Коробление при сварке алюминия

Как предотвратить проблемы при сварке алюминия?

Проблемы при сварке алюминия часто становятся больной темой для неопытных сварщиков. Чтобы в ваших алюминиевых сварных швах не появлялись дефекты, первым делом узнайте, как предотвратить их появление – и примите превентивные меры.

Быстрое и эффективное устранение проблем в ваших сварочных работах может сослужить вам хорошую службу в минимизации простоев и излишних затрат. Однако еще более полезно – узнать, как с самого начала предотвратить эти проблемы, независимо от того, какой материал вы используете при сварке.

Сварка алюминия предполагает решение специфических задач. Обладая низкой температурой плавления и высокой теплопроводностью, алюминий к тому же особо склонен к прожёгу на тонких участках металла, в то время как на толстых участках может наблюдаться непровар. Серьезной проблемой также являются дефекты сварки алюминия, такие как трещины, нагар и копоть, пористость в сварных швах.

Тем не менее, коррозионная стойкость алюминия, высокое отношение предела прочности к весу в сочетании с высокой электропроводностью делают его отличным материалом для многих областей применения – от аэрокосмической промышленности до теплообменников, изготовления прицепов и, в последнее время, автомобильных кузовных панелей и рам.

Во избежание негативных воздействий на производительность и качество сварки, важно понять причины дефектов сварки алюминия, принять меры для их предотвращения и найти способы быстрого устранения оплошностей, если таковые возникают. Вот ответы на некоторые распространенные вопросы, которые помогут вам разрешить проблемы при сварке алюминия, возникающие на производстве.

Проблемы при сварке алюминия — причина появления шовных трещин

Горячее растрескивание и растрескивание под действием напряжения может произойти при автоматической дуговой сварке в среде инертного газа плавящимся электродом (GMAW) и неплавящимся электродом (GTAW).

При наличии любого вида трещин, даже маленьких, сварной шов не отвечает требованиям стандартов и, в конечном счете, может разрушиться.

Горячее растрескивание – это преимущественно химическое явление, в то время как растрескивание под напряжением – следствие механических нагрузок.

К примеру, некоторые сплавы, такие как серия 6000, более склонны к растрескиванию, чем другие. Второй фактор – это присадочный металл, который вы используете.

Третьим фактором является конструкция сварного соединения – некоторые конструкции ограничивают добавление присадочного металла.

Растрескивание под действием напряжения может произойти, когда сварной шов на алюминии охлаждается, и во время затвердевания присутствует чрезмерное напряжение усадки. Это может быть связано с вогнутым профилем наплавленного валика, слишком медленной скоростью перемещения электрода, жёстким защемлением свариваемых элементов или оседанием металла в конце сварного шва (кратерная трещина).

Как предотвратить появление трещин?

Проблемы при сварке алюминия в виде горячего растрескивания в некоторых случаях можно легко решить. Для этого достаточно выбрать присадочный металл, химические свойства которого обуславливают более низкую чувствительность к растрескиванию при сварке.

Каждый присадочный металл на основе алюминия имеет классификацию по стандарту AWS (Американское общество сварщиков), которая соответствует его регистрационному номеру Ассоциации производителей алюминия, а вместе они определяют химические свойства конкретного сплава.

Всегда обращайтесь к проверенным руководствам по выбору присадочного материала, поскольку не все присадочные материалы на основе алюминия подходят для каждого основного металла из алюминиевого сплава.

Некоторые руководства по присадочным материалам дают рекомендации, непосредственно касающиеся ряда сварочных характеристик, таких как склонность к растрескиванию, прочность, пластичность, коррозионная стойкость, высокотемпературная прочность, сочетание оттенков цветов после анодирования, термообработка шва после сварки и ударная вязкость. Если вас беспокоит возможность растрескивания, выберите присадочный материал с самым высоким рейтингом в категории растрескивания.

