Сварка алюминия

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 внешний вид шва получается более качественным.

Основные рекомендации по сварке

Прежде, чем впервые приступить к работе с алюминием, сварщик должен ознакомиться особенности материала и технологией его 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.

Из-за высокой теплопроводности выполнять высокопроизводительную сварку весьма затруднительно по причине недостаточной глубины проплавления Кристаллизация сварочной ванны происходить очень быстро и, поэтому возможно неполное газовыделение, приводящее к образованию пор в сварном шве. Чтобы избежать этого, необходимо увеличивать силу сварочного тока, производить предварительный подогрев детали, и использовать в качестве защитного газа, гелий или его смесь с аргоном. На начальный участок сварного соединения также возможна некоторая непрочность шва из-за недостаточного провара по причине «непрогретости» деталей. Технически эта проблема решается путем использования функционального 4-тактного режима, реализованного на сварочных аппаратах MERKLE. В первом такте сварки можно задать импульс сварочного тока большей силы, чем основной, который ускорит нагрев свариваемых деталей.

Материалы и сварочная проволока

Спектр алюминиевых сплавов сегодня весьма широк. Что касается алюминиевой сварочной проволоки, общим требованием является ее своевременное использование. Время хранение при вскрытой упаковке должно быть сведено к минимуму, так как быстрое окисление поверхности ведет к ухудшению качества проволоки. Особенно вредно влияние высокой влажности воздуха.

Кромки и околошовная зона свариваемых деталей должны быть тщательно очищено от загрязнений. Это должно быть сделано непосредственно перед сваркой. За очень короткое время алюминий покрывается слоем оксида алюминия (Al2O3).

Защитные газы для сварки

Алюминий и алюминиевые сплавы должны свариваться в среде защитных инертных газов. В основном для этого применяется аргон. Но предпочтительнее использовать газовую смесь аргона и гелия. Более высокий показатель теплопроводности гелия определяет соответственно и более высокую температуру сварочной ванны, что оказывается преимуществом при сварке металлических листов большой толщины. Применение смеси защитных газов способствует более полному газовыделению и потенциальному отсутсвию пор.

Специальные рекомендации по MIG-сварке

Сварочные аппараты
Стандартные MIG/MAG-аппараты подходят для сварки алюминия весьма условно. Оптимального результата можно добиться, используя синергетические импульсно-дуговые аппараты, которые снабжены специальной программой для сварки алюминия. На рис.2 изображены импульсно-дуговые сварочные аппараты с максимальным током сварки от 250 до 520A. В качестве рекомендации: - для сварки алюминия толщиной 6 мм необходимо использовать сварочный аппарат с возможностью регулировки тока сварки до 300A.

Импульсно-дуговая сварка
Синергетические импульсно-дуговые сварочные аппараты располагают готовыми программами для выполнения сварки различных материалов. Эти программы имеют оптимальную настройку для различных сплавов. Ручной переключатель на панели управления дает возможность выбрать любую программу (рис.3). С помощью кнопочного управления на регуляторе энергии нужно выбрать только силу тока. Настройка всех остальных параметров производится микропроцессором автоматически.

Подача проволоки
Алюминиевая проволока значительно пластичнее 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 (рис.4). Необходимо соблюдение правильного выбора диаметра канавки и диаметра проволоки, чтобы уменьшить деформацию проволоки.

Сварочная горелка
Для сварочной горелки в применяется тефлоновая направляющая для уменьшения трения проволоки. Общая длина горелки не должна превышать 3 м, а рукав во время сварки должен оставаться по возможности прямым. При использовании проволоки диаметром 0,8 мм рекомендуется применение Push-Pull-горелки. В этой горелке встроен миниатюрный механизм подачи проволоки (рис.5), что позволяет увеличить длину горелки до 10 м.

Положение горелки
При сварке горелка располагается под углом 10-20° к вертикали. Расстояние между соплом горелки и свариваемыми деталями должно быть 10-15 мм. При большем расстоянии необходимо значительно увеличивать подачу защитного газа.

Расход защитного газа
Рекомендуется следующий расход:
Диаметр проволоки 1,0 мм - 12-14 л/мин
Диаметр проволоки 1,2 мм - 14-16 л/мин
Диаметр проволоки 1,6 мм - 18-22 л/мин

Для установки необходимого расхода газа рекомендуется использовать ротаметры.

Функциональные режимы сварки
В современных импульсно-дуговых сварочных аппаратах реализованы функциональные режимы сварки, в частности 4-тактный, который позволяет настроить отдельно сварочные параметры на каждом этапе выполнения сварного шва. В первом такте в начальной стадии выполнения сварки активируется более высокий сварочный ток, который ускоряет прогрев свариваемых деталей (рис.6). При этом можно избежать сварочных дефектов в начальной стадии процесса сварки.
Окончание процесса сварки также чревато образованием дефектов. Кроме образования незаваренного кратера, также возможно образование горячих трещин в результате усадки расплавленного металла сварочной ванны при охлаждении. Реализация функции понижения тока в третьем такте можно полностью избежать появления вышеуказанных дефектов.

Интерпульс-метод
Одним из специфических методов импульсно-дуговой сварки является интерпульс-метод, который имеет преимущества перед другими методами при сварке алюминия. В этом случае на основной пульсирующий ток, добавляется второй программируемый импульс тока. На рис.7 изображена диаграмма тока. Внешний вид сварного шва выглядит так же, как и при TIG-сварке (рис.8). Преимуществами интерпульс-метода являются:
- внешний вид и качество шва как при MIG-сварке;
- уменьшение нагрева шва;
- уменьшение термических деформаций свариваемого изделия.

Специальные рекомендации по TIG(AC)-сварке

1) TIG-аппараты
Для сварки алюминия TIG-аппаратами производится переключение на переменный ток (AC). Имеется большой выбор сварочных аппаратов от 170A до 600A

2) Положение горелки при TIG-сварке
Горелка располагается по направлению сварки под углом 15-40° к вертикали. Присадочный материал вводится в сварочную ванну под углом 10-30° по отношению к поверхности заготовке (рис.9).

3) Количество защитного газа

Количество защитного газа составляет примерно 5-12 л/мин в зависимости от диаметра керамической форсунки TIG-горелки. После окончания сварки газ необходима продувка защитным газом для защиты сварного шва и охлаждения неплавящегося электрода.