Аргонодуговая сварка алюминия и его сплавов: Сварка алюминия и его сплавов

Содержание

Технология сварки алюминия и его сплавов

Температура плавления алюминия 660°С, окисной пленки 2060°С

Марка

Свариваемость

Технологические особенности сварки

Технически чистый алюминий

Очистка кромок и присадка от окисной пленки

АД00, АД0, АДД, АД

Хорошая

Электродная проволока Св-А1, Св-А000, Св-85Т. Защитные газы Ar, He и их смеси

Деформируемые, термически не упрочняемые сплавы

АМц, АМцС, Д12

Хорошая

Электродная проволока Св-АМЦ

АМг1 ,АМг2, АМг3

Электродная проволока Св-АМг3

АМг4, АМг5

Электродная проволока Св-АМг5

АМгб

Электродная проволока Св-АМг6, Св-АМг7

Деформируемые, термически упрочняемые сплавы

АД31, АДЗЗ, АД35 АВ, АК6, АК8

Удовлетворительная

Электродная проволока Св-АК5, Св-1557
Защитные газы Ar, He и их смеси

АК4, АК4-1

Ограниченная

В95

Плохая Предварительный подогрев
Термообработка после сварки при t=200-250°C. Электродная проволока Св-1557, Св-АМг5, Св-АМг6

1915, 1925

Удовлетворительная

Литейные сплавы

АЛ 1, АЛ2, АЛ9, АЛ 25, АЛ 26

Хорошая

Электродная проволока той же марки, что и основной металл

Защитные газы Ar, He и их смеси

АЛЗ, АЛ4, АЛ5, АЛ7, АЛ8, АЛ 10В

Удовлетворительная

Трудности при сварке

  • высокая температура плавления окисной пленки по сравнению с температурой плавления алюминия;
  • высокая теплопроводность:
  • образование значительных остаточных напряжений и деформаций;
  • нерастворимость окисной пленки в жидком металле сварочной ванны;
  • при нагреве нет явных признаков перехода алюминия и его сплавов в жидкое состояние;
  • образование кристаллизационных трещин.

Подготовка к сварке

Резку и подготовку кромок деталей из алюминия и его сплавов следует вести механическими способами

Стыковое соединение металла разной толщины

Конструктивные элементы подготовки кромок (размеры приведены в мм)

Конструктивные элементы подготовки кромок при сварке со сквозным проплавлсннем н формированием шва на весу

При сварке за один проход может возникнуть надрез корня шва

При снятии фаски с обратной стороны стыкуемых кромок надрез не возникает. Для снятия фасок можно использовать напильник

Свариваемые поверхности тщательно очищают от смазки, на ширине 100-150 мм от кромок обезжиривают ацетоном, уайт-спиритом или другим растворителем.

Пленку окиси алюминия удаляют механически или химическим травлением.

При механической обработке (непосредственно перед сваркой) кромки зачищают на ширину 25-30 мм абразивной бумагой, шабером или щеткой из нержавеющей проволоки диаметром не более 0,15 мм.

Химическое травление проводят в течение 0,5-1 мин в растворе, состоящем из 50г едкого натра и 45г фтористого натрия на 1 л воды. После травления поверхность промывают проточной водой, а затем осветляют в 30-35%-ном растворе азотной кислоты (для алюминия и сплавов типа АМц) или в 25%-ном растворе ортофосфорной кислоты (для сплавов типа АМг и В95). После повторной промывки поверхность сушат до полного испарения влаги.

Алюминиевую сварочную проволоку перед сваркой тоже обрабатывают. Сначала ее обезжиривают, а затем подвергают травлению в 15%-ном растворе едкого натра в течение 5-10 мин при 60-70°С. после чего следует промывка в холодной воде и сушка при температуре 300°С в течение 10-30 мин.

Подготовленные к сварке материалы сохраняют свои свойства 3-4 дня. Позже на поверхности вновь образуется окисная пленка.

Детали из алюминия и его сплавов собирают в приспособлениях или на прихватках, выполняемых аргонодуговой сваркой W-электродом. Расстояние между прихватками должно быть не более 150-180 мм.

Поверхности прихваток непосредственно перед сваркой зачищают металлическими щетками. Обнаруженные дефектные прихватки удаляют, и стыки прихватывают повторно. При сварке прихватки полностью переплавляют.

Выбор параметров режима

Сварку ведут на постоянном токе обрат ной полярности. Защитным газом служит apгон или гелий и их смеси. Непосредственно перед сваркой кромки обезжиривают .

Диаметр сопел горелок выбирают равным не менее 18-22 мм.

Длина дуги должна составлять 2-6 мм, а сварочный ток — быть больше, чем при ручной аргонодуговой сварке W-электродом. Сварку выполняют за один проходили двусторонними швами.

Процесс сварки может быть: импульсно-дуговым (ИДС), струйным (СТР) или с короткими замыканиями дуги (КЗ).

Ориентировочные режимы

Вид соединения

Размеры, мм

Процесс сварки

Газ

Сварочный ток, А

Напряжение на дуге, В

Скорость сварки, м/ч

Диаметр электрода , мм

Вылет электрода, мм

Расход газа, л/мин

S

b

2,5-3

0+0,5

ИДС

Ar

40-80

15-18

35-45

1,2

10-13

7-9

4

0+0,5

ИДС

ИДС

СТР

Ar
Не
Ar

80-130
120-160
150-220

18-20
24-26
23-24

30-40
15-50
45-70

1,4-1,6

13-18

8-10
45-50
10-20

6

0+1

ИДС

ИДС

СТР

Ar
Не
Ar

180-250
180-200

200-320

23-26
25-30
23-30

20-35
25-45
25-35

1,6-3
1,6-2
1,6-2

15-30
15-25
15-25

12-14
45-50
12-18

8-10

0+1
0+4

ИДС

СТР

СТР

Ar
Ar
Не

250-320
250-400
250-320

25-30
25-33
32-36

20-35
25-45
25-35

1,6-3
1,6-4
1,6-2

15-40
15-25

12-20
14-25
60-70

12-16

0+4
0+1,5
0+1,5

СТР

Ar
Ar
Не
Не+Ar

320-420
400-500
280-360
300-450

26-28

28-35
34-36
30-34

20-30
25-35
20-25
20-25

2
4
2-3
4

18-25
25-40
26-30
25-40

20-25
20-25
60-80
70-80

20-30

0+1,5

СТР

Ar
Не+Ar
Не

310-550
300-500
280-360

26-35
30-35
34-36

18-20
18-25
20-25

2-4
2-4
2-3

20-40
20-40
20-30

18-25
60-80
70-80

2,5-3

0+0,5

ИДС
ИДС
КЗ
СТР

Ar
Не
Не
Ar

60-100
80-100
90-120
90-120

16-18
17-19
16-17
17-19

35-40
35-45

40-45
40-45

1-1,4
1-1,2
0,8-1,2
0,8-1,2

10-15

6-8
35-40
35-40
6-9

4-5

0+0,5

ИДС
СТР
ИДС

Аг
Аг
Не

120-220
150-220
150-200

18-22
19-22
25-30

25-35
25-35
25-40

1,2-1,6
1,2-1,4
1,2-1,6

12-18
12-15
12-18

10-12
10-12
35-40

8 и более 0+1 СТР Аг
Не
280-330
280-320

27-29
32-35

20-25
20-25

1,6
1,6

18-30
18-25

20-25
45-60

Техника сварки

При сварке алюминия и его сплавов необходимо использовать чистые и сухие перчатки из спилка или из другого подобного материала

Механизированную сварку стыковых соединений без разделки кромок в нижнем и вертикальном положениях выполняют обычно без поперечных колебаний электрода

При наличии разделки кромок первый шов выполняют также без поперечных колебаний, а последующие — с небольшими (до 5 мм) перемещениями электрода

При сварке угловых швов в нижнем положении угол наклона горелки относительно вертикальной стенки — 30-45°. Угловой шов на вертикальной плоскости ведут снизу-вверх «углом вперед». Однопроходную сварку выполняют с перемещениями конца электрода. Угловые швы больших сечений на вертикальной плоскости делают многопроходными путем выполнения узких швов. Так же сваривают и стыковые горизонтальные швы

С внутренней стороны шов защищают остающимися или съемными подкладками либо защитным газом, подаваемым каким-либо из способов:

1- защитный газ; 2- свариваемые детали; 3- заглушки; 4 — соединительные тросики

Схема установки заглушек в трубопровод для поддува защитного газа

При сварке деталей толщиной 4 мм и более из-за быстрого остывания сварочной ванны в шве образуются поры. Чтобы предотвратить их появление, применяют шаговую сварку с возвратно-поступательными перемещениями горелки. Каждый шаг вперед на 3-6 мм сопровождается перемещением назад на 1,5-3 мм. Такая техника сварки обеспечивает более эффективную защиту и медленную кристаллизацию сварочной ванны, что в конечном счете гарантирует отсутствие пор.

Чтобы уменьшить деформации при соединении длинномерных конструкций, широко применяют обратноступенчатый метод сварки.

Для заварки кратера горелку возвращают в обратном направлении на расстояние, немного превышающее длину кратера, и одновременно снижают скорость подачи проволоки

При сварке угловых и тавровых соединений сварку заканчивают перемещением горелки в обратную сторону по шву, одновременно замедляя подачу проволоки.

Эффективным способом окончания сварки служит вывод конца шва на выводные планки, которые после сварки удаляют

Сварка алюминия и его сплавов

 

Алюминий – это цветной металл светло-серого цвета, который нашёл массовое применение во всех отраслях. Алюминий имеет малый вес, легко поддаётся механической обработке, его легко отливать, ковать, а также варить. Хотя у него есть особенности, которые затрудняют процесс сварки, но об это позже.

 

Алюминий обладает хорошей пластичностью даже при минусовой температуре. Хорошо проводит электрический ток (4 раза лучше чем сталь) и обладает высокой теплопроводностью (в 3 раза лучше проводит тепло чем сталь). Благодаря окисной плёнке, которая образуется на поверхности металла, обладает высокой устойчивостью к коррозии. Также эта плёнка негативно влияет на сварку алюминия и его сплавов.

 

Температура плавления алюминия 660 ºC, но не всё так просто! Алюминий имеет на своей поверхности плёнку из оксида алюминия. Образуется она при взаимодействии алюминия с кислородом. Температура плавления оксида алюминия составляет 1982 C, что почти в три раза превышает температуру плавления чистого алюминия.

 

 

Основная задача перед тем как приступить к сварке или пайки, это удаление оксидной плёнки с поверхности металла. Удаление защитной плёнки является неотъемлемой частью технологии сварки и устраняется несколькими способами:

  • механическим;
  • химическим;
  • электрическим способом.

Механический способ является самым простым и доступным. К такому способу относится обработка поверхности металлической щёткой, напильником или наждачной бумагой.

К химическому способу удаления оксидной плёнки относится травление металла. Травление осуществляется специальными щелочными растворами, которые наносят на поверхность металла. А также применяются сварочные флюсы в процессе сварки или пайки.

 

К электрическому способу относится сам процесс сварки, при котором происходит разрушение оксидной плёнки. Отличным примером такого способа является аргонодуговая сварка алюминия на переменном токе. При использовании переменного тока, происходит интенсивное разрушение окислив с поверхности металла.

 

Химический способ является самый эффективным. Но по причине того, что алюминий быстро окисляется, не стоит затягивать процесс сварки.  Рекомендуется в течении 2-3 часов произвести процесс сварки или пайки.

 

Выполнить сварку алюминия и его сплавов можно разными способами. Основные из них: аргонодуговая TIG, полуавтоматическая в среде защитных газов, ручная дуговая и газовая сварка. Также алюминий можно паять.

 

Аргонодуговая сварка алюминия

 

 

Аргонодуговая сварка алюминия выполняется вольфрамовым электродом в защитном газе аргоне. Лучшим вариантом будет применение смеси аргона и гелия. Дело в том, что гелий имеет более высокую теплопроводность, а это позволяет нагреть сварочную ванну до больших температур. Отлично подходит для деталей из тонколистового алюминия.

Как говорилось выше, сварку выполняется на переменном токе высокой частоты. Допускается небольшое выступание вольфрамового электрода из сопла. TIG сварка алюминия производится короткой дугой. Не допускается касание электрода поверхности расплавленной ванны. Это приведёт электрод к негодности.

Возможно выполнять сварочные работы постоянным током прямой полярности. Использование постоянного тока может принести некоторые проблемы (в частности, тяжелое зажигание и поддержка дуги, разбрызгивание металла, большой расход присадочного материала и т.д.). Поэтому дл я сварки алюминия лучше применять переменный ток, или постоянный обратной полярности.

Перед сваркой необходимо выполнить качественное травление поверхности металла. Более подробную технологию и режимы сварки алюминия, производимую аргонодуговой сваркой можно прочесть здесь. 

 

Ручная дуговая сварка алюминия

 

 

Ручная дуговая сварка алюминия выполняется электродами разного диаметра. Такой тип соединения применяется для неответственных изделий. 

Чтобы заварить алюминий электродом, понадобится инвертор и алюмо-кремниевые электроды марок E 4043 или E 4047. Основная задача сварочных электродов – устранение небольших повреждений участков изделия в полевых условиях. Такой способ применяется крайне редко.

 

 

Полуавтоматическая сварка в среде защитного газа (MIG)

 

 

Также можно сварить алюминий полуавтоматом. Сварку таким способом производят на постоянном токе обратной полярности. В качестве защитного газа выступает аргон. Он обеспечивает хорошую защиту сварочной ванны и стабильное горение дуги. В качестве наплавляемого материала применяется специальная проволока для сварки алюминия (СвAМг5, СвАМг6).

Хорошо использовать инверторные аппараты, которые снабжены специальным программным обеспечением, которое позволяет работать с алюминием. В таких устройствах заложены оптимальные режимы работы с таким металлом.

Наклон горелки при таком способе сварки — 30º относительно поверхности металла. Сварку можно выполнять без сопутствующих колебательных движений.

При V – образной разделке корень шва варить короткой дугой.

 

Газовая сварка алюминия

 

 

Для газовой сварки алюминия применяют газовые горелки. В качестве горючего гага используют ацетилен. Для раскисления сварочной ванны применяются специальные флюсы, которые способен растворить окись алюминия. В качестве присадки можно применить сплав алюминия и силиция (кремния).Для газовой сварки применяют присадочные прутки. Более подробную технику сварки алюминия горелкой можно прочесть здесь.

Сварка алюминия и его сплавов в аргоне, покрытыми электродами и полуавтоматом

Известный всем алюминий отличается такими уникальными свойствами, как лёгкость, хорошая теплопроводность и устойчивость к химическим и механическим воздействиям. Специфика структуры этого материала является причиной того, что сварка алюминия и его сплавов имеет ряд сложностей, которые должны приниматься во внимание при организации сварных работ.

Сложности процесса

Свойства алюминия должны учитываться и при проведении сварки в домашних условиях, независимо от того, будет ли металл свариваться газовой горелкой, инвертором или полуавтоматом.

Проблемы в сплавлении этого материала с другими металлами (сварка алюминия и сталью, в частности) объясняются следующими причинами:

  • сложность тепловой обработки поверхности заготовок, так как она постоянно покрыта тугоплавкой окисной плёнкой, мешающей формированию качественного шва;
  • высокая текучесть металла в расплавленном состоянии, затрудняющая процесс образования сварочной ванны из алюминиевых сплавов;
  • наличие в структуре материала водорода и кремния, которые при остывании шва пытаются вырваться наружу и образуют поры и трещины;
  • высокий коэффициент линейного расширения алюминия, также способствующий образованию трещин.

Для исключения нежелательных последствий принимаются определённые меры защиты зоны сплавления, такие например, как сварка в аргоне, ограничивающем доступ кислорода к месту контакта.

Помимо аргона для этих целей могут применяться и другие газы, замедляющие процесс окисления алюминия и относящиеся к категории инертных (углекислота, например).

Кроме того, для компенсации эффекта текучести расплавленного металла в жидкой ванне специалистами разработаны особые технологии сварки. Они предполагают применение при работе с алюминием специальных подкладок для отвода тепла.

В связи с высокой теплопроводностью материала, согласно требованиям нормативов, сварка алюминия должна осуществляться при больших величинах тока дугового разряда.

В домашних условиях ко всем описанным трудностям добавляется сложность точного определения марки свариваемых материалов и учёта соответствующих требований ГОСТ 14806-80. Последнее обстоятельство заметно затрудняет выбор подходящего режима их обработки, а также используемых при этом методов теплового воздействия.

Известные способы

Сварка сплавов алюминия может быть организовано самыми различными способами, выбор которых определяется условиями работы и особенностями сочленяемых заготовок или изделий. Чаще всего сварка проводится по следующим методикам:

  • сваривание алюминия в инертной среде посредством электродов с покрытием из вольфрама;
  • сварка полуавтоматом в среде углекислого газа с автоматической подачей сварочной проволоки;
  • простое сплавление электродами, обработанными специальным составом (MMA).

Всем желающим сравнить эти методы в части рабочих параметров сварки рекомендуем ознакомиться с таблицей:

Из таблицы следует, что метод сваривания с применением вольфрамовых электродов носит название AC TIG (в переводе на русский язык – просто тиг).

Уже отмечалось, что для получения надежного сочленения алюминия с другими металлами, важно помнить о необходимости разрушения оксидной плёнки, всегда имеющейся на поверхности.

Для решения этой важной задачи в процессе сварки используют постоянный ток, полярность которого меняют на обратный знак. Тем самым добиваются так называемого «катодного» распыления, под воздействием которого тугоплавкое плёночное покрытие постепенно разрушается. При работе на постоянном токе, полярность которого не меняется, указанного эффекта добиться не удаётся.

Подготовка металла

Независимо от способа, которым заготовки из алюминия будут свариваться (посредством инвертора или обычного выпрямителя) – их срезы и кромки перед этим тщательно подготавливают.

При этом, во-первых, с поверхностей всех свариваемых деталей (включая и присадочный материал) удаляют следы масла, жира и грязи. Для этих целей могут применять уайт-спирит, бензин, ацетон или любую другую обезжиривающую жидкость из класса растворителей.

Во-вторых, на этом этапе работ при необходимости осуществляется разделка контактной части свариваемых заготовок. Потребность в дополнительной обработке возникает лишь в тех случаях, когда сваривание алюминиевых деталей толщиной не более 4-х миллиметров организуется с помощью обычных (непокрытых) электродов.

При необходимости сварки листов из алюминия и сплавов толщиной не более чем 1,5 миллиметра – их торцы перед соединением обязательно разделывают.

В-третьих, непосредственно перед сваркой с обрабатываемых поверхностей удаляется имеющаяся на них оксидная плёнка. Для этих целей используют простой напильник или специальную металлическую щётку.

Покрытыми электродами

При проведении особо ответственных сварочных операций (с заготовками толщиной более 4-х миллиметров) применяются специальные электроды по алюминию, обеспечивающие надежность и прочность образующегося соединения.

К недостаткам этого метода сочленения деталей следует отнести сравнительно высокую пористость сварного шва, а также сложность отделения шлака во время работы, нередко приводящую к его коррозии.

Ещё одним минусом такого процесса является сильное разбрызгивание частиц расплавленного металла во время дуговой сварки.

Для организации сварочных работ по алюминию желательно пользоваться хорошо проверенными на практике марками электродов, такими, например, как «УАНА» и «ОЗАНА».

Указанные типы стержней могут применяться как для работы по чистому алюминию, так и при сваривании заготовок из его соединений с кремнием (АЛ-4, 9,11).

При применении «УАНА» и «ОЗАНА» сварные операции по алюминию проводятся на постоянном токе, включаемом в цепь в обратной полярности. Этот факт должен учитываться при выборе оборудования для сварки в любых условиях (производственных или бытовых). При этом специалисты пользуются несложным подсчётом, согласно которому на миллиметр диаметра стержня должно приходиться 25–30 ампер постоянного тока.

При инверторной сварке деталей значительной толщины может потребоваться предварительный локальный прогрев заготовок, осуществляемый посредством обычной газовой горелки. Такая предусмотрительность позволяет минимизировать риски деформаций и образования кристаллизационных трещин в уже готовой конструкции из алюминия.

Ко всему перечисленному следует добавить, что из-за высокой скорости плавления алюминиевых электродов работать с ними следует по возможности быстро, обеспечивая тем самым непрерывность сварочного процесса. Также обращаем внимание на то, что при сварке алюминия не допускается производить электродом какие-либо поперечные колебательные движения.

С применением инертного газа

Согласно ГОСТ 7871 при сварке алюминия в среде защитного газа должна применяться проволока соответствующего состава, предназначенная специально для этих целей. В нём подробно оговариваются марки используемого материала, а также особые условия его применения в процессе работы.

Такая сварка реализуется за счёт использования вольфрамовых электродов соответствующего диаметра, а также специальной присадочной проволоки в виде прутков (так называемого «присадка»). В качестве защитной среды, ограничивающей доступ кислорода, применяются химически чистый гелий или аргон.

При этом для облегчения удаления с алюминия оксидной плёнки используется сварочная дуга, формируемая источником переменного напряжения. Расход аргона, токовые режимы, а также параметры электродов и сварочной проволоки выбираются согласно специальным таблицам.

При наличии собственного расходного материала этот вид монтажных операций вполне реализуем и в домашних условиях с возможностью получения качественного и достаточно надежного соединения.

При этом всегда следует помнить о том, что в процессе сварки алюминия в инертной газовой среде между электродом и поверхностью деталей должен выдерживаться угол, равный примерно 70-80-ти градусам. Сварочная проволока и вольфрамовый электрод располагаются относительно друг друга под углом 90 °, а длина дуги выдерживается в пределах 1,5-2,5 миллиметра.

Полуавтоматом

Хороших результатов при самостоятельной сварке деталей из алюминия и стали можно добиться и при помощи импульсных полуавтоматов. При работе с таким оборудованием оксидная плёнка разбивается за счет воздействия высоковольтного импульса, который к тому же удерживает в границах сварочной ванны частицы расплавленного металла.

Стоимость импульсного аппарата достаточно велика, так что частники нередко используют обычное оборудование, переделывая его в полуавтомат.

Надо отметить, что при работе с алюминием в любых режимах сварки необходимо учитывать два важных момента, связанных с подачей проволоки в зону сочленения.

Во-первых, относительно мягкий проволочный материал при поступлении в зону сварки по направляющему рукаву может образовывать петли. Для предотвращения этого припой поступает к рабочему месту через укороченный подающий канал с вкладышем из тефлона, заметно снижающим эффект трения.

Во-вторых, скорость перемещения алюминиевой проволоки, порог плавления которой ниже нормы, в режиме сварки без аргона должна быть больше, чем у обычной стальной. При нарушении этого условия она будет расплавляться прежде, чем достигнет рабочей зоны.

Аргонодуговая сварка алюминия и его сплавов

Этот вид сварки широко применяется в промышленной и строительной сфере, так как позволяет добиться довольно высокого качества. При этом применение защитных флюсов не требуется. Также не нужны покрытия, которые в будущем могут привести к образованию коррозии шва.

Соединение алюминиевых изделий в аргоне выполняется постоянным током. Он должен быть обратной полярности. Сварочные работы с помощью переменного тока тоже допускаются, но для этого требуется использование осциллятора и балластного реостата.

Выбор диаметра электрода для аргонодуговой сварки зависит от толщины кромок детали. Если она находится в пределах 6 миллиметров, то электрод нужно брать до 4 миллиметров. При толщине алюминия более 6 миллиметров сечение электрода должно составлять 6 миллиметров. При выборе силы сварочного тока нужно исходить из расчета 30-45 ампер на 1 миллиметр сечения электрода. Средний расход аргона составляет 6-15 литров в минуту.

