Материалы для сварки алюминия и его сплавов

Алюминий и его сплавы играют важную роль в современной промышленности. Основными областями применения являются авиационная промышленность, кораблестроение, вагоностроение, изготовление металлоконструкций общего назначения и упаковочная промышленность.

Для алюминия и его сплавов применяют практически все промышленные способы сварки плавлением. К основным методам сварки относятся:

• ручная дуговая сварка покрытыми электродами (ММА),
  
• аргонодуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом с подачей присадочной проволоки (TIG),
  
• механизированная сварка в защитном газе (MIG — MAG).

Ручную дуговую сварку покрытыми электродами применяют при изготовлении конструкций из технического алюминия, сплавов АМц и АМг, содержащих до 5 % магния, а также силумина. Толщина свариваемого металла лимитируется диаметром электрода. Минимальный диаметр электрода обычно составляет 4 мм, что вызвано трудностями сварки электродами малого сечения вследствие высокой скорости их плавления. Алюминиевый электрод расплавляется в 2-3 раза быстрее стального. В связи с этим толщина свариваемого металла должна быть свыше 4 мм. Сварку алюминия рекомендуется выполнять непрерывно в пределах одного электрода, так как при случайных обрывах дуги кратер покрывается пленкой шлака, препятствующей повторному зажиганию дуги. Такой же коркой покрывается конец электрода. Для ручной дуговой сварки алюминия необходим подогрев (для металла средних толщин — до 250-300 С, для больших толщин — до 400 С), который позволяет получать требуемое проплавление при умеренных сварочных токах. Обязательно прокаливание электродов перед сваркой. Рекомендуется прокалка при температуре 150-200°С в течение не менее 0,5 часа. Сварку алюминия покрытыми электродами выполняют постоянным током обратной полярности. Сварочный ток выбирают по диаметру электродного стержня в зависимости от толщины основного металла. Аргонодуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом с подачей присадочной проволоки (ТИГ) наиболее распространенный способ сварки, применяющийся для изготовления сварных конструкций из алюминиевых сплавов ответственного назначения.

Основным преимуществом процесса дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа является отсутствие шлаковых включений, возможность работы на малых токах дуги (от 5А), возможность сварки тонких листов, включая фольгу, высокая устойчивость горения дуги во всем диапазоне токов, технологичность процесса. Благодаря этому процесс широко используется при сварке алюминия и его сплавов. Наиболее существенным недостатком является низкая производительность процесса.Отличием механизированной сварки алюминия (MIG — MAG) от традиционной механизированной сварки сталей в среде углекислого газа является: использование аргона в качестве защитного газа, тефлоновых подающих каналов вместо стальных, специальной формы роликов в подающем механизме, специальных мундштуков на горелках. Механизированную сварку плавящимся электродом короткой дугой применяют для получения стыковых, тавровых, нахлесточных и других соединений алюминия и его сплавов толщиной от 3,0 мм и более. Наиболее подходит для выполнения корневого шва, в том числе с формированием обратного валика на керамических подкладках, облицовки сварного шва. Для заполнения разделки такая сварка применима также, но уступает импульсно-дуговой механизированной сварке по производительности.

Повысить качество металла шва алюминиевых сплавов удается применением техники управляемого переноса металла при импульсно-дуговой сварке. Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом отличается от обычной тем, что на постоянный ток обратной полярности, получаемый от основного источника питания, накладываются кратковременные импульсы тока с определенной частотой (как правило, 50, 100 или 400 Гц). Импульсы генерируются импульсным устройством для получения мелкокапельного направленного переноса электродного металла через дугу при более низких значениях сварочного тока, чем это имеет место при естественном мелкокапельном переносе. Величину и длительность импульсов сварочного тока выбирают такими, чтобы можно было обеспечить управляемый перенос металла с торца электрода небольшими каплями в широком диапазоне токов. Как правило, в паузах между импульсами значение тока небольшое, но достаточное для поддержания горения сварочной дуги, при котором ввод теплоты в изделие уменьшается и отсутствует перенос металла.

Газовые смеси для аргонодуговой сварки алюминия и алюминиевых сплавов

Для сварки алюминия и его сплавов, кроме применения чистого аргона, могут применяться следующие газовые смеси:

Газовая смесь НН-1.

(Helishield H3): Это инертная газовая смесь, состоящая из 30% гелия и 70% аргона. Дает более эффективный нагрев, чем аргон. Увеличивается проплавление и скорость сварки. Более ровная поверхность шва и, следовательно, меньшее использование сварочной проволоки.

Газовая смесь НН-2.

(Helishield H5): Это инертная газовая смесь, состоящая из 50% гелия и 50% аргона. Наиболее универсальная газовая смесь, подходит для сварки материалов практически любой толщины.

Газовая смесь НН-3.

(Helishield H2): Это инертная газовая смесь, состоящая из 75% гелия и 30% аргона. Высокое содержание гелия предоставляет более продуктивную сварочную дугу. Использование этой смеси для сварки тонких материалов может существенно сократить пористость, увеличить скорость сварки и уменьшить (возможно, полностью устранить) необходимость подогрева.