11 советов по сварке алюминия в отрасли судостроения


11 советов по сварке алюминия в отрасли судостроения
Автор: Фрэнк Г. Армао (Frank G. Armao), директор по технологиям сварки алюминия
Компания Lincoln Electric

 

Алюминиевые сплавы отличаются низким весом и коррозионной устойчивостью в морской среде, и благодаря этому они получили широкое распространение в отрасли судостроения.

Есть две особенности, которые отличают сварку судостроительного алюминия от сварки стали, и обе они связаны с тем, что в большинстве случаев она происходит под открытым небом:

  • во избежание окисления алюминиевых пластин и прессованных профилей важно обеспечить их правильное хранение;
  • особенно внимательно нужно следить за тем, чтобы на сварочном участке не было ветра.


Ниже мы обсудим эти особенности более подробно.

11 советов по сварке алюминия в отрасли судостроения 

 

Вы должны знать, что за алюминий вы свариваете
Недостаточно знать, что это алюминий. Профессиональные сварщики всегда учитывают, с каким именно сплавом алюминия они работают, и выбирают для этого подходящие присадочные материалы. Чаще всего в судостроении используются листовой алюминий из сплавов Al-Mg 5XXX и сплавы для прессования Al-Mg-Si 6XXX, во многом благодаря их отличной коррозионной устойчивости.

Большинство сплавов алюминия легко поддаются дуговой сварке. Практически все сплавы серий 1XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX и 6XXX пригодны для сварки в режимах TIG и MIG/MAG. Однако большинство сплавов серий 2XXX и 7XXX дуговой сварке не поддаются. Единственные исключения из этого правила в серии 2XXX — это сплавы 2219 и 2519. Практически все остальные сплавы 2XXX во время сварки подвержены сильному трещинообразованию. Аналогичным образом в семействе 7XXX для сварки пригодны только сплавы 7003, 7004, 7005 и 7039.

Особенно остерегайтесь сплавов 2024 и 7075. Они имеют высокие механические характеристики и широко распространены, поэтому часто возникает соблазн использовать эти сплавы для ремонтных работ. Тем не менее, при дуговой сварке они очень склонны к образованию трещин.

Сварка «несвариваемых сплавов» или использование неподходящих присадочных прутков могут привести к немедленному растрескиванию или преждевременной поломке во время эксплуатации.


Зачем нужен предварительный подогрев?
Многие считают, что для сварки алюминия, как в режиме TIG, так и MIG/MAG, обязательно требуется предварительный подогрев. Это не всегда так. Более того, при использовании подходящего оборудования предварительный подогрев требуется достаточно редко.

Ненужный предварительный подогрев даже может привести к падению механических характеристик. Последний этап термообработки алюминия — это старение, которое проводится при температурах от 160 до 200°C. Если температура предварительного подогрева достигнет или превысит температуру старения, вы испортите механические характеристики металла.

Конечно, нельзя сказать, что предварительный подогрев — это обязательно плохо. Например, при высокой температуре и влажности окружающей среды для удаления влаги допускается предварительный подогрев до 90°C. Но не увлекайтесь.


Хранение алюминиевых листов, пластин и прессованных деталей
В большинстве случаев алюминий перед использованием рекомендуют хранить в помещении. Хотя это действительно хороший совет, в судостроительной отрасли это малореализуемо, потому что сварка обычно проводится под открытым небом. Поэтому в судостроении предъявляются более реалистичные требования к хранению.

11 советов по сварке алюминия в отрасли судостроения 

Во-первых, по возможности алюминиевые пластины не нужно укладывать горизонтальными штабелями прямо на земле. Так между штабелями будет скапливаться влага, которая приведет к усилению коррозии. Вместо этого складывайте пластины диагонально на края друг друга, чтобы с них могла стекать вода. Если их все же нужно сложить горизонтально, снимите всю прокладочную бумагу и упаковку между пластинами. Если ее оставить, она будет впитывать и накапливать влагу между пластинами. Если листы укладываются горизонтально, старайтесь не располагать их прямо один на другой. Вместо этого вставьте между листами деревянные или алюминиевые "закладки", которые дали бы воде стекать.

Все эти меры призваны снизить интенсивность коррозии, т. е. образование слоя оксида между хранящимися листами. Если толщина слоя оксида станет слишком большой, перед сваркой его придется удалить механическими средствами.

