Як варити алюміній електродом, процес аргонодугового зварювання

Алюміній та його сплави найчастіше використовується для створення різних технічних та технологічних конструкцій. Чистий алюміній застосовується не так широко, як його сплави, через його низькі властивості міцності і високої пластичності. Слід зазначити, перед тим як зварити алюміній, необхідно врахувати особливості зварювального процесу, зумовлені фізичними та хімічними властивостями цього металу.

Схема технології точкового зварювання алюмінію.

Основна проблема при з'єднанні алюмінію полягає в безперервному утворенні на поверхні металу, що зварюється оксидної плівки Al2O3, яка є тугоплавкою і заважає сплавленню. Крім того, оксиди алюмінію мають досить високу температуру плавлення (+2050°С) порівняно з аналогічним показником для металу (+658°С), що вносить свої корективи в процес. Алюміній має високий показник теплопровідності, що спричиняє використання спеціальних прийомів та методів.

Види зварювання алюмінію

Температура плавлення алюмінію.

Зварити алюміній можна такими видами зварювання:

електродуговий (автоматичний, ручний);
аргонодугової (автоматичної, напівавтоматичної та ручної);
газовий.

Розглянемо найпоширеніший і найефективніший спосіб зварювання алюмінію — електродом вручну аргонодуговим зварюванням на постійному струмі зі зворотною полярністю.

Аргонодугове зварювання

Схема аргонно-дугового зварювання алюмінію.

Плюси цього виду полягають у відсутності застосування допоміжних матеріалів (електродних покриттів, флюсів). Процес проводять вручну, напівавтоматичним та автоматичним методами.

Варто зазначити, щовиконання будь-яких зварювальних робіт необхідно проводити тільки на справному обладнанні, в приміщенні, що добре провітрюється, або в приміщенні з припливно-витяжною вентиляцією і із застосуванням засобів індивідуального захисту (щиток, шкіряні рукавички, спецодяг, спецвзуття).

Матеріали та інструменти для ручного аргонодугового зварювання

Техніка безпеки при зварювальних роботах.

Для такого виду з'єднання алюмінію електродом з вольфраму на постійному струмі зі зворотною полярністю вам знадобляться:

розчинник (ацетон, бензин);
щітка металева;
розчин для травлення;
азотна кислота (розчин);
ванна для підготовки металу;
електроди, що не плавляться з вольфраму;
зварювальна установка або зварювальний апарат для аргонодугового зварювання з пальником певного типу, вольфрамові електроди, осушений аргон (чистота 99,8%), зварювальні тримачі, дріт присадковий необхідного діаметру;
підкладка з корозійностійкої сталі (міді);
засоби індивідуального захисту (щиток, шкіряні рукавички, гумові рукавички), спецодяг, спецвзуття.

Підготовка металу перед зварюванням

Схема напівавтомата для зварювання алюмінію.

Перед тим як варити алюміній будь-яким видом, алюмінієві деталі піддають попередньої підготовки, яка полягає у знежиренні поверхні матеріалу та розчиненні плівки оксидів.

Знежирення металу проводять шляхом обробки поверхні розчинниками (ацетоном, бензином і т.д.). Після цього очищають оксиди механічно щіткою або шляхом травлення з використанням розчинів хімічних речовин (гідроксид натрію – 45-55 г, фторид натрію – 10-50 г, вода – 1 л). Потім алюміній протягом 0,5-1 хвилин промиваютьчистою водою, далі поверхню металу нейтралізують азотною кислотою (розчином 25-30% протягом 1-2 хвилин), після промивають метал у проточній, потім у гарячій воді, далі, метал сушать до повного висихання.

Таку підготовку здійснюють не раніше, ніж за 2-4 години до зварювання. Таким чином слід обробити дріт для присадки у разі його застосування.

Технологія з'єднання алюмінію

Основні характеристики покритих електродів для зварювання алюмінію.

Аркуші алюмінію товщиною менше 5 мм варять, не розділяючи кромок. При товщині алюмінію до 20-25 мм роботу можна проводити попередньо не підігріваючи матеріал. Якщо деталі мають товщину понад 20 мм, матеріал слід заздалегідь прогріти до 300-400°С.

Аргонодуговую зварювання можна проводити на змінному чи постійному струмі (полярність зворотна). Під час роботи на змінному струмі використовують осцилятори-стабілізатори зварювальної дуги. Зварювання електродом, що не плавиться, проводять на постійному струмі зі зворотною полярністю і на змінному струмі, з матеріалом присадки або без нього. У ролі дроту присадки використовують дріт марки АК вітчизняного виробництва за ГОСТ 7878-75 або зарубіжні аналоги. При зварюванні таврових, кутових або стикових з'єднань використання присадного матеріалу є обов'язковим. У разі виконання робіт з відбортування та встик при незначній товщині алюмінію присадки не використовують. Параметри (діаметр Д) дротяної присадки при ручній роботі вибирають, виходячи з товщини алюмінію (S):

S до 2 мм; Д присадки до 1-1,5;
S = 2-5 мм, Д присадки = 1,5-3;
S понад 5 мм, Д присадки = 3-4.

