Сварка алюминия со сталью

Сварка алюминия — способы и технологии

Алюминий обладает большим списком достоинств, не зря его массово используют в самолетостроении. Но есть у него один недостаток – он трудно сваривается. Поэтому сварка алюминия и его сплавов – это удел высококвалифицированных сварщиков.

Низкая свариваемость алюминия – в чем дело?

Низкий показатель свариваемости алюминиевых сплавов обуславливается целым рядом их качеств.

• Окисная пленка, которая покрывает алюминий и его сплавы. Температура ее плавления – 2044С, а температура плавления самого металла – 660С.
• Высокая текучесть расплавленного металла затрудняет контролировать сварочную ванну, для чего приходится устанавливать специальные подкладки теплоотводящего типа.
• При нагревании из алюминия начинает выходить водород, который после застывания металла оставляет в его теле поры и трещины.
• Большой показатель усадки. А это приводит к деформации сварочного шва в процессе его остывания.
• Теплопроводность алюминиевых сплавов выше, чем у стали, поэтому для их сварки применяется ток, который по силе выше, чем ток для сварки стальных конструкций. Разница где-то в два раза.
• Если говорить о сварке алюминия своими руками в домашней мастерской, то вероятнее всего чистый алюминий вам не попадется. Скорее всего, это будет сплав неизвестной марки (дюраль и другие), к которому при сваривании придется настроить сварочный режим и подобрать дополнительные материалы.

Способы сварки алюминия

Существует много способов сварки алюминиевых сплавов, где используются различные виды аппаратов и сварочных материалов. Основных же три:

1. При помощи вольфрамового электрода с инертными газами.
2. При помощи полуавтоматов в среде инертных газов.
3. С помощью плавящихся электродов без газов.

Последний вариант можно назвать, как технология сварки алюминия без аргона.

Внимание! В процессе сварки алюминия или его сплавов важно разрушить оксидный слой, который расположен на поверхности металла. Поэтому в данном процессе используют или переменный, или постоянный ток обратной полярности.

Как правильно варить алюминий

Все начинается с подготовки деталей, а точнее, соединяемых кромок. Основная цель – очистить их от загрязнений. Поэтому кромки алюминиевых заготовок сначала очищаются химическими составами, после высыхания производится обезжиривание, для этого можно использовать любой растворитель: ацетон, уайт-спирит, авиационный бензин и прочие жидкости.

Если планируется сваривать толстые алюминиевые заготовки (больше 4 мм), то их кромки необходимо разделать. Вариантов разделки несколько, к примеру, создания конусных кромок. И последняя операция в процессе подготовки – это очищение кромок от оксидной пленки. Для этого можно использовать напильник или крупнозернистую наждачную бумагу. Как видите, подготовка алюминия к сварке – процесс совсем простой.

Технология сварки алюминия штучными покрытыми электродами

Сварка алюминия электродом (покрытым) имеет свой код обозначения по режиму сварки – MMA. Ее используют для соединения металлов толщиною не менее 4 мм, и когда производится сборка неответственных конструкций. Данная технология является низкокачественной, потому что в процессе сварки алюминия и его сплавов внутри шва остаются поры, что снижает его прочность. Во время самого процесса происходит разбрызгивание металла, плохо отделяются шарики застывшего шлака, которые увеличивают коррозию.

Особенности сварки алюминия покрытыми электродами:

• Варить можно только постоянным током с обратной полярностью.
• Сила тока рассчитывается из соотношения: на 1 мм толщины заготовок используется ток силой 25-30 ампер.
• Для образования качественного шва необходимо кромки двух свариваемых деталей нагревать до 300С, если толщина заготовок имеет среднюю величину. И до 400С при толстых заготовках.
• Подогрев и медленное остывание – обязательное правило, которое необходимо соблюдать, чтобы получить шов высокого качества.
• Сварку алюминия нужно выполнять непрерывно в плане использования одного электрода. Все дело в том, что при обрыве электрической дуги на ванне и на электроде образуется шлаковая пленка, которая перекрывает прохождение электрического тока, то есть, это препятствие повторному розжигу дуги.
• После окончания процесса шов нужно очистить от шлака, который станет причиной образования зон коррозии.
• Чистить можно горячей водой с последующей обработкой металлической щеткой.

Как сварить алюминий вольфрамовыми электродами в инертном газе

Это самый распространенный вариант, и его используют тогда, когда к прочности алюминиевых конструкций предъявляется жесткое требование. Для этого используется присадочная проволока диаметром 1,6-4 мм и сам вольфрамовый электрод диаметром 1,6-5 мм. А также защитный газ: аргон или гелий.