11 советов по сварке алюминия в отрасли судостроения 

 

Перед сваркой обязательно произведите зачистку деталей
Предсварочная зачистка алюминия состоит из двух отдельных операций. Сначала удаляются остатки масел, смазки, охлаждающей жидкости и других углеводородов, которые могли использоваться на производстве. Оставшиеся на поверхности углеводороды попадут в сварочную дугу и выделят газообразный водород, который вызывает пористость в наплавленном металле.

Углеводороды удаляются одним из двух способов. Чаще всего поверхность протирают чистой тканью, пропитанной хорошим обезжиривающим растворителем, например, ацетоном, толуолом, метилэтилкетоном или очистителем для карбюраторов. Спирты не относятся к хорошим очистителям и не должны использоваться для чистки алюминия. Менее распространен способ с погружением алюминия в резервуар с умеренным щелочным раствором с последующим ополаскиванием и сушкой.

Во-вторых, перед сваркой с алюминия следует удалить все тяжелые оксиды. Обычно это делают вручную или механически с помощью щетки из нержавеющей стали. Если материалы хранились снаружи и на них появился слой серого оксида большой толщины, его может понадобиться удалить пескоструйной обработкой или шлифовальным диском.


Используйте подходящее оборудование
Перед каждой сменой нужно проверять, что сварочное оборудование настроено именно для сварки алюминия. Это особенно важно, если этим оборудованием поочередно пользуются для сварки разных материалов.

Особенно в режиме MIG/MAG:

  • Проверьте, что тормозной механизм кассеты отрегулирован не слишком туго. Слишком сильное натяжение может затруднить подачу проволоки. Усилия тормозного механизма просто должно быть достаточно, чтобы предотвратить прокручивание кассеты при остановке проволоки.

  • Также проверьте, что ролики механизма привода предназначены для алюминиевой проволоки и имеют подходящий диаметр. Ролики с V-образными канавками для стальной проволоки могут деформировать алюминиевую и вызвать перебои с подачей проволоки.

  • Натяжение роликов должно быть отрегулировано так, чтобы его едва хватало для того, чтобы проволока не проскальзывала на роликах. Слишком сильное натяжение приведет к деформациям проволоки.

  • Убедитесь в наличии входных и выходных пластиковых направляющих втулок подходящего типа. Стальные детали, которые используются для подачи стальной проволоки, также могут вызвать перебои в подаче проволоки.

  • Убедитесь, что гусак горелки изготовлен из подходящего пластика для подачи алюминиевой проволоки. Спиральные гусаки горелки, которые часто используются для подачи стальной проволоки, будут соскребать стружку с мягкой алюминиевой проволоки, что может привести к засору.

  • Также убедитесь, что используете контактный наконечник подходящего размера для проволоки данного диаметра. Многие считают, что лучше использовать контактные наконечники большего размера — например, наконечник 1,6 мм для проволоки 1,2 мм. НЕ ДЕЛАЙТЕ ЭТОГО. Наконечник должен быть достаточного размера для того, чтобы через него свободно проходила проволока, но при этом достаточно узким, чтобы обеспечить равномерный электрический контакт между контактным наконечником и проволокой. Слишком большой контактный наконечник не обеспечит равномерный перенос тока, что приведет к частому прожиганию материала.

11 советов по сварке алюминия в отрасли судостроения 

 

Правильный расход защитного газа
Расход аргона должен составлять минимум 16,5 л/мин. для MIG/MAG и 11,8 л/мин. для TIG-сварки. В обоих режимах при использовании сопла большого диаметра расход защитного газа следует увеличить. Если сварка проводится под открытым небом, расход защитного газа должен быть еще выше — мин. 21,2 л/мин. для MIG/MAG и 16,5 л/мин. для TIG — потому что аргон легче воздуха и более подвержен воздействию ветра и сквозняков. Недостаточная газовая защита сварочной ванны приведет к появлению пористости. Если в качестве защитного газа используется смесь аргона и гелия, расход следует увеличить примерно на 25%, потому для гелия характерно низкое очищающее воздействие.


