Сварка алюминия: Руководство для новичков и экспертов

Алюминий – это легкий металл серебристо-белого цвета.

Эта статья сосредоточена на упрощении сложности сварки алюминия как для начинающих, так и для экспертов. Здесь рассмотрено все, что вы хотели бы знать о сварке алюминия.

Независимо от того, хотите ли вы научиться подготавливать алюминий, сварочной технике или предосторожностях – это руководство превратит вас в эксперта по сварке алюминия.

Что делает сварку алюминия сложной?

Хотя алюминий и можно сваривать, есть определенные проблемы, с которыми вам придется столкнуться, такие как:

Оксидный слой:

На алюминии есть внешнее оксидное покрытие, которое имеет более высокую температуру плавления, чем сам металл. Поэтому перед сваркой основного металла необходимо сначала удалить оксидный слой.

Ограниченный рабочий диапазон:

Высокое сродство алюминия к водороду оставляет вам ограниченное время для сварки.

Чем больше он нагревается, тем больше он поглощает водород. Когда алюминий поглощает больше водорода, он становится пористым и слабым.

Примеси:

Иногда алюминий может содержать примеси. Эти примеси будут мешать способности алюминия к сварке.

Примеры таких примесей включают грязь, воздух и воду. Эти примеси могут смешиваться с металлом во время сварки.

Сложность обработки:

Для сварки алюминия вам потребуется использовать алюминий различной толщины. Это может стать для вас непосильной задачей.

Помимо вышеперечисленного, алюминий также:

• Имеет низкую точку плавления – что делает его подверженным выгоранию во время сварки.
• Не меняет цвет до достижения точки плавления. В результате, вы можете случайно перегреть алюминий в процессе сварки.

Действительно, сварка алюминия идет со своими сложностями. Однако эти недостатки не должны заставить вас отступать.

Используя это руководство и постоянно практикуясь, мы уверены, что вы сможете сваривать алюминий без особых трудностей.

Как успешно сварить Алюминий

В предыдущем разделе мы рассмотрели, почему сварка алюминия может быть сложной. Этот раздел дает вам общие рекомендации, как добиться успешной сварки алюминия.

Ниже приведены шаги по подготовке вашего алюминия к сварке:

Шаг 1: Удаление Примесей

Сначала удалите примеси, такие как масло, жир или водяной пар с поверхности алюминия.

Вы можете использовать либо растворитель, либо умеренно щелочной раствор, такой как ацетон или крепкое мыло.

Шаг 2: Устранение слоев Оксидов

Далее, вам нужно избавить алюминий от оксидов.

В отличие от удаления примесей, на этом этапе вы можете использовать кислоту или сильно щелочной раствор. Как альтернативу (и предпочтительно) вы можете использовать щетку из нержавеющей стали.

После этого вы можете приступить к сварке алюминия.

Однако, если вы планируете сварить алюминий позже, вы можете:

• Закрыть предполагаемое соединение, чтобы предотвратить любое загрязнение после очистки
• Хранить алюминий в сухих условиях комнатной температуры.

Примечание: Убедитесь, что вы свариваете алюминий как можно скорее. Хранение алюминия в течение длительного времени потребует повторения процесса очистки.

Лучшие техники для успешной сварки алюминия

Этот раздел охватывает основные техники сварки алюминия.

Сварка вольфрамовым электродом в инертных газах (GTAW) алюминия

Вольфрамовый инертный газ или TIG (по-русски газовая вольфрамовая дуговая сварка, GTAW) является общепринятой техникой при сварке алюминиевых материалов.

TIG зависит от газа для защиты сварного алюминиевого соединения от возможного загрязнения.

Основным защитным газом является аргон.

Оборудование:

Для сварки TIG должно быть следующее оборудование:

• Постоянный ток
• Возможность работы с переменным током (AC)
• Использование 100-процентного аргона в качестве защитного газа

Применение:

Многие отрасли промышленности используют эту технику сварки, такие как:

• Автомобильная промышленность профессиональными командами сварщиков гоночных команд.
• Пищевая и фармацевтическая промышленность для сварки контейнеров для пищевых продуктов или лекарств.