Помимо этого, используйте такую конструкцию сварного соединения, которая может предотвратить образование горячих трещин. Например, хорошо использовать сварное соединение со скошенными кромками, так как эта конструкция позволяет добавить больше присадочного металла, что приводит к большему разбавлению основного металла и, как следствие, уменьшает его склонность к растрескиванию.

Растрескивание под напряжением можно предотвратить использованием присадочного металла, содержащего кремний. Этот тип присадочного металла снижает усадочные напряжения, когда это возможно, особенно в трещиноопасных зонах, таких как начало и конец сварного шва (или кратеры).

Также используйте функцию автоматического заполнения кратера или другие надежные методы заполнения кратера.

Еще один вариант борьбы с растрескиванием – предварительный подогрев. Он сводит к минимуму уровень остаточных напряжений в основном металле при сварке и после нее. Внимательный контроль количества подводимой теплоты имеет ключевое значение в этом деле. Для некоторых сплавов излишний подогрев может неприемлемо снизить предел прочности на растяжение основного металла.

Как лучше всего избежать прожёга и непровара

Использование импульсной GMAW-сварки – хорошая защита от прожёга алюминия толщиной 1/8 дюйма или тоньше. При этом способе сварки источники питания работают, переключаясь между высоким пиковым током и низким базовым током.

В фазе пикового тока от алюминиевой проволоки отрывается капля и движется к сварному соединению, в то время как в фазе низкого базового тока дуга остается стабильной, и перенос металла отсутствует. Сочетание высокого пикового и низкого базового токов снижает подвод теплоты.

Таким образом предотвращается прожёг, а образование брызг будет минимальным или нулевым.

Проблемы при сварке алюминия значительной толщины весьма часто возникают из-за слабой силы тока. Поэтому учитывайте такие моменты во время работы. Обязательно установите достаточно высокую силу тока, это поможет полноценно проварить соединение.

Хороший практический метод – использовать 250А для сварки материала толщиной 1/4 дюйма и 350А для сварки материала толщиной 1/2 дюйма. В некоторых случаях есть смысл добавить гелий в защитную газовую смесь, чтобы обеспечить более горячую дугу с лучшим проваром шва на более толстых участках.

Для процесса GMAW-сварки хорошо использовать смесь 75% гелия с 25% аргона. При GTAW-сварке толстых участков алюминия используйте смесь 25% гелия и 75% аргона, чтобы улучшить провар.

Почему на сварном шве появились цвета побежалости?

Цвета побежалости и сажа появляются, если на основном металле и сварном шве скопились оксиды алюминия или магния. Это явление наиболее распространено при GMAW-сварке, поскольку при прохождении сварочной проволоки через дугу и плавлении некоторая её часть нагревается до температуры парообразования и конденсируется на более холодном основном металле, который недостаточно защищен средой инертного газа.

Выбор подходящего присадочного металла – к примеру, из алюминиевого сплава серии 4000, который практически не содержит магния (по сравнению с 5000 серией алюминиевой присадки, которая содержит около 5% магния) – снижает вероятность того, что материал проволоки испарится в дуге и конденсируется на сварном шве в виде сажи.

Уменьшение расстояния от контактного наконечника до свариваемого изделия (CTWD), правильный угол наклона сварочного пистолета и скорость истечения защитного газа также препятствуют появлению цветов побежалости.

Всегда держите сопло чистым от брызг, чтобы обеспечить постоянный поток газа для защиты сварочной ванны.

Как устранить пористость?

Пористость – это общая неоднородность, формирующаяся главным образом из-за того, что водород попадает в сварочную ванну во время плавления и остается внутри сварного шва после его затвердения. Вы можете сделать несколько вещей, чтобы её предотвратить. Во-первых, убедитесь, что основной металл и присадочный метал чистые и сухие.

Перед сваркой протрите алюминий с помощью растворителя и чистой тряпки, чтобы удалить всю краску, масло, жир либо смазочные материалы, которые могут привести к попаданию углеводородов в сварной шов. Затем почистите сварное соединение щеткой из нержавеющей стали, предназначенной для этой работы.