Для получения качественного шва работа должна выполняться максимально короткой дугой менее 2 миллиметров. Таким образом идет разрушение прочной оксидной пленки на поверхности металла. Эта пленка значительно усложняет работу и ухудшает качество, поэтому от нее нужно избавляться в обязательном порядке.


Автоматическая и полуавтоматическая сварка в среде аргона


Такие работы проводят специализированными шланговыми станками. Соединение проводится с помощью постоянного тока с обратной полярностью.

Для сварочных работ автоматами и полуавтоматами проволока берется следующих видов:

  • Св-А1,
  • Св-Ак,
  • Св-АВ00,
  • Св-АМц.

Также можно использовать проволоку, имеющую состав, аналогичный свариваемым алюминиевым деталям.

При толщине изделий до 10 миллиметров разделка кромок не требуется. Если толщина больше 10 миллиметров, то производят X или Y-образную разделку. При диаметре проволоки в 2 миллиметра сила тока должна составлять 250-300 ампер. Оптимальная скорость сварки – 30-40 метров в час.

Сварка алюминия и его сплавов

Сварка алюминия и его сплавов, все виды сварки в Петербурге: +7 (905) 209 34 10

При изготовлении сварных конструкций используют чистый алюминий, а также сплавы на его основе, которые делятся на:

  • Литейные. Применяются для отливок. Сварка алюминия из подобных сплавов актуальна для исправления литейных дефектов.
  • Деформируемые. Применяются в форме проката, поковок и пр. Бывают термоупрочняемыми и нетермоупрочняемыми.

Почти все термоупрочняемые деформируемые алюминиевые сплавы являются трудносвариваемыми, поэтому их целесообразно использовать только тогда, когда изделие можно подвергнуть термической обработке.

Специалисты компании WeldingProf обладают высоким профессионализмом и опытом. Мы работаем со всеми видами металлов. Звоните, наши специалисты ответят на ваши вопросы.

Сварка алюминия и его сплавов — +7 (905) 209 34 10

Марки деформируемых термоупрочняемых сплавов классифицируются следующим образом:

  1. ВАД1, ВД17, Д1, Д16, Д18, Д19, М40 – сплавы на основе алюминия, меди и магния.
  2. В92, В92Ц – сплавы на основе алюминия, магния и цинка.
  3. АВ, АД31, АД33, АД35, АК6, АК6-1, АК8 – сплавы на основе систем из алюминия, магния и кремния и алюминия, магния, кремния и меди.
  4. АК2, АК4-1, АК4 – сплавы на основе системы из алюминия, магния, меди, железа и никеля.
  5. Д20 и Д21 – сплавы из алюминия, меди и марганца.
  6. ВАД23 – сплавы на основе системы из алюминия, марганца, меди, лития и кадмия.
  7. В93, В94, В95, В96 – сплавы на основе системы из алюминия, магния, меди и цинка.

Нетермоупрочняемые – это свариваемые сплавы, поэтому именно они наиболее распространены при проведении работ по сварке алюминия.

Марки деформируемых нетермоупрочняемых сплавов классифицируются следующим образом

  1. АМц – сплавы на основе системы из алюминия и марганца.
  2. АМг – сплавы на основе системы из алюминия и магния.
  3. АД и АД1 – технический алюминий.

Сварка алюминия и его сплавов — возможные проблемы и их решения

  1. При сварке алюминия и его сплавов возможно появление тугоплавкого оксида алюминия с температурой плавления 2050°С. Плотность Al2O3 выше, чем у алюминия, поэтому сплавление кромок соединения становится более сложным. Кроме того, частички этой пленки загрязняют металл в области шва. Чтобы удалить пленку, перед сваркой требуется очистить поверхность кромок и прилегающего металла. При этом с особенной тщательностью проверяется поверхность присадочного металла. Это делается путем травления или механически. Удалить оксидную пленку можно при помощи флюсов, обеспечивающих ее растворение и последующее разрушение, либо катодного распыления. Катодное распыление можно использовать при сварке на обратной полярности. В случае с аргонной сваркой неплавящимся электродом обратную полярность не применяют в связи с нерациональным распределением тепла между изделием и электродом. Поэтому сварку проводят на переменном токе, когда пленка разрушается в полупериоды обратной полярности.
  2. При больших температурах быстро снижается прочность, поэтому твердый метал части кромок, которые не успели расплавиться, может разрушить масса сварочной ванны. Алюминий характеризуется большой жидкотекучестью и может вытечь через основу шва. При нагреве его цвет остается практически неизменным, поэтому во время сварочных работ трудно держать под контролем размеры сварочной ванны. Во избежание провалов и прожогов при сварке первых слоев швов или однослойной сварке металла на высокой погонной энергии применяют специальные формирующие графитовые, стальные или керамические подкладки.
  3. Из-за низкого модуля упругости и высокого коэффициента линейного расширения для сплавов из алюминия характерна повышенная склонность к деформации. Чтобы ее уменьшить, можно выбирать подогрев, оптимальные режимы сварки и другие технологические мероприятия.
  4. Сварка алюминия может быть затруднена пористостью, которая обуславливается водородом и снижает прочность и пластичность металла. Поры обычно появляются у линии сплавления и в металле шва. Наиболее склонны к образованию пор сплавы категории АМг.

Чтобы этого избежать, требуется предельно тщательно химически чистить сварочную проволоку, а также очищать механическим способом и обезжиривать свариваемые кромки. Когда производится сварка металла большой толщины, пористость можно снизить предварительным и сопутствующим подогревом до температуры примерно в 150–250°С.

  1. Так как алюминий отличается высокой теплопроводностью, при его сварке необходимо наличие мощных тепловых источников. Иногда можно предварительно подогреть начальные участки сварного шва до 120–150°С или произвести сопутствующий подогрев.
  2. В металле шва при сварке могут появиться горячие трещины – их вызывают процессы внутренней деформации и напряжение, возникающее, когда металл сварочной ванны начаинает кристаллизоваться. Чтобы свести к минимуму или вообще исключить вероятность их появления, можно добавить в сварные швы особые модификаторы для улучшения кристаллической структуры шва. Кроме того, следует избегать близкого расположения швов.

Особенности сварки инертными газами, аргонодуговая сварка алюминия и сплавов

При сварке алюминия инертными газами применяются плавящиеся или неплавящиеся (вольфрамовые) электроды. Инертные газы, используемые для сварки – это гелий повышенной чистоты, аргон первого или высшего сорта и аргоново-гелиевые смеси.

Электроды из вольфрама могут быть лантанированными или иттрированными. Для сварки металла толщиной до 12 мм целесообразно использовать вольфрамовый электрод диаметром 2-6 мм. При выборе присадочной проволоки, диаметр которой составляет 2-5 мм, необходимо обращать внимание на марку сплава алюминия. Так, для технического алюминия можно выбрать проволоку марки АД, АК или АО, для сплавов группы АМг – проволоки подобных марок, в составе которых имеется повышенное количество магния: это позволяет компенсировать его угар.

При ручной аргонной сварке с помощью электрода из вольфрама можно использовать установки переменного тока типа УДГ, где уровень расхода аргона равен 6-15 л/мин. Для сварки металла можно использовать и гелий при условии, что его расход выше расхода аргона в 1,8–2,2 раза. При аргонной сварке напряжение дуги находится на уровне 15–20 В, при гелиевой сварке – 25-30 В.

При толщине алюминиевых листов не больше 3 мм можно выполнять сварку за один проход на подкладке. При толщине металла от 4 до 6 мм можно не выполнять скос кромок и осуществлять сварку за два прохода с обеих сторон. При сварке металлических листов, толщина которых составляет более 6 мм, необходимо производить V-образную разделку и увеличить количество проходов до 4-х. Также можно сделать Х-образную разделку. Для протяженных швов применяется автоматическая сварка.

Чтобы в несколько раз повысить производительность сварки электродом из вольфрама, можно применять трехфазную дугу. Благодаря источнику нагрева большей мощности имеется возможность произвести сварку алюминия толщиной до 30 мм всего за один проход.

Нагрев металла происходит непрерывно, так как всегда присутствует одна из трех дуг – одна независимая, которая горит между электродами, и две зависимые, которые горят между электродами и изделием.

Сварку плавящимися электродами можно осуществлять в чистом аргоне или в аргоново-гелиевой смеси. Диаметр используемой проволоки составляет 1,5–2,5 мм. Необходимое условие – наличие постоянного тока обратной полярности. Разделку кромок можно выбрать как V-образную, так и X-образную, при этом угол раскрытия должен составлять 70–90°. Также можно применить рюмкообразную разделку кромок.

На скорость сварки влияет сечение шва – она может достигать 40 метров в час. Проволоку следует подавать со скоростью не выше 400 метров в час. Если используется смесь из 70% гелия и 30% аргона, увеличивается ширина и глубина провара, благодаря чему можно осуществить сварку листов толщиной до 16 мм за 1 проход и толщиной за 30 мм – за 2 прохода. В этом случае форма сварного шва становится более благоприятной.

Дуговая автоматическая сварка алюминия

Аргонодуговая сварка алюминия и сплавов из него выполняют закрытой дугой под флюсом или наполовину открытой дугой по слою флюса.

При автоматической сварке по слою флюса можно использовать фторидно-хлоридные флюсы марок АН-А4 и АН-А1. Марку АН-А1 применяют для сварки технического алюминия, марку АН-А4, которая не содержит хлорид натрия – для сплавов на основе магния и алюминия. Дело в том, что для подобных сплавов недопустимо наличие во флюсе хлорида натрия, так как алюминий и магний восстанавливают натрий из флюса, который затем попадает в шов, из-за чего в металле возникает пористость и снижается его пластичность.

Автоматическая сварка листов производится по слою флюса, так как даже в нерасплавленном состоянии флюс отличается высокой электропроводностью, что способствует шунтированию электрической дуги и нарушению стабильности всего процесса. Толщина и ширина слоя флюса зависят от толщины листа алюминия (обычно, толщина составляет 7-16 мм, ширина – 25-45 мм). Чтобы исключить протекание жидкого металла с обратной стороны шва, необходимо наличие формирующей подкладки из стали. Питание дуги происходит за счет постоянного тока обратной полярности.

Автоматическая сварка под флюсом выполняется с помощью расщепленного электрода на постоянном или переменном токе обратной полярности. Используются флюсы с низким уровнем электропроводности, например флюсы из керамики марок ЖА-64А и ЖА-64.

Сварка алюминия газом

Для газовой сварки алюминия применяется ацетилен, расход которого составляет примерно 100 л/ч на 1 мм толщины листа металла.

Присадочным прутком служит алюминиевая проволока, диаметр которой равен 1,5–5,5 мм – точное значение зависит от толщины изделия.

Чтобы избежать окисления металла и удаления появляющихся оксидов, применяют особые флюсы – так, это может быть марка АФ-4А. В процессе сварки флюс предварительно наносится на свариваемые кромки в виде пасты, разведенной в воде, или вводится с присадочным прутком. В разведенном состоянии флюс хранится максимум 8-10 часов.

Если толщина заготовок составляет более 4 мм, лучше произвести разделку кромок, более 8 мм – осуществить местный или общий подогрев. Сварку делают “левым” способом. Когда работа закончена, флюсы удаляют путем промывания сварных швов двухпроцентным раствором хромовой кислоты или обыкновенной теплой водой.

Ручная дуговая сварка

Дуговую ручную сварку покрытыми электродами применяют для заготовок из чистого алюминия, алюминиево-кремниевых сплавов, а также для некоторых сплавов АМг и АМц. При сварке используется постоянный ток обратной полярности, работу обычно выполняют на большой скорости без поперечных колебаний. Если толщина металла составляет более 10 мм, лучше произвести разделку свариваемых кромок.

Обычно применяют стыковое соединение. Тавровые и нахлесточные соединения использовать не рекомендуется, так как возможно затекание шлака в зазоры, и при промывке его трудно будет удалить. А из-за этого может начаться коррозия.

Перед началом сварки требуется произвести подогрев деталей до температуры 100–400°С – точные цифры зависят от их толщины. Для изготовления металлического стержня электрода используют проволоки, чей состав приближен к составу основного металла. При работе со сплавами АМг применяют проволоки с высоким содержанием магния – это позволяет компенсировать его угар в процессе сварки. Основные составляющие электродного покрытия – это хлористые соли натрия и калия, а также криолит.

Угольный электрод целесообразно применять при ручной сварке неответственных конструкций. Необходимое условия для сварки – постоянный ток прямой полярности. Электродами служат стержни из графита или угля. Если толщина свариваемого изделия превышает 2,5 мм, необходимо произвести разделку кромок. Диаметр присадочного прутка должен составлять 2-8 мм. Флюс, доведенный до консистенции пасты, наносят на пруток или на свариваемые кромки.

Электрошлаковая сварка

Электрошлаковую сварку применяют для изделий толщиной 50-250 мм, при этом особую эффективность она показывает при работе с изделиями большой толщины. Сварка осуществляется на переменном токе с помощью пластинчатых электродов или плавящихся мундштуков. Основой используемых флюсов должны служить галогениды щелочных и щелочноземельных металлов. Формирование шва происходит при помощи графитовых или медных водоохлаждаемых кристаллизаторов. Скорость сварки – около 6-8 метров в час. Прочность получаемых сварных соединений составляет примерно 80–100% от уровня прочности доминантного металла.

Плазменная сварка

Для этого вида сварки характерны глубокое проплавление и высокая концентрация энергии в точке нагрева, поэтому этот способ считается одним из наиболее перспективных.

Среди преимуществ плазменной сварки необходимо отметить следующие:

  • Небольшая область термического влияния.
  • Стабильность и простой контроль процесса (особенно в сравнении с ручной дуговой сваркой).
  • Высокая скорость.

Благодаря глубокому проплавлению серьезно возрастает доля основного металла, который участвует в формировании сварного шва. Однако при ведении горелки вдоль стыка и сборке деталей для сварки необходимо соблюдать предельную точность. Для алюминиевых сплавов необходимо обеспечить питание дуги переменным током.

Электронно-лучевая сварка алюминия и его сплавов

Электронно-лучевую сварку можно назвать одним из самых эффективных методов соединения алюминиевых изделий и сплавов из него.

Преимущества такого способа сварки таковы:

  • Минимальное повреждение конструкций.
  • Большая скорость сварки.
  • Минимальное снижение прочности алюминия в области термического воздействия.
  • Минимальные вложения тепла.
  • Плотные качественные швы.

Разрушение оксидной пленки алюминия происходит в связи с воздействием на нее паров металла, а также ее разложением в вакуумной среде. Кроме того, вакуум помогает удалять водород из сварного шва.

Сварка алюминия и его сплавов . Сварочные работы. Практическое пособие

Сварка алюминия и его сплавов затруднена тем, что на поверхности расплавленного металла постоянно образуется тугоплавкая пленка оксида алюминия Al2O3, препятствующая сплавлению частиц металла между собой. Высокая температура плавления оксида алюминия (2050 °C) и низкая температура плавления алюминия (658 °C) крайне затрудняют управление процессом сварки. Попадая в шов, окисная пленка образует неметаллические включения, резко снижая показатели прочности и пластичности.

Алюминий при расплавлении не меняет свой цвет, поэтому визуальное наблюдение при сварке за состоянием ванны затруднено, особенно при подогреве, так как в один момент металл стыка может просто провалиться, распасться. Алюминий очень хрупок в нагретом состоянии. При сварке окисную пленку удаляют флюсами, покрытиями электродов и специальными циклическими импульсами на дуге от источников питания.

Следующая трудность – образование пор по причине наличия в шве водорода. Он, вяло выделяясь из ванны, оставляет дефекты в виде пор. Алюминий при сварке склонен к кристаллизационным трещинам. Присутствие в нем железа и кремния сильно влияет на появление трещин в металле шва. Увеличение содержания кремния до 0,6 % снижает стойкость против образования трещин. Железо в шве до 0,7 % положительно влияет на стойкость к образованию трещин. При содержании железа более 0,8 % стойкость к образованию трещин снижается.

К проблемным параметрам алюминия при сварке относятся также высокая теплопроводность – в 3 раза выше, чем у железа, и высокий коэффициент теплового расширения – в 2 раза больше, чем у железа, что способствует увеличению деформаций.

Абсолютное большинство сварных конструкций изготавливается из деформируемых, термически не упрочняемых сплавов алюминия с марганцем (АМц) и с магнием (АМг), а также литейных недеформируемых сплавов алюминия с кремнием (силумин). К таким сплавам относятся: АД, АД-1, АМц, АМг, АМг3, АМг5В, АМг6, АВ, АД33, АД35, Д20, ВАД-1, В92У.

Для прочих сплавов сварка плавлением почти не применяется, так как околошовная зона сильно разупрочняется и невозможно получить прочное соединение. Распространенный сплав алюминия с медью (4–5 % Cu) Д16, Д1, называемый дюралюминием, имеет очень плохую свариваемость и для сварных конструкций не применяется, а соединяется клепкой.

Высокая теплопроводность алюминия и его сплавов требует применения специальных технологических приемов, а при массивных деталях – предварительного подогрева. Алюминий сваривают плавлением и давлением; в первом случае применяется ручная и механизированная сварка в аргоне плавящимся и неплавящимся электродом, покрытыми электродами, газовая.

Независимо от способа сварки алюминиевые изделия перед сваркой должны проходить специальную подготовку, заключающуюся в обезжиривании металла и удалении с его поверхности пленки оксида алюминия. Поверхность металла обезжиривают растворителями (авиационным бензином, техническим ацетоном), затем механической зачисткой или химическим травлением удаляют оксидную пленку.

Химический способ удаления пленки оксида алюминия состоит из следующих операций: травление в течение 0,5–1 мин раствором 45–55 г едкого натра и 40–50 г фтористого натрия на 1 л воды; промывка в проточной воде; нейтрализация в 25–30 %-ном растворе азотной кислоты в течение 1–2 мин; промывка в проточной, а затем в горячей воде; сушка до полного удаления влаги. Обезжиривание и травление рекомендуется делать не более чем за 2–4 ч до сварки.

Ручную электросваркуалюминия используют во многих случаях.

Ручную сварку угольным электродом на постоянном токе прямой полярности используют только для неответственных изделий. Этот способ сварки ранее успешно был внедрен электротехниками для сварки контактов электропроводов. Недостаток: чистый алюминий загрязняется углеродом. Оксидную пленку удаляют с помощью флюса АФ-4А (табл. 39). Сварку ведут на графитовых или угольных подкладках. Электроды графитовые или угольные, ? 8–15 мм; сварочный ток – 150–450 А. Флюс наносят на основной и присадочный материал.

Сварку металла толщиной до 2 мм ведут без присадки и без разделки кромок, металл толщиной свыше 2 мм сваривают с зазором 0,5–0,7 толщины свариваемых листов или с разделкой кромок.

Ручную сварку покрытыми электродами применяют в основном при изготовлении малонагруженных конструкций из технического алюминия, сплавов типа АМц и АМг, силумина при толщине материала более 5 мм. Тонкий листовой алюминий (до 3 мм) нужно варить с отбортовкой.

Использование постоянного тока обратной полярности с предварительным подогревом (для средних толщин – 250–300 °C, для больших толщин – до 400 °C) обеспечивает требуемое проплавление при умеренных сварочных токах. В связи с тем, что алюминиевый электрод плавится в 2–3 раза быстрее стального, скорость сварки алюминия должна быть соответственно выше.

Сварку рекомендуется выполнять непрерывно в пределах одного электрода, так как пленка шлака на кратере и конце электрода препятствует повторному зажиганию дуги. Для обеспечения устойчивого процесса при минимальных потерях на разбрызгивание рекомендуется применять сварочный ток из расчета 25–32 А на 1 мм диаметра электрода, но не более 60 А.

Электроды ОЗА-1 предназначены для сварки алюминия АД0, А6, АД1, АД и подобного. Электродный стержень Св-А97 (ГОСТ 7871–75). Предел прочности металла шва 6,5–8,5 кгс/мм2. После сварки шов следует немедленно промыть горячей водой и очистить стальной щеткой от остатков шлака. Покрытие электродов гигроскопично (поглощает влагу из окружающей среды), поэтому электроды перед сваркой просушивают при температуре 200 °C в течение 2 ч.

Для заварки литейных дефектов применяются электроды марки ОЗА-2 с электродным стержнем из кремнистого алюминия АК5 (ГОСТ 7871–75). Электроды ОЗА-2 применяются для наплавки деталей из литейных сплавов марки AЛ-2, АЛ-4, AЛ-5, AЛ-9, АЛ-11, а также для их сварки. При сварке нужно учитывать необходимость любых подкладок (даже формовка размягченным водой асбестом) для удержания расплава алюминия от провала.

Рекомендованные флюсы приведены в табл. 39. Флюс наносится либо в виде порошка, либо в виде пасты, приготовленной на воде или спирте. Разводят флюс в необходимом количестве с учетом его хранения до 6 ч в закрытой таре, чтобы не уменьшить его химическую активность. При применении указанных флюсов для электродных покрытий к ним добавляют до 30 % криолита Na3AlF6.

Основной вид соединения – стыковой, но при механизированной сварке в защитных газах применяют и тавровые, угловые соединения.

Аргонодуговая сварка алюминия. Аргонодуговая сварка алюминия и его сплавов с середины 60-х годов прошлого века является несложной и хорошо разработанной в части технологии сварки задачей. Она обеспечивает наилучшее качество по прочности, внешнему виду, имеет наименьшие технологические сложности. При ручной дуговой сварке применяется неплавящийся вольфрамовый электрод, а при полуавтоматической и автоматической – плавящийся, хотя при автоматической сварке нередко применяют и неплавящийся электрод.

При сварке в аргоне не требуется тщательной подготовки (очистки от окислов) кромок алюминия, сварка выполняется на специальном оборудовании, импульсом тока дуги, от которого разрушается и удаляется окисная пленка. В процессе сварки хорошо видно, как пленка окислов оттесняется в стороны от ванны и вскрывается чистый (как ртуть) серебристый металл, который медленно расплавляется при правильном режиме.

Сварщику необходимо помнить, что алюминий и его сплавы при нагреве сразу переходят из твердой фазы в жидкую, минуя пластическую. Поскольку при нагреве до 400–500 °C алюминий почти полностью теряет прочность, надо следить за тем, чтобы деталь не разрушилась под действием собственной силы тяжести.

Для автоматической сварки алюминиевых сплавов вольфрамовым (неплавящимся) электродом оптимальные режимы указаны в табл. 40. На сварочных полуавтоматах применяется сварочная алюминиевая проволока ? 1–2 мм, сварочный ток до 300 А, скорость подачи проволоки – 150–650 м/ч, расход защитного газа (аргона) 300–600 л в час; чем больше скорость сварки, тем больше расход аргона. Сварка вольфрамовым (неплавящимся) электродом выполняется на переменном токе с использованием в сварочной цепи специального осциллятора. Сварка плавящимся электродом проводится на постоянном токе при обратной полярности, сварочный ток – 300–400 А, напряжение на дуге 38–44 В, скорость сварки – 12–20 м/ч. При сварке вольфрамовым электродом на прямой полярности («—» на электроде) стойкость электрода и допустимый предельный ток выше примерно в 7 раз.

Присадочную проволоку ? 2,0 мм подают в зону сварки механически, по мере надобности. Подающий механизм по принципу действия – не толкающего, как для стальной проволоки, а тянущего типа.

Ручную аргонодуговую сварку выполняют неплавящимся вольфрамовым электродом в осушенном от влаги аргоне высшего или первого сорта на переменном токе. Для металла толщиной до 5–6 мм используют электроды ? 1,5–5,0 миллиметров.

