендуется исполнять обезжиривание и травление не позднее, чем за 2-4 часа перед сваркой.

 

сварка алюминия, механическая зачистка поверхности алюминия

Таблица 1

Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки алюминия  и его сплавов угольным или графитированным электродом

Толщина металла, ммДиаметр присадочной проволоки, ммДиаметр угольного или графитированного электрода, ммСила тока, А
2 — 51 – 68120 — 200
5 — 105 — 710200 -280
10 157 — 1012280 — 350
≤ 1510 — 1215350 — 450

 

Толщина листового металла до 5 мм позволяет варить без разделывания кромок. Для деталей толщиной до 20-25 мм не требуется предварительный нагрев перед свариванием. Однако, при толщине более 20 мм рекомендуется разогревать детали до 300-400 градусов Цельсия перед свариванием. Для  силуминовых отливок достаточно подогреть их до 250-300 градусов Цельсия.
Электродуговая сварка производится вручную при помощи угольных или металлических электродов с флюсом, а также автоматически с использованием флюса. Ручная дуговая сварка с угольным электродом исполняется на постоянном токе прямой полярности (минус на электроде). Наиболее эффективно использовать угольные электроды при сваривании по отбортовке без присадочного металла.
Сварка стыковых, угловых и тавровых соединений выполняется с использованием присадочного металла — прутков из алюминия и алюминиевых сплавов. Для сваривания большинства деформируемых сплавов используется проволока АК. Для сваривания силумина допускается применять литые силуминовые прутки. Ориентировочные режимы сваривания угольными или графитированными электродами приведены в таблице 1.
Флюсы, предназначенные для дуговой сварки угольным электродом, допускается применять и при газовой сварке. Составы флюсов приведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2

Состав флюсов, не содержащих  хлористого лития, для электродуговой и газовой сварки алюминия  и его сплавов,%

компоненты12345компоненты12345
Хлористый:Калий кислый серно-5
натрий16201941кислый
калий7948295150Фтористый:
Фтористый:кальций4
барий20барий48
натрий850
калий12

 

Таблица 3

Состав флюсов, содержащих хлористый литий, для электродуговой и газовой сварки  алюминия и его сплавов, %

компоненты12345 (АФ – 4А)678
Хлористый:
Натрий3045306;528303020
Калий45304563,550354520
Литий15101530,614151530
Магний8
Фтористый:
Литий3,5
Калий71510
натрий3,58101010
Калий кислый сернокислый332
Бромистый калий10

 

Ручная дуговая сварка

ручная дуговая сварка алюминия
Для ручной дуговой сварки используют металлические электроды, состоящие из сварочной проволоки.
Таблица 4
Электродные покрытия (масс. Доли ,%) с хлористым литием  для сварки  алюминия и его сплавов.

Таблица 4

Электродные покрытия (масс. Доли ,%) с хлористым литием  для сварки  алюминия и его сплавов.

Компоненты12345678
Хлористый:        
литий1030302433,718,218,29,1
калий506463,52024,7532,5
натрий35,566,513,4527,230,518,2
магний7,85
Фтористый:
натрий1,51795,2
калий33911,25
Криолит46,545,535
Сернокислый натрий9,15,8

 

Состав электродных покрытий приведен в табл. 4 и 5.

Таблица 5

Состав (масс. Доля, %) электродных покрытий без хлористого лития для  сварки алюминия и его сплавов.

Компоненты1234567
Хлористый:
натрий12,5191933153030
калий50292845505040
барий4846
цинк15
Фтористый:
магний3
кальций44
калий7
Кислый сернокислый натрий2,5
Криолит35352030

 

В таблице 6 указана зависимость толщины покрытия от диаметра электродного стержня.

Таблица 6

Толщина покрытия  в зависимости от диаметра электродного стержня, мм

Диаметр электродного стержняТолщина покрытия на сторонуДиаметр электродного стержняТолщина покрытия на сторону
30,25-0,1350,5-0,75
040,3-0,5≥ 60,75-1,6

 

Сварку производят на постоянном токе обратной полярности. Режимы сварки приведены в табл. 7.

 

технолог литейного производства

Таблица 7
Примерные режимы ручной дуговой сварки алюминия и его сплавов металлическими электродами

Толщина металла, ммДиаметр электрода, ммСила тока, АТолщина металла, ммДиаметр электрода, ммСила тока, А
1-3380-1308-106300-350
3-54150-18010-158350-400
5-85250-320>1510400-450

 

Автоматическая сварка

автоматическая сварка алюминия

Для соединения применяются в основном металлические электроды, которые плавятся при сварке на обычных машинах с постоянной скоростью подачи проволоки, без необходимости обрезки краев. Для выполнения сварки используются специальные вещества, состав которых указан в таблице 8.

Таблица 8
Состав флюсов для автоматической сварки алюминия

ФлюсСостав флюса,масс. Доля , %Свариваемые материалы
Хлористый калийХлористый натрийКриолит
АН-А1502030Алюминий и сплав АМц
УФОК-А1403030Чистый алюминий и его  сплавы
МАТИ-1344323Сплавы АМц и АМг

 

Режимы автоматической сварки плавящимся электродом  приведены в табл. 9.