Процесс:

GTAW включает подачу присадочного материала через лопатку. Следует выполнить следующие ключевые процессы:

• Во-первых, выберите соответствующий присадочный материал. Обычно предпочтение отдаётся вольфрамовым стержням.
• После первого шага очистите и предварительно нагрейте алюминий.
• Убедитесь, что вы можете регулировать поток аргона на горелке. Нерегулируемый углерод может привести к неравномерной дуге. Большинство оборудования GTAW имеют механизм педали для помощи в регулировке.
• Для устранения любых инцидентов деформации можно использовать теплоотвод.
• Убедитесь, что присадочный материал не содержит загрязнений.
• Наконец, расплавьте алюминий с помощью вашего оборудования для создания лопатки.

Преимущества:

• Использует переменный ток, который очищает окисленный слой во время сварки.
• Газовый экран предотвращает загрязнение алюминия в процессе сварки.
• Полученные сварные швы сильнее и более пластичны.
• Подходит для сварки тонких алюминиевых деталей.
• Идеально подходит для проектов своими руками (DIY).

Недостатки:

• Требуется ручная подача присадочного материала на лопатку, что требует дополнительной точности.
• Процесс сварки проходит медленнее по сравнению с другими методами сварки.
• Требуется регулярная регулировка защитного газа, чтобы избежать накопления.

Сварка алюминия в среде инертного газа (GMAW)

GMAW также известна как сварка в среде инертного газа (MIG сварка).

Этот метод также включает использование аргона в качестве защитного газа в процессе сварки.

Однако в GMAW проволока подается механически, а не вручную, как в GTAW.

Оборудование

Вам потребуется катушечный пистолет либо пистолет с принудительной подачей. Каждый из них облегчает механическую подачу проволоки.

Вы должны соединить алюминиевый сварочный аппарат с постоянным напряжением и током.

Применение:

Некоторые отрасли промышленности, которые зависят от этой техники:

• Автомобильная
• Строительство
• Производство

Процесс:

GMAW описывается как быстрый и горячий процесс. Исходя из этого, убедитесь, что у вас есть все необходимое до начала сварки.

• Выберите присадочный материал с температурой плавления, аналогичной температуре плавления базового материала.
• Подготовьте либо ваш катушечный пистолет, либо пистолет с принудительной подачей
• Очистите алюминий, чтобы удалить окислы.
• Зачистите края стыкуемых деталей

После выполнения всех вышеупомянутых действий вы можете приступить к сварке.

Во время сварки убедитесь в следующем:

• Используйте аргон в качестве защитного газа. Аргон обладает хорошим проникновением и очищающим действием.
• Применяйте технику “отталкивания”. Двигайте пистолет от сварочной ванны, это увеличивает покрытие защитным газом, уменьшает загрязнение сварного шва и улучшает очистку.

Помните, что процесс должен быть “горячим и быстрым”.

Преимущества:

• MIG сварка имеет высокую скорость осаждения.
• Легко учиться использовать и управлять оборудованием MIG.
• Использует защитный газ, который помогает предотвратить загрязнение.
• Операция одной рукой увеличивает скорость сварки.
• Идеально подходит для проектов своими руками (DIY).

Недостатки:

• Высокий риск прожига основного материала, если не быть осторожным.
• Оборудование ограничено использованием в помещении.
• Катушечные или пистолеты с принудительной подачей имеют относительно высокую первоначальную стоимость.
• Не подходит для сварки тонких алюминиевых листов

Дуговая сварка алюминия

Дуговая сварка – это первый когда-либо использовавшийся метод сварки. Стиковая сварка и дуговая сварка – это одно и то же.

В дуговой сварке энергия используется для плавления и соединения металлических листов.

Не смотря на широкое распространение дуговой сварки, для успешной сварки алюминия этим методом требуется значительный уровень мастерства.

Оборудование:

Для дуговой сварки используется специализированная машина, известная как дуговой сварочный аппарат. Вы можете регулировать тепло, вырабатываемое машиной, в зависимости от свариваемого металла.

Применение:

Если вы являетесь экспертом, то можете использовать дуговую сварку для соединения алюминиевых металлов во всех отраслях промышленности.

Она идеально подходит для крупных проектов.

