Сварка алюминия
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.
Таблица 1
Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки алюминия и его сплавов угольным или графитированным электродом
| Толщина металла, мм | Диаметр присадочной проволоки, мм | Диаметр угольного или графитированного электрода, мм | Сила тока, А |
| 2 — 5 | 1 – 6 | 8 | 120 — 200 |
| 5 — 10 | 5 — 7 | 10 | 200 -280 |
| 10 15 | 7 — 10 | 12 | 280 — 350 |
| ≤ 15 | 10 — 12 | 15 | 350 — 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,%
| компоненты | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | компоненты | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Хлористый: | Калий кислый серно- | 5 | — | — | — | — | |||||
| натрий | 16 | 20 | 19 | 41 | — | кислый | |||||
| калий | 79 | 48 | 29 | 51 | 50 | Фтористый: | |||||
| Фтористый: | кальций | — | — | 4 | — | — | |||||
| барий | — | 20 | — | — | — | барий | — | — | 48 | — | — |
| натрий | — | — | — | 8 | 50 | ||||||
| калий | — | 12 | — | — | — |
Таблица 3
Состав флюсов, содержащих хлористый литий, для электродуговой и газовой сварки алюминия и его сплавов, %
| компоненты | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 (АФ – 4А) | 6 | 7 | 8 |
| Хлористый: | ||||||||
| Натрий | 30 | 45 | 30 | 6;5 | 28 | 30 | 30 | 20 |
| Калий | 45 | 30 | 45 | 63,5 | 50 | 35 | 45 | 20 |
| Литий | 15 | 10 | 15 | 30,6 | 14 | 15 | 15 | 30 |
| Магний | — | — | — | — | — | — | — | 8 |
| Фтористый: | ||||||||
| Литий | — | — | 3,5 | — | — | — | — | — |
| Калий | 7 | 15 | — | — | — | — | — | 10 |
| натрий | — | — | 3,5 | — | 8 | 10 | 10 | 10 |
| Калий кислый сернокислый | 3 | — | 3 | — | — | — | — | 2 |
| Бромистый калий | — | — | — | — | — | 10 | — | — |
Ручная дуговая сварка
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.
| Компоненты | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Хлористый: | ||||||||
| литий | 10 | 30 | 30 | 24 | 33,7 | 18,2 | 18,2 | 9,1 |
| калий | 50 | 64 | 63,5 | 20 | 24,75 | — | — | 32,5 |
| натрий | 35,5 | 6 | 6,5 | — | 13,45 | 27,2 | 30,5 | 18,2 |
| магний | — | — | — | — | 7,85 | — | — | — |
| Фтористый: | ||||||||
| натрий | 1,5 | — | — | 17 | 9 | — | — | 5,2 |
| калий | 3 | — | — | 39 | 11,25 | — | — | — |
| Криолит | — | — | — | — | — | 46,5 | 45,5 | 35 |
| Сернокислый натрий | — | — | — | — | — | 9,1 | 5,8 | — |
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.
| Компоненты | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Хлористый: | |||||||
| натрий | 12,5 | 19 | 19 | 33 | 15 | 30 | 30 |
| калий | 50 | 29 | 28 | 45 | 50 | 50 | 40 |
| барий | — | 48 | 46 | — | — | — | — |
| цинк | — | — | — | 15 | — | — | — |
| Фтористый: | |||||||
| магний | — | — | 3 | — | — | — | — |
| кальций | — | 4 | 4 | — | — | — | — |
| калий | — | — | — | 7 | — | — | — |
| Кислый сернокислый натрий | 2,5 | — | — | — | — | — | — |
| Криолит | 35 | — | — | — | 35 | 20 | 30 |
В таблице 6 указана зависимость толщины покрытия от диаметра электродного стержня.
Таблица 6
Толщина покрытия в зависимости от диаметра электродного стержня, мм
| Диаметр электродного стержня | Толщина покрытия на сторону | Диаметр электродного стержня | Толщина покрытия на сторону |
| 3 | 0,25-0,13 | 5 | 0,5-0,75 |
| 04 | 0,3-0,5 | ≥ 6 | 0,75-1,6 |
Сварку производят на постоянном токе обратной полярности. Режимы сварки приведены в
табл. 7.
