Частые вопросы о сварке алюминия


Здесь мы постарались дать ответы на самые частые вопросы на тему сварки алюминия:

   

  1. Почему наплавленный металл имеет намного меньшую прочность по сравнению с основным?
  2. Какой защитный газ использовать для сварки алюминия?
  3. Какие электроды подходят для TIG-сварки алюминия?
  4. Как проводить предварительный подогрев перед сваркой алюминия?
  5. Как снимается остаточное напряжение после сварки алюминия?
  6. Как различать сплавы алюминия?
  7. Как вести сварку по алюминию переменной толщины?
  8. Как вести сварку сплава 7075?


1. Почему наплавленный металл имеет намного меньшую прочность по сравнению с основным?

При сварке стали наплавленный металл можно сделать таким же прочным, как и основной. Но для алюминия это не так. Почти во всех случаях сварки алюминия наплавленный металл имеет меньшую прочность.

Чтобы лучше понять, из-за чего это происходит, давайте рассмотрим два типа алюминиевых сплавов: с тепловой обработкой и без нее. Для упрочнения сплавов второй категории проводится только холодная обработка, которая вызывает определенные физические изменения металла. Чем интенсивнее холодная обработка, тем прочнее становится сплав.

Но во время сварки сплава, прошедшего холодную обработку, вы производите локальный отжиг материала, он теряет закаливание и становится "мягким". Поэтому при сварке сплавов, не проходивших тепловую обработку, создать такой же прочный наплавленный металл, как и основной, можно только при условии изначально незакаленного материала.

При тепловой обработке алюминиевых сплавов на последнем этапе они нагреваются примерно до 200°C. Однако во время сварки материал в зоне теплового воздействия нагревается значительно выше этой отметки, и из-за этого теряет свои механические свойства. Поэтому, если после сварки не провести подогрев материала, зона вокруг соединения станет значительно менее прочной по сравнению с остальным алюминием — примерно на 30-40%. Если подогрев проводится, то он позволит улучшить характеристики сплава.

Ниже указано, какие серии алюминиевых сплавов проходят тепловую обработку, а какие — нет:

Проходят тепловую обработку: 2000, 6000, 7000.

Не проходят тепловую обработку: 1000, 3000, 4000, 5000.

 

2. Какой защитный газ использовать для сварки алюминия?

Для TIG (аргонодуговой) и MIG (в защитных газах) сварки материалов толщиной до 12,7 мм рекомендуется чистый аргон. При толщине выше 12,7 мм в смесь можно добавить от 25 до 75 процентов гелия, чтобы увеличить температуру дуги и глубину проплавления. Аргон подходит для этого лучше всего, потому что он обеспечивает более качественное очищающее действие дуги по сравнению с гелием и меньше стоит.

Никогда не используйте газовые смеси с содержанием кислорода или двуокиси углерода, так как это приведет к окислению алюминия.

   

3. Какие электроды подходят для TIG-сварки алюминия?

Для большинства материалов, в том числе стали, рекомендуется использовать электроды с 2-процентным содержанием тория. Но так как сварка алюминия происходит на переменном токе, а не постоянном, на вольфрамовый электрод поступает больше энергии. По этой причине для сварки алюминия рекомендуются электроды из чистого вольфрама или с добавлением циркония.

Кроме того, для сварки на переменном токе требуются электроды значительно большего диаметра. Рекомендуем начать с диаметра 3,1 мм и при необходимости попробовать другие варианты. Вольфрам с добавлением циркония позволяет работать на более высоких токах, чем чистый вольфрам. Также учтите, что при сварке на переменном токе удобнее работать электродом с затупленным концом — из-за острого конца дуга может отклоняться в стороны.

 

4. Как проводить предварительный подогрев перед сваркой алюминия?

Хотя предварительный подогрев в определенных пределах довольно полезен, слишком сильный нагрев может отрицательно сказаться на механических свойствах алюминия.

Как уже было упомянуто ранее, на последнем этапе тепловой обработки алюминий нагревается до 200°C, поэтому, если перед сваркой оператор нагреет алюминий до 175°C и будет удерживать эту температуру на протяжении всей работы, механические свойства алюминия снизятся.

В случае сплавов без тепловой обработки, например, серии 5000, даже если ограничить температуру до 90°C, материал окажется уязвим к коррозии под напряжением. В большинстве случаев небольшой предварительный подогрев для удаления влаги считается приемлемым, но он должен быть строго ограничен.