После чистки зоны сварки она должна оставаться чистой
После зачистки и подгонки деталей нужно постараться как можно быстрее провести сварку. Это вызвано даже не тем, что детали могут окислиться — при комнатной температуре в сухих условиях алюминий окисляется достаточно медленно. Главная проблема заключается в том, что в цеховых условиях очищенный материал может оказаться покрыт грязью, маслом, водными парами и т. д. После зачистки, подгонки и сборки не оставляйте открытые детали на ночь или выходные. Если до сварки все же должно пройти некоторое время, накройте соединение крафт-бумагой и закрепите ее скотчем.

 
Правильное хранение сварочной проволоки
Алюминиевую сварочную проволоку следует хранить в чистом, сухом помещении, желательно в исходной упаковке. В таких условиях проволока может храниться несколько лет.

Хотя для хранения проволоки необязательно требуется вентиляция, будет полезно обеспечить низкую относительную влажность. Не допускайте отсыревания проволоки.

Самый простой способ сделать это — хранить проволоку в исходной упаковке в закрытых металлических шкафах с включенной 60-ваттной лампочкой. Тепло от лампочки повысит температуру внутри шкафа примерно на 10°C и снизит относительную влажность.

Частично израсходованные кассеты проволоки нельзя оставлять на ночь в сварочном аппарате. Их следует вернуть в исходную упаковку. В противном случае можно воспользоваться пластиковыми крышками для кассет, которые совместимы с большинством подающих механизмов. Кассету проволоки можно оставить в подающем механизме
до полного израсходования.

Хранение проволоки в кондиционируемом помещении также может быть связано со сложностями. Если в горячий, влажный день относительно холодную проволоку занести в цех и сразу вскрыть упаковку, из-за влажного воздуха на проволоке может образоваться конденсат. Если проволока хранилась в кондиционируемом помещении, выдержите ее некоторое время в цеху перед вскрытием упаковки, чтобы она согрелась. Более того, хранение в комнате с низкой влажностью будет более полезно, чем в кондиционируемой. Тем не менее, при правильных условиях хранения ни то, ни другое не обязательно.


Продольные и поперечные колебания

В то время как все сходятся на мнении, что поперечные колебания горелкой приводят к чрезмерному увеличению тепловложения, в некоторых отраслях сварщики прибегают к продольным колебаниям, или "копательным" движениям горелки. Задача такой техники сварки — добиться равномерного образования валиков при небольшой ширине соединения. Главное преимущество этого метода — очень равномерная "рябь" из валиков, похожая на внешний вид швов от аргонодуговой сварки. Однако такая техника никак не влияет на глубину проплавления или очищающее воздействие дуги. Она имеет чисто косметический эффект.

Сварка с "копательными" движениями электрода вполне допустима, но при этом нужно контролировать амплитуду колебаний. Она должна составлять около 3-5 мм. При большей амплитуде между валиками могут оказаться промежутки. Это может привести к уменьшению глубины проплавления и не является допустимым.

11 советов по сварке алюминия в отрасли судостроения 

 

Используйте подходящую сварочную проволоку
Сварка в области судостроения чаще всего подразумевает соединение листов и пластин серии 5XXX Al-Mg, например, 5052, 5154, 5454 или 5083, между собой или с прессованными деталями 6XXX.

Для сварки сплавов серии 5ХХХ между собой для 5154 и 5454 в качестве присадочного материала используется сплав 5554. Для 5052 используется сплав 5356. Для сварки 5083, который имеет более высокие механические характеристики, рекомендуются сплавы 5556 или 5183, потому что 5356 не способен обеспечить механические характеристики, равные 5083. 4043 нельзя использовать в качестве присадочного металла при сварке сплавов 5ХХХ за исключением 5052, который имеет низкое содержание Mg.

Для соединения листов или пластин серии 5ХХХ с прессованными деталями серии 6ХХХ, например, 6061-T6, в качестве присадочного металла рекомендуются сплавы 5356 или 5554. 4043 используется как присадочный металл в области судостроения довольно редко из-за своей подверженности коррозии. В этой области использование высокопрочных сплавов 5183 или 5556 в качестве присадочного материала не дает никакой дополнительной пользы. Некоторые поставщики стараются продать именно эти более дорогостоящие сплавы, но они себя не оправдывают.

Итак, в этой небольшой статье мы попробовали дать рекомендации, которые были бы полезны сварщикам, работающим в области судостроения. Мы надеемся, что вы сможете почерпнуть из нее новые идеи и улучшить свои навыки по сварке судостроительного алюминия.

Оригинал статьи