Таблица 7
Примерные режимы ручной дуговой сварки алюминия и его сплавов металлическими электродами
| Толщина металла, мм | Диаметр электрода, мм | Сила тока, А | Толщина металла, мм | Диаметр электрода, мм | Сила тока, А |
| 1-3 | 3 | 80-130 | 8-10 | 6 | 300-350 |
| 3-5 | 4 | 150-180 | 10-15 | 8 | 350-400 |
| 5-8 | 5 | 250-320 | >15 | 10 | 400-450 |
Автоматическая сварка
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
| Флюс | Состав флюса,масс. Доля , % | Свариваемые материалы | ||
| Хлористый калий | Хлористый натрий | Криолит | ||
| АН-А1 | 50 | 20 | 30 | Алюминий и сплав АМц |
| УФОК-А1 | 40 | 30 | 30 | Чистый алюминий и его сплавы |
| МАТИ-1 | 34 | 43 | 23 | Сплавы 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, мм | Диаметр сварочной проволоки, мм | Сила тока, А | Напряжение дуги, В | Зазор между кромками, мм |
| 12 | 1,8 | 280-3600 | 36-38 | 0-1,0 |
| 16 | 2,5 | 350-400 | 38-40 | 0-1,0 |
| 18 | 2,85 | 400-430 | 39-41 | 0-1,5 |
| 25 | 4,0 | 550-600 | 40-42 | 0-2 |
Аргонодуговая сварка
Главным преимуществом данного метода считается отсутствие необходимости в использовании флюсов и покрытий
для сварки. Для осуществления сварки используется
сухой аргон сминимальной 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, мм | Встык с присадкой | Встык без присадки | По отбортовке | |||
| Сила тока ,А | Расход аргона, л/мин | Сила тока ,А | Расход аргона, л/мин | Сила тока ,А | Расход аргона, л/мин | |
| 0,8 | — | — | 45-55 | 4-5 | 40-45 | 4-5 |
| 1,0 | 65-85 | 4-5 | 50-65 | 4-5 | 45-55 | 4-5 |
| 1,2 | 70-90 | 5-6 | 60-70 | 5-6 | 55-70 | 5-6 |
| 1,5 | 80-100 | 7-8 | 70-90 | 7-8 | 70-85 | 7-8 |
| 2,0 | 90-110 | 7-8 | 90-110 | 7-8 | — | — |
| 3,0 | 100-120 | 8-9 | 100-120 | 8-9 | — | — |
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, мм | Диаметр вольфрамового электрода, мм | Сила тока, А | Скорость сварки в нижнем положении шва, м/ч | Расход аргона, л/мин |
| 1,0 | 2 | 40-70 | 25-50 | 5-6 |
| 1,5 | 3 | 50-80 | 20-45 | 6-7 |
| 2,0 | 4 | 80-120 | 20-40 | 7-8 |
| 3,0 | 4 | 150-200 | 15-30 | 8-9 |
Таблица 12
Ориентировочные режимы автоматической аргонодуговой сварки алюминия
и его сплавов неплавящимся электродом с подачей присадочной проволоки
(стыковые соединения)
| Толщина металла, мм | Сила тока, А | Минимальная скорость сварки, м/ч | Диаметр вольфрамового электрода, мм | Расход газа, л/мин | Диаметр присадочной проволоки, мм | Скорость подачи проволоки, м/ч |
| 2 | 115-140 | 18 | 3 | 7-8 | 1,5 | — |
| 3 | 160-210 | 13,0 | 3 | 8-9 | 1,5 | — |
| 6 | 240-260 | 8,5 | 4 | 12-15 | 2,5-2,8 | 20-24 |
| 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 кромок | Толщина металла, мм | Сила тока, А | Скорость сварки м/ч | Диаметр электродной проволоки | Число слоев | Расход газа, л/мин |
| Без разделки | 4 | 140-20 | 20-36 | 1,6-2 | 1 | 8-9 |
| 6 | 140-220 | 20-36 | 1,6-2 | 1 | 9-10 | |
| С V- образной разделкой | 8 | 200-290 | 20-30 | 2-2,5 | 2 | 11-13 |
| 10 | 200-320 | 20-25 | 2-2,5 | 2 | 13-15 | |
| 15 | 290-375 | 18-22 | 2-3 | 2-3 | 15-17 | |
| С V- образной или | 20 | 2920-390 | 15-21 | 2-3 | 3-4 | 15-17 |
| Х- образной разделкой | >20 | 300-420 | 9-18 | 2-3 | >4 | 15-17 |
Газовая сварка
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, мм | 0,5-0,8 | 1,0 | 1,2 | 1,5-2,0 | 3,0-4,0 |
| Мощность пламени ацетилена, л/мин | 50 | 75 | 75-120 | 150-300 | 300-500 |
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, мм | 1.5-2 | 2.5-3 | 3-4 | 4-4.5 | 4.5-5.5 |
Флюсы для газовой сварки см. в табл. 2 и 3 .
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
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.