Проволоку и свариваемые кромки обезжиривают ацетоном или бензином, затем счищают окисную пленку стальной щеткой. Зачистка позволяет сохранить алюминий чистым в течение 2 часа.

Сварка выполняется без поперечных колебаний электродом или прутком. Сварку желательно вести на больших скоростях в один слой, чтобы не перегревать металл.

Если толщина свариваемого металла более 8 мм, то алюминий нужно предварительно подогревать до температуры 150–300 °C горелкой – по 80–100 мм с каждой стороны стыка.

Особые требования предъявляются к технике сварки. Угол между присадочной проволокой и электродом должен составлять ~90°. Присадку следует подавать короткими возвратно-поступательными движениями. Недопустимы поперечные колебания вольфрамового электрода. Обеспечение эффективной защиты для каждого режима сварки достигается оптимальным расходом газа (табл. 41). Для уменьшения опасности окисления размеры сварочной ванны должны быть минимальными. Сварку алюминия толщиной до 10 мм обычно ведут левым способом (справа налево), который позволяет снизить перегрев свариваемого металла.

Автоматическая сварка алюминия по флюсу. Особенность сварки алюминия – по флюсу, а не под флюсом – заключается в том, что флюс имеет высокую электропроводность, шунтируется электродугой и дуга горит с видимым ярким свечением.

Применяемый флюс марки АН-А1 имеет следующий состав: хлористый калий (50 %), хлористый натрий (20 %), криолит Na3AlF6 (30 %). Есть и другие марки флюсов, например АН-А4, АН-А6, но их составы отличаются незначительно. Высота слоя флюса – 15–30 мм; сварочная проволока – Св-А97 и Св-АМц ? 2–3 мм. Сварку ведут постоянным током при обратной полярности. Сварочный ток – 300–400 А, напряжение на дуге – 38–44 В (т. е. повышенное), скорость сварки – 12–20 м/ч. Алюминий толщиной 4–10 мм варят таким способом без разделки на стальной подкладке.

Газовая сварка алюминия. Одним из наиболее доступных и недорогих способов сварки алюминия и его сплавов является газовая сварка с использованием как ацетилена, так и пропан-бутана. Способ является надежным и незаменимым при отсутствии технических возможностей применить более совершенный способ, например аргонодуговую сварку. По качеству соединения деталей газовая сварка дает удовлетворительные результаты. Однако основным видом соединений при газовой сварке алюминия и его сплавов является стыковое. Выполнять тавровые, угловые и нахлесточные соединения не рекомендуется.

Кромки разделывают механическим способом и за 2 ч до сварки тщательно зачищают. Перед сваркой кромки деталей и присадочную проволоку промывают в течение 10 мин в щелочном растворе, содержащем 20–25 г едкого натра и 20–30 г карбоната натрия на 1 дм3 воды при температуре 65 °C, с последующей промывкой в воде. После этого кромки и присадку протравливают в течение 2 мин в 15 %-ном растворе азотной кислоты, промывают в горячей и холодной воде, а затем сушат.

Сварку проводят с применением флюсов (см. табл. 39), до создания которых газовая сварка алюминия была невыполнимой задачей. Для ответственных сварочных работ, в особенности для тонких металлов, при сварке алюминия и сплавов нужно применять флюсы, содержащие соли лития. Лучшим из них считается флюс АФ-4А. В качестве горючего газа, кроме ацетилена, можно использовать природный газ, пропан-бутановые смеси и водород. Качество соединения в таких случаях получается вполне удовлетворительное.

Флюс наносят в зону сварки различными удобными способами в виде пасты или порошка, прилипающего к разогретому металлу. Находящиеся во флюсе фтористые соединения растворяют окисную пленку Аl2О3 в расплавленной ванне, а хлористые соли лития отнимают кислород у окиси алюминия, и металл становится чистым. Флюсы очень гигроскопичны, поэтому их хранят в герметичной таре. Флюс, разведенный в виде пасты на воде, может храниться не более 10 часов.

Соли лития очень дефицитны и дороги, поэтому делается много попыток создать флюсы, не содержащие лития. Но все безлитиевые флюсы на сегодняшний день не являются полноценными; это всего лишь заменители, дающие более или менее удовлетворительные результаты.

Настоящий флюс содержит от 15 до 30 % солей лития. Проверка его пригодности проводится так: нагревается небольшая зона (точка) горелкой до появления серой шероховатой поверхности (окисления), затем разогрев посыпается флюсом. Если поверхность металла очищается до ртутного блеска, то флюс хороший.

Сварку осуществляют в нижнем положении за один проход с максимально возможной скоростью. Левым способом сваривают детали толщиной до 5 мм, правым – толщиной свыше 5 мм. Сварку плоских конструкций целесообразно выполнять обратноступенчатым методом.

Детали толщиной свыше 10 мм перед сваркой рекомендуется подогреть до температуры 300–350 °C. В качестве присадочного материала используют сварочную проволоку одиннадцати марок (СвАК5, СвАМц, СвАМг3 и др.).

Пламя газовой горелки нормальное, его тепловую мощность выбирают исходя из расхода ацетилена 75 дм3/ч на 1 мм толщины металла. Сварку ведут с расположением мундштука горелки под углом 20–40°, а прутка – под углом 40–60° к плоскости детали. При сварке нужно постоянно помешивать (или щупать – при подогреве) концом прутка ванну. Прочность сварного шва составляет 70–90 % от прочности основного металла. Чтобы флюс не разъедал алюминий, после сварки его удаляют промывкой горячей водой или пятиминутным травлением в 2 %-ном растворе хромовой кислоты при температуре 80 °C. При обнаружении на поверхности белого налета промывку повторяют.

Технология выполнения сварки алюминия и его сплавов

Сварка алюминия и его сплавов в первую очередь подразумевает подготовку металла к процессу сваривания. Подготовка включает профилирование свариваемых кромок, а также удаление поверхностных загрязнений и окислов. Удаление и обезжиривание осуществляется с помощью органических растворителей или специальных щелочных ванн.

В качестве растворителей используют уайт-спирит, растворители РС-1 и РС-2, технический ацетон. Обезжиривание алюминиевых изделий можно осуществлять в специальном водном растворе. Удаление поверхностной пленки является одной из самых нужных работ при подготовке материала к свариванию. Окисную пленку можно удалить с помощью металлических щеток. После соответствующей обработки кромки необходимо еще раз обезжирить растворителем. После процедуры зачистки деталь перед сваркой можно хранить не более 3 часов.

При более широких масштабах производства поверхности деталей подвергают травлению по следующей технологии:

  • обезжиривание в растворителе
  • травление в ванне из водного раствора — 45-50 г/л НаОН (температура ванны должна быть около 65°C, время травления — 60-120 с)
  • промывка в проточной воде температурой около 70°C, после чего осуществляется промывка в холодной воде
  • осветление в 30%-ном водном растворе HNO3 на протяжении 60-120 с
  • промывка в холодной проточной воде, после чего промывка в горячей воде температурой 65-75°C
  • просушивание горячим воздухом (около 75°C)

После проведения подготовительных работ можно приступать непосредственно к сварке. Ее производят постоянным током обратной полярности. Сварочный ток должен быть такой величины, чтобы на 1 мм алюминия припадало — 25-30 А.

Чтобы получить сварной шов высокого качества, металл подогревают до температуры 300-400°C. Подогрев и последующее охлаждение алюминия позволяет исключить возможность возникновения кристаллизационных трещин и снизить коробление. Для сварки больших деталей можно использовать локальный подогрев сварочной зоны. Сразу после окончания работ шов необходимо промыть горячей водой и обработать металлической щеткой.

Сварка алюминиевых заготовок — процесс, требующий наличия некоторого опыта в проведении подобных работ. При точном соблюдении всех инструкций и рекомендаций можно добиться хорошего результата.

Влияние частоты импульсов на микроструктуру и механические свойства соединений сплава 2198 Al-Li, полученных сваркой сверхвысокочастотным импульсом переменного тока CMT

Материалы (Базель). 2019 янв; 12(1): 79.

Поступила в редакцию 28 ноября 2018 г.; Принято 21 декабря 2018 г.

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).Эта статья цитировалась в других статьях в PMC. .

Abstract

В данном исследовании сплав 2198 Al-Li, материал с низкой плотностью и высокими эксплуатационными характеристиками для аэрокосмической техники, был сварен с использованием сверхвысокочастотного импульсного переменного тока с холодным переносом металла (СВЧ-АКМТ). Исследовано влияние различных УВЧ на формирование, пористость, микроструктуру, микротвердость и предел прочности сварных соединений. Результаты показали, что связанный сверхвысокочастотный ток генерирует электромагнитную силу, которая перемешивает жидкий металл расплавленной ванны.Формирование шва стало значительно лучше с металлическим блеском и равномерной рябью на частотах 60 кГц и 70 кГц. Пористость была минимальной при частоте 60 кГц. Кроме того, ванна расплава размывалась и перемешивалась электромагнитной силой, что обеспечивало тепловые и динамические условия для зарождения и измельчения зерен, ширина зоны мелких равноосных зерен становилась больше, а количество равноосных недендритных зерен увеличивалось. С измельчением зерна и переходом в кристаллизацию средняя микротвердость и предел прочности соединений на частоте 60 кГц достигали наибольшего значения 116 HV0.1 и 338 МПа соответственно. Разрушение сварных соединений имело признаки квазискольного разрушения.

Ключевые слова: AC CMT, сверхвысокочастотный импульсный ток, сплав 2198 Al-Li, микроструктура, механические свойства отличные характеристики при низких температурах и высокая стойкость к коррозии под напряжением. По сравнению со вторым поколением сплавов Al-Li, третье поколение сплавов Al-Li имеет пониженное содержание элемента Li, тогда как в них увеличено количество элементов Cu, Zr, Mn и Zn, что приводит к повышенной прочности и твердости и меньшей анизотропии [1]. ,2].Однако сплавы Al-Li плохо поддаются сварке из-за горячих трещин и пористости, образующихся в процессе сварки, которые можно улучшить путем тщательной подготовки поверхности, использования подходящих присадочных материалов и оптимизации параметров сварки. Поэтому выбор подходящих параметров сварки имеет решающее значение для улучшения качества и свойств сварных соединений Al-Li.

Популярные методы сварки сплавов Al-Li включают дуговую сварку, лазерную сварку, сварку трением с перемешиванием и т. д. [3,4,5].По сравнению с обычной дуговой сваркой лазерная сварка имеет меньшее тепловложение, что позволяет уменьшить количество пор и трещин во время сварки. Сварка трением с перемешиванием (FSW) имеет преимущества, заключающиеся в уменьшении излучения, искрения, сварных трещин, пористости и усадочных дефектов. Кроме того, для сварки листов средней толщины не требуется проточка канавки. Таким образом, СТП часто используется при сварке высокопрочных алюминиевых сплавов для самолетов. Однако лазерная сварка сплавов Al-Li имеет некоторые ограничения, такие как высокое отражение, интенсивное испарение из-за низкой температуры кипения легирующих элементов и широкое фокусное пятно при лазерной сварке.СТП можно применять только к относительно простому, длинному и прямолинейному сварному шву, а наличие шпоночного отверстия в конце шва является большим недостатком [6,7,8,9].

Снижение тепловложения и очистка оксидной пленки являются эффективными способами минимизации образования пор в металле шва сплавов Al-Li [10,11]. Поэтому используется сварка СМТ постоянным током (DCT) алюминиевых сплавов [12,13]. Снижение тепловложения и образования металлических соединений в процессе сварки может уменьшить растрескивание сварного шва [14].Также было установлено, что структуру затвердевания сварочной ванны невозможно контролировать в условиях низкой тепловложения и свободного роста кристаллических зерен [15,16]. Комбинированные структуры из крупных равноосных дендритов и мелких равноосных недендритов приводили к потере прочности сварных соединений. Используя преимущество очистки оксидной пленки, СМТ переменного тока с импульсом положительной полярности (фаза EP-CMT) и импульсом отрицательной полярности (фаза EN-CMT) была предложена для эффективного управления процессом кристаллизации сварочной ванны, измельчения зерен, и дальнейшего улучшения свойств суставов [17,18].

Частота импульсного тока позволяет значительно улучшить микроструктуру затвердевшего сплава алюминия и титана [19,20]. В определенном диапазоне, чем выше частота импульсного тока, тем мельче зерна. При дуговой сварке с переменной полярностью в сочетании с высокочастотным импульсным током разумная частота импульсного тока, вероятно, сильно повлияет на структуру затвердевания и процесс кристаллизации сварочной ванны, что в конечном итоге улучшит механические свойства сварных соединений [21,22,23, 24].СМТ переменного тока в сочетании с током сверхвысокой частоты от 20 кГц до 80 кГц впервые был применен для сварки сплава 2198 Al-Li в этой статье. Совмещая контрольные измерения и металлургию сварки, исследовано влияние частоты импульсного тока на формирование, пористость, микроструктуру, микротвердость и предел прочности сварных соединений. При действии импульсного тока сверхвысокой частоты изучен механизм взаимодействия микроструктуры и механических свойств сварных соединений.

2.Экспериментальные процедуры

По сравнению с обычными методами сварки, режим AC CMT аппарата Fronius CMT Advanced 4000 имеет сварочные токи в положительной (EP) фазе электрода и отрицательной (EN) фазе электрода. Существуют значительные различия между фазами EP и EN. В фазе ЭП ионы аргона попадают в расплавленную ванну и поверхность заготовки, что может быстро очистить оксидную пленку на поверхности заготовки. В фазе EN дуга относительно сужена, и больше тепла перенаправляется на проволоку, что приводит к быстрому плавлению проволоки.По сравнению с фазой EN, дуга в фазе EP более расходящаяся, и на детали воздействует более высокий нагрев, что увеличивает тепловложение и улучшает качество сварных соединений [25,26,27]. Поэтому в этом исследовании сварочный ток в фазе EP был выбран в сочетании с импульсным током сверхвысокой частоты для улучшения характеристик дуги. Две относительно независимые системы питания были подключены параллельно, а затем подключены к одному и тому же сварочному пистолету, удерживаемому роботом KUKA KR60, как показано на рис.Форма волны тока СМТ переменного тока показана в б, средний ток I СМТ переменного тока равен 100 А. Базовый ток I б сверхвысокочастотного импульсного переменного тока с холодным переносом металла (УВЧ-АКМТ, УВЧ100 , HEBUST, Шицзячжуан, Китай) составляет 85 А, пиковый ток I p UHF-ACCMT составляет 30 А, коэффициент заполнения δ составляет 50%, а частота 20 кГц, 30 кГц, 40 кГц, 50 кГц, 60 кГц, 70 кГц и 80 кГц соответственно. Следовательно, суммарный ток УВЧ-АКМТ I t = I b + I p × δ = I .Конкретные параметры указаны в .

Экспериментальная установка СМТ переменного тока в сочетании с источником питания сверхвысокой частоты ( a ) и схема кривой тока СМТ переменного тока ( b ).

Таблица 1

Параметры процесса сварки УВЧ-ACCMT.

Базовый ток I B / A Пульсовый ток I P / A P / A Сварка V / (см · мин -1 ) Расход газа Q / (L · min -1 ) EP Продолжительность (MS) en Длительность (MS)
85

2

30 70 20 130102

2198-Т8 Пластины из сплава Al-Li размером 135 мм × 95 мм × 2 мм и алюминиево-кремниевая (Al-Si) проволока ER4043 диаметром 1.В качестве основного материала и дополнительной сварочной проволоки использовались 2 мм. Проволока ER4043 может обеспечить большое количество эвтектик Al-Si при сварке [28]. Эвтектики обладают хорошей заполняющей способностью по сокращению горячих трещин [29]. Для эффективного устранения макропор оксидную пленку с обеих сторон стыка с квадратной разделкой под сварку и без корневого зазора (толщиной не менее 0,15 мм) счищали с помощью проволочной щетки и скребка, а жирные и водяные пятна удаляли ацетоном. 30]. Химический состав сплава Al-Li 2198 и проволоки Al-Si ER4043 указан в .Была принята плоская сварка с использованием пластины направляющей дуги и пластины дуги кратера и защитного газа чистого аргона.

Таблица 2

Состав основных материалов и проволоки (мас. %).

Аль
Материалы Cu Li Zn, Mn Mg Si, Fe
2198 2.9-3.5 0.8-1.1 ≤ 0,35 ≤0,5 0.25–0,8 ≤0,08 ≤0,01 Бал.
ER4043 0.3 0,1 0,05 0,05 4,5-6,0 0,8 Бал.

Оптическая микроструктура сварных соединений исследовалась на немецком микроскопе Zeiss фирмы Axiovert.A1. Образцы шлифовали, полировали, а затем травили реактивом Келлера (2,5% HNO 3 + 1,5% HCL + 1,0% HF + 95% H 2 O, объемный процент).Испытание на микротвердость по Виккерсу проводили при нагрузке 100 г и времени выдержки 15 с. Данные были получены с расстоянием 0,5 мм по средней глубине продольного сечения сварных соединений. Испытания на растяжение проводили по стандарту ISO 4136:2001 на электронной универсальной испытательной машине SANS CMT5204 (Шэньчжэнь, Китай) со скоростью 1 мм/мин. Размеры образцов на растяжение показаны на .

Схема образца на растяжение (мм).

3. Результаты и обсуждение

3.1. Макроскопическая морфология сварных соединений

показывает внешний вид сварных швов сплава 2198 Al-Li, сваренных методом CMT переменного тока в сочетании с импульсным током сверхвысокой частоты. По сравнению с процессом CMT на переменном токе, основные материалы демонстрируют меньшую деформацию, а поверхность соединений гладкая и однородная при CMT на переменном токе в сочетании с импульсным током сверхвысокой частоты. На поверхности сварных швов виден металлический блеск и равномерная рябь. Вогнутостей, подрезов, валиков, непроваров, шлака и других визуальных дефектов нет.Однако внешний вид швов явно менялся с разной частотой, рябь более отчетливая и регулярная при сопряжении с током СВЧ 60 кГц и 70 кГц, а на частоте 20 кГц она практически исчезла. При других сверхвысокочастотных токах пульсации были ослаблены в разной степени.

Верхний и задний валики сварного шва, сваренные с помощью переменного тока CMT и переменного тока CMT на частоте 20 кГц, 30 кГц, 40 кГц, 50 кГц, 60 кГц, 70 кГц и 80 кГц соответственно.

Согласно электромагнитной теории, связанный сверхвысокочастотный ток создает силу дуги, которая играет роль в перемешивании жидкого металла в расплавленной ванне [31]. Форма течения и скорость течения жидкого металла определяются совместным действием поверхностного натяжения и электромагнитной силы, поэтому морфология затвердевания расплавленной ванны различна при изменении импульсного тока на разной частоте.

3.2. Поры в сварных соединениях

показывает распределение пор в сварных соединениях.Поры представляли собой в основном водородные отверстия, которые трудно было устранить при сварке сплавов Al-Li [31,32,33,34]. Известно, что образование сварочных пор было связано с тем, что водород в капле жидкости не может расти вверх и переливаться из-за малой тепловложения и быстрого затвердевания расплавленной ванны при сварке СМТ. С одной стороны, чистота аргона, степень очистки заготовки перед сваркой и высокая влажность окружающей среды были возможной причиной чрезмерной пористости в данном исследовании.а показано распределение пор в сварных соединениях, сваренных методом АС СМТ, в которых многие поры имеют относительно большой размер и распределены в сварных соединениях хаотично. б–г – распределение пор в сварных соединениях, сваренных переменным током СМТ на сопряженном токе частотой 20 кГц, 30 кГц и 40 кГц соответственно. Общее количество, а также размер пор имеют тенденцию к уменьшению. Более крупные поры в основном распределены по кромке сварных швов, более мелкие поры наблюдались преимущественно в середине сварных швов.e–h показывают распределение пор в сварных соединениях, сваренных переменным током СМТ при частоте 50 кГц, 60 кГц, 70 кГц и 80 кГц соответственно. Видно, что количество пор стало меньше, а размер пор стал значительно меньше. Небольшое количество мелких пор имелось в середине сварных швов, более крупные поры существовали по краям сварных швов. Небольшая доля пор показана на f при связанном сверхвысокочастотном импульсном токе частотой 60 кГц. По стандарту ISO-10042:2005 пористость соединения AC CMT составляет 3%, что соответствует классу D (a).Соединение, сваренное сопряженным током переменного тока СМТ частотой 60 кГц, имеет пористость всего 1%, что соответствует классу В (f). По сравнению с AC CMT пористость и диаметр пор UHF-ACCMT были значительно уменьшены.

( а h ) Распределение пор в сварных соединениях, сваренных ( а ) переменным током КТМ и ( б ) переменным током КТМ на частоте 20 кГц, ( с ) 30 кГц , ( d ) 40 кГц, ( e ) 50 кГц, ( f ) 60 кГц, ( g ) 70 кГц и ( h ) 80 кГц соответственно.

Связанный сверхвысокочастотный импульсный ток генерировал электромагнитную силу, которая играла важную роль в перемешивании жидкого металла в расплавленной ванне. Между тем, Si является сильным поверхностно-активным элементом в ER4043, что делает поверхностное натяжение жидкого металла прямо пропорциональным градиенту температуры [35]. Жидкий металл приводился в движение электромагнитной силой и поверхностным натяжением, затем он стекал вниз по центру расплавленной ванны и вверх по краю расплавленной ванны, как показано на рис.Это способствовало выходу пузырьков и уменьшению склонности к пористости сварного шва, когда направление потока жидкости соответствовало подъему пузырьков. Числовая доля пористости была минимальной при частоте 60 кГц.

Связь между распределением поверхностного натяжения и течением жидкого металла в расплавленной ванне.

3.3. Микроскопическая структура сварных соединений

3.3.1. Микроскопическая структура зоны мелких равноосных зерен (EQZ)

показывает оптическую микроструктуру сварных соединений и основного металла (BM).По сравнению с зоной термического влияния (HAZ) и металлом шва (WM), EQZ, сваренная AC CMT, состоит из мелких равноосных зерен, как показано на рис. Лин и др. [36] обнаружили, что эта область была не только перекристаллизована, но и на нее повлияли мельчайшие частицы в основном материале, такие как Al 3 Ti и Al 3 Zr, которые обеспечили большое количество гетерогенных центров зародышеобразования. при затвердевании, что способствовало формированию гетерогенной нуклеации в ЗКВ [36].

( а и ) Оптическая микроструктура сварных соединений, сваренных ( а ) переменным током КТМ и ( б ) переменным током КТМ на частоте 20 кГц, ( с ) 30 кГц , ( d ) 40 кГц, ( e ) 50 кГц, ( f ) 60 кГц, ( g ) 70 кГц, ( h ) 80 кГц и BM ( i 900) соответственно.

Ширина мелкозернистых ЗЗ становилась больше в сочетании с импульсным током сверхвысокой частоты, как видно из б–з. Связанный сверхвысокочастотный ток протекал через ванну расплава. Внутри расплавленной ванны генерировалось высокочастотное импульсное электромагнитное поле. Под действием высокочастотной импульсной электромагнитной силы жидкий металл совершал периодические вихревые движения, которые размывали границу зоны плавления и зоны термического влияния. Некоторые нерасплавленные частицы с высокой температурой плавления на границе, такие как Al 3 Ti и Al 3 Zr, появлялись в ванне расплава и становились гетерогенными центрами зародышеобразования, которые образовывали более широкую тонкую EQZ [37, 38, 39].Микроскопическая структура БМ имеет решетчатую форму вдоль направления прокатки, как показано на рис.