Электропитание сварочного процесса производится от источника переменного тока. Все параметры технологической операции зависят именно от выбранного оборудования. То есть, сначала определяются режимы сварки, после чего подбираются диаметры электрода и проволоки, скорость подачи аргона, сила тока и так далее.

Есть и свои особенности сварки алюминия по этой технологии:

• Длина дуги не должна быть больше 2,5 мм.
• Угол между плоскостью сварки и вольфрамовым электродом должна быть в пределах 80°.
• Между проволокой и электродом угол должен быть прямым.
• Сначала по шву движется присадочная проволока, а вслед за ней горелка с электродом.
• Никаких поперечных движений, только продольные, что обеспечит ровность сварного шва.
• Проволока подается в зону сварки возвратно-поступательными движениями. Это позволит равномерно заполнить ванну.
• Алюминиевые заготовки нужно обязательно укладывать поверх листа железа, который в этом случае будет отводить тепло от зоны сварки.
• Аргоновый газовый поток начинает подаваться до начала сварочного процесса за 4-5 секунд, а при окончании сварки выключается после через 6-7 секунд.

Как варить алюминий полуавтоматами

Это идеальный вариант, где используется аппарат для сварки алюминия. Он импульсного действия. То есть, в зону сварки подается импульс высокого напряжения, который быстро разбивает оксидный слой. После чего напряжение падает до базового уровня. Но на сегодняшний день эти аппараты очень дороги. Поэтому сварщики стали приспосабливать под данную технологию полуавтоматы, в которых даже отсутствует режим сваривания алюминия и его сплавов.

По сути, технология сварки алюминия точно такая же, как и стали. Только вместо стальной проволоки используется алюминиевая. Есть и другие особенности.

• Алюминиевая проволока плавится в несколько раз быстрее стальной, поэтому необходимо увеличить скорость ее подачи в зону сваривания.
• При нагревании алюминиевая проволока расширяется больше, чем стальная, поэтому рекомендуется приобретать специальный наконечник, обозначаемый буквами «Al».
• Так как алюминиевая проволока мягче стальной, то в процессе подачи ее в зону сваривания могут образовываться петли и скрутки, поэтому рекомендуется использовать для ее подачи механизм с четырьмя роликами.

Сварка алюминия в домашних условиях инвертором

Сварка дюралюминия (алюминиевый сплав) или самого алюминия может проводиться инвертором. Для процесса необходимо правильно подобрать электрод и ток. Что касается электродов, то лучше использовать марки ОЗАНА, ОЗА или ОЗР. Установка (настройка) тока должна учитывать высокие плавящиеся свойства металла. Для чего нет необходимости выставлять ток большой величины.

Внимание! Перед началом сварочного процесса рекомендуется электроды прокалить, для чего используется специальная печь. Она так и называется – печь для прокалки электродов.

Сам процесс сварки ничем не отличается от сваривания стальных конструкций. И если перед вами стоит вопрос, можно ли варить алюминий в домашних условиях, то смело отвечайте, что можно.

Сваривание алюминия при помощи флюсов

Флюсы для сварки алюминия используются давно. Они представлены широким модельным рядом, где есть материалы для разных алюминиевых сплавов. Основное их назначение – разрушение оксидной пленки. При нагреве нанесенный флюс растворяется и разрушает окисел, и тут же производится соединение двух элементов.

Производители предлагают флюсы, которые используются только в газовой сварке алюминия, или только в дуговой. В последнем случае используются графитовые электроды или угольные.

Заключение по теме

Как видите, заварить алюминиевые заготовки можно разными способами, в которых используется разное оборудование для сварки. Но во всех случаях нужно свариваемый металл тщательно подготовить, и обязательно проводится настройка аппарата для сварки. Посмотрите видеоурок – как сваривать алюминий. Кстати, видео уроки дают возможность воочию увидеть, что собой представляет сваренный металл в конечном виде.

Технология сварки разнородных металлов и сплавов

Технология сварки разнородных металлов и сплавов

Для большинства свариваемых пар разнородных металлов или сплавов характерны существенные различия в температуре плавления, плотности, коэффициентах теплофизических свойств, особенно в коэффициентах линейного расширения. Отличаются также и кристаллографические характеристики — тип решетки и ее параметры (табл. 1).