Многие неопытные сварщики воспринимают предварительный подогрев как некий костыль. Так как оборудование для сварки алюминия часто работает на максимальной мощности, считается, что подогрев поможет преодолеть ограничения оборудования. Алюминий имеет достаточно низкую температуру плавления — 650°C по сравнению с 1420°C для стали. Из-за низкой температуры плавления кажется, что для сварки алюминия нужно оборудование минимальной мощности. Но при этом алюминий имеет в 5 раз более высокую теплопроводимость по сравнению со сталью, т. е. тепло в этом случае рассеивается намного быстрее. Поэтому ток и напряжение для сварки алюминия должны быть еще выше, чем для стали, что требует использования более мощного оборудования.

 

5. Как снимается остаточное напряжение после сварки алюминия?

Из-за того, что расплавленный металл по мере застывания сжимается, в зоне сварки образуется остаточное напряжение. Более того, если после сварки изделие подвергнется механической обработке, это еще больше усилит деформации и разброс размеров. Чтобы этого избежать, сварщики проводят снятие напряжения, то есть нагревают материал до такой степени, чтобы атомы алюминия смогли более свободно перемещаться.

Если для стали температура снятия напряжения составляет 565-590°C, то для алюминия она ограничена 343°C. Это означает, что для того, чтобы снятие напряжения было хоть сколько-нибудь эффективным, материал придется нагреть до температуры, при которой он потеряет механические свойства. Поэтому для алюминия снятие напряжение после сварки не рекомендуется.

 

6. Как различать сплавы алюминия?

Существует достаточно много различных сплавов алюминия и для надежной сварки нужно знать, с каким сплавом вы работаете. Если эта информация недоступна, вы можете ориентироваться на следующее:

штампованные изделия обычно выполняются из сплавов серии 6000;
литые изделия часто представляют собой сочетание  алюминия/кремния — некоторые из них поддаются сварке, некоторые — нет;
листовой металл, пластины и болванки обычно изготавливаются из сплавов 5000 и 6000;

Если вам нужна более точная информация, приобретите комплект для анализа, который поможет вам определить точный состав сплава.

 

7. Как вести сварку по алюминию переменной толщины?

Если вам требуется вести сварку по материалу переменной толщины, оборудование следует настроить для сварки части с самым большим сечением. Во время сварки будьте осторожны и сделайте большее тепловложение в части с большим сечением.

 

8. Как вести сварку сплава 7075?

Большинство сплавов алюминия поддается сварке, но некоторые для этого подходят плохо — в частности, сплав 7075. Мы выделили в этом примере именно 7075, потому что этот сплав имеет одно из самых высоких значений предела прочности. Когда проектировщики и сварщики начинают подбирать сплав алюминия, многие в первую очередь обращаются к таблице со сплавами алюминия и их пределами прочности. Но они не знают, что лишь немногие из сплавов с высокой ударной вязкостью поддаются сварке, особенно если они относятся к сериям 7000 и 2000, и их использования следует избегать.

Единственное исключение — это отрасль литья под давлением. В этом случае для ремонта штампов проводится сварка алюминия 7075 — однако он никогда не используется для изготовления металлоконструкций.

При выборе подходящего сплава алюминия можно опираться на следующие рекомендации:

 

Серия сплава
Основные элементы сплава
Серия 1000
Чистый алюминий
Серия 2000
Алюминий и медь (высокопрочный алюминий для аэрокосмической отрасли)

Серия 3000

Алюминий и марганец (сплавы с низкой и средней прочностью, например, используются в алюминиевых банках и трубах систем охлаждения)
Серия 4000
Алюминий и кремний (большинство сплавов этой серии — это заполняющие материалы для сварки и припоя)
Серия 5000
Алюминий и магний (эти сплавы в основном используются для создания металлоконструкций из листового материала и пластин — все сплавы серии 5000 пригодны для сварки)
Серия 6000
Алюминий, магний и кремний (эти сплавы поддаются тепловой обработке и часто используются для производства штампованных изделий, листового металла и пластин — все поддаются сварке, но могут быть склонны к растрескиванию. Не пытайтесь проводить сварку этих сплавов без буферного слоя)
Серия 7000
Алюминий и цинк (высокопрочные сплавы для аэрокосмической отрасли, которые могут содержать другие элементы).

 

Если вам необходимо использовать высокопрочный алюминий, компания Lincoln рекомендует использовать сплавы серии 5000 с высоким содержанием магния вместо серий 2000 и 7000. Сплавы серии 5000 хорошо поддаются сварке и обеспечивают самые лучшие результаты.

 

Заключение

Компания Lincoln Electric предлагает полный спектр решений для сварки алюминия, например, аппараты Power Wave® 455M, специально разработанные для эффективной сварки алюминия, пуш-пульные механизмы Cobramatic® для подачи мягкой алюминиевой проволоки и сварочную проволоку SuperGlaze® премиум-класса со строгим контролем химического состава для стабильного качества сварки. Кроме широкого выбора продуктов, компания  Lincoln гордится своим опытом работы с алюминием. Если вам нужен совет, напишите нам.