Аргонно-дуговая сварка алюминия

В сварных конструкциях применяют как чистый алюминий, так и его сплавы:

• деформируемые, используемые в виде поковок, проката и т. д.; подразделяются на нетермоупрочняемые и термоупрочняемые.
• литейные (АЛ), используемые для отливок; сварка алюминиевых литейных сплавов применяется при исправлении дефектов литья.

Нетермоупрочняемые сплавы алюминия являются свариваемыми и получили наибольшее распространение для сварки. К нетермоупрочняемым деформируемым сплавам относятся следующие марки:

• АД и АД1 – технический алюминий;
• АМц – алюминиево-марганцевые сплавы (на основе системы Al–Mn);
• АМг – алюминиево-магниевые сплавы (на основе системы Al–Mg).

Большинство термоупрочняемых деформируемых сплавов алюминия относится к трудносвариваемым сплавам, поэтому их применение для сварных конструкций целесообразно только в случаях, когда возможна термическая обработка изделия. Основные марки термоупрочняемых деформируемых сплавов:

• Д1, Д16, Д18, Д19, М40, ВАД1, ВД17 – алюминиево-медно-магниевые (дюрали), на основе системы Al–Cu–Mg;
• В92, В92Ц, АЦМ – алюминиево-магниево-цинковые;
• АК6, АК6-1, АК8, АД31, АД33, АД35, АВ – на основе систем Al–Mg–Si и Al–Mg–Si–Cu;
• АК2, АК4, АК4-1 – на основе системы Al–Mg–Cu–Fe–Ni;
• Д20 и Д21– алюминиево-медно-марганцевые;
• ВАД23 – на основе системы Al–Mn–Cu–Li–Cd;
• В93, В94, В95, В96 – на основе системы Al–Mg–Cu–Zn.

Основные трудности сварки алюминия и его сплавов и способы решения

1. Образование тугоплавкого оксида алюминия Al₂O₃ (температура плавления 2050°С) с большей плотностью, чем у алюминия, что усложняет сплавление кромок соединения и способствует загрязнению металла сварного шва частичками этой пленки. Перед сваркой для удаления пленки требуется очищать поверхности кромок и прилегающего основного металла и особенно тщательно поверхность присадочного металла (в связи с большой поверхностью и сравнительно малым объемом) механическим путем или травлением.

Оксидную пленку, образующуюся при сварке алюминия, удаляют либо с помощью катодного распыления, либо с применением флюсов, которые обеспечивают ее растворение или разрушение с переводом в летучее соединение.

Катодное распыление возможно при сварке на обратной полярности. При аргонной сварке неплавящимся электродом обратная полярность не применяется из-за нерационального распределения тепла между электродом и изделием (70% на электроде и 30% на свариваемом изделии). По этой причине сварка алюминия осуществляется на переменном токе, при котором разрушение пленки происходит в полупериоды обратной полярности.

2. При высоких температурах резко снижается прочность, и твердый металл нерасплавившейся части кромок может разрушиться под действием массы сварочной ванны. Алюминий обладает высокой жидкотекучестью и может вытекать через корень шва. Он практически не меняет своего цвета при нагреве, поэтому во время сварки сложно контролировать размеры сварочной ванны. Чтобы избежать прожогов или провалов при однослойной сварке алюминия или сварке первых слоев многопроходных швов на высокой погонной энергии используют формирующие подкладки из стали или графита.

3. Алюминиевые сплавы обладают повышенной склонностью к короблению (деформации), в связи с чем необходимо жестко закреплять алюминиевые листы, а сварку алюминиевых секций и полотнищ выполнять на специальных стендах. Алюминий имеет высокую теплопроводность, поэтому приспособления должны состоять из материалов с низкой теплопроводностью (например, из легированных сталей).

4. Сварка алюминия затрудняется не только появлением оксидной пленки, но и обусловленной водородом пористостью, уменьшающей пластичность и прочность металла. Поры возникают в основном в металле шва, а также у линии сплавления. Особенно склонными к образованию пор считаются сплавы типа АМг.