Для таких металлов, как титан, ниобий, тантал, молибден, дополнительные трудности возникают в связи с тем, что при нагреве эти металлы активно взаимодействуют с газами атмосферы. При поглощении газов резко ухудшаются свойства сварных соединений. В большинстве случаев при ограниченной взаимной растворимости для основных комбинаций свариваемых металлов чрезвычайно трудно избежать образования стойких интерметаллических фаз, обладающих высокой твердостью и хрупкостью (табл. 2).

Табл. 1. Физические и механические свойства некоторых сплавов, используемых при сварке разнородных металлов

Железо и сплавы на его основе

Темпер. плавления, °С

Коэфф-т линейного расширения x106, 1/°С

водности (при 20 °С), Вт/(мК)хЮ2

Предел прочности, МПа

Предел текучести, МПа

Модуль упругости, МПа х10-3

*В числителе — свойства до термообработки, в знаменателе — после термообработки.

Табл. 2 Основные варианты свариваемых пар разнородных металлов

Применяемые способы сварки

Основные особенности физико-химического взаимодействия

образование стойких интерметаллических соединений

Сталь + алюминий, сплавы алюминия

FeAl3; Fe2Al5; Fe2Al7; FeAl

Сталь + медь, сплавы меди

Аргонодуговая, под флюсом, электрошлаковая, плазменной струей, электронным лучом

FeNb; Fe2Nb; Fe5Nb3

Аргонодуговая, по слою флюса

TiCu; Ti2Cu; Ti2Cu3

Сварка стали с алюминием, медью, титаном и их сплавами

Сварка стали с алюминием и его сплавами. Процесс затруднен физико-химическими свойствами алюминия. Выполняется в основном аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом. Подготовка стальной детали под сварку предусматривает для стыкового соединения двусторонний скос кромок с углом 70°, так как при таком угле скоса прочность соединения достигает максимального значения. Свариваемые кромки тщательно очищают механическим или пескоструйным способом или химическим травлением, затем на них наносят активирующее покрытие. Недопустимо применение дробеструйной очистки, так как при этом на поверхности металла остаются оксидные включения. Наиболее дешевое покрытие — цинковое, наносимое после механической обработки.

Процессу гальванического и горячего цинкования должны предшествовать обезжиривание детали, промывка и сушка, травление в растворе серной кислоты с последующей промывкой и сушкой. При горячем цинковании, перед опусканием детали в цинковую ванну, имеющую температуру 470 . 520 °С, необходимо флюсование детали в насыщенном растворе флюса. Простейший флюс состоит из двух компонентов: 50 % KF + 50 % KCl. Совершенно недопустимо нанесение цинкового или алюминиевого покрытия по методу шоопирования, так как при этом частицы покрытия успевают окислиться и удовлетворительно сварить алюминий со сталью не удается.

При гальваническом нанесении покрытия слой цинка должен достигать 30 . 40 мкм, при горячем цинковании 60 . 90 мкм. В последнем случае значительно облегчается процесс нанесения слоев алюминия, особенно на мелких деталях. Для сталей аустенитных (12Х18Н9Т и т.п.) алитирование возможно после механической очистки без применения флюса. Оптимальный (по прочности соединения) режим алитирования — температура алюминиевой ванны 750 . 800 °С. Время выдержки при алитировании — до 5 мин (в зависимости от размеров детали). Возможно также алитирование стальных деталей с применением токов высокой частоты.

Технология сварки предусматривает использование стандартных сварочных установок типа УДГ-300 с применением лантанированных вольфрамовых электродов диаметром 2 . 5 мм и аргона высшего и первого сортов.

Особенностью сварки алюминия со сталью по сравнению с обычным процессом аргонодуговой сварки алюминиевых сплавов является расположение дуги: в начале наплавки первого шва — на присадочном прутке, а в процессе сварки — на присадочном прутке и образующемся валике (рис. 1, а), так как при длительном воздействии теплоты дуги на поверхность стали происходит преждевременное выгорание покрытия, что препятствует дальнейшему процессу сварки. После появления начальной части валика дугу нужно зажигать вновь (после перерыва) на алюминиевом валике. При сварке встык дугу ведут по кромке алюминиевой детали, а присадку — по кромке стальной детали таким образом, что жидкий алюминий натекает на поверхность стали, покрытой цинком или алитированной (рис. 1, б).

При толщине свариваемого металла до 3 мм сила сварочного тока 110 . 130 А, при толщине стали 6 . 8 мм 130 . 160 А, при толщине 9 . 10 мм 180 . 200 А; только в этом случае обеспечивается достаточный разогрев деталей и образование необходимой соединительной прослойки.

