Зварювання алюмінію і його сплавів. Технологія зварювання алюмінію неплавким (вольфрамовим) електродом.
Аргонно-дугове зварювання — це один з різновидів дугового зварювання, зварювання неплавким електродом, зазвичай вольфрамовим, в середовищі інертних газів. В англомовній літературі аргонно-дугове зварювання називають TIG-зварюванням або GTAW-зварюванням.
Зварювальний електрод — при зварюванні аргоном, зона навколо зварювальної ванни і дуга захищені від впливу атмосферного повітря інертним газом. Якщо необхідно, до переднього краю зварювальної ванни подається присадочний матеріал.
В результаті аргонно-дугового зварювання, отримані шви відрізняються високою якістю і чистотою. Шов не вимагає очищення, так як виключається ймовірність потрапляння шлаку в зварний шов.
Зварювання алюмінію - процес складний і вимагає від фахівця високої кваліфікації. В першу чергу це пов'язано з хімічними особливостями алюмінію.
При нагріванні алюмінію і його зіткненні з киснем повітря, на поверхні утворюється плівка оксиду, яка перешкоджає роботі з ним з використанням звичайної зварки. Для запобігання взаємодії нагрітого алюмінію з містяться в повітрі киснем застосовують один з інертних газів, а саме аргон.
Для зварювання застосовують тугоплавкі електроди з вольфраму. Електрод оточений керамічним соплом, з якого під високим тиском до місця зварювання нагнітається аргон. Завдяки цьому в області зварювання аргоном підтримується середовище з дуже низьким вмістом кисню, що дозволяє тримати електричну дугу між деталлю і закінченням плавиться. Головна мета створюваної таким шляхом електродуги – це плавка самої деталі і присадного дроту.
Застосування вольфрамового електрода діаметром від 2 до 6 мм доцільно для зварювання алюмінію завтовшки до 12 мм Присадочні дріт діаметром від 2 до 5 мм вибирають в залежності від марки алюмінієвого сплаву. Наприклад, для технічного алюмінію може застосовуватися дріт марки АТ, АК або ПЕКЛО, для сплавів типу АМг – дроту аналогічних марок, але з підвищеною кількістю магнію (на 1-1,5%) для компенсації його чаду.
Таблиця. Рекомендовані режими зварювання алюмінію вольфрамовим (неплавким) електродом:
Товщина зварюваного металу, мм Діаметр вольфрамового електрода, мм Діаметр присадочного прутка, мм Сила зварювального струму, А
1-2 1,6-2,0 1-2 50-70
3-4 2,0-3,0 2-3 60-90
4-6 3,0-4,0 3 110-130
6-10 5,0 3-4 160-240
11-15 6,0 4 220-300
Зварювання алюмінієвих листів товщиною до 3 мм може виконуватися за один прохід на підкладці. Метал товщиною 4-6 мм можна зварювати без скосу кромок за два проходи з двох сторін. Для зварювання алюмінію завтовшки більше 6 мм потрібно V-подібна оброблення і збільшення числа проходів до чотирьох (для товщини від 8 до 15 мм). Можлива також Х-подібна оброблення.
Для підвищення продуктивності зварювання вольфрамовим електродом (в 3-5 разів) може використовуватися трифазна дуга. Більш потужний джерело нагріву дозволяє за один прохід на підкладці виконувати зварювання алюмінію завтовшки до 30 мм
Метал нагрівається безперервно, оскільки постійно існує одна з трьох сукупних дуг – однієї незалежної дуги, що горить між вольфрамовим електродами, і двох залежних дуг, гарячих між виробом і електродами.
Ручна аргонодуговая зварювання алюмінію може виконуватися на універсальних професійних установках TIG-200P AC/DC і TIG-315P AC/DC в режимі на змінному струмі (AC). Встановлення TIG-200P AC/DC і TIG-315P AC/DC інверторного типу, дозволяють забезпечити найкращі зварювальні властивості зварювання всіх видів металів і сплавів, а так само дозволяють економити споживану електроенергію, майже в 2 рази в порівнянні з установками аргонодугового зварювання трансформаторного типу. Установка TIG-200P AC/DC комплектується пальником з повітряним охолодженням. Установка TIG-315P AC/DC комплектується пальником з рідинним охолодженням. Для автономного охолодження пальника з рідинним охолодженням рекомендуємо застосовувати автономні блоки водяного охолодження WRA-300S або БВА-02.