3.3.2. Микроскопическая структура WM

показывает оптическую микроструктуру WM. Это были крупные дендритные зерна в РО сварных соединений, сваренных методом АК-КМП, как показано на рис. Когда сплав 2198 Al-Li был сварен током сверхвысокой частоты, связанным с переменным током CMT, в WM явно произошло измельчение зерна, как показано на b – h. Равноосные дендритные зерна появлялись в ВМ на частоте 20 кГц в б.При частоте импульсного тока 30 кГц и 40 кГц в РВ появились мелкие равноосные недендритовидные зерна, чередующиеся с распределением равноосных дендритных зерен в середине шва, как показано на в, г. Микрофотографии РМ на e-g показывают, что большое количество мелких равноосных недендритных зерен неравномерно распределено в РМ на частотах 50 кГц, 60 кГц и 70 кГц соответственно. Однако при частоте выше 70 кГц измельчение зерен начинало ослабевать, доля равноосных недендритов уменьшалась, и в WM (h) преобладали равноосные дендриты.

( а h ) Оптическая микроструктура РМ, сваренная ( а ) переменным током КРТ и ( б ) переменным током КРТ, связанным с частотой 20 кГц, ( с ) 30 кГц, ( d ) 40 кГц, ( h ) 50 кГц, ( e ) 60 кГц, ( f ) 70 кГц и ( h ) 80 кГц соответственно.

Электромагнитная сила, генерируемая связанным током сверхвысокой частоты, играла основную роль в перемешивании жидкого металла в расплавленной ванне, что может эффективно разрушать новые зерна и создавать очаги гетерогенного зарождения [23].С другой стороны, некоторые высокоплавкие частицы, такие как Al 3 Ti и Al 3 Zr, вовлекались в ванну расплава под действием размыва жидким металлом, что создавало очаги гетерогенного зародышеобразования [37,38]. ,39]. Кроме того, в соответствии с принципом термодинамики кристаллизации металла регулярный поток жидкого металла в расплавленной ванне способствует однородности температуры жидкого металла, что может эффективно уменьшить температурный градиент на передней поверхности раздела твердое тело-жидкость и повысить переохлаждение компонентов [40].Увеличение переохлаждения способствовало трансформации микроструктуры РМ из крупных дендритных зерен в мелкие равноосные, что сыграло существенную роль в измельчении зерен.

3.4. Механические свойства сварных соединений

3.4.1. Микротвердость сварных соединений

Для испытаний на микротвердость были подготовлены три образца, полученные разными способами. Точки измерения микротвердости показаны на . показано усредненное распределение микротвердости сварных соединений.Кривые микротвердости имели одинаковую тенденцию изменения при различной частоте импульсного тока. Микротвердость основного материала (ВМ) была самой высокой, около 150 HV0,1. Микротвердость постепенно уменьшается от основного материала (BM) к линии сплавления (FL). Микротвердость центра шва выше, чем у FL. Микротвердость переходной зоны (ПЗ) между металлом шва (МС) и ПС была наименьшей, что и стало самой слабой зоной сварных соединений. При сопряжении с импульсными токами СВЧ микротвердость в различных областях была выше, чем при несвязанном импульсном токе СВЧ.Так, микротвердость в центре шва увеличилась с 88 HV0,1 до 104 HV0,1. При частоте сопряженного импульсного тока 60 кГц средняя микротвердость РМ была наибольшей и составляла 116 HV0,1. Повышение микротвердости было связано с измельчением зерна, что было очевидно при частоте сопряжения 60 кГц, особенно более мелкие зерна соответствуют наибольшей микротвердости РМ [41,42]. Переходной зоной между РО и ПС является зона разупрочнения, в которой металл испытывает перестарение, вызванное термическим циклом, и происходит агломерация частиц упрочняющей фазы.Следовательно, когерентная связь между выделенной фазой и исходной фазой была нарушена, что привело к увеличению размера и уменьшению количества выделенных упрочняющих фаз внутри зерен, что снижает микротвердость зоны разупрочнения [43].

Схема точек измерения микротвердости.

Распределение микротвердости сварных соединений, сваренных ТКМП переменным током и КТМП переменным током на частоте 20 кГц, 40 кГц, 60 кГц и 80 кГц соответственно.

3.4.2. Свойства сварных соединений при растяжении

Были приготовлены три образца для испытаний на растяжение с использованием различных процессов. Переломы произошли по линии сращения. Предел прочности при растяжении, предел текучести и уменьшение площади сварных соединений показаны на и . Как показано на , предел прочности при растяжении сварных соединений, не связанных с импульсным током сверхвысокой частоты, составил 270 МПа, что составляет всего 57,4 % от основного материала (ВМ, 470 МПа). Разрушение имело характеристики межкристаллитного разрушения, как показано на рис.Прочность сварных соединений на растяжение значительно увеличивалась с увеличением частоты импульсов (). При частоте 60 кГц из-за более широкой мелкой ЗКВ и более мелких равноосных недендритных зерен в РВ предел прочности соединения достигал наибольшего значения — 338 МПа. Как показано на рис. f, на поверхности излома наблюдалось большое количество гребней разрыва, а тип излома представляет собой излом квазискола. Полости внутри зерен и примесей являются источником трещин квазискола.Изменение предела текучести и уменьшение площади были аналогичны пределу прочности, как показано на и .

Прочность на растяжение соединений, сваренных СМТ переменного тока и СМТ переменного тока на сопряженном токе частотой 20 кГц, 30 кГц, 40 кГц, 50 кГц, 60 кГц, 70 кГц и 80 кГц соответственно.

Предел текучести соединений, сваренных СМТ переменного тока и СМТ переменного тока на сопряженном токе частотой 20 кГц, 30 кГц, 40 кГц, 50 кГц, 60 кГц, 70 кГц и 80 кГц соответственно.

Уменьшение площади стыков, сваренных СМТ переменного тока и СМТ переменного тока на сопряженном токе частотой 20 кГц, 30 кГц, 40 кГц, 50 кГц, 60 кГц, 70 кГц и 80 кГц соответственно.

( а h ) СЭМ поверхность излома, сваренная ( а ) КТМ переменного тока и ( b ) КТМ переменного тока, связанная с частотой 20 кГц, ( c ) 30 кГц, ( c ) 30 кГц, ( b ) КТМ переменного тока ) 40 кГц, ( e ) 50 кГц, ( f ) 60 кГц, ( g ) 70 кГц и ( h ) 80 кГц соответственно.

4. Выводы

В этом исследовании сплав 2198 Al-Li был сварен с использованием UHF-ACCMT. Исследовано влияние различных УВЧ на формирование, пористость, микроструктуру, микротвердость и предел прочности сварных соединений.Выводы следующие:

  • (1)

    Согласно электромагнитной теории, связанный сверхвысокочастотный ток порождал электромагнитную силу, которая играла роль в перемешивании жидкого металла в расплавленной ванне. Сварные швы гладкие и однородные; металлический блеск и равномерная рябь на поверхности сварных швов наблюдаются при частоте сопряженного импульсного тока 60 кГц и 70 кГц.

  • (2)

    Под действием электромагнитной силы и поверхностного натяжения стекающий жидкий металл способствовал выходу пузырьков.Размер и количество пор шва уменьшались с увеличением частоты связанного тока. Пористость была минимальной при частоте 60 кГц.

  • (3)

    Ванна расплава очищалась и перемешивалась электромагнитной силой, которая обеспечивала места гетерогенного зародышеобразования для образования зародышей и измельчения зерен. Ширина мелкозернистых ЗКВ становилась больше, и в ВМ наблюдалось большое количество равноосных недендритов на частотах 50 кГц, 60 кГц и 70 кГц соответственно.

  • (4)

    При частоте сопряженного импульсного тока 60 кГц пористость шва была минимальной, а размер зерен в РМ был наименьшим. Средняя микротвердость WM и предел прочности при растяжении сварных соединений были самыми высокими, 116 HV0,1 и 338 МПа соответственно. Характер разрушения сварных соединений – квазискольный.

Благодарности

Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (грант No.51875168), Фонд естественных наук провинции Хэбэй (грант № E2016208077) и Фонд департамента образования провинции Хэбэй (грант № QN2018003).

Вклад авторов

Курирование данных, Ю.С.; Формальный анализ, З.Л.; Расследование, CW; Администрация проекта, Д.В.; Письмо – первоначальный вариант, Л.В.; Написание – рецензирование и редактирование, Л.В.

Финансирование

Это исследование финансировалось Национальным фондом естественных наук Китая, номер гранта 51875168, а APC финансировался Национальным фондом естественных наук Китая, номер гранта 51875168.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

1. Williams J.C., Starke E.A. Прогресс в конструкционных материалах для аэрокосмических систем. Акта. Матер. 2003; 51: 5775–5799. doi: 10.1016/j.actamat.2003.08.023. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]2. Риоха Р.Дж., Лю Дж. Эволюция базовых продуктов Al-Li для аэрокосмических и космических приложений. Металл. Матер. Транс. А. 2012;43:3325–3337. doi: 10.1007/s11661-012-1155-z. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]3.Падманабхам Г., Панди С., Шапер М. Импульсная газовая дуговая сварка сплава Al-Cu-Li. науч. Технол. Сварка. Присоединиться. 2005; 10: 67–75. doi: 10.1179/174329305X19358. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]4. Сяо Р., Чжан С. Проблемы и вопросы лазерной сварки алюминиево-литиевых сплавов. Дж. Мануф. Процесс. 2014; 16:166–175. doi: 10.1016/j.jmapro.2013.10.005. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]5. Вэй С., Хао С., Чен Дж. Исследование сварки трением с перемешиванием алюминиево-литиевого сплава 1420. Матер. науч. англ. А. 2007; 452: 170–177.doi: 10.1016/j.msea.2006.10.081. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 6. Ян М.С., Сунь З., Руи М.А. Анализ эволюции микроструктуры и фазы выделения при сварке трением с перемешиванием 2060 встык. Матер. науч. Технол. 2014; 22:118–122. [Google Академия]7. Chang C.C., Chou C.P., Hsu S.N., Hsiung G.Y. Влияние лазерной сварки на свойства разнородного соединения алюминиевых сплавов Al-Mg-Si и Al-Mn. Дж. Матер. науч. Технол. 2010; 26: 276–282. doi: 10.1016/S1005-0302(10)60046-1. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]8.Гибсон Б.Т., Баллан М.С., Кук Г.Е. Соединение алюминий-литиевого сплава 2198 трением с перемешиванием внахлестку в ткацком и пульсирующем вариантах. Дж. Мануф. Процесс. 2015;18:12–22. doi: 10.1016/j.jmapro.2014.12.002. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]9. Чанг В.С., Раджеш С.Р., Чун С.К. Микроструктура и механические свойства гибридной лазерной сварки трением с перемешиванием алюминиевого сплава АА6061-Т6 и сплава AZ31 Mg. Дж. Матер. науч. Технол. 2011;27:199–204. doi: 10.1016/S1005-0302(11)60049-2. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 10. Тиан Ю.Т., Робсон Дж.Д., Рикер С., Кашаев Н., Ван Л., Лоу Т., Караника А. Оптимизация процесса двухлазерной сварки современных сплавов Al-Li посредством моделирования склонности к горячему растрескиванию. Металл. Матер. Транс. А. 2016;47:3533–3544. doi: 10.1007/s11661-016-3509-4. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 11. Хань Б., Чен Ю.Б., Ван Т., Ли Х., Ли Л.К. Эволюция микроструктуры и коррозионное поведение межфазных трещин двусторонних тавровых соединений, сваренных лазерным лучом из сплавов Al-Li 2060/2099. Матер. Дес. 2017; 135:353–365.doi: 10.1016/j.matdes.2017.09.042. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 12. Лян Ю., Шен Дж. К., Ху С. С., Ван Х. С., Пан Дж. Влияние тока ВИГ на микроструктурные и механические свойства соединений из алюминиевого сплава 6061-Т6 при гибридной сварке ВИГ-СМТ. Дж. Матер. Процесс. Тех. 2018; 255:161–174. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2017.12.006. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 13. Срикант Т., Сурендран С., Балаганесан Г., Манджунат Г.Л. Реакция CMT, сваренной из алюминия AA5086-h211 на пластину AA6061-T6 с наполнителем AA4043 для баллистических испытаний.Procedia англ. 2017; 194: 522–528. doi: 10.1016/j.proeng.2017.08.180. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 14. Шан Дж., Ван К.Х., Тянь Х.Дж., Чжоу К., Ли Г.Л. Исследование сварных соединений внахлестку с переносом холодного металла из разнородных металлов Mg/Al. Транс. Китайская сварка. Инст. 2011; 32:41–45. [Google Академия] 15. Фарзади А., Сераджзаде С., Кокаби А.Х. Исследование сварочной ванны в алюминиевых сплавах, геометрия и микроструктура затвердевания. Междунар. Дж. Терм. науч. 2010;49:809–819. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2009.11.007. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 16.Фараджи А.Х., Гударзи М., Сейедейн С.Х., Замани М.Х. Экспериментальное исследование и численное моделирование дуги и сварочной ванны при стационарной ГТА-сварке чистого алюминия. Междунар. Дж. Адв. Произв. Технол. 2014;71:2059–2071. doi: 10.1007/s00170-014-5651-8. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 17. Ван Д.Л., Чен Ю.К., Ли Х.Ю., Лян З.М. Влияние сварки СМТ на переменном токе в сочетании с высокочастотным импульсным током на микроструктуру и механические свойства соединения сплава 2060 Al-Li. Дж. Горячая работа. Технол. 2017;46:13–16. [Google Академия] 18.Лю Х.Б., Ян С.Л., Се С.Дж. Характеристика микроструктуры и механизм возникновения усталостной трещины вблизи пор для сварного соединения 6005A CMT. Металл. Матер. Транс. А. 2017; 707:22–29. doi: 10.1016/j.msea.2017.09.029. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 19. Ли Дж., Ма Дж.Х., Гао Ю.Л., Чжай К.Дж. Исследование измельчения структуры затвердевания чистого алюминия импульсом электрического тока с параллельными электродами. Матер. науч. англ. А. 2008; 490:452–456. doi: 10.1016/j.msea.2008.01.052. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 20.Ян М.Х., Ци Б.Дж., Конг Б.К., Лю Ф.Дж., Ян З. Влияние частоты импульсов на микроструктуру и свойства Ti-6Al-4V при сверхвысокочастотной импульсной газовой вольфрамовой дуговой сварке. Междунар. Дж. Адв. Произв. Технол. 2013;68:19–31. doi: 10.1007/s00170-013-4822-3. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 21. Хуан Ю.Х., Юань З.М. Микроструктура и низкотемпературная вязкость в зоне сварки трубы для высокочастотной сварки Х65. Дж. Далянь Марит. ун-т 2010; 36: 104–106. [Google Академия] 22. Хао Х., Лу Г.К., Ван Ф.Ю., Чжан С.Г.Влияние электромагнитного перемешивания на затвердевание металлических пен. Дж. Айрон Стил Рез. 2012; С1: 195–198. [Google Академия] 23. Ян М.С., Чжэн Х., Ци Б.Дж., Ян З. Микроструктура и усталостные свойства Ti-6Al-4V при сверхвысокочастотной импульсной сварке. Дж. Мануф. науч. англ. 2016;139:041015. doi: 10.1115/1.4035036. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 24. Wan X.H., Zhao HT, Jin JL. Испытания процесса высокочастотной импульсной вольфрамовой дуговой сварки титанового сплава TA15. Аэронавт. Произв. Технол. 2017;7:82–85. [Google Академия] 25.Фэн Дж. К., Чжан Х. Т., Хе П. Процесс переноса металла с коротким замыканием CMT и его использование при сварке тонких алюминиевых листов. Матер. Дес. 2009; 30:1850–1852. doi: 10.1016/j.matdes.2008.07.015. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 26. Чжан Ю., Ян Дж.Г., Лю С.С., Фан Х.Ю. Сварка тонких листов ТС4 методом оборотного прессования в процессе сварки. Транс. Китайская сварка. Инст. 2010; 31:81–84. [Google Академия] 27. Эллис М.Б.Д. Сварка плавлением алюминиево-литиевых сплавов. Сварка. Металл. Фабр. 1996; 64: 55–60. [Google Академия] 28. Диао Г.Ю., Ван Д.Л., Ли Х.К., Лян З.М. Влияние различных сварочных проволок на микроструктуру и механические свойства алюминиевых сплавов серии Al-Zn-Mg импульсных сварных швов MIG. Дж. Горячая работа. Технол. 2018;47:195–197. [Google Академия] 29. Парамо В., Колас Р., Веласко Э., Валтьерра С. Сфероидизация эвтектики Al-Si в литом алюминиевом сплаве. Дж. Матер. англ. Выполнять. 2000; 9: 616–622. doi: 10.1361/1059940345467. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 30. Чен К., Ян В.С., Сяо Р.С. Прямая лазерная сварка пластины из сплава Al-Li без предварительной очистки поверхности.Лазерный инж. 2011;22:361–369. [Google Академия] 31. Xiao R., Yang W., Chen K. Характеристика пористости в лазерных сварных швах сплава Al-Li 1420. Appl. Лазер. 2007; 27:13–17. [Google Академия] 32. Тан Л.С., Сяо Ю., Лань З.Г., Фан С.Л., Ли Ю.Ф. Предотвращение пористости при сварке MIG алюминия и алюминиевых сплавов. Сварка. Копать землю. Мах. Произв. 2011;5:35–39. [Google Академия] 33. Ван З., Оливейра Дж.П., Цзэн З. Сварка колебательным лазерным лучом алюминиевых сплавов 5А06: микроструктура, пористость и механические свойства. Опц. Лазерная технология.2019;111:58–65. doi: 10.1016/j.optlastec.2018.09.036. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 34. Фан З.П. Влияние состояния поверхности алюминиевого сплава на сварочные поры. Аэросп. Произв. Технол. 2000; 2:19–23. [Google Академия] 35. Хуан Ю., Фан Д. Механизм увеличения провара при сварке A-TIG на переменном токе алюминиевого сплава. Сварка. Присоединиться. 2003; 4:9–11. [Google Академия] 36. Лин Д.К., Ван Г.С., Шриватсан Т.С. Механизм образования равноосных зерен в сварных швах алюминиево-литиевого сплава 2090. Матер. науч. англ. А. 2003; 351: 304–309.doi: 10.1016/S0921-5093(02)00858-4. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 37. Гупта Р.К., Нирадж Н., Нагасириша Г. Разработка и определение характеристик сплавов Al-Li. Матер. науч. англ. А. 2006; 420: 228–234. doi: 10.1016/j.msea.2006.01.045. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 38. Ляо М. Модель коротких трещин, основанная на теории дислокаций, и ее применение для авиационных алюминиевых сплавов. англ. Фракт. мех. 2010;77:22–36. doi: 10.1016/j.engfracmech.2009.07.022. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 39. Ан Н., Чжан X.Y., Ван Q.M., Ян W.X., Сяо Р.С. Волоконно-лазерная сварка алюминиево-литиевого сплава 2060 с присадочной проволокой. Подбородок. Дж. Лазерс. 2014;41:100–105. [Google Академия]40. Ван Д., Хе К.С., Ван Х., Чжао С., Цзо Л. Разупрочнение шва в зоне термического влияния при сварке сплава Al-12,7Si-0,7Mg в среде инертного газа. Матер. Рез. иннов. 2014;18:224–227. doi: 10.1179/14328
  • Z.000000000683. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 41. Раджакумар С., Муралидхаран С., Баласубраманян В. Установление эмпирических взаимосвязей для прогнозирования размера зерна и прочности на растяжение сварных соединений из алюминиевого сплава AA 6061-T6, сваренных трением с перемешиванием.Транс. Nonferr. Металл Соц. 2010; 20:1863–1872. doi: 10.1016/S1003-6326(09)60387-3. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 42. Линь К.Л., Ян В.С., Lv J.X., Сяо Р.С. Исследование лазерной сварки алюминиево-литиевого сплава 2198-Т851. Подбородок. Дж. Лазерс. 2014;41:90–95. [Google Академия]43. Дворна К.М.Дж., Фрост Р.Х., Олсон Д.Л. Влияние кинетики затвердевания на измельчение зерна сварного шва алюминия. Сварка. Дж. 1991; 70: 271–276. [Google Scholar]

    Алюминий и его сплавы

    Алюминий также является хорошим проводником тепла, более пластичным и немагнитным металлом с температурой плавления 659°С в чистом виде.Температура плавления алюминиевых сплавов колеблется примерно от 520°C до 650°C.
    Алюминий образует высокопрочные сплавы в сочетании с другими металлами, такими как Cu, Cr, Ni, Fe, Zn, Mn, Si и Mg, потому что в чистом виде он не особенно прочен.
    Алюминий и его сплавы могут быть: Чугун, кованый, сварной, экструдированный, катаный и т. д.

    Применение алюминия и его сплавов

    Интенсивный спрос на алюминий и его сплавы сегодня очень высок, в основном из-за его привлекательных физических, механических и химических свойств.Алюминий и его сплавы часто используются по-разному, например:
    Область транспорта и архитектуры
    Каркасы, Детали двигателя, Элементы отделки и декора, скобяные изделия, двери, оконные рамы, резервуары, мебель и фурнитура. Воздушные проводники и детали теплообменников ,
    Оборудование для приготовления пищи
    Охлаждение, контейнеры для хранения, оборудование для хлебопекарен, транспортные контейнеры, катки, вафельные формы, кровля, подоконники, перила, крепеж, осветительные приборы, защита от солнца, грили, решетки, криогенные приложения и т. Д.
    В тяжелых условиях, таких как : стрелы драглайнов, передвижные краны, подъемники, опоры конвейеров, мосты и т. д.
    В перерабатывающей промышленности Алюминий и его сплавы используются в качестве ручек для органических химикатов, нефтехимических веществ и лекарств. Резервуары, бочки, трубы, теплообменники, решетки, дымовые трубы, буровые башни, электрофильтры, центрифуги, клапаны, арматура и т. д.

    Сварка алюминия и его сплавов

    По сравнению с другими металлами алюминий и его сплавы обладают определенными сварочными характеристиками, которые требуют особого внимания при сварке.
    Оксидная пленка или влага
    Важным соображением является эффект тонкой пленки оксида, которая всегда существует на поверхности алюминия.
    Эта пленка содержит влагу, которая может реагировать во время сварки плавлением с жидким металлом в расплавленной сварочной ванне, образуя другой оксид и сжижающий водород, что может вызвать перфорацию.
    Удаление оксидной пленки
    Оксидная пленка на поверхности основного металла удаляется химическим или механическим путем щеткой или скребком перед операцией сварки.
    проблема также может возникнуть во время сварки. Чтобы избежать этой проблемы, можно принять следующие меры:
    Газовая сварка и пайка
    В процессе газовой сварки и пайки оксидную пленку можно удалить с помощью подходящего сварочного флюса. Дуговая сварка металлическим электродом
    Его можно удалить, используя электрод с подходящим покрытием при дуговой сварке металлическим электродом. Процесс сварки GMAW
    В процессе сварки GMAW оксидный слой удаляется за счет дуговой очистки, когда алюминиевый основной металл образует отрицательный полюс.
    Газовая вольфрамовая дуговая сварка
    Если DCRP используется в процессе дуговой сварки вольфрамовым электродом, вольфрамовый электрод будет перегреваться, и основной металл может не расплавиться должным образом. Поэтому переменный ток предпочтительнее для сварки TIG.
    При сварке TIG переменным током очистка от оксида осуществляется в положительном полупериоде, а в отрицательном полупериоде электрод охлаждается, в то время как основной металл нагревается, способствуя адекватному сплавлению на границе стыка.