В качестве присадочного материала применяется проволока марки АД1 (чистый алюминий с небольшой присадкой кремния, благоприятно влияющего на формирование стабильного качества диффузионной прослойки). Присадку из сплава АМг6 применять не следует, так как в этом случае в формировании интерметаллидного слоя принимает участие магний, снижающий прочность соединения. По-видимому, наличие атомов магния вместо атомов алюминия в кристаллической решетке одной из фаз обусловливает наличие слабых связей — магний практически нерастворим в железе. Магний резко ускоряет рост прослойки из хрупких интерметаллидов, интенсифицирует развитие процессов реактивной диффузии.

Рис. 1 Техника аргонодуговой наплавки алюминия на сталь:а — ведение дуги при аргонодуговой наплавке;б — то же, при сварке встык;в-д- последовательность наложения валиков в зависимости от типа соединения

В зависимости от типа соединения при сварке необходимо соблюдать последовательность наложения валиков шва 1 — 12, показанную на рис. 1, в, г и д, обеспечивающую необходимое перекрытие. Чередование валиков с лицевой и обратной стороны предотвращает перегрев стальной детали и преждевременное выгорание цинка с ее поверхности.

Важное значение имеет правильный выбор скорости сварки, так как она определяет время взаимодействия жидкого алюминия со сталью, т.е. определяет толщину и стабильность интерметаллидной прослойки. Для первых слоев скорость сварки назначают 7 . 10 м/ч, для последующих (когда сталь достаточно разогрета) — 12 . 15 м/ч. При рассмотренных условиях сварки предел прочности соединения при разрыве соответствует прочности технического алюминия (100 МПа).

Повысить прочность соединения можно увеличением рабочего сечения шва либо применением комбинированных покрытий. Получающиеся сварные соединения пригодны для восприятия статической нагрузки и имеют высокий предел выносливости при действии знакопеременной изгибающей нагрузки (рис. 2). Предел выносливости образцов при базе 107 циклов равен 50 . 60 МПа, т.е. на уровне, обычном для сплава АМг6. Разрушение образцов, как правило, происходит на сплаве АМг6 у внешнего концентратора. Только при высоких напряжениях отдельные образцы разрушаются по шву. Сварные соединения имеют высокую плотность при гидравлических, пневматических и вакуумных испытаниях, а также высокие коррозионные свойства в морской воде при наличии на их поверхности лакокрасочных покрытий. Применение комбинированных покрытий стали — медно-цинкового и никель-цинкового повышает прочностные свойства сварного соединения. В этом случае наносят слой меди или никеля толщиной 4 . 5 мкм и второй слой цинка толщиной 30 . 40 мкм. Соединительная прослойка интерметаллидов сложного состава получается несколько меньшей толщины и твердости. Предел прочности сварного соединения (при наличии выпуклости шва) 140 . 223 МПа. При сварке высоколегированной стали типа 18-8 с алюминием, если на стали имеется только цинковое покрытие толщиной 50 мкм, достигается предел прочности соединения 213 . 287 МПа. Если же по подслою цинка толщиной 25 . 30 мкм производят алитирование по указанной ранее технологии, достигается прочность соединения 295 . 328 МПа.

Рис. 2 Результаты усталостных испытаний сварных соединений из сплава АМг6 и стали

В конструкциях криогенной техники применяется много трубопроводов малого диаметра из алюминиевых сплавов и стали 12Х18Н10Т. Для изготовления трубопроводов необходимы биметаллические переходники из этих металлов. Получают переходники сваркой плавлением алюминия с предварительно алитированной сталью. Однако этот способ имеет свои недостатки: трудоемкость процесса, вредные условия труда при алитировании, недостаточная надежность в эксплуатации.

Более перспективным является способ стыковой сварки оплавлением дугой низкого давления тонкостенных труб из разнородных металлов. Преимущество этого способа заключается в том, что сварку осуществляют в вакуумной камере в среде инертного газа. В процессе сварки расплавляется лишь один из соединяемых металлов — алюминий. Оксиды с торцов соединяемых поверхностей удаляются непосредственно перед сваркой методом катодной очистки. Кроме того, перед сваркой в процессе кратковременного нагрева свариваемые детали не контактируют друг с другом, что позволяет нагревать торцы деталей до любых (в том числе различных) необходимых для сварки температур, не опасаясь процессов взаимодействия.

Соединения формируются в процессе осадки, при которой из зоны соединения выдавливается расплавленный металл, что приводит к быстрому снижению температуры в месте контакта. Длительность сварки не превышает десятых долей секунды.

В табл. 3 представлены режимы сварки трубы из стали 12Х18Н10Т 0 10 мм с толщиной стенки 1 мм с трубами из алюминия АД1 0 12 мм с толщиной стенки 2 мм.