Процесс:

• Во-первых, подготовьте рабочую зону для сварки на открытом воздухе. Для сварки дугой в помещении убедитесь, что комната хорошо проветривается и в ней нет легковоспламеняющихся предметов.
• Как и при сварке MIG и TIG, вам нужно очистить основу из алюминия и удалить все оксиды.
• Затем предварительно нагрейте алюминий до примерно 400⁰
• Вы должны убедиться, что сварочный аппарат настроен на низкую амплитуду, чтобы избежать перегрева или деформации.
• Аккуратное и последовательное создание дуги на основной алюминиевой металле – предпоследний шаг.
• Наконец, вы выполните очистку после сварки. В первую очередь это включает погружение сваренного алюминия в воду. Затем следует отделить шлаки и протереть основные металлы сухой тканью.

Примечание: При проведении сварки дугой необходимо использовать защитные средства:

• Шлем – для защиты глаз
• Перчатки – для защиты рук, так как вам придется держать электроды.

Преимущества:

• В отличие от сварки MIG и TIG, сварка дугой идеально подходит для условий на открытом воздухе.
• К тому же, сварка дугой экономически выгодна.
• Обеспечивает прочное и долговечное соединение.

Недостатки:

• В сравнении с MIG и TIG сваркой, сварка дугой сложнее и требует высокого уровня мастерства.
• Использует покрытые электроды вместо защитного газа, что приводит к образованию шлака.
• Требуется трудоемкая очистка после сварки.

Сварка алюминия электронным лучом Electron Beam Welding

Сварка электронным лучом (EB) основана на использовании кинетической энергии электронов для нагрева детали перед передачей тепла.

Заметно, что EB сварка проводится в вакуумной камере. Она идеально подходит для алюминия серии 6000.

Скорость EB сварки достигает 100 дюймов в минуту (в десять раз быстрее, чем при сварке TIG и MIG).

Оборудование:

Существуют специализированные машины для сварки EB. Эти машины могут быть стандартизированы и настроены в зависимости от предполагаемого использования.

Применение:

Сварка алюминия EB используется в большинстве отраслей, включая:

• Авиационная промышленность
• Медицинская промышленность
• Энергетическая промышленность
• Высокотехнологичные отрасли

Процесс:

• Во-первых, вам нужно будет очистить ваши алюминиевые основания для удаления оксидов и углеводородов.
• Поскольку EB сварка – это метод плавления, вам не потребуется дополнительный наполнитель.
• Убедитесь, что вы проводите сварку в вакууме.
• Во время сварки будьте точны с соединением. Именно в месте соединения генерируется тепло и происходит слияние.

Преимущества:

• Высокая точность и прецизионность сварного шва.
• Сварка EB обеспечивает сохранение прочности не менее 97%.
• Поскольку EB сварка проводится в вакуумной камере, она приводит к чистому сварному шву.
• Существует возможность полной автоматизации процесса EB сварки.

Недостатки:

• Настройка и начало использования сварки EB сложны из-за необходимости вакуумной камеры.
• Сложность делает EB сварку менее экономически выгодной.

Сварка алюминия лазерным лучом

Лазерная сварка (LB) является безконтактным методом сварки без использования вакуума. Он использует лазерные лучи для создания сварного шва.

С LB сваркой можно достичь высокой скорости сварки до 200 дюймов в минуту. Кроме того, уровень точности также впечатляет.

Оборудование:

Существует несколько типов оборудования для лазерной сварки. Две основные лазерные машины это:

• Ручные лазеры
• Лазеры с компьютерным управлением

Различные машины имеют разные управления и лучи.

Применение:

Лазерная сварка алюминия используется в случаях, когда требуется высокая скорость сварки.

Эти применения могут варьироваться от аэрокосмической промышленности до медицинской сферы.

Процесс:

i. Лазерная сварка проводится профессионалами. Однако ниже приведено основное руководство по лазерной сварке:

ii. Во-первых, вам нужно будет очистить алюминиевые металлы перед сваркой.

iii. Затем убедитесь, что соединения также чистые и готовые для сварки.

iv. После этого вы можете приступить к сварке. В зависимости от технологии машины луч лазера может быть:

• Импульсный лазер – луч включается и выключается с чрезвычайно высокими частотами около 10-1000 Гц
• Непрерывный лазер – характеризуется стабильным лучом, он идеален для глубоких сварных швов.
• Лазер в режиме ‘стержня’ – непрерывная волна лазера колеблется с очень высокой скоростью, вызывая перемешивание.