    Сварочные процессы, используемые для алюминия и его сплавов

    Методы, используемые для сварки компонентов из алюминия и его сплавов, можно обсудить в следующих рубриках:
    Сварка GTAW:
    Сварка GTAW на сегодняшний день является наиболее распространенным сварочным процессом.С помощью этого процесса тонкий алюминиевый профиль можно очень хорошо сваривать без добавления присадочного металла.
    Сварка TIG напоминает газовую сварку, потому что в обоих случаях используется источник тепла, независимый от присадочного (металлического) электрода. В процессе газовой сварки используется флюс, тогда как в процессе сварки TIG используется защитный газ.
    Подготовка швов
    В процессе сварки TIG существует диапазон от 1 до 10 мм для ручной сварки и от 0,25 мм до 25 мм для автоматической сварки.
    Защитный газ
    Обычно газ аргон используется для сварки алюминия методом GTAW Welding, потому что в DCRP он легче создает дугу и обеспечивает лучший контроль дуги, но иногда гелий используется для более толстого участка алюминия, когда используется DCSP.Смесь гелия и аргона используется с DCSP для обеспечения глубокого и узкого проникновения, необходимого для достижения наилучших свойств и минимальной зоны термического влияния.
    Электроды
    Для сварки Ac предпочтительны нелегированные вольфрамовые и вольфрамо-циркониевые электроды. циркониевые электроды, скорее всего, будут загрязнены алюминием и имеют несколько более высокий номинальный ток. Чистый вольфрам сводит к минимуму включения в сварной шов и небаланс токов. При сварке на переменном токе кончик электрода должен быть полусферическим.
    Для сварки алюминия постоянным током используется торированный вольфрам, кончик вольфрама должен быть отшлифован до тупого конического острия, имеющего угол прилегания от 60 до 120 градусов для достижения максимального провара.
    Сварка сопротивлением.
    Алюминий и алюминиевые сплавы, будь то литые или кованые, термообрабатываемые или нетермообрабатываемые, могут быть сварены сопротивлением одни легче, чем другие. Процессы сварки сопротивлением особенно полезны при соединении высокопрочных термообрабатываемых сплавов.

    Все типы коммерческих алюминиевых сплавов в виде листов, прессованных профилей или отливок могут быть сварены точечной сваркой. Процессы сварки сопротивлением особенно полезны при соединении высокопрочных термообрабатываемых сплавов. В то время как контактная точечная сварка лучше всего подходит для нетермообрабатываемых алюминиевых сплавов. Диапазон толщины для сварки алюминия с использованием обычного процесса контактной точечной сварки составляет от 12 мм до 18 мм.

    Как сваривать алюминий методами TIG, MIG и дуговой сварки? – www.materialwelding.com

    Подробное руководство по сварке алюминия

    Каковы проблемы при сварке алюминия?

    Основными проблемами, влияющими на сварку алюминиевых сплавов, являются:

    1. Высокое сродство к кислороду, приводящее к стойкому очень тонкому оксидному слою (AL2O3) на поверхности, который плавится при 1926°C, в то время как чистый алюминий плавится при 660°C.Так, если оксидный слой не удалить, материал пластины расплавится, а оксид останется нерасплавленным, следовательно, не будет образовываться сварной шов.
    2. Растрескивание при затвердевании некоторых марок с низким содержанием марганца.
    3. Потеря прочности сварного соединения в ЗТВ.
    4. Высокий риск невидимой пористости (в основном внутренняя пористость, сварной шов будет выглядеть превосходно снаружи, но внутри сварного шва будет полно пористости, которая становится видимой при рентгенографии, разрушении или макроконтроле).

    Поэтому об алюминии нужно заботиться, особенно по сравнению со сталью. Обладает высокой теплопроводностью, поэтому тепло из зоны сварки рассеивается очень быстро. Его высокое тепловое расширение может привести к деформации. Поскольку алюминий не меняет цвет при плавлении или нагревании, оценить температуру во время сварки невозможно.

    Сравнение физических свойств алюминия и углеродистой стали, влияющих на свариваемость

    Спецификации и сорта алюминия

    Наиболее часто используемые спецификации материалов для алюминия: ASTM B209, ASTM B210, ASTM B211, ASTM B221, ASTM B234, ASTM B241, ASTM B247 и ASTM B928.

    Обозначение материала соответствует 4-значной классификации алюминиевой ассоциации. Первая цифра здесь указывает основные легирующие элементы, как показано в таблице 1 выше.

    Руководство по ремонту алюминиевых дисков или колесных дисков

    Для обозначения отпуска специальная буква указывает на состояние сплава. Используются следующие буквы:

    .
    • F – В состоянии изготовления – без контроля механических свойств.
    • O – отожженный, мягкий.
    • H – деформационно-упрочненные.
    • T – Термическая обработка для получения стабильного состояния.

    Некоторые примеры:

    • 1100-O 99%min Al+0,12% Cu, отожженный.
    • 2024-T3 Al-4,4Cu-1,5Mg-0,6Mn, термообработка на твердый раствор, холодная обработка и естественное старение.
    • 5052-h44 Al-2,5Mg-0,25Cr, полутвердый.
    • 3003-х24 Ал-1,2Мн, полутверд.
    • Полутвердый означает частично холодную обработку

    Выбор сварочных материалов

    Как сваривать алюминий серии 1100?

    Используйте эту таблицу, чтобы найти наиболее подходящую присадочную проволоку GTAW/GMAW для сварки различных марок алюминия.

    Горячее растрескивание можно предотвратить, используя присадочную проволоку типа 4043, но она обеспечивает более низкую пластичность и ударную вязкость по сравнению с проволокой типа 5356. Типы 4043 из-за высокого содержания кремния дают плохое совпадение цвета с основными металлами алюминия 5XXX и 6XXX после обработки анодным окислением.

    При сварке стали 5XXX (высокое содержание Mg, обычно более 3%), 4043 является плохим выбором, так как в металле сварного шва образуется интерметаллическое соединение mg 2 Si. Это снизит пластичность металла шва и повысит его чувствительность к растрескиванию.

    Какой процесс сварки лучше всего подходит для сварки алюминия?

    Алюминий можно легко сваривать сваркой TIG и MIG. Сварка ВИГ на переменном токе используется для сварки тонких сечений. Использование переменного тока дает половину цикла катодной очистки как в ручном, так и в автоматическом процессах. MIG используется для более тяжелых секций.

    Передовые процессы сварки, такие как лазерная сварка и сварка трением с перемешиванием, в настоящее время широко используются при производстве алюминия.

    Параметры сварки алюминия TIG

    Параметры сварки алюминия MIG

    Какой защитный газ использовать для сварки алюминия?

    Широко используется чистый аргон

    .Смесь аргона и гелия при сварке MIG. Добавление гелия способствует лучшему формированию сварного шва и увеличивает скорость сварки. Гелий также сводит к минимуму риск образования пор и несплавления. Чистый гелий не используется из-за высокого потенциала ионизации газа, а также высокой стоимости газа.

    Что такое температура предварительного нагрева для сварки алюминия?

    как сваривать литой алюминий с помощью дуговой сварки, сварки TIG и MIG?

    Предварительный нагрев

    рекомендуется для более толстых профилей или в тех случаях, когда невозможно достичь достаточного проникновения из-за высокой теплопроводности алюминия.

    Таким образом, если возникает какая-либо из вышеперечисленных проблем, можно применить температуру предварительного нагрева от 150 до 200°C. Также при ремонте марки 5ХХХ (Al-Mg) возможно появление трещин в зоне сварного шва или ЗТВ. После предварительного нагрева в этих условиях очень полезно смягчить растрескивание, среди прочего, благодаря использованию правильной присадочной проволоки.

    Посмотрите наше видео на YouTube , чтобы узнать, что такое предварительный, промежуточный и последующий нагрев.

    При изготовлении термообрабатываемых алюминиевых сплавов или алюминиево-магниевых сплавов серии 5000, содержащих более 3% магния, температура предварительного нагрева и промежуточного прохода не должна превышать 250°F [120°C].Время выдержки при этой температуре не должно превышать 15 минут.

    Что такое межпроходная температура для сварки алюминия?

    Обычно при сварке алюминия межпроходная температура поддерживается выше минимальной температуры предварительного нагрева.

    Поиск и устранение неисправностей при сварке алюминия

    Размягчение ЗТВ и снижение прочности на растяжение при сварке

    ЗТВ

    алюминия склонна к разупрочнению околошовной зоны, если она не отожжена. На Рисунке 1 показано, как происходит разупрочнение ЗТВ в нетермообрабатываемых алюминиевых сплавах, таких как 3003, сваренных с присадочной проволокой ER1100.

    Поддающийся термической обработке сплав, напр. 6061-T4, широко используемый алюминий, демонстрирует снижение твердости ЗТВ, что приводит к размягчению ЗТВ.

    Из-за этих проблем с размягчением сварной шов T.S. падает для алюминия и его сплавов в состоянии после сварки. Сорта Al-Zn-Mg со временем набирают свою прочность благодаря характеристикам упрочнения при естественном старении.

    Горячее растрескивание при сварке алюминия?

    Горячие трещины возникают при сварке алюминия при температуре, близкой к температуре солидуса основного металла и присадочного металла, когда сварной шов остывает.Горячее растрескивание чаще всего происходит из-за сегрегации легирующих элементов наряду с легкоплавкими фазами на границах зерен.

    Как избежать пористости при сварке алюминия?

    Алюминий и его сплавы сильно подвержены пористости металла шва (пузырькам водорода) из-за высокой растворимости в нем водорода. Должны использоваться защитные газы с минимальной точкой росы -60°C. Чтобы избежать проблем с пористостью, особенно при использовании сварки MIG, необходимо позаботиться о следующем:

    1. Защитные газы не должны содержать примесей.Газовые фитинги, шланги и соединения не должны содержать пыли, влаги, масла и т. д. Используйте пластиковые (например, тефлоновые) шланги вместо резиновых и хлорвиниловых шлангов, которые могут впитывать влагу. Дайте защитному газу (поток до 5 л/мин) пройти в течение 10-15 минут перед сваркой через сварочный пистолет.
    2. Основной металл, присадочная проволока не должны содержать влаги.
    3. Влажность следует контролировать, поскольку атмосферная влага может попасть в сварочную ванну и привести к пористости.
    4. Рекомендуется использовать методы предварительной сварки, обеспечивающие хорошую очистку от окислов.
    5. Неправильная/недостаточная/загрязненная газовая защита может привести к образованию копоти (оксидов алюминия и магния), видимой в виде черного цвета, как показано на рисунке ниже. Этого можно избежать, используя сварочную проволоку серии 4000, не содержащую мг. в то время как серия 5000 содержит высокое содержание Mg.

    Какие защитные газы используются для сварки алюминия методом TIG и MIG?

    Чистый аргон используется в основном в качестве защитного газа при сварке алюминия методами сварки TIG и MIG.Газ или газовая смесь, используемые для защиты, должны быть пригодны для сварки и иметь минимальную чистоту 99,997 %, точку росы –76 °F [–60 °C] или ниже для аргона и минимальную чистоту 99,995 % и точка росы –71°F [–57°C] или ниже для гелия (см. A5.32, Спецификации для сварочных защитных газов).

    Свойства и характеристики Сварочные защитные газы

    Метод сварки алюминиевого сплава и выбор материала

    Существует множество методов сварки алюминиевых сплавов, и каждый метод имеет свое применение.

    В дополнение к традиционным методам сварки плавлением, сварки сопротивлением и газовой сварки, другие методы сварки (такие как плазменно-дуговая сварка, электронно-лучевая сварка, вакуумная диффузионная сварка и т. д.) также могут легко сваривать алюминиевые сплавы.

    C общие методы сварки алюминиевого сплава

    Характеристики и область применения распространенных методов сварки алюминиевых сплавов показаны в таблице 1.

    Таблица 1 Характеристики и область применения распространенных методов сварки алюминиевого сплава

    Способ сварки Характеристика Область применения
    Газовая сварка Низкая тепловая мощность, большая деформация сварного шва, трещины и другие дефекты, легкость получения шлака. для стыковой и ремонтной сварки тонколистового металла в не ответственных случаях
    Ручная дуговая сварка Плохое качество соединения Используется для ремонтной сварки и общего ремонта литых алюминиевых деталей
    Сварка ВИГ Металл шва компактный, соединение имеет высокую прочность и хорошую пластичность, и можно получить соединение высокого качества Широко используется и может быть сварен с толщиной листа 1 ~ 20 мм
    Импульсная сварка TIG Процесс сварки стабилен , подвод тепла является точным и регулируемым, деформация сварного шва небольшая, а качество соединения высокое 901 02 Используется для листовой сварки, сварки во всех положениях, сборочной сварки и сварки высокопрочных алюминиевых сплавов, таких как кованый алюминий и дюралюминий с высокой термочувствительностью
    Сварка MIG Высокая мощность дуги и высокая скорость сварки Может использоваться для сварки толстые детали толщиной менее 50 м
    Импульсная аргонно-дуговая сварка MIG Сварочная деформация небольшая, устойчивость к пористости и трещинам хорошая, параметры процесса широко регулируются Используется для листовой сварки или сварки во всех положениях. обычно используется для заготовок толщиной от 2 до 12 мм
    Плазменно-дуговая сварка Концентрация тепла, скорость сварки, сварочная деформация и напряжение малы, процесс более сложен Используется для стыковой сварки, где требуется выше, чем при аргонно-дуговой сварке
    Вакуумная электронно-лучевая сварка Результаты показывают, что Провар большой, зона термического влияния небольшая, сварочная деформация небольшая, механические свойства соединения хорошие Используется для сварки небольших сварных швов
    Лазерная сварка Небольшая сварочная деформация и высокая производительность Используется для прецизионной сварки деталей

    Следует выбирать в соответствии с маркой алюминия и алюминиевого сплава, толщиной сварного шва, структурой изделия и требованиями к свариваемости.

    (1) Газовая сварка

    Тепловая мощность кислородно-ацетиленового сварочного пламени низкая, а тепло рассеивается, поэтому деформация сварного шва велика, а производительность низкая.

    Предварительный подогрев необходим при газовой сварке толстых алюминиевых сварных швов. Металл шва после сварки имеет не только крупнозернистую и рыхлую структуру, но и легко образующиеся дефекты, такие как включения глинозема, пористость и трещины.

    Этот метод используется только для ремонта сваркой неважных алюминиевых конструкционных деталей и отливок с диапазоном толщины 0.5-10 мм.

    (2) Сварка ВИГ

    Этот метод сварки под защитой аргона, тепло относительно концентрированное, горение дуги стабильное, металл шва плотный, прочность и пластичность сварного соединения высокие, поэтому он широко применяется в промышленности.

    Сварка ВИГ

    является идеальным методом сварки алюминиевого сплава, но оборудование для сварки ВИГ является сложным, поэтому он не подходит для работы на открытом воздухе.

    (3) Сварка МИГ

    Автоматическая и полуавтоматическая сварка GMAW имеет преимущества высокой мощности дуги, концентрированного тепла и небольшой зоны термического влияния.Эффективность производства в 2-3 раза выше, чем у ручной GMAW.

    Может сваривать листы из чистого алюминия и алюминиевых сплавов толщиной менее 50 мм.

    Например, нет необходимости предварительно нагревать алюминиевую пластину при толщине сварки 30 мм, а свариваются только передний и задний слои для получения гладкой поверхности и отличного качества сварного шва.

    Полуавтоматическая сварка TIG подходит для локализации шва, прерывистого короткого шва и неправильной структуры

    Горелка для полуавтоматической аргонодуговой сварки может использоваться для удобной и гибкой сварки, но диаметр проволоки для полуавтоматической сварки меньше, а чувствительность сварного шва к пористости больше.

    (4) Импульсная аргонодуговая сварка

    1) Импульсная сварка ВИГ

    Очевидно, что этот метод может повысить стабильность процесса слаботочной сварки и удобен для управления мощностью дуги и формированием сварного шва путем регулировки различных параметров процесса.

    Сварка имеет небольшую деформацию и зону термического влияния, что особенно подходит для тонколистовой сварки во всех положениях и сварки кованого алюминия, твердого алюминия и сверхтвердого алюминия с высокой термочувствительностью.

    2) Импульсная аргонно-дуговая сварка MIG

    Подходит для сварки во всех положениях листа из алюминиевого сплава толщиной 2-10 мм.

    (5) Контактная точечная и шовная сварка

    Может использоваться для сварки листов из алюминиевого сплава толщиной менее 4 мм.

    Для изделий с высокими требованиями к качеству можно использовать точечную сварку ударной волной постоянного тока и шовную сварку.

    Сварка требует более сложного оборудования, высокого сварочного тока, высокой производительности, особенно подходит для массового производства деталей и компонентов.

    (6) Сварка трением с перемешиванием

    Сварка трением с перемешиванием (FSW) представляет собой разновидность технологии соединения в твердом состоянии, которую можно использовать для сварки пластин из различных сплавов.

    По сравнению с традиционным методом сварки плавлением, сварка трением с перемешиванием не имеет брызг, пыли, не требует добавления сварочной проволоки и защитного газа, а также пор и трещин в соединении.

    По сравнению с обычным трением, он не ограничен частями вала и может сваривать прямые швы.

    Этот метод сварки также имеет ряд других преимуществ, таких как хорошие механические свойства, энергосбережение, отсутствие загрязнения окружающей среды, низкие требования к подготовке перед сваркой.

    Из-за низкой температуры плавления алюминия и алюминиевых сплавов больше подходит сварка трением с перемешиванием.

    Материалы для сварки алюминия

    (1) Сварочная проволока

    При использовании газовой сварки и сварки TIG для сварки алюминиевого сплава необходимо добавить присадочную проволоку.

    Сварочная проволока из алюминия и алюминиевых сплавов делится на гомогенную сварочную проволоку и гетерогенную сварочную проволоку.

    Для получения хорошего сварного соединения в качестве присадочного материала следует выбирать сварочную проволоку, подходящую для основного металла.

    При выборе сварочной проволоки следует в первую очередь учитывать требования к составу сварного шва, а также механические свойства, коррозионную стойкость, структурную жесткость, цвет и трещиностойкость продукта.

    Выбор присадочного металла с более низкой температурой плавления, чем у основного металла, может значительно снизить склонность к межкристаллитным трещинам в зоне термического влияния.

    Для нетермообработанного сплава прочность сварного соединения увеличивается на порядок серий 1000, 4000 и 5000 серий.

    Сварочную проволоку серии

    5000, содержащую более 3% магния, не следует использовать в конструкциях с рабочей температурой выше 65 ℃, поскольку эти сплавы очень чувствительны к коррозионному растрескиванию под напряжением, а коррозионное растрескивание под напряжением произойдет при вышеуказанной температуре и коррозионной среде.

    Сварочная проволока с более высоким содержанием легирующих элементов, чем основной металл, обычно используется в качестве присадочного металла для предотвращения склонности металла сварного шва к растрескиванию.

    В настоящее время большинство обычно используемых сварочных проволок для алюминиевых сплавов представляют собой сварочные проволоки стандартного качества с аналогичным составом основного металла.

    При отсутствии стандартной сварочной проволоки вместо нее можно вырезать узкую полосу из основного металла.

    Распространенной сварочной проволокой является hs311, которая обладает хорошей текучестью жидкого металла, малой усадкой при затвердевании и отличной устойчивостью к растрескиванию.

    Для уменьшения размера зерна и улучшения трещиностойкости и механических свойств сварного шва в проволоку обычно добавляют небольшое количество Ti, V, Zr и других легирующих элементов в качестве модификатора.

    При выборе сварочной проволоки из алюминиевого сплава следует обратить внимание на следующие проблемы:

    1) Трещиностойкость сварных соединений

    Непосредственным фактором, влияющим на чувствительность к растрескиванию, является соответствие основного металла и сварочной проволоки.

    Металл шва с температурой плавления ниже, чем у основного металла, может снизить чувствительность к растрескиванию металла шва и зоны термического влияния.

    Например, при сварке сплава 6061 с содержанием кремния 0,6% в качестве сварного шва используется тот же сплав, чувствительность к трещинам очень высокая,

    Однако сварочная проволока ЭР4043 с содержанием кремния 5 % обладает хорошей трещиностойкостью, поскольку ее температура плавления ниже, чем у сплава 6061, и она обладает более высокой пластичностью при охлаждении.

    Кроме того, следует избегать сочетания Mg и Cu в металле сварного шва, поскольку al mg Cu обладает высокой чувствительностью к растрескиванию.

    2) Механические свойства сварных соединений

    Прочность промышленного чистого алюминия является самой низкой, алюминиевый сплав серии 4000 находится в середине, а алюминиевый сплав серии 5000 является самым высоким.

    Хотя сварочная проволока Al-Si обладает высокой трещиностойкостью, ее пластичность плохая

    Поэтому для соединений, требующих обработки пластической деформацией после сварки, следует избегать силиконовой сварочной проволоки.

    3) Характеристики сварного соединения

    Выбор присадочного металла зависит не только от состава основного металла, но и от геометрии соединения, требований коррозионной стойкости в эксплуатации и требований к внешнему виду сварного шва.

    Например, для того, чтобы контейнер обладал хорошей коррозионной стойкостью или предотвращал загрязнение хранимых продуктов, сварочный контейнер для хранения перекиси водорода требует алюминиевого сплава высокой чистоты.

    При этом чистота присадочного металла должна быть не ниже чистоты основного металла.

    (2) Сварочный стержень

    Модель, спецификация и применение сварочной проволоки из алюминиевого сплава показаны в таблице 2. Химический состав и механические свойства электрода из алюминиевого сплава показаны в таблице 3.

    Таблица 2 Тип (марка), спецификация и применение сварочной проволоки из алюминия и алюминиевых сплавов

    Типы Типы Типы кожи Материал Core Спецификация электрода Цель
    E1100

    2

    L109 База Чистый алюминий 3.2,4.5 39 345-355 сварочные чистые алюминиевые пластины и контейнера
    E4043 L209 базовый тип AL SI SI сплав 32,4,5 345-355 Сварка алюминиевая пластина, алюминий кремниевое литье, общий алюминиевый сплав, кованый алюминий, дюралюминий (кроме алюминиево-магниевого сплава)
    E3003 L309 Тип основания Алюминиево-марганцевый сплав 3.2,4.5 345〜355 Сварка алюминиево-марганцевого сплава, чистого алюминия и других алюминиевых сплавов

    Таблица 3 Химический состав и механические свойства электродов из алюминия и алюминиевых сплавов

    6 ≥80 6 ≥95

    (3) экранирующий газ

    Инертные газы для сварки алюминиевых сплавов – аргон и гелий.

    Технические требования к аргону: Ar> 99,9%, кислород <0,005%, водород <0,005%, влажность <0,02 мг/л и азот <0,015%.

    Повышение содержания кислорода и азота ухудшает катодное распыление.

    При содержании кислорода более 0,3% потеря горения вольфрамового электрода будет усиливаться, а при содержании кислорода более 0,1% поверхность сварного шва будет тусклой или почерневшей.

    Для сварки TIG чистый аргон выбирается для сварки переменным током плюс ВЧ, что подходит для толстолистового металла; Ar + He или чистый Ar выбирается для сварки положительным электродом на постоянном токе.

    При толщине листа менее 25 мм используется чистый Ar.

    При толщине листа 25-50 мм используется газовая смесь Ar + he с 10% – 35% Ar .

    При толщине листа 50-75 мм следует использовать смесь Ar + He с 10% – 35% или 50% He.

    При толщине листа более 75 мм рекомендуется добавлять смесь Ar + He 50% – 75% He.

    Процесс сварки алюминиевого сплава

    1.Газовая сварка алюминиевого сплава

    Термическая эффективность кислородно-ацетиленовой газовой сварки низкая, подвод тепла при сварке не сконцентрирован, флюс необходим при сварке алюминия и алюминиевого сплава, а остатки необходимо удалить после сварки, поэтому качество и производительность соединения не высокий.

