Алюминий и его сплавы повсеместно используются в машиностроении, авиастроении, станкостроении, медицине, электротехнике, строительстве. Легкие металлоконструкции из алюминия применяются при возведении как небольших сооружений, так и высотных зданий с панорамным, спайдерным остеклением.
Часто в процессе производства и монтажных работ требуется соединение алюминиевых узлов, деталей посредством сварки. И тут возникает много сложностей, связанных с физическими и химическими свойствами материала. Небольшой удельный вес, высокая теплопроводность, образование на воздухе окисной пленки с температурой плавления свыше 2000 C при том, что сам металл плавится при температуре в 3 раза ниже – вот лишь некоторые проблемы, с которыми предстоит столкнуться неопытному сварщику при попытке сварки алюминия или алюминиевых сплавов.
Почему алюминий трудно сваривается?
Оксидная пленка алюминия – это тонкая пленка на поверхности металла, образующаяся сразу же, как алюминиевый сплав начинает взаимодействовать с воздухом. Проблема при сварке заключается в том, что эта пленка выступает в качестве защитной оболочки, не дающей образовывать ванну.
Разрушить её, конечно, можно, но она имеет свойство быстро восстанавливаться, увеличиваться в размерах со временем. Фактически после её удаления она сразу образуется повторно при взаимодействии с атмосферой. Поэтому перед сварщиком стоят две задачи:
- Удалить оксидную пленку с алюминиевых деталей.
- Соединить между собой детали сваркой в отсутствии пленки.
Как уже было сказано выше, температура плавления пленки на поверхности алюминия в несколько раз превышает температуру плавления самого металла, которая составляет 660 C. Чтобы пленка после удаления не образовалась повторно, сварочные работы выполняют в инертной среде – например, в аргоне.
Следующая проблема связана с трудностями управления сварочной ванной из-за высокой текучести расплавленного металла. С целью ускорения охлаждения используют теплопроводящие подкладки.
К другим трудностям сварки алюминия и его сплавов можно отнести следующее:
- Высокая вероятность образования кристаллизационных трещин за счет растворения водорода в шве.
- Появление трещин в алюминиевых сплавах.
- Существенная усадка и, как следствие, высокие остаточные напряжения, деформации при охлаждении свариваемых деталей.
Поскольку металл отличается высокой теплопроводностью, то для него требуется большой сварочный ток.
Способы сварки алюминия
Выделяют 3 основных способа соединения деталей из алюминия и его сплавов:
- Сварка проволокой в среде инертного газа при постоянном токе (DC MIG).
- Сварка вольфрамовыми электродами в аргоне или другом инертном газе при переменном токе (AC TIG).
- Ручная сварка плавящимися электродами без защитной среды (MMA).
Выбор того или иного варианта зависит от места проведения сварочных работ, требований к прочности, надежности соединения. Обязательно сначала разрушается оксидная пленка, проводится нагрев металла до 250-400 C в зависимости от толщины свариваемых изделий.
Сварка полуавтоматом и автоматом в инертном газе
На крупных предприятиях используется автоматическое, полуавтоматическое оборудование. Аргон подается централизованно. Используется ток обратной полярности. Из-за значительного расширения цветных металлов при нагреве подача проволоки осуществляется посредством специальных наконечников с увеличенным диаметром.
В случае автоматической электродуговой сварки применяется флюс АН-А1 для алюминия и АН-А4 для алюминиевых сплавов с магнием.
Сварка вольфрамовыми электродами в инертных газах
Один из наиболее оптимальных способов ручной сварки алюминиевых деталей и конструкций. Электродуговая сварка выполняется в среде инертного газа (аргона или гелия) с использованием тонких вольфрамовых электродов (диаметр – 1,6-5 мм) и присадки толщиной до 4 мм. Дуга поддерживается переменным током, т.е. используется сварочный трансформатор.
Для качественных сварочных работ необходимо придерживаться следующих требований:
- Угол, образуемый электродом и поверхностью свариваемого алюминия должен быть в пределах 70-90 градусов. Электрод направлен перпендикулярно прутку.
- Дуга должна быть по длине в пределах 1,5-2,5 мм.
- Не допускается поперечная подача прутка, движения электрода – горелку направляют следом за прутком.
- Для исключения повреждений тонких деталей под металл укладывают теплоотводящие подкладки из меди или стального сплава.
- Минимизация размеров сварочной ванны.
- Инертный газ подается и отключается за 5-7 с до образования и обрыва дуги соответственно.
Сварка плавящимися электродами (MMA)
Применяется крайне редко – в случаях, когда невозможно выполнить сварочные работы в среде инертных газов. Для сварки используются электроды марок ОК, УАНА, ОЗА, ЭВЧ. Ручная электродуговая сварка MMA подходит при соединении неответственных деталей, узлов, конструкций, не испытывающих нагрузок, и имеющих толщину не более 4 мм. Сварку осуществляют на токе обратной полярности, как правило, с предварительным нагревом деталей. При дуговой сварке угольными электродами требуется постоянный ток прямой полярности.
Другие способы сварки алюминия
В заводских условиях на крупных предприятиях возможны следующие технологии сварки:
- Лазерная. Сварка лазером позволяет получить тонкий ровный шов, в том числе и сложной формы. Основная сложность заключается в правильном выборе мощности CO2-лазера, чтобы получить требуемую форму, глубину проплавления.
- Плазменная. С помощью плазменной сварки металл расплавляется под действием плазмы, а защитная среда препятствует попаданию в ванну газов из атмосферы.
Сварка и металлообработка алюминия, алюминиевых сплавов за счет физических и химических свойств металла требуют особого подхода и строгого соблюдения всех технологических процессов. В противном случае, если даже алюминиевые детали и получится сварить, то прочностью и долговечностью шов отличаться не будет.