Методами металлографии установлено, что независимо от режима сварки сварные соединения отличаются хорошей плотностью, на границе алюминия со сталью не наблюдали пор, трещин, рыхлот. На образцах, сваренных на мягком режиме, граница неровная из-за подплавления стали при сварке. В переходной зоне вдоль всей линии контакта металлов наблюдается сплошная светло-серая прослойка толщиной 2 . 4 мкм. На отдельных участках толщина хрупкой прослойки может увеличиваться до 5 . 6 мкм.

Табл. 3 Параметры процесса сварки соединений труб из стали 12Х18Н10Т с трубами из алюминия АД1

Как правильно варить алюминий в домашних условиях

У этого металла внушительный список достоинств, но из-за его особенностей сварка алюминия связана с трудностями. Основной проблемой при самостоятельном ремонте деталей из алюминия является сложность создания условий аналогичных заводским. Однако и упрощенные технологии обеспечивают приемлемые результаты.

Особенности сварки алюминия и его сплавов

Трудности сварки алюминиевых сплавов и чистого металла связаны с его свойствами:

1. Температура плавления окисной пленки, покрывающей поверхность этого материала, 2044⁰C, а металла — 660⁰C.
2. Поверхность капель, образующихся при плавлении алюминия, мгновенно окисляется, что препятствует созданию монолитного шва. Поэтому сварочную ванну приходится ограждать от контакта с воздухом.
3. Из-за высокой текучести металла в расплавленном виде контроль над сварочной ванной затруднен. Проблема решается подкладкой под заготовки железных пластин для отвода тепла.
4. В алюминии содержится водород, который при остывании шва выходит наружу, образуя поры и трещины. В сплавы входит кремний, способствующий растрескиванию во время охлаждения соединения.
5. У алюминия высокий коэффициент температурного расширения, поэтому усадка при остывании приводит к деформации заготовок.
6. Из-за высокой теплопроводности сварку приходится вести током в 1,5 — 2 раза большим, чем при работе со сталью.
7. При сварке алюминия своими руками не всегда удается определить марку сплава, поэтому настройка оптимального режима сварки затруднена.

Способы сварки алюминия

Выбор метода, которым можно сварить алюминий дома, определяется имеющимся оборудованием. Разработано несколько способов, но популярными стали только три.

Вольфрамовым электродом

Этим способом сваривают алюминий, когда к прочности шва предъявляются жесткие требования. Он создается за счет плавления присадочной проволоки диаметром 1,6 — 4 мм дугой, создаваемой неплавящимся электродом из вольфрама. Для защиты от окисления к месту сварки подается аргон или гелий.

Работа выполняется на переменном токе. Если работа проводится в помещении, расход газа настраивают в пределах 5 — 8 л/мин, на улице больше. Диаметр электрода и сила тока в зависимости от толщины деталей определяются по таблице:

При выполнении сварки следует учитывать нюансы метода:

• длину дуги поддерживают на уровне 2,5 мм;
• электрод устанавливается под углом 80⁰ к стыку;
• проволока подается под углом 90⁰ к электроду;
• горелку с электродом перемещают следом за проволокой без поперечных движений;
• для равномерного заполнения стыка проволоку подают короткими отрезками;
• на конце электрода должен образоваться шарик правильной формы, если нет — нужно увеличить ток;
• газ подают за 4 — 5 секунд до сварки изделий, после завершения перекрывают спустя 6 — 7 сек.

Плавящимся электродом

Сваркой электродами с покрытием соединяются заготовки толщиной от 4 мм, если нет высоких требований к качеству и прочности. Процесс сопровождается бурным разбрызгиванием плавящегося металла. Шов получается рыхлым, поскольку в нем остаются поры. Шлак, способствующий развитию коррозии, удаляется с трудом. Несмотря на недостатки эта технология очень популярна, поскольку выполняется без дорогостоящего оборудования и расходных материалов.

Электродами, обмазка которых при испарении создает защитную среду, проводится сварка алюминия и его сплавов большинства марок. Лучшими признаны марки УАНА и ОЗАНА. Перед применением их рекомендуется прокаливать. Если специальных электродов нет, вместо них можно использовать алюминиевые жилы кабелей. Их обмазывают смесью порошкового мела с жидким стеклом, чтобы получился слой 1,5 — 2 мм с последующей просушкой.