Таблица 9

Режимы *1 автоматической сварки  алюминия и его сплавов плавящимся  электродом (для стыковых двусторонних швов)

Толщина металла, ммДиаметр сварочной проволоки, ммСила тока, АНапряжение дуги, ВЗазор между кромками, мм
121,8280-360036-380-1,0
162,5350-40038-400-1,0
182,85400-43039-410-1,5
254,0550-60040-420-2

 

Аргонодуговая сварка

аргонная сварка алюминия
Главным преимуществом данного метода считается отсутствие необходимости в использовании флюсов и покрытий для сварки. Для осуществления сварки используется сухой аргон с минимальной чистотой 99,8%. Сварка может выполняться вручную, полуавтоматически или автоматически. Для ручной сварки используются неплавящиеся вольфрамовые электроды и специальные держатели. Диаметр присадочной проволоки (в мм) для ручной сварки выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла (в мм).

Допускается выполнение сварки с использованием постоянного тока с обратной полярностью или переменного тока. Для сварки с переменным током используются осцилляторы. В таблице 10 приведены приблизительные режимы ручной сварки с неплавящим электродом.

Таблица 10

Ориентировочные режимы ручной аргонодуговой сварки алюминия и его сплавов неплавящимся электродом на подкладке из меди или коррозионностойкой  стали

Толщина металла, ммВстык с  присадкойВстык без присадкиПо отбортовке
Сила тока ,АРасход аргона, л/минСила тока ,АРасход аргона, л/минСила тока ,АРасход аргона, л/мин
0,845-554-540-454-5
1,065-854-550-654-545-554-5
1,270-905-660-705-655-705-6
1,580-1007-870-907-870-857-8
2,090-1107-890-1107-8
3,0100-1208-9100-1208-9

Специальные автоматы используются для проведения автоматической сварки с применением как неплавящих, так и плавящих электродов. При сварке неплавящим электродом допускается выбирать между подачей и отсутствием подачи дополнительного материала. Таблицы 11-13 содержат информацию о режимах автоматической сварки с применением неплавящегося электрода.

Таблица 11
Ориентировочные режимы ручной аргонодуговой сварки алюминия и его сплавов неплавящимся электродом без присадочной проволоки (стыковые соединения)

Толщина металла, ммДиаметр вольфрамового электрода, ммСила тока, АСкорость сварки в нижнем положении шва, м/чРасход аргона, л/мин
1,0240-7025-505-6
1,5350-8020-456-7
2,0480-12020-407-8
3,04150-20015-308-9

Таблица 12
Ориентировочные режимы  автоматической  аргонодуговой сварки алюминия и его сплавов неплавящимся электродом с подачей присадочной проволоки (стыковые соединения)

Толщина металла, ммСила тока, АМинимальная скорость сварки, м/чДиаметр вольфрамового электрода, ммРасход газа, л/минДиаметр присадочной проволоки, ммСкорость подачи  проволоки, м/ч
2115-1401837-81,5
3160-21013,038-91,5
6240-2608,5412-152,5-2,820-24
Примечание: При толщине металла 6 мм выполняется V – образная разделка кромок , при толщине 2-3 мм сварка выполняется  без разделки кромок.

Таблица 13
Режимы автоматической аргонодуговой сварки алюминия и его сплавов  плавящимся электродом (стыковые соединения)

Подготовка кромокТолщина металла, ммСила тока, АСкорость сварки м/чДиаметр электродной проволокиЧисло слоевРасход газа, л/мин
Без разделки4140-2020-361,6-218-9
6140-22020-361,6-219-10
С V- образной разделкой8200-29020-302-2,5211-13
10200-32020-252-2,5213-15
15290-37518-222-32-315-17
С V- образной или202920-39015-212-33-415-17
Х- образной разделкой>20300-4209-182-3>415-17

 

Газовая сварка

газовая сварка алюминия

Этот метод соединения алюминия и его сплавов не очень эффективен. Основной недостаток заключается в необходимости использования флюсов и низкой концентрации тепла в сравнении с дуговой сваркой. Мощность пламени выбирается в зависимости от толщины металла, который нужно соединить.

Толщина металла, мм0,5-0,81,01,21,5-2,03,0-4,0
Мощность пламени ацетилена, л/мин507575-120150-300300-500

Огонь должен быть обычным. Для добавления металла применяют сварочную проволоку из AL и его сплавов. Размер проволоки зависит от толщины металла, который нужно сварить.

Толщина металла, мм<1.5>1.5>3>5>7
Диаметр присадочной проволоки, мм1.5-22.5-33-44-4.54.5-5.5

Флюсы для газовой сварки см. в табл.  2 и 3 .

Сварные швы

сварка алюминия, сварные швы

После сварки швов, выполненных с использованием дуговой и газовой сварки с покрытием или флюсами, необходимо провести дополнительную обработку. Шлак, оставшийся на поверхности швов после сварки, может сильно повредить металл, поэтому его нужно тщательно удалить, промывая горячей водой.

Термическая обработка

термическая обработка алюминия

После сварки соединений из дюралюминия и силумина необходимо провести отжиг при температуре 300-370 градусов Цельсия в течение 1,5-2 часов, а затем медленно охладить. Для изделий из закаленного дюралюминия рекомендуется провести закалку в воде после нагрева до 500-510 градусов Цельсия, а затем провести старение. Закалку в сочетании со старением используют для изготовления особо важных изделий.

Использованная литература:
Справочник сварщика, под редакцией доктора технических наук В.В. Степанова, издание четвертое, переработанное и дополненное.

 

технолог литейного производства