Сварка алюминиевых сплавов

Сплавы алюминия в зависимости от назначения делят на деформируемые и литейные. Деформируемые алюминиевые сплавы разделяют на две группы: неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой. К неупрочняемым термической обработкой относятся сплавы типа магналия (АМг1, АМг2 АМг3, АМг5 и АМг6), сплавы АМц, АМцС, а также алюминий АДОО, АДО, АД1 и АД. К упрочняемым термической обработкой относятся сплавы АД31, АД33, АВ, Д1, Д16, Д18, АК4, АК4-1, АК6, АК8, Д20, В93, В94, В95 и др.

Из деформируемых сплавов изготавливают различные полуфабрикаты в виде листов (толщиной до 10 мм), плит (толщиной свыше 10 мм), прессованных профилей, поковок, штампованных заготовок, прутков, проволоки, фольги, труб.

Термически упрочняемые алюминиевые сплавы обладают более высокими прочностными свойствами, чем термически неупрочняемые. Однако прочность последних можно повысить путем нагартовки.

Алюминий и его сплавы имеют малую плотность: 2,64 - 2,89 г/см 3 . Прочностные же свойства зависят от легирования, термической обработки, степени деформирования и могут достигать высоких значений. По прочности многие алюминиевые сплавы не уступают конструкционным сталям. Температура плавления алюминия 659,8 - 660,2°С, температура кипения 1800-2500°С.

Алюминий окисляется с образованием окисной пленки Аl₂0₃ , которая защищает его от дальнейшего окисления. Алюминий и его сплавы по сравнению со сталями обладают специфичными свойствами, обусловливающими сравнительную сложность осуществления процесса их сварки. К таким свойствам следует отнести следующие: склонность к порообразованию; высокую теплопроводность; высокую степень сродства к кислороду и образование стойкого окисла Аl₂0₃ в виде пленки, покрывающей поверхность деталей; значительное превышение температуры плавления окисной пленки (2050°C) над температурой плавления алюминия; высокий коэффициент линейного расширения; склонность многих сплавов к образованию горячих и холодных трещин; превышение плотности окисной пленки над плотностью самого металла; снижение прочностных свойств сварного соединения по сравнению с основным металлом; жидкотекучесть; внезапный переход из твердого в жидкое состояние при нагреве; высокая поглощаемость водорода при сварке.

При сварке алюминия большое значение имеет выбор оптимального способа сварки. Существует три основных способа сварки алюминия - MIG (сварка плавящимся металлическим электродом в среде инертного газа), TIG (сварка в среде инертного газа неплавящимся вольфрамовым электродом) и MMA (ручная дуговая сварка покрытыми электродами), но также можно использовать газовую сварку, плазменную сварку, электрошлаковую сварку, дуговую сварку угольным электродом, ротационную сварку трением, контактную сварку. Если объем сварки минимальный и нет специализированного оборудования, то вопрос можно решить с помощью выпрямителей для ручной дуговой сварки и специальных электродов с щелочным покрытием. Если сварка ремонтная и требуется высокое качество - то это сварка TIG на специальном оборудовании с применением прутков. Если необходимо изготавливать из алюминиевых листов или профилей новые изделия, то  здесь приизодительней будет использовать оборудование для MIG сварки и алюминиевую проволоку.

В любом из этих случаев особое внимание следует уделить процессу разрушения тугоплавкой окисной пленки. Окисная пленка на алюминии, мешающая сплавлению свариваемых кромок, разрушается без применения флюсов только на поверхности катодного пятна за счет катодного распыления (механического разрушения поверхности катода массивными положительно заряженными ионами). Пленку окислов на основном металле можно разрушить лишь тогда, когда основной металл является катодом, т.е. при сварке на обратной полярности ("-" на изделии, а "+" на электроде). При сварке MIG и MMA применяется исключительно постоянный ток обратной полярности ("+" на электроде) для активного протекания процессов катодного распыления и удаления окисной плёнки. В случае TIG сварки неплавящимся (вольфрамовым) электродом обратная полярность неприемлема, так как на электроде, являющимся анодом, выделяется большое количество тепла и вольфрам быстро оплавляется. При TIG сварке на прямой полярности ("-" на электроде) пленка окислов не разрушается, вследствие чего сплавление свариваемых кромок затруднено, и получить сварное соединение высокого качества не представляется возможным. В связи с этим, TIG сварку алюминия и его сплавов неплавящимся электродом в среде защитных газов выполняют на переменном токе. При этом в полупериоды обратной полярности сварочная ванна очищается от окисной пленки за счет катодного распыления. Пленка окислов размельчается и интенсивно оттесняется к краям сварочной ванны. Неплавящийся электрод испытывает большую тепловую нагрузку. В полупериоды прямой полярности сильнее прогревается основной металл, температура неплавящегося электрода несколько снижается.

Так как при TIG сварке сварочная ванна и капли присадочного металла защищены инертным газом, окисная пленка на поверхности ванны не образуется. Поверхность ванны остается зеркально чистой. Из-за различия эмисионных способностей вольфрамового электрода и алюминиевого сплава происходит частичное выпрямление сварочного тока и напряжения. Так мгновенные значения тока в полупериоды, когда катодом является вольфрамовый пруток, больше соответствующих мгновенных значений тока в полупериоды, когда катодом является изделие. Постоянная составляющая может достигать 50% величины эффективного значения переменного тока. Она увеличивается с возрастанием тока и уменьшается с увеличением длины дуги, чистоты защитного газа и скорости сварки. При увеличении постоянной составляющей тока уменьшается зона катодного распыления, а, следовательно, ослабляется разрушение окисной пленки, затрудняется ведние сварки, уменьшается площадь проплавления основного металла, ухудшается формирование металла шва. Поэтому для компенсации постоянной составляющей в установке для TIG сварки алюминия последовательно включают в сварочную цепь емкость или диодно-тиристорную ячейку.

С более подробной информацией о сварке алюминиевых сплавов Вы можете ознакомиться, обратившись к специалистам ООО «Сварочная техника».