При аргонодуговому зварюванні використовуються електроди з вольфраму товщиною 0,8-8,0 мм та лантановані вольфрамові.вітчизняного чи зарубіжного виробництва. Їх діаметр вибирають, згідно з родом струму та значенням його сили (I). Так, при постійному струмі зі зворотною полярністю:

Д електрода = 1 мм, I до 10 А;
Д електрода = 2 мм; I = 10-30 А;
Д електрода = 3 мм; I = 20-40 А;
Д електрода = 4 мм; I = 40-80 А;
Д електрода = 5 мм; I = 60-100 А;
Д електрода = 6 мм, I = 80-130 А.

Процес ручного аргонодугового зварювання алюмінієвих елементів та конструкцій складається з кількох етапів.

Виконувати таку роботу слід на підкладці з корозійностійкої сталі або листів міді. Вибір режиму (сили струму I, швидкості витрати аргону Q) аргонодугового ручного зварювання електродами з вольфраму залежить від перерізу деталей, що зварюються (S), наявності присадок або відбортовки і має такі параметри:

встик з присадкою, S = 1,0 мм, I = 65-85 А, Q = 4-5 л/хв;
встик з присадкою, S = 1,2, I = 70-90 А, Q = 5-6 л/хв;
встик із присадкою, S = 1,5, I = 80-100 А, Q = 7-8 л/хв;
встик з присадкою, S = 2,0, I = 90-110 А, Q = 7-8 л/хв;
встик з присадкою, S = 3,0, I = 100-120 А, Q = 8-9 л/хв;
без присадки встик, S = 0,8 мм, I = 45-55 А, Q = 4-5 л/хв;
без присадки встик, S = 1,0, I = 50-65 А, Q = 4-5 л/хв;
без присадки встик, S = 1,2, I = 60-70 А, Q = 5-6 л/хв;
без присадки встик, S = 1,5, I = 70-90 А, Q = 7-8 л/хв;
без присадки встик, S = 2,0, I = 90-110 А, Q = 7-8 л/хв;
без присадки встик, S = 3,0, I = 100-120 А, Q = 8-9 л/хв;
з відбортування, S = 0,8 мм, I = 40-45 А, Q = 4-5 л/хв;
з відбортування, S = 1,0, I = 45-55 А, Q = 4-5 л/хв;
з відбортування, S = 1,2, I = 55-70 А, Q = 5-6 л/хв;
з відбортування,S = 1,5, I = 70-85 А, Q = 7-8 л/хв.

Для ручного аргонодугового зварювання електродом, що не плавиться, використовують спеціальні вітчизняні агрегати типу УДАР, УДГ або їх закордонні аналоги.

Процес аргонодугового з'єднання деталей вручну починається зі збудження (запалювання) дуги. Перед цим включають подачу аргону та встановлюють відповідну силу струму згідно з вибраним режимом. Дугу запалюють такими способами: цвірканням електрода поверхню алюмінію і дотиком перпендикулярного електрода в точці початку. Якщо має місце обрив дуги, то чергове запалювання роблять перед кратером на алюмінію, що зварюється, а потім повертаються до вже наплавленого матеріалу для того, щоб вивести забруднення з кратера на поверхню. Далі роботу проводять у необхідному напрямку. Слід зазначити, що під час проведення ручного аргонодугового зварювання годі було здійснювати коливальні руху пальником, т.к. можливе порушення захисту зварювальної зони. Кут між площиною виробу та віссю пальника має становити від 75 до 80°. А кут між виробом та присадковим дротом при його використанні – 15-20°. Пальник слід переміщати слідом за присадним прутком.

Розташування шва у просторі зумовлює розташування електрода. Переміщають електрод від себе або до себе. Відповідно до траєкторії його руху отримують середні чи тонкі шви. Тип руху електрода визначає прогрів чи не прогрів кромок металу.

Тип руху електрода і прутка присадки при його використанні вибирають, виходячи з вимоги до шва і згідно з довідковими даними.

Шви роблять середніми (від 350 до 1000 мм), довгими (понад 1000 мм) та короткими (від 250 до 300 мм). Довгі шви проварюють частинами 250-300 мм. Залежно від товщини деталей шви можуть бути одношаровими.(однопрохідними) та багатошаровими (багатопрохідними). Одношарові шви економічні та швидкі у виконанні, але шовний метал має недостатню пластичність. У разі багатошарового шва зварений метал має відмінні механічні характеристики. При проведенні багатошарової роботи для алюмінію товщиною понад 20-25 мм слід якісно виконати перший основний шар, що визначає властивості міцності всього шва.

Після виконання швів відключають подачу аргону і піддають шви додаткової обробки - видаляють залишки шлаку з шовної поверхні, т.к. шлак має властивість роз'їдати метал. Видалення шлаку проводять шляхом промивання шва у гарячій воді.

Варити алюміній електродом можна не тільки при ручному аргонодуговому, але і при ручному електродуговому, а також автоматичному електродуговому зварюванні. Однак ці види зварювання деталей з алюмінію не набули широкого поширення внаслідок застосування флюсів, а також через ряд особливостей електродів, що застосовуються, і низької якості швів. При автоматичному аргонодуговому та напівавтоматичному аргонодуговому зварюваннях зберігається висока якість зварних швів за відсутності необхідності використання флюсів. Найбільш неефективним видом з'єднання алюмінію є газове зварювання із застосуванням газових пальників та флюсів.