Основні труднощі зварювання алюмінію і його сплавів та способи вирішення.
В зварних конструкціях застосовують як чистий алюміній та його сплави: деформуються, що використовуються у вигляді поковок, прокату і т. д., які поділяються на нетермоупрочняемие і термоупрочняемые. ливарні (АЛ), що використовуються для виливків. Зварювання алюмінієвих ливарних сплавів застосовується при виправленні дефектів лиття.
Нетермоупрочняемие сплави алюмінію є зварюються і отримали найбільше поширення для зварювання. До нетермоупрочняемим деформівних сплавів належать такі марки:
ПЕКЛО і АД1 – технічний алюміній; АМц – алюмінієво-марганцеві сплави (на основі системи Al–Mn); АМг – алюмінієво-магнієві сплави (на основі системи Al–Mg).
Більшість термоупрочняемих деформівних сплавів алюмінію відноситься до важкозварювальних сплавів, тому їх застосування для зварних конструкцій доцільно лише у випадках, коли можлива термічна обробка виробу. Основні марки термоупрочняемих деформівних сплавів: Д1, Д16, Д18, Д19, М40, ВАД1, ВД17 – алюмінієво-мідно-магнієві (дюран), на основі системи Al–Cu–Mg; В92, В92Ц, АЦМ – алюмінієво-магнієво-цинкові; АК6, АК6-1, АК8, АД31, АД33, АД35, АВ – на основі систем Al–Mg–Si і Al–Mg–Si–Cu; АК2, АК4, АК4-1 – на основі системи Al–Mg–Cu–Fe–Ni; Д20 і Д21– алюмінієво-мідно-марганцеві; ВАД23 – на основі системи Al–Mn–Cu–Li–Cd; У93, У94, В95, В96 – на основі системи Al–Mg–Cu–Zn.
Утворення тугоплавкого оксиду алюмінію Al2O3 (температура плавлення 2050°С) з більшою щільністю, ніж в алюмінію, що ускладнює сплавлення кромок з'єднання і сприяє забрудненню металу зварного шва частинками цієї плівки. Перед зварюванням для видалення плівки потрібно очищати поверхні крайок і прилеглого основного металу й особливо ретельно поверхню присадочного металу (у зв'язку з великою поверхнею і порівняно малим об'ємом) механічним шляхом або травленням. Оксидну плівку, що утворюється при зварюванні алюмінію, видаляють або з допомогою катодного розпилення, або із застосуванням флюсів, які забезпечують її розчинення або руйнування з переведенням до летку сполуку.
Катодне розпилення можливо при зварюванні на зворотній полярності. При аргонодугового зварюванні неплавким електродом зворотна полярність не застосовується із-за нераціонального розподілу тепла між електродом і виробом (70% на електроді і 30% на свариваемом виробі). З цієї причини зварювання алюмінію здійснюється на змінному струмі, при якому руйнування плівки відбувається в напівперіоди зворотної полярності.
При високих температурах різко знижується міцність, і твердий метал не расплавившейся частини крайок може зруйнуватися під дією маси зварювальної ванни. Алюміній володіє високою плинністю і може витікати через корінь шва. Він практично не змінює свого кольору при нагріванні, тому під час зварювання складно контролювати розміри зварювальної ванни. Щоб уникнути пропалів або провалів при одношарової зварюванні алюмінію або зварюванні перших шарів багатопрохідних швів на високій погонною енергії використовують формують підкладки зі сталі або графіту.
Алюмінієві сплави мають підвищену схильність до викривлення (деформації), у зв'язку, з чим необхідно жорстко закріплювати алюмінієві листи, а зварювання алюмінієвих секцій та полотнищ виконувати на спеціальних стендах. Алюміній має високу теплопровідність, тому пристосування повинні складатися з матеріалів з низькою теплопровідністю (наприклад, з легованих сталей).