    Поскольку оборудование для газовой сварки простое, без источника питания, удобное и гибкое, оно часто используется для сварки компонентов из алюминиевого сплава с низкими требованиями к качеству, таких как тонкий лист и мелкие детали, а также для ремонтной сварки компонентов из алюминиевого сплава и алюминиевых отливок. .

    (1) Форма соединения газовой сваркой

    Соединение внахлестку и Т-образное соединение не подходят для газовой сварки алюминиевых сплавов. Убрать остаточный флюс и сварочный шлак в зазоре сложно, поэтому следует по возможности использовать стыковое соединение.

    Для обеспечения полной сварки сварного соединения без разрушения и прожога можно использовать опорную пластину с канавкой. Опорная пластина обычно изготавливается из нержавеющей стали или чистой меди.Сварка опорной пластины может обеспечить хорошее обратное формование и повысить производительность сварки.

    (2) Выбор флюса для газовой сварки

    При газовой сварке алюминиевого сплава, чтобы сделать процесс сварки ровным и обеспечить качество сварного шва, необходим флюс для удаления оксидной пленки и других загрязнений на поверхности алюминиевого сплава.

    Флюс для газовой сварки (также известный как газовый флюс) — это флюс, используемый при газовой сварке. Его основная функция заключается в удалении оксидной пленки, образующейся на поверхности алюминия при газовой сварке, улучшении смачиваемости основного металла и содействии получению плотной микроструктуры шва.

    Флюс

    необходимо использовать для газовой сварки алюминиевых сплавов. Как правило, флюс наносится непосредственно на паз свариваемой детали перед сваркой или добавляется в ванну расплава на сварочной проволоке.

    Флюсы из алюминиевого сплава

    представляют собой хлориды калия, натрия, кальция, лития и других элементов. Они представляют собой порошкообразные соединения, которые измельчают, просеивают и готовят в определенной пропорции.

    Например, алюминиевый криолит (Na3AlF6) может плавить глинозем при 1000 ℃, а хлорид калия может превращать тугоплавкий глинозем в легкоплавкий хлорид алюминия.

    Флюс имеет низкую температуру плавления и хорошую текучесть. Это также может улучшить текучесть расплавленного металла и сделать сварной шов хорошо сформированным.

    (3) Выбор сварочного сопла и пламени

    Алюминиевый сплав

    имеет сильное окисление и поглощение воздуха.

    При газовой сварке, чтобы предотвратить окисление алюминия, следует использовать нейтральное пламя или слабое пламя карбонизации (ацетилен представляет собой избыточное пламя карбонизации), чтобы расплавить алюминий под защитой восстановительной атмосферы без окисления.

    Категорически запрещается использовать окислительное пламя, поскольку использование окислительного пламени с сильной окисляемостью приведет к сильному окислению алюминия и затруднит процесс сварки;

    Однако, если ацетилена слишком много, свободный водород может раствориться в расплавленной ванне, что приведет к образованию пор в сварном шве и сделает сварной шов рыхлым.

    (4) Прихваточный шов

    Чтобы предотвратить изменение размера и относительного положения сварного шва при сварке, перед сваркой необходима точечная сварка.

    Из-за высокого коэффициента линейного расширения, высокой скорости теплопроводности и большой площади нагрева при газовой сварке установочный шов должен быть более плотным, чем стальные детали.

    Присадочная проволока для позиционной сварки такая же, как и для сварки изделий. Перед позиционной сваркой в ​​зазор сварного шва необходимо нанести слой газового флюса.

    Мощность пламени при позиционной сварке немного выше, чем при газовой сварке.

    (5) Газовая сварка

    При сварке стальных материалов о температуре нагрева можно судить по изменению цвета стали.

    А вот при сварке алюминия такого удобного условия нет.

    Поскольку в процессе нагревания алюминиевого сплава от комнатной температуры до температуры плавления нет явного изменения цвета, оператору трудно контролировать температуру сварки.

    Однако время сварки можно контролировать в соответствии со следующими явлениями:

    1) Когда поверхность нагретой детали меняется с ярко-белой на тускло-серебристо-белую, поверхностная оксидная пленка сморщивается, а металл в месте нагрева колеблется, это указывает на то, что температура плавления вот-вот будет достигнута и сварку можно выполнять из;

    2) Когда конец сварочной проволоки, смоченный флюсом, и нагретая часть может быть сплавлена ​​с основным материалом, может быть достигнута температура плавления и может быть выполнена сварка;

    3) Когда кромка основного металла падает вниз, основной металл достигает температуры плавления и может быть сварен.

    Левый метод сварки можно использовать для газовой сварки листов, а сварочная проволока находится перед сварочным пламенем.

    Поскольку пламя направлено на холодный металл, часть тепла теряется, что помогает предотвратить перегрев ванны расплава, рост зерен и прожог металла в зоне термического влияния.

    Правильный метод сварки можно использовать, когда толщина основного металла превышает 5 мм. Сварочная проволока находится за сварочной горелкой, а пламя указывает на сварочный шов, поэтому потери тепла малы, глубина плавления большая, а эффективность нагрева высокая.

    При толщине газовой сварки менее 3 мм угол наклона горелки составляет 20 ~ 40 °; При газовой сварке толстых деталей угол наклона сварочной горелки составляет 40-80°, а угол между сварочной проволокой и сварочной горелкой — 80-100°.

    При газовой сварке алюминиевого сплава соединение должно быть сварено за один раз, насколько это возможно, и второй слой не должен наноситься, потому что шлаковое включение в сварной шов будет вызвано наплавлением второго слоя.

    (6) Обработка после сварки

    Коррозия алюминиевого соединения, вызванная остаточным флюсом и шлаком на поверхности сварного шва при газовой сварке, является одной из причин повреждения алюминиевого соединения в будущем.

    Через 1 ~ 6 ч после газовой сварки остаточный флюс и шлак необходимо очистить, чтобы предотвратить коррозию сварного соединения.

    Процесс очистки после сварки выглядит следующим образом.

    1) После сварки сварное изделие погружают в ванну с горячей водой при температуре 40-50 ℃.Лучше использовать проточную горячую воду и счищать шов и остатки флюса и шлака возле шва щетинной щеткой до тех пор, пока он не будет очищен.

    2) Погрузите сварку в раствор азотной кислоты. При комнатной температуре выше 25 ℃ концентрация раствора составляет 15–25 %, а время выдержки составляет 10–15 мин. При комнатной температуре 10-15 ℃ концентрация раствора 20-25%, время выдержки 15 мин.

    3) Погрузите сварную деталь в горячую воду (40-50 ℃) на 5-10 минут.

    4) Промойте сварку холодной водой в течение 5 минут.

    5) Сварное изделие можно сушить естественным путем, сушить в сушильном шкафу или обдувать горячим воздухом.

    2. Сварка алюминиевого сплава ВИГ

    Также известный как вольфрамовая дуговая сварка в среде инертного газа, это использование вольфрама и заготовки между образованием дуги, выделяющей много тепла для расплавления места сварки, а также присадочная проволока для получения прочного сварочного шва.

    Аргонно-дуговая сварка алюминия должна использовать его характеристики «катодного распыления» для удаления оксидной пленки.

    Вольфрамовый электрод и зона шва защищены инертным газом, выбрасываемым из сопла, для предотвращения реакции между зоной сварки и окружающим воздухом.

    Процесс сварки TIG

    наиболее подходит для сварки тонких листов толщиной менее 3 мм, а деформация заготовки явно меньше, чем при газовой сварке и ручной дуговой сварке.

    Катод сварки TIG на переменном токе может удалить оксидную пленку и избежать коррозии остаточного флюса и шлака после сварки.

    Форма соединения может быть неограниченной, а сварной шов имеет хорошую форму и блестящую поверхность.

    Эрозия потоком аргона в зоне сварки ускоряет охлаждение шва, улучшает микроструктуру и свойства шва, подходит для сварки во всех положениях.

    Из-за отсутствия флюса требования к очистке перед сваркой более строгие, чем при других методах сварки.

    Сварка TIG на переменном токе и импульсная сварка TIG на переменном токе больше подходят для сварки алюминиевого сплава, за которой следует обратная сварка TIG на постоянном токе.

    В целом, при сварке алюминиевых сплавов на переменном токе можно достичь наилучшего взаимодействия в отношении пропускной способности по току, управляемости дуги и функции очистки дуги, поэтому мощность переменного тока используется в большинстве сварок TIG из алюминиевых сплавов.

    Когда используется положительное соединение постоянного тока (электрод соединен с отрицательным электродом), на поверхности заготовки выделяется тепло для формирования глубокого проплавления, и для электрода определенного размера можно использовать больший сварочный ток.

    Даже толстый профиль не нуждается в предварительном нагреве, а основной металл почти не деформируется.

    Хотя метод сварки TIG с обратным подключением постоянного тока (электрод к положительному электроду) редко используется для сварки алюминия, этот метод имеет преимущества малой глубины проплавления, легкого управления дугой и хорошего очищающего эффекта при непрерывной сварке или ремонтной сварке тонкостенных материалов. настенный теплообменник и аналогичные компоненты с толщиной трубы менее 2,4 мм.

    (1) Вольфрамовый электрод

    Температура плавления вольфрама 3410 ℃.

    Вольфрам обладает сильной способностью к эмиссии электронов при высокой температуре. После добавления микроэлементов редкоземельных элементов, таких как торий, церий и цирконий, работа эмиссии электронов значительно снижается, а пропускная способность по току значительно улучшается.

    При сварке TIG алюминиевого сплава вольфрамовый электрод в основном используется для проведения тока, зажигания дуги и поддержания нормального горения дуги.

    Обычно используемые вольфрамовые электродные материалы представляют собой чистый вольфрам, торий-вольфрам и церий-вольфрам.

    (2) Параметры процесса сварки

    Чтобы получить превосходное формирование шва и качество сварки, параметры процесса сварки должны быть разумно выбраны в соответствии с техническими требованиями сварки.

    Основные параметры процесса ручной сварки TIG алюминиевого сплава включают тип тока, полярность и размер тока, расход защитного газа, длину выдвижения вольфрамового электрода, расстояние между соплом и заготовкой и т. д.

    Параметры процесса автоматической сварки TIG также включают напряжение дуги (длину дуги), скорость сварки и скорость подачи проволоки.

    В зависимости от свариваемого материала и толщины, параметры процесса включают диаметр и форму вольфрамового электрода, диаметр сварочной проволоки, защитный газ и расход, диаметр сопла, сварочный ток, напряжение дуги и скорость сварки, а затем соответствующие параметры регулируются в соответствии с фактическим эффектом сварки, пока они не будут соответствовать требованиям использования.

    Ключевыми моментами при выборе параметров сварки ВИГ для алюминиевого сплава являются следующие.

    1) Диаметр сопла и расход защитного газа

    Диаметр сопла из алюминиевого сплава TIG 5-22 мм; Расход защитного газа обычно составляет 5-15 л/мин.

    2) Длина вольфрамового электрода и расстояние между соплом и заготовкой.

    Длина вылета вольфрамового электрода обычно составляет 5-6 мм для стыкового шва и 7-8 мм для углового шва.Расстояние между соплом и заготовкой обычно составляет около 10 мм.

    3) Сварочный ток и сварочное напряжение зависят от толщины листа, типа соединения, положения при сварке и технического уровня сварщика.

    При ручной сварке ВИГ, когда используется переменный ток и толщина сварного шва менее 6 мм, максимальный сварочный ток можно определить по формуле I = (60~65)d в зависимости от диаметра электрода D. Напряжение дуги в основном определяется длиной дуги.Длину дуги целесообразно сделать примерно равной диаметру вольфрамового электрода.

    4) Скорость сварки

    Чтобы уменьшить деформацию при сварке TIG алюминиевого сплава, следует использовать более высокую скорость сварки. При ручной сварке TIG сварщик обычно регулирует скорость сварки в любое время в зависимости от размера и формы сварочной ванны и условий плавления с обеих сторон. Общая скорость сварки составляет 8 ~ 12 м/ч; При автоматической сварке TIG после установки параметров процесса скорость сварки обычно не меняется.

    5) Диаметр проволоки

    Обычно определяется толщиной листа и сварочным током, диаметр сварочной проволоки пропорционален им.

    Распространенные дефекты и причины сварки алюминия

    1) Причины возникновения устьиц

    Низкая чистота аргона или утечка влаги или газа в трубопроводе аргона;

    Сварочная проволока или разделка основного металла не очищены перед сваркой или загрязнены грязью и водой после очистки;

    Сварочный ток и скорость сварки слишком велики или слишком малы;

    Плохая защита расплавленной ванны, нестабильная дуга, слишком длинная дуга, слишком длинное удлинение вольфрамового электрода и т. д.

    Профилактические меры:

    Убедитесь, что трубопровод аргона, тщательно очистите сварочную проволоку и сварку, своевременно сварите после очистки и предотвратите повторное загрязнение.

    Обновите трубопровод подачи газа, выберите соответствующий поток газа и отрегулируйте длину удлинения вольфрамового электрода;

    Правильный выбор параметров процесса сварки.

    При необходимости может быть применен процесс предварительного нагрева, а на месте сварки может быть установлено ветрозащитное устройство для предотвращения потока ветра.

    2) Причины трещин

    Неправильный выбор состава сплава сварочной проволоки; При содержании магния в шве менее 3 % или содержании примесей железа и кремния выше нормативного увеличивается склонность к растрескиванию;

    Когда температура плавления сварочной проволоки слишком высока, это может привести к разжижению трещин в зоне термического влияния;

    Нерациональное проектирование конструкции, слишком концентрированный сварной шов или слишком высокая температура в зоне нагрева приводят к чрезмерному ограничительному напряжению соединения;

    Высокая мутность, длительное время пребывания, перегрев тканей;

    Воронка не заполнена и появляются трещины.

    Профилактические меры:

    Состав сварочной проволоки должен соответствовать основному металлу;

    Добавление дугогасительной пластины или использование устройства ослабления тока для заполнения дугогасительной ямы;

    Сварочная конструкция должна быть спроектирована правильно, сварочный шов должен быть расположен разумно, следует избегать концентрации напряжений и должна быть выбрана правильная последовательность сварки;

    Уменьшите сварочный ток или увеличьте скорость сварки соответствующим образом.

    3) Причины неполного проникновения

    Слишком высокая скорость сварки, слишком большая длина дуги, слишком малые сварочный зазор, угол разделки, сварочный ток, слишком большая тупая кромка;

    Заусенец на кромке разделки и грязь на нижней кромке заготовки перед сваркой не удаляются;

    Неправильный угол наклона между сварочной горелкой и сварочной проволокой.

    Профилактические меры:

    Правильный выбор зазора, притупления, угла разделки и параметров процесса сварки;

    Усиление очистки от оксидной пленки, флюса, шлака и масла;

    Улучшить навыки работы и т. д.

    4) Причины включения вольфрама в сварной шов

    Вызывается искрением контактов;

    Форма конца вольфрамового электрода и сварочный ток не подходят, из-за чего наконечник отваливается;

    Пломбы касаются кончика горячего вольфрамового электрода и неправильно используют окисляющий газ.

    Профилактические меры:

    Используется высокочастотное и высоковольтное импульсное зажигание дуги;

    В соответствии с выбранным током принимается разумная форма наконечника вольфрамового электрода;

    Уменьшен сварочный ток, увеличен диаметр вольфрамового электрода и укорочена длина вольфрамового электрода;

    Заменить инертный газ;

    Совершенствуйте навыки работы, не допускайте контакта присадочной проволоки с вольфрамовым электродом и т.п.

    5) Причины подреза

    Слишком большой сварочный ток, слишком высокое напряжение дуги, неравномерное качание горелки, слишком малое заполнение проволоки и слишком высокая скорость сварки.

    Профилактические меры:

    Уменьшите сварочный ток и напряжение дуги, поддерживайте равномерное колебание горелки, увеличьте скорость подачи проволоки или уменьшите скорость сварки соответствующим образом.

    3. Традиционный процесс сварки отливок

    Как правило, дефекты отливок из алюминиевого сплава можно устранить с помощью аргонно-дуговой сварки, а эффект сварки TIG на переменном токе лучше.

    При использовании процесса ремонтной сварки для устранения дефектов литья в дополнение к вышеупомянутым общим методам, таким как очистка сварочной проволоки и свариваемых деталей перед сваркой, выбор подходящих материалов сварочной проволоки, выбор сварочной проволоки с короткой дугой и малым углом для сварки существует много успешных практических опытов для различных типов дефектов, таких как выбор сварки малым током, насколько это возможно.

    Состав сплава сварочной проволоки выше, чем у основного металла, чтобы дополнить сгоревший сплав в процессе ремонтной сварки и сохранить состав сварного шва в соответствии с составом основного металла;

    Для отливки с дефектом трещины трещиноупорные отверстия должны выполняться с обоих концов перед ремонтной сваркой;

    При сварке свариваемая деталь должна быть сначала нагрета, а метод левой сварки следует использовать для заполнения проволоки, чтобы наблюдать плавление сварного шва.После расплавления сварочной детали проволока должна быть заполнена, чтобы образовалась полностью смоченная расплавленная ванна.

    Когда размер дефекта большой, чтобы повысить эффективность ремонтной сварки, перед традиционной сваркой TIG на поверхность места сварки можно нанести очень тонкий слой поверхностно-активного вещества (называемого поверхностно-активным веществом ATIG). Во время сварки ПАВ вызывает усадку сварочной дуги или изменение состояния течения металла в сварочной ванне, что приводит к увеличению проплавления

    При сварке TIG на переменном токе алюминиевого сплава на поверхность сварного шва наносится слой активного агента SiO 2 для изменения глубины проплавления, сокращения процедуры предварительного нагрева и снижения сложности сварки.

    Заключение Заключение

    Дуговая сварка TIG и MIG, которые удобны и недороги, могут использоваться для сварки и ремонта алюминиевых сплавов.

    Когда высокоэнергетическая лучевая сварка и сварка трением с перемешиванием используются при сварке алюминиевых сплавов, можно эффективно избежать проблем с выгоранием элементов сплава, размягчением соединения и деформацией сварки, особенно сварка трением с перемешиванием представляет собой твердотельное соединение, которое имеет характеристики зелени и охраны окружающей среды.

    Когда для устранения дефектов отливок из алюминиевого сплава используется обычный метод ремонтной сварки, во избежание дефектов сварки следует уделить внимание очистке перед сваркой, выбору подходящего наполнителя сварочной проволоки и правильной спецификации процесса сварки, обычно предпочтительнее ремонтная сварка TIG на переменном токе.

    Чтобы улучшить качество ремонтной сварки отливок из алюминиевых сплавов, можно использовать специальный метод ремонтной сварки в сочетании с реальной ситуацией, когда дефекты отливки являются особыми и имеются условия.

    Запрос цен

    Хотите купить лазерный сварочный аппарат?

    Свяжитесь с нами прямо сейчас, чтобы получить экспертное предложение и профессиональное коммерческое предложение в течение 24 часов.

    Почему алюминий варят в аргоне. Инструкция по сварке алюминия аргоном для начинающих.

    • Аргонно-дуговая сварка: нюансы
    • Технология точечной сварки
    • Точечная сварка и электроды
    • Импульсная сварка: особенности
    • Трудности, с которыми сталкиваются сварщики

    Отличные свойства алюминия, его отличная теплопроводность, малый вес сделали этот материал востребованным во всех сферах производственного процесса.Однако этот материал очень плохо поддается сварке. Поэтому технология сварки алюминия была специально разработана, чтобы сделать ее доступной для любой отрасли.


    Факторы, осложняющие процесс сварки алюминиевых деталей

    Алюминий и его сплавы относятся к группе трудносвариваемых металлов. Эту особенность обуславливают несколько характерных свойств этого металла: поверхность покрыта оксидной пленкой, которая имеет свойство плавиться при достижении температуры 2044°.Непосредственно алюминий имеет температуру плавления 660°.

    Из-за быстрого окисления при появлении расплавленного металла образуется тугоплавкая пленка. Такая пленка не позволяет получить сплошной шов. Предотвратить появление пленки можно, защитив зону сварки от попадания воздуха. Такая защита стала возможной при автоматической сварке алюминия в среде защитного газа. Алюминий обладает высокой текучестью, поэтому сварка без теплоотводящих прокладок практически невозможна.

    Возможность появления некоторых кристаллизационных пор в сварном шве ослабляет алюминий. Водород, растворенный в алюминии, регулирует появление пор. Он всегда стремится уйти от металла. Появление трещин в основном касается алюминиевых сплавов. Они появляются при остывании металла из-за большого количества кремния.

    Алюминий

    имеет высокую способность к усадке, на это влияет линейное расширение, величина которого невероятно высока. В результате при затвердевании сварного шва возникают большие деформации.

    Огромная теплопроводность требует применения сварочного тока, в несколько раз превышающего ток, предназначенный для стальных деталей, хотя температура расплава стали значительно выше, чем у алюминия.

    Дополнительная сложность при сварке алюминия заключается в том, что в домашних условиях приходится варить множество сплавов неизвестной марки. Чтобы получить качественные сварочные швы, требуется специальная технология сварки.

    Вернуться к индексу

    Инверторная сварка: особенности

    Данная технология сварки специально разработана для работы с алюминием.Этот материал варится в оболочке из защитного газа, чаще всего аргона. Вольфрамовые неплавящиеся электроды используются для сварки алюминия. Для работы всегда необходимо очищать поверхность такого электрода. На его поверхности накапливаются наросты, состоящие из оксидов вольфрама. В результате страдает качество шва.

    Для снятия таких «коронок» абразивным диском электрод затачивают. В результате поверхность электродов становится чистой, не образуются заусенцы и канавки.Для заточки электрода используется специальный диск, который не используется для очистки других материалов. Снизить вероятность наростов вполне возможно, если подвергнуть электрод сильному газовому охлаждению.

    Вернуться к индексу

    Аргонно-дуговая сварка: нюансы

    Электрическая дуга в процессе сварки образуется между электродом и поверхностью заготовки. Горелка удерживает электрод, пока подается защитный газ. В этом случае присадочная проволока становится расходным материалом.Его можно отправить двумя способами:

    Для сварки алюминия в аргоне требуется специальная присадочная проволока. Тип добавки напрямую зависит от химических элементов, входящих в состав свариваемого сплава. Для автоматической сварки используются следующие марки проволоки:

    Размер такой проволоки не превышает 5 мм. При сварке других сплавов, содержащих магний, используются аналогичные типы проволоки. Чтобы компенсировать потери при сварке алюминия, присадочная проволока изготавливается с большим содержанием магния.

    Сварка алюминия производится несколькими способами:

    Сварка TIG

    имеет низкую скорость. В несколько раз более высокая скорость сварки MIG. Однако шов, выполненный сваркой TIG, получается более красивым.

    Вернуться к индексу

    Точечный метод: подготовительная работа

    Технология точечной сварки требует подготовки перед началом работы. Сначала подготавливается алюминиевая поверхность. На этом этапе требуется полностью очистить поверхность от оксидной пленки. Для получения качественной сварки точечным методом будет вполне достаточно освободить от пленки полосу шириной 50 мм.Сварка алюминия по точечной технологии может происходить двумя способами:

    Наиболее эффективной, дающей отличные результаты, оказалась механическая очистка с помощью специальных приспособлений. Однако очистку можно проводить и вручную. В большинстве случаев используются металлические щетки, вращающиеся с большой скоростью.

    При ручной очистке поверхности используйте наждачную бумагу.

    Конечно, лучшая чистка — химическая. Это дает наибольший эффект. Алюминий можно травить различными химикатами:

    • сода каустическая;
    • фосфорная кислота.

    Перед началом обработки заготовки обезжириваются. Алюминий после травления может храниться 3 дня на складе, если осуществляется сварка по технологии переменной энергии. На хранение даются одни сутки при использовании процесса сварки с использованием запасенной энергии.

