Содержание:
Алюминий и его сплавы – достаточно сложный конструкционный материал для сварки. Это обусловлено особыми химическими и физико-механическими свойствами этого цветного металла. Однако существует несколько современных технологий, которые позволяют выполнять прочные и аккуратные сварные швы на алюминиевых металлоизделиях и крупных металлоконструкциях различного назначения – от бытовых изделий, до авиатехники.
Почему алюминий трудно сваривать?
Повышенная теплопроводность и низкая температура плавления, в сочетании с чрезмерной текучестью расплава, а также высокая окисляемость и тугоплавкость оксида, покрывающего заготовку тонким слоем, делают сварку этого легкого цветного металла крайне сложной.
Для проведения сварочных работ необходимо учитывать большое количество рабочих параметров, точно настроить аппарат и обладать повышенной квалификацией. Сварщик должен иметь большой опыт и высокий разряд, чтобы в процессе сварки алюминиевых заготовок контролировать весь процесс и грамотно обходить все сложные особенности алюминия.
Особенности алюминия
- Повышенная окисляемость на воздухе. Алюминий легко окисляется, образуя тугоплавкую пленку оксида (Al2O3). Она имеет температуру плавления +2050°C, что в три раза выше, чем температура плавления самого металла. Оксидная пленка препятствует проникновению расплавленного металла в рабочую ванну, что затрудняет процесс сварки и приводит к образованию пор и трещин в сварном шве. Чтобы предотвратить окисление алюминия, необходимо тщательно очистить поверхность свариваемых деталей от загрязнений и оксидной пленки. Для этого можно использовать механические методы очистки (шлифование, пескоструйная обработка и т.п.), а также химические методы (травление кислотами). Во время сварки необходимо защищать рабочую зону от окисления с помощью флюса или защитного газа, ограничивая тем самым доступ кислорода из воздуха в ванну расплава.
- Высокая теплопроводность. Алюминий быстро отводит тепло от сварной зоны. Если для нержавеющей стали присуща низкая теплопроводность и это проблема при сварке нержавейки, то с алюминием все наоборот и это также серьезная проблема. Повышенная теплопроводность может привести к перегреву заготовки и образованию трещин.
- Низкая температура плавления. Температура плавления алюминия составляет всего +660°C. Это означает, что для его сварки требуется меньше энергии, чем для других металлов. Однако это также может привести к перегреву заготовки и образованию трещин.
Чтобы избежать перегрева, необходимо подобрать правильный режим и поддерживать оптимальную силу тока.
Кроме вышеперечисленных особенностей, сварку алюминия затрудняют следующие факторы.
- Большой коэффициент линейного расширения часто становится причиной сильной деформации при нагреве. Это может привести к образованию трещин в сварном шве.
- Высокая растворимость водорода приводит при остывании к его выделению с образованием пор и трещин.
Способы сварки алюминия
Для сварки алюминия используют три основные технологии:
- ручная дуговая (MMA);
- полуавтоматическая (MIG/MAG);
- аргонодуговая (TIG).
В некоторых случаях применяют плазменную сварку, как частный случай TIG-сварки, однако это достаточно сложная и дорогая технология.
Ручная дуговая (MMA)
Ручная дуговая MMA-сварка – наиболее простой и доступный способ с использованием электрода с флюсом. Электрическая дуга расплавляет как электрод, так и сам металл, формируя сварной шов.
К преимуществам можно отнести простоту и невысокую стоимость оборудования, возможность работы в труднодоступных местах, а также сваривание заготовок различной толщины.
Среди недостатков: риск образования дефектов, а также необходимость высокого разряда и большого опыта сварщика.
Полуавтоматическая (MIG/MAG)
Сварка полуавтоматами в защитной среде активных (MAG) или инертных (MIG) газов является более производительным способом, чем предыдущая технология. Для этого используют сварную проволоку, которая подается в рабочую зону в автоматическом режиме.
Полуавтоматическая сварка имеет ряд преимуществ:
- высокая производительность;
- низкий риск образования дефектов;
- возможность сварки в труднодоступных местах.
К недостаткам относят сложность настройки и выбора рабочих режимов сварочного полуавтомата, а также необходимость в использовании защитных газов и газобаллонного оборудования.
Аргонодуговая (TIG)
Аргонодуговая сварка в защитной среде инертных газов (TIG) является наиболее высокотехнологичным способом, с помощью которого удается добиться безупречного качества сварного шва. Для TIG-сварки используют неплавящиеся вольфрамовые электроды, а в рабочую зону непрерывно подается защищающий расплав от окисления инертный газ.
Аргон наиболее подходит для этих целей. Он дешевый и доступный. При этом аргон отлично защищает сварочную ванну от воздействия кислорода, что предотвращает окисление металла, а также образование пор и трещин в сварном шве.
Высокое качество сварного шва, низкий риск образования сварочных дефектов и возможность соединения алюминиевых заготовок различной толщины – главные преимущества TIG-сварки.
К недостаткам относят сложность выбора оптимального режима сварочных работ, необходимость использования аргона и повышенные требования к квалификации сварщика.
Для соединения тонких деталей толщиной до 2 мм рекомендовано применять ручную дуговую сварку или использовать полуавтоматы с подачей защитного газа. Для соединения толстых деталей толщиной более 2 мм рекомендуется использовать аргонодуговую сварку.