Если основной металл из алюминиевого сплава хранился в прохладном месте, позвольте ему прогреться при температуре цеха в течение 24 часов. Это предотвращает образование конденсата на алюминии.

Хранение неупакованного присадочного металла в обогреваемом шкафу или помещении также снижает риск возникновения пористости. Это позволяет избежать условий точки росы и сводит к минимуму вероятность образования гидроксида на поверхности проволоки для GMAW-сварки или прутков для GTAW-сварки.

Заказывать присадочные металлы следует у проверенных производителей. Это связано с тем, что такие компании, как правило, тщательно очищают проволоку и прутки от вредных оксидов для GTAW-сварки, а также соблюдают все процедуры, необходимые для минимизации водородосодержащих осадочных соединений.

И, наконец, рассмотрите возможность приобретения защитного газа с низкой точкой росы. Такие действия помогут предотвратить пористость шва. Соблюдайте все рекомендованные сварочные процедуры, касающиеся расхода защитного газа и цикла продувки.

Как и для любого метода сварки любых материалов, необходимо выполнить ряд рекомендаций, чтобы получить хороший результат.

Механические и химические свойства алюминия таковы, что его сварка может оказаться непростой задачей.

Всегда используйте самые эффективные методы очистки и хранения материалов и присадки, тщательно выбирайте правильное оборудование. Ведь проблемы при сварке алюминия всегда легче упредить, чем решать их постфактум.

Источник: https://blog.svarcom.net/news/222problemy-pri-svarke-alyuminiya.html

Как варить алюминий – подготовка изделий, методы и способы сварки (105 фото)

Алюминий – это один из самых распространенных металлов. Он имеет небольшой удельный вес, хорошую теплопроводность, высокую стойкость к действиям внешних факторов. Но недостаточная прочность и быстрая окисляемость ограничивают его применение в чистом виде.

Большую популярность снискали сплавы металла с добавлением марганца или кремния. Из них получают неразъемные конструкции с помощью сварки. Статья расскажет о том, как правильно варить алюминий.

Трудности при сварке алюминия

Большинство сплавов на основе алюминия считаются трудносвариваемыми. На это есть несколько причин:

Наличие на поверхности металла тугоплавкой оксидной пленки, разрушение которой наступает при температуре свыше 20000. Сам же металл плавится при гораздо более низкой температуре – 6600. Такой температурный градиент ухудшает условия для качественного сплавления кромок деталей: сварочная ванна мгновенно покрывается окислами.

В составе металла присутствует водород в растворенном виде. При кристаллизации шва он стремится выйти на поверхность валика. Так образуются характерные для алюминия дефекты – поры. А повышенное содержание кремния увеличивает риск появления горячих трещин.

Алюминий известен своей жидкотекучестью в расплавленном состоянии, что негативно влияет на свариваемость. Проблему можно решить, используя специальные теплоотводящие пластины и подкладки.

Подготовка изделий к сварке

Предваряющим этапом сварки алюминия является тщательная подготовка кромок к сплавлению. Это важный момент для получения качественного соединения. Следует уделять внимание разделке кромок и их зачистке.

Стыковые швы на металле до 4 мм не нуждаются в разделке. С возрастанием толщины металла до 5 мм и выше применяют V-образный скос с одной стороны детали. Для толстолистового алюминия характерен двусторонний скос в форме “Х”. Требуемую конфигурацию кромок получают механически: шлифованием, фрезерованием, строганием.

Цель зачистки – разрушить оксидный слой, очистить поверхность от масел и прочих загрязнений.

Процесс осуществляют двумя способами:

Механическая обработка. Кромки свариваемых деталей зачищают с 2-х сторон на ширину не менее 20 мм щетками металлическими с нержавеющим ворсом или специальными абразивными кругами по алюминию. После чего участки обработки обезжиривают растворителем. Среднее время хранения деталей после мехобработки и обезжиривания до сварки не должно превышать более 3ч.

Химическая обработка. Заготовки подвергают травлению в ваннах с 5-10% раствором NaOH. Травильный шлам (темный осадок) с поверхностей деталей удаляют последующим осветлением в азотной кислоте в течение 5 мин.