Сварка проводится постоянным током с обратной полярностью. Лучше пользоваться инвертором, но подойдет и самодельный аппарат. Сила тока выбирается исходя из того, что на 1 мм толщины деталей должно приходиться 25 — 30 А. Для улучшения проплавки края заготовок в зависимости от толщины нагреваются до температуры 300 — 400⁰C. После завершения работы месту соединения дают медленно остыть, чтобы уменьшить риск растрескивания и деформации.

Из-за низкой температуры плавления алюминиевые электроды сгорают быстрей, чем стальные аналоги, поэтому сварка выполняется быстрей. Их ведут вдоль стыка без поперечных колебаний, стараясь заварить шов без остановок. Прерывание дуги приводит к образованию на кончике электрода и в ванне пленки из шлака, которая затруднит повторный розжиг.

Сразу после завершения со шва оббивают шлак. Для удаления мелких крошек соединение промывают водой и чистят жесткой щеткой. Для полной уверенности в отсутствии частичек шлака дополнительно проходятся щеткой со стальной щетиной.

Полуавтоматом

Качественная сварка алюминия и его сплавов с созданием монолитных красивых швов выполняется полуавтоматами, работающими в импульсном режиме. Оксидная пленка разбивается кратковременным разрядом высокого напряжения, которое затем снижается до исходного значения. По такому же принципу происходит «вбивание» капель в зоне сварки. Однако, из-за высокой цены оборудования, оно редко используется домашними мастерами. Чаще приспосабливают обычные полуавтоматы, так как варить алюминий ими дома можно с хорошим качеством. Однако на аппарате без дополнительных опций оптимальные настройки придется подбирать экспериментальным путем.

Работая по этой технологии, следует учитывать ее особенности:

1. Работа проводится на постоянном токе с обратной полярностью. Величину тока можно выставлять по таблице для вольфрамового электрода с последующей корректировкой.
2. У мягкой алюминиевой проволоки есть склонность к образованию петель. Для устранения этого недостатка ее подают механизмом с четырьмя роликами через укороченный рукав с тефлоновым вкладышем.
3. Из-за высокого температурного расширения алюминия проволока может застревать в отверстии наконечника. Проблема решается заменой на другой с большим диаметром или с маркировкой «Al».
4. Из-за быстрого сгорания скорость подачи алюминиевой проволоки устанавливается больше чем при работе со стальной. Иначе она начнет плавиться внутри наконечника, выводя его из строя.

Подготовка поверхностей к сварке

Под правильным свариванием алюминия подразумевается не только настройка параметров процесса, но и предварительная обработка заготовок:

1. Место соединения на расстоянии 2 — 3 см от стыка очищают от грязи и обезжиривают любым растворителем.
2. При сварке деталей толщиной больше 4 мм неплавящимися электродами с кромок снимают фаски под углом 45 — 65⁰. У листов толщиной до 1,5 мм делают отбортовку торцов. У заготовок, соединяемых плавящимися электродами с покрытием, кромки разделывают, если толщина больше 20 мм.
3. Прежде чем сваривать алюминий, с поверхностей возле стыка напильником или металлической щеткой удаляется оксидная пленка. Обработка проводится без надавливания, чтобы в царапинах не остались ее частички.

Технология сварки алюминия

Этапы сварки алюминия в домашних условиях одинаковы для всех способов:

• заготовки предварительно нагревают до 150⁰C;
• на аппарате выставляются настройки выбранного режима;
• зажигают дугу контактным или бесконтактным методом;
• наплавляют сварочную ванну до появления на поверхности зеркального пятна;
• затем подают присадочную проволоку, если это предусмотрено технологией, и начинают перемещать электрод вдоль стыка.

Полезные советы

Повысить качественные показатели сварки алюминия в домашних условиях помогут рекомендации специалистов:

• разделывая кромки, следует учитывать, что при уменьшении угла фасок увеличивается ширина шва;
• при соединении деталей толщиной больше 7 мм между ними нужно оставить зазор 2 мм;
• чтобы шов получился ровным по ширине, детали сначала прихватывают с обеих сторон;
• перед завариванием трещину расширяют и углубляют, так как варить алюминий без ее заполнения бесполезно;
• толстостенные детали сваривают в несколько проходов до заполнения стыка, удаляя шлак с каждого шва.

Узнав как сваривать алюминий в домашних условиях можно переходить к практике. Однако, чтобы не стать жертвой несчастного случая, прежде нужно запастись одеждой и перчатками из огнеупорного материала. Для работы дома лучше приобрести аппарат с возможностью проведения ручной и аргонодуговой сварки.

Собака против кошки: как сварить алюминий и сталь?