В связи с этим необходимо выполнять очень тщательную химическую очистку сварочной проволоки и механическую очистку и обезжиривание свариваемых кромок. При сварке алюминия большой толщины к снижению пористости приводит предварительный и сопутствующий подогрев до температуры 150–250°С.

5. Ввиду высокой теплопроводности алюминия для его сварки требуются мощные источники тепла. В некоторых случаях рекомендуется предварительный подогрев начальных участков сварного шва до температуры 120–150°С или сопутствующий подогрев.

6. При сварке алюминия в металле шва могут образовываться горячие трещины, что вызвано процессами внутренней деформации и напряжения при кристаллизации металла сварочной ванны. Для уменьшения вероятности их появления в сварные швы могут добавляться специальные модификаторы, улучшающие кристаллическую структуру шва, а также следует не допускать близкого расположения швов.

Сварка алюминия в среде инертных газов

Сварка алюминия в среде инертных газов осуществляется неплавящимся (вольфрамовым) или плавящимся электродами. В качестве инертных газов применяют аргон высшего или первого сорта, гелий повышенной чистоты или смеси аргона с гелием.

Вольфрамовые электроды могут быть иттрированными или лантанированными. Применение вольфрамового электрода диаметром от 2 до 6 мм целесообразно для сварки алюминия толщиной до 12 мм. Присадочную проволоку диаметром от 2 до 5 мм выбирают в зависимости от марки алюминиевого сплава. Например, для технического алюминия может применяться проволока марки АО, АК или АД, для сплавов типа АМг – проволоки аналогичных марок, но с повышенным количеством магния (на 1–1,5%) для компенсации его угара.

Ручная аргонная сварка вольфрамовым электродом может выполняться на установках переменного тока типа УДГ (УДГ-300, УДГ-500) с расходом аргона от 6 до 15 л/мин. Сварка алюминия может производиться и в гелии, с расходом гелия в 1,8–2,2 раза больше, чем аргона. При сварке в аргоне напряжение дуги составляет 15–20 В, при сварке в гелии 25–30 В.

Таблица 1 - Рекомендуемые режимы сварки алюминия вольфрамовым электродом

Сварка алюминиевых листов толщиной до 3 мм может выполняться за один проход на подкладке. Металл толщиной 4–6 мм можно сваривать без скоса кромок за два прохода с двух сторон. Для сварки алюминия толщиной более 6 мм требуется V-образная разделка и увеличение числа проходов до четырех (для толщины от 8 до 15 мм). Возможна также Х-образная разделка. Протяженные швы выполняются автоматической сваркой.

Для повышения производительности сварки вольфрамовым электродом (в 3–5 раз) может использоваться трехфазная дуга. Более мощный источник нагрева позволяет за один проход на подкладке выполнять сварку алюминия толщиной до 30 мм.

Рисунок 1 - Сварка алюминия трехфазной дугой и вид сварного шва

Металл нагревается непрерывно, поскольку постоянно существует одна из трех совокупных дуг – одной независимой дуги, горящей между вольфрамовыми электродами, и двух зависимых дуг, горящих между изделием и электродами.

Сварка плавящимся электродом выполняется как в чистом аргоне, так и в смеси аргона с гелием (до 70% гелия) проволокой диаметром 1,5–2,5 мм на постоянном токе обратной полярности. Разделка кромок может быть V-образной или X-образной с углом раскрытия 70–90° (для размещения в разделке наконечника горелки), либо рюмкообразной; притупление – 6 мм.

Рисунок 2 - Порядок заполнения разделки при сварке толстолистового алюминия плавящимся электродом (проволокой) в среде инертных газов

Скорость сварки зависит от сечения шва и может достигать 40 м/ч. Проволока подается со скоростью до 400 м/ч. С применением смеси из 30% аргона и 70% гелия возрастают глубина и ширина провара, что позволяет за один проход на подкладке выполнять сварку алюминия толщиной до 16 мм, а за два прохода – до 30 мм. Сварной шов в этом случае приобретает более благоприятную форму (см. рисунок ниже).

Рисунок 3 - Формы сварных швов при сварке толстолистового алюминия плавящимся электродом (проволокой) в среде инертных газов

Материал взят с сайта: www.osvarke.com