Рекомендации по сварке алюминия


Алюминий: рекомендации по сварке в газовой среде
Использовано с разрешения журнала Welding Design and Fabrication


Сварка алюминия   В этой статье мы расскажем об основных принципах выбора сварочного оборудования, подготовки материала основы, техники сварки и визуального контроля качества, необходимых для правильной сварки алюминия металлическим или вольфрамовым электродом в среде защитных газов (процесс GMAW). Алюминий часто вызывает сложности даже у опытных сварщиков, которые годами имели дело со сваркой стали. В случае несоблюдения предписанной температуры сварки высокая теплопроводимость и низкая температура плавления алюминиевых сплавов легко приводят к прожиганию материала. Кроме того, при сварке металлическим электродом в среде защитных газов часто возникают сложности с подачей алюминиевой проволоки, потому что такая проволока мягче стальной, легче сгибается и чаще запутывается в приводных роликах. Для того, чтобы преодолеть эти сложности, сварщики должны соблюдать перечисленные здесь правила и рекомендации.

Сварка металлическим электродом в среде защитных газов (процесс GMAW)

Подготовка основы: для сварки алюминия с его поверхности необходимо полностью удалить слой оксида и углеводородных загрязнений от масла или растворов для резки. Поверхностный слой оксида алюминия плавится при температуре 2040°С, а алюминий под ним – при 650°С. Из-за этого оксид может затруднить проникновение заполняющего материала внутрь соединения. Для удаления оксида можно использовать металлическую щетку из нержавеющей стали, растворители или травильные средства. Если для чистки используется щетка из нержавеющей стали, все движения щеткой можно делать только в одном направлении. При этом к ней нельзя прикладывать слишком большое усилие, так как из-за этого оксид может быть занесен еще глубже. Более того, эту щетку можно использовать только для чистки алюминиевых поверхностей – алюминий нельзя чистить щеткой, которой до того обрабатывали нержавеющую или углеродистую сталь. Если для удаления оксида используются химические травильные растворы, перед сваркой с поверхности обязательно нужно удалить их остатки. Чтобы свести к минимуму риск попадания в шов углеводородов из масла или растворов для резки, их нужно удалить обезжиривателем. В состав обезжиривателя не должны входить углеводороды.

Предварительный подогрев: предварительный подогрев рабочего изделия и алюминия помогает избежать растрескивания шва. Температура подогрева не должна превышать 110°С – поэтому для ее контроля нужно использовать термоиндикатор. Также для предотвращения перегрева в начале и конце свариваемой зоны можно разместить прихватки. Предварительный подогрев также необходим в случае приварки алюминиевых изделий большой толщины к более тонким. При образовании холодных натеков попробуйте использовать вводные и выводные планки.

Техника сварки: при сварке алюминия горелку нужно направлять вперед по отношению к направлению сварки, а не назад. Такая техника обеспечивает меньшее загрязнение шва благодаря более качественной очистке и газовой защите.

Скорость сварки: сварка алюминия отличается высокой температурой и скоростью."" В отличие от стали, высокая теплопроводимость алюминия требует более высокой силы тока, напряжения и скорости сварки. При меньшей скорости значительно возрастает риск прожигания, особенно в случае тонколистового алюминия.

Защитный газ: в качестве защитного газа при сварке алюминия чаще всего используется аргон благодаря его очищающему действию и профилю проникновения. Для сварки сплавов алюминия серии 5XXX используется смешанный защитный газ из аргона и до 75% гелия, который помогает снизить образование оксида магния.

Сварочная проволока: выбирайте алюминиевую заполняющую проволоку с такой же температурой плавления, как и у материала основы. Чем больше оператор сможет сократить разницу в температуре плавления металлов, тем проще станет сварка. Лучше всего подходит проволока диаметром 1.2 или 1.6 мм. При этом чем больше диаметр проволоки, тем проще наладить ее подачу. Для сварки тонкопрофильных материалов больше подходит проволока диаметром 0.9 мм в сочетании с процедурой импульсной сварки при низкой скорости подачи – 2.5-7.6 м/мин.