    Вернуться к индексу

    Технология точечной сварки

    Такая сварка алюминия возможна при толщине заготовки не более 6 мм. В основном технологический процесс аналогичен сварке различных металлов.Однако есть несколько отличий. Точечным способом можно приготовить заготовки:

    При точечной сварке детали прижимаются друг к другу с некоторым усилием, чтобы уменьшить зазор. При зазоре менее 0,2 мм зона сварки нагревается минимально. Для процесса сварки используется большой ток, его величина составляет 1 кА/мм². Это образует точку сварки, которая соединяет заготовки. Автоматическая сварка допускается только при использовании жестких режимов. Время сварки регулируется в зависимости от толщины свариваемого металла.Для предотвращения перегрева алюминия сварку производят короткими сильными импульсами.

    Вернуться к индексу

    Точечная сварка и электроды

    В связи с тем, что алюминиевые сплавы обладают высокой теплопроводностью, для них требуется использование только определенных типов электродов. Обычно они отличаются несколькими характерными свойствами:

    • электропроводность;
    • твердость
    • ;
    • Термостойкость
    • .
    • Этими свойствами обладает медь

    , поэтому из этого цветного металла изготавливают электроды специально для точечной сварки.Состав может варьироваться, все зависит от типа свариваемого сплава. Поверхность электрода может иметь сферическую форму.

    Вернуться к индексу

    Технологические нюансы сварочного процесса

    Проводимость чистого алюминия намного выше, чем у стали. Сварка алюминия имеет свои характерные отличия. Имея высокую теплопроводность, алюминий не допускает качественной сварки, идеально расплавить металл невозможно.

    Зона сварки мгновенно кристаллизуется.Чтобы избежать этого явления, необходимо увеличить сварочный ток. Заготовку необходимо предварительно разогреть. Защитный газ – аргон.

    Иногда в самом начале процесса сварки появляется слабый шов. Причина в недостаточном проплавлении, так как деталь была плохо прогрета. Четырехтактный режим помогает решить эту проблему. Они оснащены сварочными агрегатами Merkle. На начальном этапе можно создать ток намного больший, чем основной, в результате деталь прогреется быстрее.

    Разнообразие алюминиевых сплавов огромно. Алюминиевая проволока имеет одно основное требование: она должна быть использована в нужное время. После вскрытия упаковки ее можно хранить в течение очень ограниченного времени. Из-за быстрого окисления свойства проволоки ухудшатся. Больше всего на качество проволоки влияет повышенная влажность.

    Перед сваркой для лучшего сгорания электрода и получения качественного шва свариваемые детали очищают от всевозможных загрязнений. Очистка производится непосредственно перед началом сварочного процесса.Это связано со свойством алюминия очень быстро покрываться оксидной пленкой.

    Как было сказано выше, автоматическая сварка обычного алюминия происходит в зоне защитного газа. Чаще всего используется аргон. Наиболее предпочтительной является смесь газов. Обычно эту роль играет аргон вместе с гелием. Благодаря гелию, обладающему высокой теплопроводностью, температура сварочной ванны особенно высока. Это позволяет иметь большую толщину.Смешивание газов способствует лучшему газовыделению, предохраняет шов от появления пор.

    Алюминий можно сваривать классическими сварочными аппаратами MIG, но это довольно условно. Наилучшие результаты показывают синергетические импульсные устройства со специальной программой. С его помощью осуществляется автоматическая сварка самого алюминия, многочисленных цветных металлов. Для сварки алюминия, листы которого имеют толщину 6 мм, требуется сварочное оборудование, имеющее возможность регулировать подачу сварочного тока, достигающего 300 А.

    Обеспечить качественное соединение алюминиевых деталей можно только сваркой TIG. Обычным электродом можно сварить алюминиевый сплав на прочность, но потребуется более длительная постобработка. Сварка алюминия аргоном позволяет работать с материалом разной толщины, создавая аккуратные швы с хорошими герметизирующими свойствами. Особенно это востребовано при ремонте автомобилей, катеров или различных контейнеров. Но как заварить этот специфический материал в первый раз? Как настроить оборудование при сварке алюминия? Краткое руководство из статьи и видеоурок помогут вам справиться с этой непростой задачей.

    Что следует учитывать при сварке алюминия аргоном?

    Аргонная сварка

    достаточно универсальна, что позволяет ей соединять материалы разной толщины и работать со сплавами, считающимися трудносвариваемыми. В основе лежит электрическая дуга, горящая между вольфрамовым электродом и изделием. Его появление обеспечивается постоянным или переменным током, подводимым к горелке и массе, прикрепляемой к свариваемым деталям. Инертный газ действует как экран для сварочной ванны.Но алюминий и его сплавы имеют ряд специфических особенностей, которые необходимо знать и учитывать при сварке.

    Одной из сложностей является оксидная пленка, образующаяся на поверхности материала. Он появляется при взаимодействии металла с кислородом. Пленка плавится при температуре 2000 градусов. Но сам алюминий начинает принимать жидкую форму уже после 500 градусов. Поэтому, выбрав слишком большой ток и расплавив окисел, сварить невозможно. Задав на устройстве малые параметры, запустить процесс создания сварочной ванны вообще невозможно.Поэтому аргонно-дуговая сварка алюминия предполагает предварительную очистку поверхности металла от окиси. Это достигается специальной щеткой или растворителем, после чего необходимо сразу приступить к процессу сварки.

    Дополнительным осложнением является гигроскопичность материала. При высокой влажности окружающей среды алюминий поглощает часть воды из воздуха. Когда изделие начинает нагреваться от электрической дуги, свариваемый материал выделяет влагу на поверхность.Это может отражаться на качестве формирования шва, герметичности контакта с изделием, пощипывании низкого напряжения сварщика при контакте с влажными участками. Хотя варить аргоном можно сразу, рекомендуется небольшой нагрев материала газовой горелкой при температуре 150 градусов. Это позволит испариться лишней влаге и улучшит процесс сварки.

    Аргонная сварка алюминия также требует хорошей защиты расплавленного металла от внешнего воздуха.Для этого необходимо установить правильный расход газа. Недостаточная подача последнего приведет к вспениванию металла и выгоранию вольфрама. Чрезмерная продувка аргоном мешает формированию сварного шва и делает процесс более дорогим.

    Еще одной трудностью для начинающих сварщиков является образование воронки в конце шва. Если дугу резко обрезать, то появляется кратер. Длительное удержание горелки на одном месте приводит к ненужному нагреву и расширению сварочной ванны.Поэтому аргонно-дуговая сварка алюминиевых сплавов требует дополнительной настройки режима гашения дуги, что постепенно снижает силу тока. Учитывая эти особенности материала, вы сможете правильно выставить параметры напряжения и сделать качественный шов своими руками.

    Технология сварки для начинающих

    Процесс аргоновой сварки алюминия осуществляется не постоянным, а переменным током. Так вы сможете добиться наилучших результатов.Первый шов лучше начинать на тренировочной поверхности:

    1. Необходимо установить тарелки в удобное положение. Резка кромок осуществляется по тем же параметрам, что и других видов металлов.
    2. Материал желательно прогреть до 150 градусов для удаления влаги.
    3. Верхний огнеупорный слой удаляется кистью. В качестве альтернативы можно использовать растворитель.
    4. Горелку подносят к изделию так, чтобы между электродом и поверхностью оставалось 3 мм.Нажимается кнопка и зажигается дуга. Текучесть алюминия зависит от примесей в составе.
    5. Если образуется небольшая лужица расплавленного металла (сварочная ванна), в зону сварки можно ввести добавку.
    6. Горелку необходимо вести прямо, справа налево. Колебательные движения понадобятся в случае широкого шва. На переменном токе будет слышен характерный треск сварки.
    7. Когда шов завершен, нажимается кнопка, и дуга постепенно гаснет.Горелку держат над зоной сварки до полного прекращения продувки газа.

    Настройка машины и режимы

    TIG сварка алюминия возможна только там, где аппараты поддерживают работу не только на постоянном, но и на переменном токе. Несмотря на частоту колебаний напряжения, наилучший шов получается при последней настройке. Полярность может быть как прямой, так и обратной. Параметры напряжения могут быть установлены в зависимости от толщины материала:

    Важно установить подачу тока ступенчатого типа, с плавным зажиганием, нарастающим значением в процессе поддержания шва и постепенным затуханием в конце горения.Это позволит избежать образования кратера в конце соединения.

    Расход аргона при сварке устанавливается по манометру, ближайшему к газовому шлангу. Российские модели нужно устанавливать в диапазоне от 6 до 11 литров. Это погрешность измерительного прибора, которая доводится до оптимального значения только на практике. Если манометр импортный (немецкий, чешский), то можно сразу поставить 8 литров.

    В настройках аппарата важно установить время последующей продувки газом после гашения дуги.Продолжительность подачи аргона устанавливается равной пяти секундам, что дает достаточно времени для затвердевания ванны и остывания электрода.

    Выбор материала наполнителя

    Так как алюминий плавится сравнительно быстро, выбрав неправильный диаметр присадочной проволоки, можно не успеть подать ее в зону сварки и сформировать шов. Поэтому толщина припоя должна быть такой же, как и толщина свариваемых пластин. Также нужно быть внимательным при выборе наполнителя по химическому составу.Например, изделие из дюралюминия нельзя сваривать стержнем из пищевого алюминия. Поможет таблица с номерами присадочной проволоки и ее назначением:

    Выбор электрода

    Технология сварки алюминия аргоном также требует правильного выбора вольфрамового электрода, диаметр которого должен быть максимально приближен к толщине свариваемых деталей. Заточка производится классическим способом, но без острого острия, как в случае сварки нержавейки.В течение первых секунд горения электрод примет форму капли на конце, и поэтому шов придется зашивать. Отход от сопла необходим на 3-5 мм во избежание перегрева вольфрама. При сварке на электрод будут налипать мелкие брызги алюминия, что потребует повторной заточки.

    Научиться сваривать алюминий непросто. Но зная вышеперечисленные принципы и просматривая видео с уроками от специалистов, вы можете уверенно попробовать свои силы на практике.

    Нержавеющая сталь, медь, титан, алюминий, бронза, другие цветные металлы и легированные стали — все это металлы, части которых нельзя просто сварить между собой. А в быту бывают разные ситуации: надо сварить трубы из нержавейки, потом алюминиевые детали автомобиля, или просто сварить отвалившуюся ногу от бронзовой статуэтки. Перечисленные выше металлы потребуют особого подхода – аргонно-дуговой сварки, работы по которой стоят недешево, а то и изрядно «кусаются», если заказывать их у специалиста.Вот и возникает вопрос у владельцев, можно ли делать аргонную сварку своими руками и что для этого нужно. Если вы никогда раньше ничего не варили, то категорически не стоит начинать со сварки цветных металлов, это уж больно трудоемкий и сложный процесс, рассчитанный на некоторую сноровку специалиста и его опыт. Но если у вас есть опыт обычной дуговой сварки и вы уверены в своих силах, то информация из этой статьи для вас.

    Аргонная сварка: технология и общие принципы

    Аргонно-дуговая сварка является разновидностью гибрида электросварки (дуговой) и газовой сварки.Она похожа на технологию электросварки тем, что в ней используется электрическая дуга, и на газовую технологию тем, что использует газ и аналогичную работу сварщика.

    Электрическая дуга служит источником нагрева, именно она оплавляет кромки металла, благодаря чему и происходит сварка.

    Зачем нужен газ аргон ? Дело в том, что при сварке цветные металлы и легированные стали окисляются при взаимодействии с кислородом, либо другие примеси, находящиеся в воздухе, негативно воздействуют на них, из-за этого шов получается непрочным, наполненным пузырьками, а алюминий , например, вообще горит в кислороде.Для защиты металла от воздействия различных примесей и газов используется инертный газ аргон. Этот газ на 38% тяжелее воздуха, поэтому легко и быстро вытесняет кислород из зоны сварки и надежно изолирует рабочую ванну от любого влияния атмосферы. Начинать подачу газа в зону сварки необходимо за 20 секунд до зажигания дуги, а прекращать через 7 — 10 секунд после окончания работы. Аргон практически не вступает в реакцию со свариваемым металлом и другими газами в зоне горения дуги, поэтому его называют инертным.Но есть нюанс: при сварке на обратной полярности электроны легко отделяются от атомов аргона, благодаря чему вся аргоновая среда превращается в электропроводящую плазму.


    Аргонную сварку

    можно производить как плавящимся электродом , так и неплавящимся электродом , в качестве последнего используется вольфрамовый электрод, так как этот материал чрезвычайно тугоплавкий. Именно из вольфрама делают нити накала для ламп. Диаметр и материал электрода полностью зависят от легированных металлов, эти показатели легко найти в справочниках.

    Существует три вида аргонно-дуговой сварки:

    • RAD — ручная аргонная сварка неплавящимся электродом.
    • ААД — автоматическая аргонно-дуговая сварка неплавящимся электродом.
    • ААДП — автоматическая аргонно-дуговая сварка плавящимся электродом.

    Если вы ищете готовый аппарат для сварки аргоном вольфрамовым электродом, ищите аппараты TIG (Tungsten Inert Gas (Сварка)). Так обозначается сварка вольфрамом в среде инертного газа.

    Технология аргонодуговой сварки


    Что такое аргонная сварочная горелка? Ее сердцевиной является вольфрамовый неплавящийся электрод , который должен выступать за пределы корпуса горелки всего на 2 — 5 мм, не более. Диаметр электрода выбирают по таблицам, исходя из параметров свариваемых материалов. Внутри горелки имеется держатель, в который можно вставить и закрепить электрод любого необходимого диаметра.

    Надевается на электрод керамическое сопло , из которого будет поступать газ аргон при сварке.

    Для сварки нам понадобится присадочная проволока из того же материала, что и свариваемые детали, ее диаметр выбирается по таблицам.

    Рассмотрим принцип работы при ручной сварке аргоном, когда и горелка, и присадочная проволока находятся в руках сварщика.

    Перед началом работ поверхность свариваемых деталей необходимо очистить от окислов, грязи и жира. Это можно сделать механическим или химическим способом.

    В первую очередь на свариваемую заготовку наносится так называемая «масса», как при обычной дуговой сварке.Если детали слишком малы, ее можно подать на железный рабочий стол или в ванну. Присадочная проволока в электрическую цепь не входит, она будет поставляться отдельно.

    В правую руку сварщик должен взять горелку, а в левую присадочную проволоку. На горелке должна быть кнопка подачи тока и газа, включайте подачу газа заранее за 20 секунд. Силу тока выбирают в зависимости от свариваемых материалов или по личному опыту методом проб и ошибок.Опускаем горелку с электродом как можно ближе к поверхности свариваемых металлов, идеальное расстояние 2 мм. Между острием электрода и металлом возникает электрическая дуга, она оплавляет кромки свариваемых деталей и присадочную проволоку.

    Как работает аргонная сварка: фото — пример.



    Важно! Неплавящийся вольфрамовый электрод следует держать как можно ближе к поверхности свариваемых металлов, чтобы создать как можно более короткую дугу.Чем больше дуга, тем меньше глубина проплавления металла и тем шире и менее эстетичен шов. При большой дуге увеличиваются напряжения и ухудшается качество шва.

    Медленно ведя горелкой вдоль шва, не делая поперечных движений, сварщик должен постепенно подавать присадочную проволоку. От мастерства мастера будет зависеть качество и аккуратность получившегося шва.

    Важно! Резкая подача присадочной проволоки приводит к разбрызгиванию металла.Поэтому подавать его следует плавно и аккуратно, что достигается только практикой. Лучше всего расположить присадочную проволоку перед горелкой под углом к ​​свариваемой поверхности, не совершая поперечных движений. Это обеспечит ровный и узкий шов.


    Обратите внимание, что зажигание дуги при сварке неплавящимся электродом нельзя производить прикосновением к свариваемой поверхности. И вот почему:

    • Высокий потенциал ионизации аргона не позволяет хорошо ионизировать зазор между свариваемыми поверхностями и электродом за счет искры от прикосновения.При сварке плавящимся электродом ситуация несколько иная: после касания электродом поверхности в зоне варки появляются пары железа, потенциал ионизации которых значительно (в 2,5 раза) ниже, чем у аргона, и это позволяет зажечь дугу.
    • Из-за контакта электрода с поверхностью свариваемых металлов он загрязняется.

    Осциллятор используется для зажигания дуги при сварке в среде аргона неплавящимся вольфрамовым электродом, который подключается параллельно источнику питания.

    Осциллятор подает на электрод высокочастотные высоковольтные импульсы, за счет которых происходит ионизация дугового промежутка. Если частота в сети обычно 55 Гц, а напряжение 220 В, то генератор преобразует их и выдает напряжение 2000 — 6000 В с частотой 150 — 500 кГц. Это облегчает воспламенение электрода.


    Для аргонодуговой сварки обычного аппарата дуговой сварки недостаточно, но его можно модернизировать или дополнить другими необходимыми элементами.Рассмотрим, что нам потребуется для сварки в среде аргона:

    1. Трансформатор. Подойдет обычный сварочный трансформатор, который используется для дуговой сварки с напряжением холостого хода 60 — 70 В. Разумеется, его мощность должна соответствовать технологическим особенностям процесса.
    2. Силовой контактор, который подает сварочное напряжение на горелку.
    3. Осциллятор. Для чего это нужно, мы уже выяснили.
    4. Устройство, которое будет регулировать время продувки аргоном.Ведь нам нужно зажечь его заранее, и чтобы после окончания сварки газ подавался еще секунд 20. Для этой задержки нужен регулятор.
    5. Горелка для сварки аргоном.
    6. Баллон с аргоном, обязательно с редуктором.
    7. Электроды вольфрамовые, прутки необходимого диаметра.
    8. Вспомогательный трансформатор для питания коммутационных устройств.
    9. Выпрямитель для питания коммутационных аппаратов постоянным током 24 В.
    10. Электрогазовый клапан (24 В постоянного тока или 220 В переменного тока).
    11. Реле включения-выключения генератора и контактора.
    12. Индуктивно-емкостной фильтр, необходимый для защиты сварочного трансформатора от импульсов (высокого напряжения), посылаемых автогенератором.
    13. Амперметр для измерения сварочного тока.
    14. Аккумулятор автомобильный (55 — 75 Ач), рабочий или неисправный, не важно. В электрическую цепь его включают последовательно, чтобы уменьшить постоянную составляющую тока, неизбежно появляющуюся при сварке на переменном токе (подробнее см. в специальной литературе).
    15. Сварочные очки.

    Все элементы этой схемы можно купить на рынке и собрать своими руками, получится самодельная аргонная сварка, к тому же схему можно значительно усовершенствовать при наличии соответствующих знаний.

    Также приборы TIG можно приобрести в готовой комплектации, к ним подключить газовый баллон, горелку, заземление и кнопки управления горелкой и подачей газа. Цена таких устройств начинается от 250 долларов США.

    Различные режимы сварки аргоном

    Для более качественной сварки металлов необходимо правильно выбрать режим сварки.

    Полярность и направление тока следует выбирать на основе свойств свариваемых металлов. Основные стали и сплавы сваривают постоянным током с прямой полярностью. Алюминий, бериллий, магний и другие цветные металлы лучше всего сваривать на обратной полярности или переменном токе, это способствует более быстрому разрушению оксидной пленки.При сварке постоянным током происходит неодинаковое тепловыделение на аноде и катоде: 70 % на аноде и 30 % на катоде. Чтобы минимизировать нагрев электрода и при этом хорошо расплавить продукт, используйте прямую полярность.


    Важно! При сварке на переменном токе автогенератор после зажигания дуги переходит в режим стабилизатора. Для предотвращения деионизации дугового промежутка во время смены полярности и обеспечения стабильного горения дуги осциллятор подает импульс дуги во время смены полярности.

    Сварочный ток выбирают в зависимости от свойств свариваемых металлов и размеров деталей, а также электродов. Силу тока можно подобрать по таблицам в справочной литературе, а можно опытным путем.

    Расход аргона напрямую зависит от скорости подачи и от скорости обдува воздушными потоками. Если сварка будет происходить в помещении без сквозняков, расход будет минимальным. Сварочные работы в условиях сильного бокового ветра требуют увеличения расстояния между электродом и материалом, так как поток воздуха может переносить аргон, тогда металлические поверхности будут незащищенными.В таких случаях применяют специальные насадки (конфузоры) с мелкими сетками.

    В газовую смесь, кроме аргона, иногда добавляют кислород , около 3 — 5%. Аргон не способен защитить от влаги, грязи и других добавок, которые могут появиться на поверхности свариваемых деталей в процессе плавления металла. Кислород же вступает в реакцию с вредными примесями, в результате чего они либо выгорают, либо образующиеся соединения всплывают на поверхность в сварочной ванне.Использование кислорода — хороший способ контроля пористости сварного шва.

    Особенности сварки алюминия


    При нагревании алюминия на его поверхности образуется огнеупорная пленка. При сварке с обратной полярностью или с использованием источника переменного тока эта пленка может разрушиться. Когда алюминиевая деталь имеет положительный заряд, при сварке в обратной полярности ионы аргона бомбардируют поверхность алюминия, разрушая оксидную пленку. В этом случае аргон уже не просто защитный газ, а электропроводящая плазма, упрощающая и улучшающая сварку.

    При сварке переменным током аналогичный процесс происходит, когда алюминиевая деталь является катодом.

    Особенности сварки меди


    Медь легко реагирует с кислородом с образованием закиси меди. Это приводит к тому, что шов получается неоднородным и недостаточно прочным. Еще большая проблема заключается в том, что образующийся оксид меди вступает в реакцию с водородом в воздухе, образуя водяной пар, который имеет тенденцию выходить и образовывать поры в шве. Поэтому защита зоны сварки аргоном обязательна.

    Аргонно-дуговая сварка: преимущества и недостатки

    Как и любой процесс, аргонная сварка имеет свои преимущества и недостатки, которые связаны с технологией и используемыми устройствами.

    Преимущества:

    • Защита шва аргоном от воздействия окружающей среды. Это обеспечивает прочное соединение, свободное от пор и загрязнений.
    • Металл нагревается мало, площадь нагрева очень маленькая, поэтому можно легко сваривать заготовки сложной конструкции, не опасаясь изменения их формы.
    • Способность сваривать металлы и сплавы, которые невозможно сварить другим способом.
    • Относительно быстрая работа благодаря высокотемпературной дуге.

    Недостатки:

    • Достаточно сложное оборудование, требующее тонкой настройки.
    • Относительная сложность сварки, требующая опыта и навыков.

    Сварка аргоном хороша тем, что обеспечивает высокое качество сварного шва с той же глубиной проплавления. Это очень важно при проведении сварочных работ.тонкий металл с доступом только с одной стороны, напр. фиксированные стыковые трубы. Кстати, при сварке цветных металлов небольшой толщины присадочную проволоку можно не использовать.

    Аргонная сварка: видео — инструкция

    • Методы обработки поверхности
    • Существующие типы соединений
    • Нюансы, которые необходимо знать
    • Технология сварки алюминия

    При аргонодуговой сварке алюминия дуга наиболее устойчива, когда электрод находится в вертикальном положении и движется вдоль стыка (при стыковой сварке).Присадочный стержень может быть вставлен спереди или сзади дуги. Однако в большинстве случаев используется первый способ. Размещение горелки и стержня для наполнителя в процессе сварки прямых стыков может быть следующим: сварка встык с наполнителем, с отбортовкой, внахлест с проплавлением.


