Сварка алюминиевого сплава. The FABRICATOR
Сварка алюминиевого сплава. The FABRICATOR
Опубликовано: 06.10.2022 Обновлено: 06.10.2022

Чем отличается сварка алюминия от сварки стали

  • 78

Сварка алюминия имеет ряд уникальных отличий от сварки стали и других материалов, особенно по химическому составу и чувствительности к образованию трещин.

При сварке алюминия часто требуется соблюдать некоторые специальные процедуры. Необходимо правильно выбирать присадочный материал; надлежаще хранить и тщательно очищать перед сваркой основной метал; соблюдать специальную методику сварки.

Далее приведены некоторые распространенные проблемы и основные рекомендации по сварке алюминия.

Характеристики алюминия

Качественный сварной шов - это правильно подобранный химический состав материалов, уменьшенное содержание углеводородов и выверенная технология. Алюминий отличается от стали по нескольким параметрам. Температура плавления алюминия намного ниже, чем стали: 660 ⁰C - алюминия, а стали распространенных марок - начинается от 1350 ⁰C. На алюминии образуется оксидный слой, который плавится примерно при 2050 ⁰C. Эта пленка намного тверже алюминия и помогает материалу противостоять коррозии и истиранию. Однако этот слой также изолирует поверхность металла и создает трудности во время сварки.

Прочность алюминия увеличивается при снижении температуры рабочей среды, в отличие от стали, которая становится хрупкой в аналогичных условиях. Поэтому алюминий применяют в криогенной технике и при транспортировке сжиженного природного газа.

Железо – основной компонент стали, а алюминиевые сплавы в основном состоят из алюминия с добавлением различных элементов.

Кованые сплавы, такие как алюминий серии 1xxx, представляют собой чистый алюминий без преднамеренного добавления легирующих элементов. Основными легирующими элементами в других типах алюминия выступают: медь - серия 2xxx, марганец -  серия 3xxx, кремний – серия 4xxx, магний - серия 5xxx, магний и кремний - серия 6xxx, цинк - серия 7xxx и другие элементы в серии 8xxx.

Трудности при сварке алюминия

Отличия алюминия от стали, в первую очередь теплопроводность и пористость, становятся очевидными в процессе сварки. Водород хорошо растворяется в жидком алюминии. Поскольку присадочный материал и основной металл - алюминий становятся жидкими, то оба элемента сварки поглощают и удерживают внутри себя водород. Как только расплавленный материал начинает затвердевать, то водород больше не может находиться в однородной смеси. В металле образуются пузырьки, появляется пористость.

Смесь защитного газа аргона и гелия помогает снизить пористость. Используя гелий, необходимо увеличить напряжение, чтобы преодолеть более высокий потенциал ионизации этого газа по сравнению с аргоном. Высокое напряжение увеличивает тепловыделение, поэтому эту смесь применяют при сварке более толстых материалов на основе алюминия.

В отличие от стали, водород не образует трещины в алюминиевых сварных швах. Однако горячее растрескивание, которое возникает, когда сварной шов затвердевает, опасно для алюминия. Химия решает эту проблему: необходимо правильно подобрать присадочный материал.

Алюминиевый сплав АД33 (аналог 6061) - пример материала, который наиболее подвержен растрескиванию. Этот металл очень трудно сваривать автогенным способом или с помощью присадочного материала аналогичного химического состава. Присадочные материалы с включением таких элементов, как магний (ER5XXX) или кремний (ER4XXX), выводит сплав за границы диапазона, в котором образуются трещины.

Теплопроводность алюминия в пять раз выше, чем стали. Холодные участки основного металла стремятся отвести тепло от сварочной ванны. Это приводит к недостаточному проникновению области сварки в сварочный шов. Теплопроводность алюминия требует гораздо более высоких затрат тепловой энергии, чем сварка стали.