Вопрос как сварить алюминий и сталь способен озадачить едва ли не каждого сварщика. Трудности при этих двух металлов вызваны их разными физико-химическими свойствами. Давайте вместе разберемся почему так происходит и из-за чего процесс такой сварки иногда сравнивают как отношения дворовой собаки с кошкой.

Чем вызвана проблема?

Сварить алюминий и сталь сложно в силу разных причин, к которым относятся:
— большая разница температур, при которых происходит плавление каждого из этих металлов;
— резкое термические напряжения на границе алюминия и стали из-за разной теплоемкости;
— появления окисленных инклюзий в сварном шве из-за оксидной пленки, которая туго плавится;
— возникновение хрупких интерметаллидов.

Какие виды сварки могут применяться?

Чтобы сварить алюминий и сталь применяют несколько видов сварки:
сварка в среде аргона; ультразвуковая, холодная сварка, диффузионно-вакуумная, контактная.
Чаще всего используется аргонодуговая сварка с неплавящимся электродом.

Предварительная подготовка

Процесс предварительной подготовки предусматривает несколько этапов. Вначале делается разделка кромок под углом 70°, после чего производится зачистка металлов щеткой, наждачным кругом или пескоструем. Затем следует обезжиривание свариваемых деталей, тщательная промывка. После просыхания весьма желательно протравить алюминий и сталь серной кислотой, повторно промыть их, посушить.

Следующий шаг – флюсование (1 часть КF и 1 часть КСl). После этого на стальные кромки гальваническим методом или посредством горячего погружения наносится совместимый металл или комбинация металлов, например цинк с медью. Они дают возможность получить сварной шов приемлемого качества. Стоит отметить, чаще всего в качестве активирующего покрытия применяется цинк, так как он способствует лучшему растеканию алюминия.

Схема аргонодуговой сварки:1 алюминий или сплав этого металла; 2 комбинированное или цинковое покрытие; 3 сталь; 4 присадка

Обратите внимание, для получения качественного сварного шва не допустимо применение электродугой металлизации для нанесения итерметаллидной прослойки. В противоположном случае промежуточное покрытие окисляется и в конечном итоге шов будет хрупким, не красивым.

При гальваническом нанесении цинка (в качестве покрытия) его толщина должна быть не менее 0,03 — 0,04мм. Метод горячего цинковании требует немного большей толщины Zn — 0,06 — 0,09мм. Кроме того, весьма желательно сделать алитирование стали. Такая технология предусматривает во время флюсования нанесение слоя алюминия толщиной 0.5 -1.5 мм на кромки стальной свариваемой части. Как вариант возможно нанесения алюминиевых валиков на саму сталь.

Для аустенитных сталей алитирование проводят после механической очистки щеткой или пескоструйной обработки, после чего применение флюса уже не требуется. Оптимальный температурный режим алитирования 750 — 800 °С, а время выдержки — до 5 минут. Длительность процесса зависит от размеров детали. Как вариант для алитирования кромок стальных деталей возможно применение высокочастотных токов.

Как сварить алюминий со сталью аргонодуговой сваркой — особенности процесса

Если сравнить обычную сварку алюминия аргоном со сваркой этого металла со сталью, то стоит обратить внимание на сварочную дугу. В последнем случае в начале наплавки первого шва — на присадочном прутке, а в процессе сварки — на присадочном прутке и образующемся валике. Это вызвано необходимостью упредить выгорание цинка, которое может произойти при длительном температурном воздействии сварочной дуги на поверхность стали.

Зажигание сварочной дуги должно происходить над кромкой на расстоянии 1-2 мм, то есть соответствовать диаметру вольфрамового электрода. После появления первого валика дуга повторно зажигается (после небольшого перерыва) на алюминиевом валике. При сварке встык дугу ведут по кромке алюминиевой детали, а присадку — по кромке стальной детали. Благодаря таким действиям жидкий алюминий наплывает на поверхность оцинкованной или алитированной стали.

В зависимости от типа соединения при сварке важно соблюдать очередность наложения валиков в сварном шве на его лицевой и обратной стороне. Это даст возможность получить необходимое перекрытие. Стоит обратить внимание на скорость сварки, определяющей время процесса соединения жидкого алюминия со стальной частью детали. Другими словами, этот параметр определяет нужную толщину и, собственно, стабильность промежуточной металлической прослойки. Для самых первых слоев необходимая скорость наложения шва 7-10 м/ч, после — 12-15 м/ч.