    При сварке развальцовки дуга должна быть короткой, но следует избегать короткого замыкания. Во время сварки электрод будет располагаться ниже верхней части отбортовки.В процессе сварки круговых швов ось вольфрамового электрода располагают под углом 75-80° к касательной с основанием изделия в месте сварки, при этом изделие нужно будет вращать с той же скоростью . Круговой шов заканчивается перекрытием начала шва на участке длиной 18-20 мм. В результате дуга должна разорваться. Вращение изделия необходимо резко ускорить. Если этот прием выполнен правильно, то итоговая воронка на круговом шве практически не будет видна.

    Сварка должна производиться на максимальной скорости, поэтому правильно выполнить такой процесс может только квалифицированный сварщик. Движение горелки должно быть прямолинейным, без поперечных колебаний. При соблюдении этих условий можно получить ровный и равномерный шов по всей длине с гладкой, зеркально-блестящей основой сверху и плотным одинаковым проваром с изнаночной стороны.

    Предметы, которые понадобятся:

    • электрод;
    • кожух утепленный;
    • проволока
    • для добавок;
    • подкладка
    • ;
    • карбоновый стержень;
    • сварочный аппарат
    • .

    Необходимо произвести настройку сварочного аппарата.

    Как подготовить поверхность к сварке?

    В большинстве случаев основу из алюминиевых сплавов покрывают плотной пленкой небольшой толщины. Такая пленка имеет высокую температуру плавления и большой удельный вес. Такой материал усложняет зажигание и поддержание дуги в процессе сварки, а также препятствует соединению кромок основного металла с присадочным металлом. Перед выполнением аргонно-дуговой сварки такую ​​пленку необходимо будет удалить с основания соединяемых кромок алюминиевых сплавов.Пленка может быть удалена механическим или химическим способом. Первый используется в случае индивидуального производства. В случае массы целесообразно использовать химический метод очистки основы алюминиевых сплавов.

    Механический способ очистки основы из алюминиевых сплавов заключается в удалении тонкого слоя металла стальной щеткой или мелкой наждачной бумагой. Стальная щетка должна быть изготовлена ​​из проволоки диаметром менее 0,15 мм.

    Если использовать толстую проволоку, на алюминиевой основе появятся грубые следы.В этом случае слой пленки будет сниматься неравномерно, что может привести к ухудшению качества сварки.

    Если очистить основание от алюминия стальной щеткой, можно получить приемлемые сварные швы. Перед зачисткой необходимо будет обезжирить поверхность, что можно сделать с помощью растворителей.

    Основа из алюминиевых сплавов с цинком или магнием подвергается тщательной очистке. Легче всего чистить алюминиевые сплавы медью, железом или кремниймарганцем.

    Вернуться к индексу

    Методы обработки поверхности

    Следует отметить, что механическая очистка не сможет обеспечить равномерное удаление пленки с основы из алюминиевых сплавов.Щеткой довольно сложно очистить края, которые стыкуются. Поэтому в местах, где это возможно, необходимо будет обработать соединяемые кромки на станках. Эффективность метода химической очистки устанавливается измерением контактного сопротивления, которое пропорционально толщине пленки. В этом случае рекомендуется использовать микровольтметр, который отградуирован в микроомах.

    Для алюминиевых сплавов при аргонно-дуговой сварке могут применяться следующие методы химической обработки:

    1. Обезжиривание в щелочном растворе и дальнейшее осветление в растворе фосфорной кислоты.
    2. Обезжиривание в щелочном растворе с последующим осветлением в растворе азотной кислоты.

    Кромки деталей, зачищенных одним из вышеперечисленных способов, легко поддаются сварке. В этом случае швы будут иметь чистую основу. У этих способов очистки есть преимущество: на основе обработанных краев за 4-5 дней пленка будет иметь небольшую толщину.

    Вернуться к индексу

    Существующие типы соединений

    При аргонно-дуговой сварке алюминиевых сплавов флюс отсутствует, поэтому в данном случае ограничений по выбору вида соединений нет.Вы можете использовать следующие соединения:

      приклад
    • ;
    • с отбортовкой;
    • внахлест с проходкой;
    • обычное соединение внахлест;
    • косынка
    • ;
    • Тройник
    • .

    Дуговая стыковая сварка

    алюминиевых листов толщиной 0,8-3 мм должна производиться с малыми зазорами. При сварке алюминия толщиной 1,5-3 мм зазор должен быть не более 0,3 мм. Раструбное соединение следует использовать для материала толщиной 0.8-2 мм.

    Дуговая сварка внахлест с проплавлением применяется для материалов толщиной менее 2 мм. При соединении этого типа соединения края должны быть прижаты к подкладке. Это необходимо для того, чтобы обеспечить плотное прилегание элементов друг к другу. Величина нахлеста определяется исходя из того, планируется ли проплавление краев нахлеста насквозь или нет. В первом случае кромка нижнего листа должна располагаться в крайней части формообразующего паза так, чтобы эта кромка использовалась для формирования нижней стороны шва.Величина нахлеста равна ширине паза. Если края хорошо загнаны, то можно делать угловой шов на материале толщиной до 2 мм без использования присадочного материала.

    Качественное выполнение соединения подразумевает точную подгонку кромок. Следует знать, что зазоры могут вызвать повышенное окисление кромок, что приведет к пористости и появлению зон непровара, которые располагаются по плоскости контакта кромок с установленной добавкой.

    Вернуться к индексу

    Нюансы, которые нужно знать

    Алюминиевые сплавы

    обладают высокой теплопроводностью, поэтому в месте сварки толщины соединяемых заготовок должны быть одинаковыми. При необходимости соединения заготовок со стенками разной толщины более толстая кромка должна быть скошена в месте сварки на толщину, равную толщине другой кромки.

    В местах, где это позволяет конструкция, рекомендуется использовать подкладки для облегчения процесса сварки алюминия аргоном и обеспечения больших допусков на прилегание стыка.Накладки должны быть изготовлены из нержавеющего металла. В подкладке под шов должен быть предусмотрен паз.

    Стыковые соединения применяются для алюминиевых сплавов толщиной менее 3 мм. Если заготовка толще, свариваемые кромки нужно будет скосить.

    Конструкции с толщиной стенки 1-3 мм соединяются однослойным швом. При толщине стенки более 3 мм сварку со скосом встык следует выполнять в несколько слоев. Первый слой – оплавление краев без наполнителя, второй слой необходимо нанести с наполнителем на готовый первый слой.Перед нанесением второго слоя первый слой необходимо очистить механически или химически. При возможности сварки с обеих сторон заготовки сваривают без фаски кромок толщиной 6,5 мм.

    В случае сварки алюминия толщиной более 1,6 мм необходимо будет использовать присадочную проволоку, так как расплавленная ванна имеет тенденцию образовывать вогнутое основание. Поэтому использовать автоматическую сварку алюминиевых сплавов будет невозможно, если нет устройства для механической подачи присадочной проволоки.Эта конструкция должна быть настроена.

    Нахлесточные и тройниковые соединения свариваются присадочной проволокой. Такую проволоку можно не использовать, но в этом случае необходимо оплавить верхний край, чтобы можно было заменить присадочную проволоку.

    Подготовка алюминия к GTAW

    Даже если у вас есть опыт сварки сталей, сварка алюминия может оказаться довольно сложной задачей. Оксидное покрытие алюминия, более высокая теплопроводность и более низкая температура плавления легко могут привести к проблемам со сваркой, если вы не знаете, как подготовиться к сварке и настроить оборудование.

    Хотя для соединения алюминия можно использовать множество процессов, наиболее применимым процессом для более тонких и косметически привлекательных сварных швов является дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа (GTAW). В этой статье рассматриваются правильные способы настройки сварочного оборудования для процесса GTAW с алюминием, а также обсуждаются методы поиска и устранения неисправностей и решения распространенных проблем при сварке.

    Преимущества и недостатки GTAW на алюминии

    Существуют преимущества и недостатки использования GTAW на алюминии.С другой стороны, GTAW обеспечивает высочайшее качество сварных швов и предлагает большую универсальность, а это означает, что вы можете сваривать материалы различной толщины и геометрии соединения. Им также легко управлять и сваривать в любом положении. Если в приложении предъявляются сложные требования к сварке или используются более тонкие материалы, обычно выбирают процесс GTAW.

    С другой стороны, GTAW является относительно медленным процессом с низкой скоростью осаждения. Как правило, он не используется для приложений с большими объемами. Кроме того, непрерывная высокая частота, связанная с GTAW, может мешать роботам, компьютерам и другому чувствительному оборудованию.

    GTAW часто используется для таких применений, как алюминиевые велосипедные рамы, архитектурные компоненты, трубопроводы, инвалидные кресла и аэрокосмические работы. Он также используется для сварки корпусов двигателей коммерческих авиакомпаний, рам сидений и воздуховодов, а также для ремонта существующих компонентов, таких как головки цилиндров.

    Полярность и источники питания

    Для большинства материалов, свариваемых методом GTAW, требуется постоянный ток с отрицательно заряженным вольфрамовым электродом и положительно заряженным свариваемым изделием.Это называется прямой полярностью. В этом режиме большая часть энергии дуги уходит на заготовку, что обеспечивает наилучшее проплавление сварного шва. Сварить алюминий таким способом можно, но очень сложно.

    Чаще всего методом GTAW алюминий сваривают на переменном токе (AC). При сварке переменным током действие дуги, когда электрод положительный, а заготовка отрицательный, называется обратной полярностью и разрушает оксид на поверхности алюминия, значительно облегчая сварку. К сожалению, обратная полярность не обеспечивает хорошего проплавления сварного шва.При обратной полярности большая часть энергии дуги уходит на вольфрамовый электрод и сварочную горелку. По этой причине для сварки переменным током необходимы вольфрамовые электроды большего диаметра и мощные горелки, часто с водяным охлаждением.

    Очищающее действие, создаваемое дугой обратной полярности, важно, но вы не хотите очищать больше, чем необходимо, поэтому производители оборудования создали контроль баланса. Регулятор баланса, расположенный на передней части машины, позволяет регулировать степень проникновения (отрицательный электрод) в зависимости от степени очистки (положительный электрод).

    Как правило, при сильном токе требуется не столько очистка, сколько при слабом токе. Некоторые машины даже предлагают функцию автобалансировки, которая имеет предварительно запрограммированный баланс в зависимости от используемого тока.

    Хотя переход на переменный ток кажется простым, он создает нестабильную дугу. Когда вы смотрите на синусоиду, обратите внимание, что по мере того, как ток движется от положительного к отрицательному, а затем обратно, он должен проходить через нулевую точку. Когда напряжение проходит через нулевую точку, дуга может погаснуть или стать нестабильной.

    Рис. 1Объект

    Чтобы исправить эту нестабильную дугу, производители сварочных аппаратов наложили слаботочные высоковольтные радиочастоты поверх сварочного тока. Для большинства видов сварки эта высокая частота используется только для возбуждения дуги, но для алюминиевой сварки GTAW высокая частота присутствует постоянно и действует как вспомогательная дуга.

    При выборе источника питания обычно лучше выбрать модель прямоугольной формы с более новой технологией, которая изменяет характеристики синусоидальной волны для создания более стабильной дуги (см. Рисунок 1 ).Кроме того, ищите функцию баланса, будь то ручная или автоматическая регулировка баланса.

    Очистка заготовки

    Для эффективной сварки алюминиевые заготовки должны быть чище стальных. Первым делом необходимо удалить масла и жиры с обрабатываемой детали, протерев участок растворителем или промыв его слабым щелочным раствором. Второй шаг — удалить все окислы, что можно сделать с помощью проволочной щетки из нержавеющей стали. Никогда не используйте одну и ту же щетку для алюминия и стали, иначе она загрязнится.

    Вам необходимо не только очистить перед началом сварки, но и удалить грязь или сажу между проходами сварки. Эта сажа представляет собой мелкие частицы оксида алюминия и оксида магния. Надлежащие методы сварки минимизируют количество образующейся сажи.

    Защитный газ

    Обычно для GTAW алюминия предпочтительнее использовать 100-процентный аргон, но при работе с более толстыми материалами, такими как 1/2 дюйма или больше, добавьте гелий в диапазоне от 25 до 50 процентов. Гелий делает дугу более горячей и обеспечивает большее проникновение.

    Электроды

    Большинство операторов, выполняющих сварку с полярностью постоянного тока, привыкли использовать электрод с 2-процентным содержанием тория и острым концом. Но при сварке алюминия переменным током вольфрам подвергается большему нагреву, и вольфрамовый наконечник быстро затупляется. Как только наконечник затупится, использование электродов с 2-процентным содержанием тория приводит к трепещущей дуге, которая блуждает по тупому наконечнику.

    Вместо этого начните с тупого наконечника и используйте вольфрамовый электрод из чистого вольфрама или вольфрама с цирконием. (Электрод из циркония проводит больший ток, чем чистый вольфрам.) Для сварки переменным током рекомендуется использовать вольфрам большего диаметра (см. Рисунок 2 ), потому что слишком маленький вольфрам выбрасывает в сварной шов, создавая дефект. Рассмотрите возможность использования цериевого или лантанированного электрода. Оба типа электродов универсальны и могут использоваться для сварки на переменном или постоянном токе.

    Горелки

    Если сварка выполняется в легких условиях, требующих силы тока до 150 А, может быть достаточно горелки с воздушным охлаждением. Для работ с более высокой силой тока требуется горелка с водяным охлаждением, используемая с водяным рециркулятором.Одной из особенностей хорошего резака является гибкая головка, которая обеспечивает маневренность и позволяет работать в труднодоступных местах. Поскольку при сварке алюминия на переменном токе используется больше тепла, чем при сварке на постоянном токе, горелка, которая обычно используется для GTAW на постоянном токе, может иметь недостаточную мощность.

    Присадочный металл

    Как правило, к сварным швам, выполненным методом GTAW, добавляется присадочный металл. Однако большинство нетермообрабатываемых алюминиевых сплавов можно сваривать без добавления наполнителя. Это называется автогенным сварным швом. Однако будьте осторожны, потому что, если вы попытаетесь сварить любой из термообрабатываемых сплавов, таких как 6061, без добавления присадочного металла, они треснут в процессе сварки (см. рис. 3 ).

    Внимание: не все алюминиевые сплавы пригодны для сварки. Убедитесь, что вы знаете, какой тип алюминиевого сплава вы свариваете, а затем сверьтесь с таблицей присадочного металла. При работе с присадочным металлом держите его сухим в герметичной коробке, чтобы избежать загрязнения и накопления гидратированного оксида.

    Рисунок 2Объект

    После завершения сварки валик сварного шва должен быть ярким и блестящим без копоти (см. Рисунок 4 ). Приблизительно от 1/16 до 1/8 дюйма с каждой стороны наплавленного валика должна быть светлая полоса, означающая, что оксид был удален из этой области сварочной дугой.Если шов черный, в процессе сварки была допущена ошибка. В большинстве случаев это происходит, когда дуга слишком длинная или угол наклона горелки неправильный.

    Сварной шов также должен иметь четкий равномерный рисунок ряби на поверхности и должен быть гладким, хорошо сливаясь с окружающим пространством. Помните, что в стали сварной шов такой же прочный, как и основной; в алюминии это не всегда так.

    Заключение

    Даже если вы новичок в алюминиевой GTAW, вы можете уменьшить количество ошибок, которые вы совершаете, освежая в памяти, как установить ток и подготовить заготовку; выбор подходящих газов, электродов и горелок; и прислушиваясь к советам более опытных сварщиков.Со временем вы будете чувствовать себя так же уверенно при сварке алюминия, как при сварке стали.

    Микроструктура и механические свойства проволоки  + дуги, изготовленной аддитивным способом 2050 из сплава Al-Li на стенках | Китайский журнал машиностроения

  • H Chen, L Fu, P Liang, et al. Особенности дефектов, текстура и механические свойства сварных трением с перемешиванием соединений внахлестку тонких листов из алюминий-литиевого сплава 2А97. Характеристика материалов , 2017, 125: 160-173.

    Артикул Google ученый

  • Y Yang, K Zhou, G J Li.Микроструктурные характеристики градиента поверхности и механизм эволюции алюминиево-литиевого сплава 2195, индуцированные лазерной ударной обработкой. Оптика и лазерные технологии , 2019, 109: 1-7.

    Артикул Google ученый

  • Т. Деброй, Х.Л. Вей, Дж. Зубак и др. Аддитивное производство металлических компонентов – процесс, структура и свойства. Прогресс в материаловедении , 2018, 92: 112-224.

    Артикул Google ученый

  • Z W Qi, B Q Cong, B J Qi и др.Микроструктура и механические свойства двухпроволочно-дуговых аддитивных сплавов Al-Cu-Mg. Журнал технологии обработки материалов , 2018, 255: 347-353.

    Артикул Google ученый

  • Z W Qi, B Q Cong, B J Qi и др. Свойства проволоки + дуги из алюминиевого сплава 2024, изготовленного аддитивно, с различной температурой обработки на твердый раствор. Материалы Письма , 2018, 230: 275-278.

    Артикул Google ученый

  • Z W Qi, B J Qi, B Q Cong и др.Микроструктура и механические свойства проволоки плюс дуга из алюминиевого сплава Al-Mg-Si, изготовленного аддитивно. Материалы Письма , 2018, 233: 348-350.

    Артикул Google ученый

  • Z W Qi, B J Qi, B Q Cong и др. Микроструктура и механические свойства проволоки и компонентов из алюминиевого сплава 2024, изготовленных методом аддитивной дуговой сварки: после напыления и после термообработки. Журнал производственных процессов , 2019, 40: 27-36.

    Артикул Google ученый

  • С. В. Уильямс, Ф. Мартина, А. С. Эддисон и др. Проволочно-дуговое аддитивное производство. Материаловедение и технология , 2015, 7(32): 641-647.

    Google ученый

  • J Y Bo, J H Wang, J X Shi и др. Микроструктура и механические свойства тонкостенных деталей из сплава 4043-Al, изготовленных методом аддитивного производства с использованием сварки TIG. Сварка и соединение , 2015, 10: 23-26. (на китайском)

    Google ученый

  • HB Geng, JL Li, JT Xiong, et al. Геометрические ограничения и прочностные свойства проволочно-дуговой аддитивной технологии изготовления деталей из алюминиевого сплава 5а06. Journal of Materials Engineering and Performance , 2017, 26(2): 621-629.

    Артикул Google ученый

  • Дж. Л. Гу, Дж. Л. Дин, С. В. Уильямс и др.Упрочняющее действие межслойной холодной обработки давлением и термической обработки после наплавки на аддитивно изготовленный сплав al-6.3cu. Материаловедение и инженерия A , 2015, 651: 18-26.

    Артикул Google ученый

  • Б. К. Конг, Р. Дж. Оуян, Б. Дж. Ци и др. Влияние процесса холодного переноса металла и его тепловложения на геометрию валика сварного шва и пористость сварных швов алюминиево-медных сплавов. Материалы и техника из редких металлов , 2016, 45(3): 606-611.

    Артикул Google ученый

  • B Q Cong, HY Sun, P Peng, et al. Контроль пористости проволоки + электродуговое напыление из сплава Al-6.3Cu с использованием процесса AC-GTAW. Материалы и технологии редких металлов , 2017, 46(5): 1359-1364. (на китайском языке)

  • B Q Cong, Z W Qi, B J Qi и др. Сравнительное исследование аддитивно изготовленной тонкостенной и блочной структуры из сплава Al-6,3%Cu с использованием процесса холодного переноса металла. Прикладные науки , 2017, 7(3): 275-286.

  • J Y Bai, J H Wang, S B Lin, et al. Прогнозирование ширины сварного шва из алюминиевого сплава, изготовленного дугой TIG. Сделки Китайского института сварки , 2015, 36(9): 87-91. (на китайском)

    Google ученый

  • J Y Bai, C L Yang, S B Lin, et al. Механические свойства компонентов 2219-Al, изготовленных методом аддитивного производства с TIG. Международный журнал передовых производственных технологий , 2016, 86 (1-4): 479-485.

    Артикул Google ученый

  • Дж. Л. Гу, Дж. Л. Дин, Б. К. Конг и др. Влияние свойств проволоки на качество и эксплуатационные характеристики алюминиевых деталей, изготовленных присадкой «проволока + дуга». Advanced Materials Research , 2014, 1081: 210-214.

    Артикул Google ученый

  • Y Liu, Q Sun, Y Jiang, et al.Процесс быстрого прототипирования на основе технологии дуговой сварки с переносом холодного металла. Сделки Китайского института сварки , 2014, 35(7): 1-4. (на китайском)

    Google ученый

  • P Wang, S Hu, J Shen, et al. Характеристика вклада и ограничения характерных параметров обработки при холодном переносе металла из алюминиевого сплава. Журнал технологии обработки материалов , 2017, 245: 122-133.

    Артикул Google ученый

  • H Geng, J Li, J Xiong, et al. Оптимизация подачи проволоки для аддитивного производства на основе GTAW. Журнал технологии обработки материалов , 2017, 243: 40-47.

    Артикул Google ученый

  • YH Yin, S S Hu, W L Liu, et al. Быстрое прототипирование деталей из алюминиевого сплава 5356 методом аргонно-вольфрамовой дуговой сварки. Артиллерийское материаловедение и инженерия , 2008, 31(4): 55-58.(на китайском)

    Google ученый

  • D Huan, ZH Zhu, HB Geng, et al. Аддитивное производство проволоки и дуги TIG из алюминиевого сплава 5А06. Журнал материаловедения , 2017, 45(3): 66-72. (на китайском)

    Google ученый

  • Д.С. Лин, Г.С. Ван, Т.С. Шриватсан. Механизм образования равноосных зерен в швах алюминий-литиевого сплава 2090. Материаловедение и инженерия A (Конструкционные материалы: свойства, микроструктура и обработка) , 2003, 351(1-2): 304-309.

    Артикул Google ученый

  • Ван Х., Цзян В., Оуян Дж. и др. Быстрое прототипирование деталей из алюминиевого сплава 4043 с помощью VP-GTAW. Journal of Materials Processing Technology , 2004, 148(1): 93-102.

    Артикул Google ученый

  • Б. К. Конг, Дж. Л. Дин, С. В. Уильямс.Влияние дугового режима в процессе холодного переноса металла на пористость аддитивно изготовленного сплава Al-6,3%Cu. Международный журнал передовых производственных технологий , 2015, 76 (9-12): 1593-1606.

  • R Q Wang, Z Q Zheng, Y Y Chen, et al. Влияние микролегирования Ag, Mg на характеристики старения и микроструктуру сплава Al-Cu-Li. Редкометаллические материалы и техника , 2009, 38(4): 622-626. (на китайском)

    Google ученый

  • Д.Л. Чен, М.К. Чатурведи.Влияние сварки и моделирования околошовной зоны на микроструктуру и механические свойства алюминиево-литиевого сплава 2195. Metallurgical and Materials Transactions A (Физическая металлургия и материаловедение) , 2001, 32(11): 2729-2741.

    Артикул Google ученый

  • М.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.

  • Типы
    Типы Скины Скины Типы Типы источника питания Химический состав Химический состав припоя /% Прочность на растяжение депонированного металла / МПа
    E1100 L109 Базовый тип DCEP (положительный электрод постоянного тока) Si+Fe≤0.95, CO0.05 ~0.20 mn≤0.05, be ≤0.0008 zn≤0.10, другие≤0.15 ai≥99.0 ≥64 ≥80
    E4043
    L209 Базовый тип DCEP SI4 .5~6.0, Fe≤0,8 Cu≤0.30, Mn≤0.05 Zn≤0.10, MG≤0.0008 Другие≤0,15, AL
    Пособие
    ≥95
    E3003
    L309 Базовый тип DCEP Si≤0,6, Fe≤0,7 Cu0.05-0.20, MN1.0 ~ 1,5 Zn≤0.10, другие≤0.15 AL Automate ≥118 ≥95