Выбор присадочного материала

При сварке алюминия очень важно правильно подобрать присадочный материал. Для каждой комбинации алюминиевого сплава существует рекомендации по выбору компонентов сварки, чтобы получить необходимые характеристики сварного шва.

Важные параметры, которые сравнивают при выборе присадочных материалов для сварки алюминиевых сплавов: чувствительность к образованию трещин, прочность, пластичность, коррозионная стойкость, эксплуатация при повышенных температурах, соответствие цвета после анодирования, необходимость термообработки после сварки и ударная вязкость.

Исходя из требований к конечному продукту, определяются наиболее важные свойства в каждом конкретном случае и выбирается присадочный материал, который наилучшим образом соответствует необходимым параметрам.

Например, если сваривают алюминий 6061, то как присадочные материалы хорошо подойдут сплавы 4043, 4943 и 5356. Проволока из 4043 и 4943 для газовой дуговой сварки уменьшает пористость и лучше сваривает, показывая повышенную текучесть в сварочных ваннах, а сплав 5356 повышает прочность сварного шва.

Техники сварки алюминиевых сплавов

  • Техника, когда свариваются стальные элементы и накладывают сварной шов в форме плетения или бабочкой, для алюминиевых сплавов не подходит. Следует накладывать узкий прямой сварной шов вдоль соединения элементов основного металла. Область сварки проникает в соединение достаточно и формирует необходимое сплавление материалов. Обязательно необходимо повышать тепловую мощность и увеличивать скорость перемещения электрода, который должен всегда находиться перед сварочной ванной;
  • Перед сваркой необходимо тщательно очистить основной металл, удалить масло, грязь и влагу. Это снижает образование пористости. Ацетон хорошо удаляет углеводороды с поверхности материала. Не следует сдувать загрязнения сжатым воздухом, так как влага или масло попадут на рабочие инструменты;
  • Перед сваркой необходимо удалить оксидный слой. Для этого подойдет щетка из нержавеющей стали - новая или рассчитанная только для обработки алюминия. Как упоминалось ранее, оксид алюминия плавится при гораздо более высокой температуре. Пленка действует как изолятор, который затрудняет запуск дуги, а для сварки через оксидный слой требуется создать очень высокую температуру. На основном металле возникнет прожиг и пористость, так как оксидная пленка, кроме того, содержит влагу;
  • Условия хранения основных и присадочных материалов также влияют на пористость. Алюминиевые листы необходимо хранить внутри помещения. Если материал находится на открытом воздухе, листы располагают вертикально, чтобы на поверхность не попала вода, которая образует толстый слой гидратированного оксида алюминия. Если хранение организовано снаружи или во влажной части здания, перед сваркой, желательно за день, переместить материалы в сварочный цех, чтобы температура выровнялась и не образовался конденсат на поверхности металла;
  • Некоторые сложности при сварке алюминия связаны с расходными материалами. Новые или исправные газопроводы и шланги снижают пористость, так как необходимо, чтобы соединения шлангов были герметичными и не втягивали воздух в трубопровод;
  • Пластиковые вкладыши и направляющие приводов при сварке алюминия лучше металлических, так как не повреждают мягкую алюминиевую проволоку, когда та проходит по подающей системе. Необходимо избегать появление проволочной стружки. По той же причине, приводные ролики с U-образной канавкой - стандарт для элементов подачи. Другие типы приводных роликов повредят или искривят проволоку;
  • Свойства присадочного материала из алюминиевого сплава определяют диапазоны температур предварительного и промежуточного нагрева. Предварительный нагрев уменьшает тепловое воздействие на основные металлы большого сечения или элементы сварного соединения различных толщин, однако для алюминия предварительный нагрев практически не используется, так как это снижает прочность материала и образует трещины.
Предыдущая статья

Ключевые составляющие создания высокоэффективных технологий

Следующая статья

Представление о порошковой металлургии и дисперсных материалах

Статьи на тему: Технологии

Статьи на похожую тему:

К началу