Зварювання алюмінію може не тільки появою оксидної плівки, але й обумовленої воднем пористістю, зменшує пластичність і міцність металу. Пори виникають в основному в металі шва, а також у лінії сплавлення. Особливо схильними до утворення пір вважаються сплави типу АМг. У зв'язку з цим необхідно виконувати дуже ретельну хімічне очищення зварювального дроту і механічне очищення і знежирення зварюваних кромок. При зварюванні алюмінію великої товщини до зниження пористості призводить попередній і супутній підігрів до температури 150-250°С.
Зважаючи високої теплопровідності алюмінію для зварювання потрібні потужні джерела тепла. В деяких випадках рекомендується попередній підігрів початкових ділянок зварного шва до температури 120-150°С або супутній підігрів.
При зварюванні алюмінію в металі шва можуть утворюватися гарячі тріщини, що викликано процесами внутрішньої деформації та напруги при кристалізації металу зварювальної ванни. Для зменшення імовірності їх появи в зварні шви можуть додаватися спеціальні модифікатори, що поліпшують кристалічну структуру шва, а також слід не допускати близького розташування швів.
Області застосування установок для аргонодугового зварювання алюмінію і його сплавів неплавким електродом TIG-200P AC/DC, TIG-315P AC/DC, TIG-200P AC/DC KIND, TIG-315P AC/DC KIND.
Аргоннодуговая сварка неплавящимся электродом может использоваться для сварки практически всех металлов: проводить спектр работ с алюминием, силумином, чугуном, титаном, нержавеющей сталью, цветными и черными металлами. Очень широко аргонно-дуговая сварка применяется при ремонте различных агрегатов и узлов автомобиля, например: радиаторы, поддоны картера, блока и головки двигателя, кондиционерных трубок, дисков колесных, корпуса коробок передач, топливные баки, силуминовых кронштейнов, узлов и агрегатов гидрооборотов и т.д.
Оскільки алюміній – це один з найбільш поширених матеріалів, що використовуються при сучасному виробництві практично у всіх галузях промисловості, то застосування аргонно-дугового зварювання є оптимальним рішенням задачі для виготовлення різних алюмінієвих металоконструкцій, а так само для ремонту з усунення механічних пошкоджень різних алюмінієвих деталей і вузлів.
Зварювальний електрод — при зварюванні аргоном, зона навколо зварювальної ванни і дуга захищені від впливу атмосферного повітря інертним газом. Якщо необхідно, до переднього краю зварювальної ванни подається присадочний матеріал.
В результаті аргонно-дугового зварювання, отримані шви відрізняються високою якістю і чистотою. Шов не вимагає очищення, так як виключається ймовірність потрапляння шлаку в зварний шов.
Зварювання алюмінію - процес складний і вимагає від фахівця високої кваліфікації. В першу чергу це пов'язано з хімічними особливостями алюмінію.
При нагріванні алюмінію і його зіткненні з киснем повітря, на поверхні утворюється плівка оксиду, яка перешкоджає роботі з ним з використанням звичайної зварки. Для запобігання взаємодії нагрітого алюмінію з містяться в повітрі киснем застосовують один з інертних газів, а саме аргон.
Для зварювання застосовують тугоплавкі електроди з вольфраму. Електрод оточений керамічним соплом, з якого під високим тиском до місця зварювання нагнітається аргон. Завдяки цьому в області зварювання аргоном підтримується середовище з дуже низьким вмістом кисню, що дозволяє тримати електричну дугу між деталлю і закінченням плавиться. Головна мета створюваної таким шляхом електродуги – це плавка самої деталі і присадного дроту.
Застосування вольфрамового електрода діаметром від 2 до 6 мм доцільно для зварювання алюмінію завтовшки до 12 мм Присадочні дріт діаметром від 2 до 5 мм вибирають в залежності від марки алюмінієвого сплаву. Наприклад, для технічного алюмінію може застосовуватися дріт марки АТ, АК або ПЕКЛО, для сплавів типу АМг – дроту аналогічних марок, але з підвищеною кількістю магнію (на 1-1,5%) для компенсації його чаду.