Форма шва: в случае алюминия большинство поломок сварных соединений вызывается растрескиванием кратера шва. Растрескивание возникает при быстром термическом расширении и сужении алюминия в ходе сварки и последующего остывания шва. Вероятность растрескивания больше всего в случае вогнутых сварных швов, так как в таком случае поверхность кратера по мере остывания сужается и трескается. Следовательно, сварщики должны наращивать кратеры, чтобы придать шву выпуклую форму. Во время остывания выпуклая форма шва будет компенсировать сжимающие силы.

Выбор источника питания: при выборе источника питания для сварки алюминия в защитных газах в первую очередь стоит рассмотреть метод струйного или импульсного переноса металла. Для сварки со струйным переносом металла можно использовать аппараты с поддержкой режимов падающей (CC) и жесткой (CV) вольт-амперной характеристкой. В таком режиме образуется крохотный поток расплавленного металла, который переносится через дугу в металл основы. В случае толстопрофильного алюминия, для которого требуется сварочный ток силой больше 350 A, наилучшие результаты достигаются в режиме CC.

Импульсный перенос металла обычно используется в сочетании с инвертерными источниками питания. Последние модели включают несколько встроенных процедур импульсной сварки для разных типов и диаметров заполняющей проволоки. Во время импульсной сварки заполняющий металл переносится от электрода к рабочему изделию в момент пика сварочного тока. Такой процесс переноса металла имеет меньшее разбрызгивание и более высокую скорость следования, чем процесс струйного переноса металла. Импульсный процесс сварки также позволяет лучше контролировать тепловложение, упрощает сварку в нестандартных пространственных положениях и позволяет вести сварку тонкопрофильных материалов при низкой скорости подачи проволоки и небольшой силе тока.

Механизм подачи проволоки: предпочтительным методом подачи мягкой алюминиевой проволоки на большое расстояние является пуш-пульный метод, в котором проволока размещается в герметичном отсеке, который защищает ее от воздействия окружающей среды. Расположенный в этом отсеке двигатель с постоянным крутящим моментом и переменной скоростью вращения равномерно «толкает» и направляет проволоку через горелку. В сварочной горелке находится второй двигатель с высоким крутящим моментом, который подтягивает проволоку и тем самым помогает обеспечить стабильность скорости подачи проволоки и длины дуги.
На некоторых предприятиях для подачи стальной алюминиевой проволоки используют одни и те же механизмы подачи. В таком случае для более плавной и равномерной подачи алюминиевой проволоки можно воспользоваться пластиковыми или тефлоновыми направляющими. В качестве направляющих трубок используются долотообразные исходящие и пластиковые входящие трубки, которые удерживают проволоку как можно ближе к приводным роликам и тем самым предотвращают ее спутывание. Во время сварки горелку нужно держать как можно ровнее по отношению к проволоке, чтобы свести сопротивление к минимуму. тобы предотвратить соскабливание алюминия, нужно выровнять приводные ролики и направляющие трубки.

Используйте приводные ролики, специально предназначенные для алюминиевой проволоки. Отрегулируйте натяжение приводных роликов так, чтобы обеспечить равномерную скорость подачи проволоки. Слишком большое натяжение приведет к деформации проволоки и перебоям с подачей проволоки, слишком низкое – непостоянной скорости подачи. В обоих случаях это может привести к нестабильности дуги и пористости материала.

Сварочные горелки: для сварки алюминия нужно использовать отдельную направляющую горелки. Чтобы предотвратить перетирание проволоки, постарайтесь зафиксировать оба конца направляющей так, чтобы между направляющей и газовым диффузором горелки не было зазора. Регулярно меняйте направляющие, чтобы свести к минимуму проблемы подачи проволоки из-за абразивного оксида алюминия. Используйте контактные наконечники примерно на 0.4 мм больше, чем диаметр используемой проволоки – наконечник по мере нагревания может принять овальную форму и затруднить подачу проволоки. При использовании сварочного тока выше 200A для предотвращения перегрева и проблем с подачей проволоки часто используются горелки с жидкостным охлаждением.