Технология сварки алюминия

Высокая активность алюминия с кислородом способствует созданию на его поверхности тугоплавкой пленки  оксида алюминия (А1203), которая препятствует сплавлению основного и электродного металлов. Это происходит из-за большой разницы температур, требуемых для плавления. Так как для плавления основного металла требуется всего 658°С, а оксид алюминия плавится при температуре 2050°С, то в массиве сварочного шва появляются непровары и шлаковые включения. Это отрицательно сказывается на механической прочности сварного соединения и чтобы преодолеть эту технологическую трудность, нужно применять ряд специальных способов. Свариваемости алюминия мешают органические водосодержащие загрязнения (пыль, жировая пленка и т.д.), имеющиеся на кромках свариваемых деталей, а легирование некоторых сплавов повышенной прочности цинком и магнием становится причиной появления холодных трещин. Адсорбированная влага, газонасыщенность основного    и    присадочного    материалов способствуют появлению большого количества пор. Учитывая все вышеизложенные явления, препятствующие нормальному свариванию алюминия, кромки и поверхности перед сваркой нужно тщательно готовить.

Подготовительный этап   включает в себя обязательную очистку свариваемых деталей проволоки от следов краски, жировых включений, а имеющуюся пленку оксида удаляют механическим или химическим путем. Для обезжиривания используют авиационный бензин, уайт-спирит, ацетон технический и растворители, изготовленные на их основе.

После обезжиривания свариваемые поверхности подвергают химической обработке. Процесс химической обработки включает в себя:

• травление свариваемых деталей в растворе едкого натра (NaOH) и натра фтористого (NaF) в соотношении 1:1 продолжительностью 1 — 2 минуты;
• промывку в горячей проточной воде при температуре не ниже 50°С, а после этого — в холодной воде;
• осветление в течение 1-2 минуты при комнатной температуре в растворе азотной кислоты (HN03) с концентрацией не ниже 350 — 425 г/л;
• промывку в горячей проточной воде с последующей естественной сушкой.

Для удаления оксидной пленки часто применяют сварочный флюс АФ-4А. Обезжиривание, травление и осветление выполняют не позже, чем за 2 — 4 часа до начала сварочных работ. Для этого сварочную проволоку разделяют на мотки, массой не более 5 кг, таким образом, чтобы в процессе обработки витки не соприкасались друг с другом. Обработку проводят при вертикальном положении мотка. Поверхность обработанных деталей и проволоки должна быть серебристо-матового цвета без загрязнений и желтого налета. В случаях, когда сварочная проволока не используется сразу же после химической обработки, ее упаковывают в полиэтиленовую пленку и хранят в герметической таре. Срок такого хранения ни в коем случае не должен превышать 36 часов, а если это условие не соблюдается, то проводят повторную обработку. При этом количество повторных обработок сварочной проволоки должно быть более двух. Нельзя брать проволоку и касаться свариваемых поверхностей голыми руками. Лучше всего для этого использовать чистые хлопчатобумажные рукавицы.

Непосредственно перед сварочными работами кромки деталей и прилегающие к ним участки зачищают шабером до металлического блеска. Отрезок времени между химической обработкой и механической зачисткой не должен быть более 4 часов. Нельзя для этого использовать обработку абразивными кругами или шлифовальной бумагой, в также нельзя применять пескоструйные и дробеструйные аппараты, так как это может привести к появлению шлаковых включений в массиве шва и к другим дефектам, что будет отражаться на качестве сварного соединения.

Предсварочную сборку деталей выполняют при помощи механических приспособлений, обеспечивающих жесткое крепление. Для этого используют специальные кондукторы, прижимные устройства, тиски, различного вида струбцины и т.д. Свариваемые детали сжимают между собой так, чтобы зазор между ними был минимальный. Усилие сжатия для деталей толщиной до 4 мм должно быть не менее 1,2 кН (10 кгс), а при большей их толщине — не менее 0,3 кН. Жесткое закрепление деталей снижает вероятность коробления и деформаций. Если сварку осуществляют без прижимных приспособлений, то ее выполняют на предварительных прихватках. Для прихватки используют ту же сварочную проволоку, что и для основной сварки. Количество прихваток и расстояние между ними должно обеспечить жесткую фиксацию свариваемых деталей относительно друг друга.

Сварку   стыковых   соединений   обычно выполняют   на   подкладках   с   канавкой, обеспечивающих сохранение сварочной ванны и формирование обратной стороны шва. Для подкладок применяют пластины из нержавеющей стали или меди, предварительно выполнив в них канавки, ширина которых должна быть не менее двух-трех кратной толщины свариваемых деталей. При сварке на больших токах применяют специальные прокладки с водяным охлаждением. При толщине свариваемых деталей до 3 мм прихватку выполняют на всю их глубину, а при большей их толщине глубина прихватки будет зависеть от формы разделки и требований, которым должно отвечать сварное соединение.

Ручную сварку покрытыми электродами применяют при изготовлении малонагруженных конструкций из технического алюминия Амц, АМг и силумина. Использование постоянного тока обратной полярности и предварительный подогрев для средних толщин (250 — 300°С) обеспечивает требуемое проплавление при умеренных сварочных тока. Для деталей большой толщины температуру предварительного подогрева увеличивают до 400°С. Сварочную проволоку подбирают, учитывая требования изложенные в таблице.

Марки проволок, применяемых для сварки алюминия и его сплавов

Ручная дуговая сварка изделий из чистого алюминия может производиться электродами ОЗА-1, а сварка изделий из силуминов - электродами ОЗА-2 или ОЗАНА, которые по техническим характеристикам превосходят электроды серии ОЗА. Использование электродов серии ОЗАНА обеспечивает мелкокапельный перенос электродного металла, хорошее формирование шва в любых пространственных положениях, хорошую отделяемость шлаковой корки. Скорость плавления алюминиевого электрода в 2 — 3 раза выше скорости плавления стального электрода. Это обстоятельство становится решающим при выборе режимов сварки. Сварку выполняют непрерывно в пределах одного электрода, так как шлаковая пленка, создающаяся на кратере и конце электрода, препятствует повторному зажиганию дуги. Сварочный ток рекомендуют устанавливать в пределах 60 А на 1 мм диаметра электрода.