Сварка алюминия и стали часто применятся в радиоэлектронике, авиационной промышленности, при изготовлении бытовой техники. Соединение таких разных материалов дает возможность элементам конструкций, деталям совмещать в себе преимущества этих двух металлов. Чтобы получить сварной шов необходимого качества требуется провести соотвествующую предварительную подготовку, использовать переходные совместимые металлы (или их комбинации) и соблюдать технологию сварки. Таким образом мы сделали обзор основных моментов, позволяющих ответить на вопрос: «Как сварить алюминий и сталь в условиях цеха».

Технология сварки алюминия и его сплавов

Температура плавления алюминия 660°С, окисной пленки 2060°С

Марка

Свариваемость

Технологические особенности сварки

Технически чистый алюминий

АД00, АД0, АДД, АД

Электродная проволока Св-А1, Св-А000, Св-85Т. Защитные газы Ar, He и их смеси

Деформируемые, термически не упрочняемые сплавы

Деформируемые, термически упрочняемые сплавы

АД31, АДЗЗ, АД35 АВ, АК6, АК8

Электродная проволока Св-АК5, Св-1557
Защитные газы Ar, He и их смеси

Литейные сплавы

АЛ 1, АЛ2, АЛ9, АЛ 25, АЛ 26

Электродная проволока той же марки, что и основной металл

Защитные газы Ar, He и их смеси

АЛЗ, АЛ4, АЛ5, АЛ7, АЛ8, АЛ 10В

Трудности при сварке

• высокая температура плавления окисной пленки по сравнению с температурой плавления алюминия;
• высокая теплопроводность:
• образование значительных остаточных напряжений и деформаций;
• нерастворимость окисной пленки в жидком металле сварочной ванны;
• при нагреве нет явных признаков перехода алюминия и его сплавов в жидкое состояние;
• образование кристаллизационных трещин.

Подготовка к сварке

Резку и подготовку кромок деталей из алюминия и его сплавов следует вести механическими способами

Стыковое соединение металла разной толщины

Конструктивные элементы подготовки кромок (размеры приведены в мм)

Конструктивные элементы подготовки кромок при сварке со сквозным проплавлсннем н формированием шва на весу

При сварке за один проход может возникнуть надрез корня шва

При снятии фаски с обратной стороны стыкуемых кромок надрез не возникает. Для снятия фасок можно использовать напильник

Свариваемые поверхности тщательно очищают от смазки, на ширине 100-150 мм от кромок обезжиривают ацетоном, уайт-спиритом или другим растворителем.

Пленку окиси алюминия удаляют механически или химическим травлением.

При механической обработке (непосредственно перед сваркой) кромки зачищают на ширину 25-30 мм абразивной бумагой, шабером или щеткой из нержавеющей проволоки диаметром не более 0,15 мм.

Химическое травление проводят в течение 0,5-1 мин в растворе, состоящем из 50г едкого натра и 45г фтористого натрия на 1 л воды. После травления поверхность промывают проточной водой, а затем осветляют в 30-35%-ном растворе азотной кислоты (для алюминия и сплавов типа АМц) или в 25%-ном растворе ортофосфорной кислоты (для сплавов типа АМг и В95). После повторной промывки поверхность сушат до полного испарения влаги.

Алюминиевую сварочную проволоку перед сваркой тоже обрабатывают. Сначала ее обезжиривают, а затем подвергают травлению в 15%-ном растворе едкого натра в течение 5-10 мин при 60-70°С. после чего следует промывка в холодной воде и сушка при температуре 300°С в течение 10-30 мин.

Подготовленные к сварке материалы сохраняют свои свойства 3-4 дня. Позже на поверхности вновь образуется окисная пленка.

Детали из алюминия и его сплавов собирают в приспособлениях или на прихватках, выполняемых аргонодуговой сваркой W-электродом. Расстояние между прихватками должно быть не более 150-180 мм.

Поверхности прихваток непосредственно перед сваркой зачищают металлическими щетками. Обнаруженные дефектные прихватки удаляют, и стыки прихватывают повторно. При сварке прихватки полностью переплавляют.

Выбор параметров режима

Сварку ведут на постоянном токе обрат ной полярности. Защитным газом служит apгон или гелий и их смеси. Непосредственно перед сваркой кромки обезжиривают .

Диаметр сопел горелок выбирают равным не менее 18-22 мм.

Длина дуги должна составлять 2-6 мм, а сварочный ток — быть больше, чем при ручной аргонодуговой сварке W-электродом. Сварку выполняют за один проходили двусторонними швами.

Процесс сварки может быть: импульсно-дуговым (ИДС), струйным (СТР) или с короткими замыканиями дуги (КЗ).