Обезжириванию подвергается и присадочный материал.

Способы сварки алюминия

В заводских и домашних условиях распространение получили 3 способа сварки алюминия: сварка плавящимся электродом с защитным газом (MIG), не плавящимся электродом (TIG) в аргоне и плавящимся электродом без газовой защиты.

Каждый вид характеризуется своими особенностями – применяемым оборудованием, расходными материалами, режимами сварки.

Фото сварки алюминия показаны в нашей галерее.

MIG сварка алюминия

Для полуавтоматической сварки алюминия использую как универсальные, так и импульсные инвенторы. Последние позволяют получить очень качественное соединение.

Электродом выступает специальная алюминиевая проволока со сплошным сечением (Св-АМг5, Св-АМЦ и т.д. в зависимости от материала заготовок), подающаяся в сварочный аппарат с помощью роликов.

Параметры сварки – постоянный ток, обратная полярность. Для защиты ванны в зону сварки подают аргон или его смеси с гелием или углекислотой в соотношении 80/20% соответственно.

Как варить алюминий полуавтоматом? Ответ зависит от пространственного положения и вида соединения. Так, для стыковых швов без скоса кромок в нижнем положении сварку ведут без поперечных колебаний электрода. При многослойной сварке деталей с разделкой последние швы накладывают с небольшими поперечными перемещениями электрода.

Для предотвращения образования на концах шва кратеров используют выводные планки.

TIG сварка алюминия

Данная технология предусматривает применение вольфрамового неплавящегося электрода диаметром 1,6-5 мм в зависимости от толщины заготовки и присадочного материала, в качестве которого выступает аналогичная по диаметру алюминиевая проволока или прутки.

Защитный газ – аргон повышенной чистоты. Оборудование – аргонодуговой инвентор, например TRITON ALUTIG 200Р AC/DC.

Несколько советов, как варить алюминий аргоном:

Наклон электрода к детали должен быть в диапазоне 70–800, а угол между присадкой и вольфрамовым стержнем около 900. Рекомендуемая длина дуги от 1,5 до 2,5 м. При наложении швов первой перемещается присадка, а за ней горелка.

Для исключения перегрева металла, сквозных прожогов тонколистовых заготовок, под ними располагают медные пластинки, которые эффективно отводят тепло. В зону сварки аргон подают за 3-4 сек. до начала прохода, а прекращают подачу спустя 5-7 сек. после обрыва дуги.

В сравнении с полуавтоматической сваркой, сварка не плавящимся электродом на правильно подобранных режимах уменьшает коробление изделий и снижает трудоемкость зачистки. Но чуть более длительная по времени.

Сварка плавящимся электродом без газовой защиты

Варить алюминий в домашних условиях можно электродами марок УАНА и ОЗАНА с щелочно-солевым покрытием.

Работы проводят на постоянном токе обратной полярности. Значение подбирают в соответствии с соотношением: с увеличением диаметра электрода на 1мм увеличивается ток на 25-30 А. Так, для стержня диаметром 3,2 мм диапазон тока 80-100 А. Многие производители указывают оптимальные режимы сварки на упаковках электродов.

Для сварки небольших, но толстолистовых деталей необходим предварительный подогрев. Для сварки крупногабаритных изделий используют локальный прогрев с помощью газовых горелок. Мероприятия направлены на снижение вероятности образования кристаллизационных трещин и коробления.

Перед сваркой электроды прокаливают в печах или электропеналах. Сварку ведут короткой дугой, обрыв дуги до завершения сварного шва нежелателен.

Технология сварки алюминия имеет свои нюансы, ее освоение займет некоторое время. Конечный вид изделия, презентабельность, геометрия сварного шва, наличие наружных и внутренних дефектов полностью зависит от соблюдения всех правил и рекомендаций подготовительных и сварочных работ.

Фото рекомендации как варить алюминий

Также рекомендуем посетить:

Источник: https://zdesinstrument.ru/kak-varit-alyuminij/