Таблиця. Рекомендовані режими зварювання алюмінію вольфрамовим (неплавким) електродом:
Товщина зварюваного металу, мм Діаметр вольфрамового електрода, мм Діаметр присадочного прутка, мм Сила зварювального струму, А
1-2 1,6-2,0 1-2 50-70
3-4 2,0-3,0 2-3 60-90
4-6 3,0-4,0 3 110-130
6-10 5,0 3-4 160-240
11-15 6,0 4 220-300
Зварювання алюмінієвих листів товщиною до 3 мм може виконуватися за один прохід на підкладці. Метал товщиною 4-6 мм можна зварювати без скосу кромок за два проходи з двох сторін. Для зварювання алюмінію завтовшки більше 6 мм потрібно V-подібна оброблення і збільшення числа проходів до чотирьох (для товщини від 8 до 15 мм). Можлива також Х-подібна оброблення.
Для підвищення продуктивності зварювання вольфрамовим електродом (в 3-5 разів) може використовуватися трифазна дуга. Більш потужний джерело нагріву дозволяє за один прохід на підкладці виконувати зварювання алюмінію завтовшки до 30 мм
Метал нагрівається безперервно, оскільки постійно існує одна з трьох сукупних дуг – однієї незалежної дуги, що горить між вольфрамовим електродами, і двох залежних дуг, гарячих між виробом і електродами.
Ручна аргонодуговая зварювання алюмінію може виконуватися на універсальних професійних установках TIG-200P AC/DC і TIG-315P AC/DC в режимі на змінному струмі (AC). Встановлення TIG-200P AC/DC і TIG-315P AC/DC інверторного типу, дозволяють забезпечити найкращі зварювальні властивості зварювання всіх видів металів і сплавів, а так само дозволяють економити споживану електроенергію, майже в 2 рази в порівнянні з установками аргонодугового зварювання трансформаторного типу. Установка TIG-200P AC/DC комплектується пальником з повітряним охолодженням. Установка TIG-315P AC/DC комплектується пальником з рідинним охолодженням. Для автономного охолодження пальника з рідинним охолодженням рекомендуємо застосовувати автономні блоки водяного охолодження WRA-300S або БВА-02.
Основні труднощі зварювання алюмінію і його сплавів та способи вирішення.
В зварних конструкціях застосовують як чистий алюміній та його сплави: деформуються, що використовуються у вигляді поковок, прокату і т. д., які поділяються на нетермоупрочняемие і термоупрочняемые. ливарні (АЛ), що використовуються для виливків. Зварювання алюмінієвих ливарних сплавів застосовується при виправленні дефектів лиття.
Нетермоупрочняемие сплави алюмінію є зварюються і отримали найбільше поширення для зварювання. До нетермоупрочняемим деформівних сплавів належать такі марки:
ПЕКЛО і АД1 – технічний алюміній; АМц – алюмінієво-марганцеві сплави (на основі системи Al–Mn); АМг – алюмінієво-магнієві сплави (на основі системи Al–Mg).
Більшість термоупрочняемих деформівних сплавів алюмінію відноситься до важкозварювальних сплавів, тому їх застосування для зварних конструкцій доцільно лише у випадках, коли можлива термічна обробка виробу. Основні марки термоупрочняемих деформівних сплавів: Д1, Д16, Д18, Д19, М40, ВАД1, ВД17 – алюмінієво-мідно-магнієві (дюран), на основі системи Al–Cu–Mg; В92, В92Ц, АЦМ – алюмінієво-магнієво-цинкові; АК6, АК6-1, АК8, АД31, АД33, АД35, АВ – на основі систем Al–Mg–Si і Al–Mg–Si–Cu; АК2, АК4, АК4-1 – на основі системи Al–Mg–Cu–Fe–Ni; Д20 і Д21– алюмінієво-мідно-марганцеві; ВАД23 – на основі системи Al–Mn–Cu–Li–Cd; У93, У94, В95, В96 – на основі системи Al–Mg–Cu–Zn.