Преимущества:

• Меньше дефектов на алюминиевых сварных швах.
• Высокая точность во время сварки.
• Простота настройки, так как не требуется вакуумная камера.
• Использование защитных газов, которые позволяют получить чистый сварной шов.
• Экономичность благодаря высоким темпам сварки.

Недостатки:

• Может быть выполнено только экспертами.
• Первоначальные затраты на лазерные машины относительно высоки.

Точечная сварка алюминия

Точечная сварка плавит две металлические детали для формирования сварного шва.

Она использует пару электродов для двух основных целей:

• Зажим основных металлов
• Подача основного металла, необходимого для создания сварного шва.

Проще говоря, точечная сварка соединяет алюминиевые металлы вместе с помощью тепла от электрического тока.

Оборудование:

Используемое оборудование – машина для точечной сварки.

Важно, чтобы у вас была трехфазная электрическая сеть.

Также, для точечной сварки требуется чрезвычайно высокий ток, около 150 ампер на фазу.

Чтобы скомпенсировать это, вы можете использовать сварочный аппарат с разрядом конденсатора, который значительно снижает потребляемую мощность во время сварки.

Применение:

Точечная сварка алюминия используется в большинстве отраслей промышленности, особенно в автомобильной.

Процесс:

• Как и в других техниках сварки, убедитесь, что вы сначала очистили алюминиевые металлы.
• Наденьте необходимые средства защиты.
• Убедитесь, что ваш источник питания может поддерживать ваше оборудование для точечной сварки. Признаком недостаточности источника питания будет мерцание света на вашем предприятии.
• Процедите к сварке основных металлов быстро.
• Наконец, охладите электроды водой из-за коротких времён сварки в сочетании с высоким током.

Преимущества:

• Быстрая и эффективная.
• Не требует использования присадочных материалов или флюсов.
• Специальные навыки не являются предварительным условием
• Вы можете автоматизировать процесс точечной сварки

Недостатки:

• Может эффективно сваривать алюминий толщиной от 5 до 50 дюймов
• Размер и форма сварного шва пропорциональны размеру и форме электродов.
• Высокая вероятность искривления стыка.

Преимущества сварных изделий из алюминия

Алюминий заменил сталь в ряде приложений, где вес имеет решающее значение.

Преимущества сварных изделий из алюминия проистекают из свойств алюминия. Ниже приведены ключевые преимущества сварных изделий из алюминия:

• Прочность – При воздействии воздуха сваренные алюминиевые изделия образуют оксидный слой. Этот слой защитит изделие от коррозии.
• Быстрая сварка – Благодаря хорошей теплопроводности алюминия, сваривать его можно быстрее по сравнению с другими металлами, такими как сталь. Соответственно, сварные изделия из алюминия поставляются быстро.
• Изменение прочности – Хотя сварные изделия из алюминия не сильнее их стальных аналогов, их можно обработать, чтобы соответствовать уровням прочности стали.
• Легкость обработки – Сварные изделия из алюминия легко резать, поэтому работать с ними не так уж и сложно.
• Эстетическая ценность – При правильной сварке сварные изделия из алюминия обычно выглядят привлекательно.
• Легкость – Наконец, сварные изделия из алюминия относительно легкие, поэтому их легко транспортировать и с ними легко работать.

Советы и хитрости сварки алюминия

Как было сказано ранее, сварка алюминия – это не простая задача. Однако цель этой статьи – помочь вам с легкостью и комфортом ориентироваться в мире алюминиевой сварки.