Утворення тугоплавкого оксиду алюмінію Al2O3 (температура плавлення 2050°С) з більшою щільністю, ніж в алюмінію, що ускладнює сплавлення кромок з'єднання і сприяє забрудненню металу зварного шва частинками цієї плівки. Перед зварюванням для видалення плівки потрібно очищати поверхні крайок і прилеглого основного металу й особливо ретельно поверхню присадочного металу (у зв'язку з великою поверхнею і порівняно малим об'ємом) механічним шляхом або травленням. Оксидну плівку, що утворюється при зварюванні алюмінію, видаляють або з допомогою катодного розпилення, або із застосуванням флюсів, які забезпечують її розчинення або руйнування з переведенням до летку сполуку.
Катодне розпилення можливо при зварюванні на зворотній полярності. При аргонодугового зварюванні неплавким електродом зворотна полярність не застосовується із-за нераціонального розподілу тепла між електродом і виробом (70% на електроді і 30% на свариваемом виробі). З цієї причини зварювання алюмінію здійснюється на змінному струмі, при якому руйнування плівки відбувається в напівперіоди зворотної полярності.
При високих температурах різко знижується міцність, і твердий метал не расплавившейся частини крайок може зруйнуватися під дією маси зварювальної ванни. Алюміній володіє високою плинністю і може витікати через корінь шва. Він практично не змінює свого кольору при нагріванні, тому під час зварювання складно контролювати розміри зварювальної ванни. Щоб уникнути пропалів або провалів при одношарової зварюванні алюмінію або зварюванні перших шарів багатопрохідних швів на високій погонною енергії використовують формують підкладки зі сталі або графіту.
Алюмінієві сплави мають підвищену схильність до викривлення (деформації), у зв'язку, з чим необхідно жорстко закріплювати алюмінієві листи, а зварювання алюмінієвих секцій та полотнищ виконувати на спеціальних стендах. Алюміній має високу теплопровідність, тому пристосування повинні складатися з матеріалів з низькою теплопровідністю (наприклад, з легованих сталей).
Зварювання алюмінію може не тільки появою оксидної плівки, але й обумовленої воднем пористістю, зменшує пластичність і міцність металу. Пори виникають в основному в металі шва, а також у лінії сплавлення. Особливо схильними до утворення пір вважаються сплави типу АМг. У зв'язку з цим необхідно виконувати дуже ретельну хімічне очищення зварювального дроту і механічне очищення і знежирення зварюваних кромок. При зварюванні алюмінію великої товщини до зниження пористості призводить попередній і супутній підігрів до температури 150-250°С.
Зважаючи високої теплопровідності алюмінію для зварювання потрібні потужні джерела тепла. В деяких випадках рекомендується попередній підігрів початкових ділянок зварного шва до температури 120-150°С або супутній підігрів.
При зварюванні алюмінію в металі шва можуть утворюватися гарячі тріщини, що викликано процесами внутрішньої деформації та напруги при кристалізації металу зварювальної ванни. Для зменшення імовірності їх появи в зварні шви можуть додаватися спеціальні модифікатори, що поліпшують кристалічну структуру шва, а також слід не допускати близького розташування швів.
Області застосування установок для аргонодугового зварювання алюмінію і його сплавів неплавким електродом TIG-200P AC/DC, TIG-315P AC/DC, TIG-200P AC/DC KIND, TIG-315P AC/DC KIND.
Аргоннодуговая сварка неплавящимся электродом может использоваться для сварки практически всех металлов: проводить спектр работ с алюминием, силумином, чугуном, титаном, нержавеющей сталью, цветными и черными металлами. Очень широко аргонно-дуговая сварка применяется при ремонте различных агрегатов и узлов автомобиля, например: радиаторы, поддоны картера, блока и головки двигателя, кондиционерных трубок, дисков колесных, корпуса коробок передач, топливные баки, силуминовых кронштейнов, узлов и агрегатов гидрооборотов и т.д.
Оскільки алюміній – це один з найбільш поширених матеріалів, що використовуються при сучасному виробництві практично у всіх галузях промисловості, то застосування аргонно-дугового зварювання є оптимальним рішенням задачі для виготовлення різних алюмінієвих металоконструкцій, а так само для ремонту з усунення механічних пошкоджень різних алюмінієвих деталей і вузлів.
Інші статті