Следующие советы и хитрости помогут вам успешно сварить алюминий:

• Соблюдение мер безопасности – Безопасность превыше всего! Надевайте средства индивидуальной защиты (СИЗ) во время сварки, чтобы обеспечить свою безопасность. К ним относятся сварочные перчатки, защитные очки, сварочные шлемы и защитную обувь. Это касается как опытных сварщиков, так и новичков.
• Внимание к деталям – Алюминий – это чувствительный металл. Как таковой, вам нужно быть очень внимательным в процессе сварки.
• Тщательная подготовка – Как подчёркивается во всей этой статье, подготовка имеет решающее значение в сварке алюминия. Во-первых, необходимо очистить и защитно хранить алюминий, который вы собираетесь сваривать. Также подготовьте себя, выбрав наиболее эффективную технику для сварки деталей.
• Тщательная очистка – Для очистки алюминия сначала используйте растворитель, такой как ацетон, чтобы удалить отложения, такие как масло, капли и жир. Затем можно использовать сильное щелочное средство, умеренную кислоту или стальную щётку для удаления оксидного слоя.
• Терпение – Сварка в спешке не только опасна, но и приведёт к плохому качеству сварного шва. Последовательно следуйте различным этапам сварки.

Как выбрать лучший присадочный материал для сварки алюминия

Для большинства техник сварки алюминия вам потребуется использовать присадочный материал. Несомненно, ваш выбор присадочного материала повлияет на качество окончательного шва.

Ниже приведены некоторые ключевые аспекты, которые следует учитывать при выборе присадочного материала:

• Сварочное оборудование – Амплитуда и свойства сварочного оборудования должны соответствовать выбранному вами присадочному материалу.
• Условия сварки – Выбранный вами присадочный материал должен быть совместим с защитным газом. В качестве альтернативы, он также должен быть совместим с условиями сварки, например, с вакуумной средой.
• Регуляторные спецификации и коды – Убедитесь, что вы выбираете присадочный материал, который соответствует промышленным стандартам сварки алюминия.
• Базовый материал – В нашем случае базовый материал – алюминий. Выберите присадочный материал, совместимый с алюминием.

Алюминиевые сплавы, подходящие для сварки

Ниже приведена таблица, которая поможет в выборе подходящего алюминия для сварки.

Мы разделили её на три основных раздела:

• Подходит для сварки – Мы настоятельно рекомендуем алюминий из этого раздела для сварки.
• Можно использовать, но не оптимально – Вы можете использовать алюминиевые сплавы из этого раздела для сварки. Однако они не являются наиболее желательными.
• Сварка на основе опыта – Сварка этих сплавов сильно связана с высоким уровнем опыта из-за их сложности.

Лучшие Практики Для Предотвращения Дефектов При Сварке Алюминия

Сварные соединения из алюминия склонны к дефектам после сварки. Однако эти дефекты можно предотвратить.

В таблице ниже выделены распространенные дефекты и способы их предотвращения.

Свойства, обуславливающие свариваемость алюминия

Алюминий можно сваривать благодаря таким материалам:

• Высокая теплопроводность – Обеспечивает быстрое образование сварного шва.
• Пластичность – Это уменьшает вероятность трещин в процессе сварки.

Сварка алюминия с другими металлами

Иногда сварка алюминия с определенными металлами может быть сложной. Хороший пример – сварка алюминия со сталью.

Это обусловлено различиями в физических и металлургических свойствах двух металлов.

Однако это не означает, что нельзя сваривать эти два металла. Алюминий свариваем с другими металлами, но это требует опыта.

Сварка алюминия с другими металлами полезна, когда необходимо использовать только компонент из алюминия в структуре, изготовленной из другого металла.

Заключение

Сварка алюминия имеет свои сложности, как было отмечено в предыдущем разделе. Тем не менее, мы надеемся, что это руководство открыло вам путь в мир сварки алюминия.

Для всех ваших вопросов или запросов по сварке алюминия компания KDM готова помочь – свяжитесь с нами сейчас.

Дополнительные ресурсы:

Сварка листового металла – Источник: KDMFAB

Как сваривать изделия из алюминия – Источник: UTI

Ведущие производители алюминия – Источник: KDMFAB

Как сваривать алюминий методом MIG – Источник: WeldGuru

Изготовление изделий из алюминиевого листа – Источник: KDMFAB

Сварка алюминия – Источник: WeldGuru

MIG сварка алюминия для начинающих – Источник: Make Money Welding

Как сварить алюминий без сварочного аппарата – Источник: The Instructables

Руководство по сварке алюминия – Источник TWI