Сварка алюминия

Особенности алюминия, влияющие на характер сварки

Свойства алюминия и его сплавов отличаются от свойств сталей, поэтому их сварка имеет ряд особенностей. Алюминий имеет высокую теплопроводность (примерно в 5 раз выше, чем у рядовых сталей), поэтому тепло от места сварки интенсивно отводится в свариваемые детали. Это диктует необходимость повышенного тепловложения по сравнению со сваркой сталей. Из-за этого же рекомендуется предварительный подогрев массивных алюминиевых деталей.

Алюминий характеризуется низкой температурой плавления - около 640°C, то есть она значительно ниже температуры плавления стали (около 1500°С), причем прочность его при нагреве резко снижается. Кроме того, он не меняет цвет при нагреве (что характерно для большинства металлов) и вследствие этого не "подсказывает" сварщику, что нагрет почти до температуры плавления. Таким образом, из-за специфических свойств алюминия (высокая теплопроводность и низкая температура плавления в сочетании со значительным уменьшением прочности при нагреве) вероятность "прожога" или даже расплавления детали при сварке алюминия значительно выше, чем при сварке стали.

Алюминий имеет значительную литейную усадку (в 2 раза больше, чем у стали), поэтому при затвердевании металла сварочной ванны в нем развиваются значительные внутренние напряжения и деформации, ведущие к образованию так называемых "горячих трещин".

В настоящее время из всех известных способов для сварки алюминия при ремонте автомобилей, чаще всего применяются два следующих: аргонодуговая и полуавтоматическая.    Способ аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом (в отличие от сварки сталей, ведущейся на постоянном токе) для сварки алюминия и его сплавов применяется процесс на переменном токе (для разрушения оксидной пленки). В последнее время наиболее популярны инверторные источники питания, с возможностью изменения частоты напряжения. Сварку тонкостенных алюминиевых деталей рекомендуется проводить на повышенной частоте, а заварку дефектов отливок - на пониженной.   

Полуавтоматическая сварка алюминия и его сплавов более производительна, по сравнению с аргонодуговой. Она выполняется на постоянном токе с положительной полярностью на электроде либо капельным переносом в импульсном режиме. Сварка в импульсном режиме выполняется обычно инверторными источниками питания, например NN PULSEMIG 270. При этом источник постоянно выдает базовый ток (достаточный для поддерживания дуги, но слишком низкий для обеспечения отрыва капель расплавленного металла от электрода и переноса их к сварочной ванне) и кратковременно выдает в виде импульсов ток больших значений, обеспечивающий контролируемый перенос капель металла от расходуемого электрода к изделию. Импульсный режим имеет преимущества перед капельным переносом, так как позволяет вести сварку во всех пространственных положениях, из-за меньшего тепловложения облегчает сварку тонкостенных изделий и уменьшает разбрызгивание. Импульсные аппараты значительно дороже традиционных, основное своё применение нашли в промышленности, сборочных производственных конвейерах.

Полуавтоматическая сварка для ремонта алюминиевых автомобильных кузовов

Аппараты для контактно-точечной сварки не могут использоваться для соединения алюминиевых деталей, поскольку в этом случае потребуется ток в три раза большей силы. Если значительно увеличить продолжительность сварки, создать сварную точку все равно не удастся, поскольку тепло на границе контактируемых поверхностей будет слишком быстро рассеиваться в окружающую среду и подлежащий свариванию алюминий не будет плавиться.

Стандартные MIG/MAG-аппараты подходят для сварки алюминия весьма условно. Оптимального результата можно добиться, используя аппараты, которые снабжены специальной программой для сварки алюминия (ALU). В профессиональной линейке RedHotDot  полуавтоматов HOTMIG 3/19/27 и 29 все аппараты оснащены программой сварки алюминия.

Подача проволоки

Алюминиевая проволока значительно мягче стальной. В связи с этим рекомендуется применять четырехроликовое подающее устройство для того, чтобы прижимное усилие распределялось на каждую пару роликов. Ролики для подачи алюминиевой проволоки должны иметь U-образную канавку, чтобы защитить поверхность проволоки от повреждения. Применение приводных горелок со встроенной собственной катушкой Ø 100 мм, SpoolGun специально разработанных для мягкой алюминиевой проволоки небольшого сечения до Ø 0.8 мм, полностью исключает замятие и застревание проволоки в рукаве горелки. Сварочный полуавтомат должен иметь евроразъём и специальную розетку для подключения вилки дистанционного управления, как у аппаратов HOTMIG 19, HOTMIG27 и HOTMIG 29.

Для аппаратов, не оснащённых специальным разъёмом для SpoolGun, существуют готовые горелки для алюминия, в качестве направляющей применяется тефлоновая трубка для уменьшения трения проволоки и заменены контактные трубки.

При сварке деталей из алюминия горелку устанавливают под углом 10-20° к вертикали. Расстояние между соплом горелки и свариваемыми деталями должно быть 10-15 мм. При большем расстоянии необходимо увеличивать давление защитного газа для обеспечения защиты сварочной ванны. Расход защитного газа 12-24 л/мин.

Сварка «электрозаклепкой» через отверстие в верхнем листе

Сварить два алюминиевых листа можно двумя следующими способами. Первый из них предусматривает наличие отверстия только в верхнем листе, второй – в обоих листах. Если сварке подлежат три листа, также сверлят общее сквозное отверстие. Диаметр отверстий должен составлять 10 мм, в том числе и при удалении деформированной части кузова фрезерованием сварных точек.

Прежде чем приступить к сварке, нужно удалить лаковое покрытие в зоне сваривания. В отличие от стальных листов перед сваркой алюминия требуется устранить оксидную пленку, лучше всего – с помощью шлифовальной машинки или наждачной бумаги зернистостью P 80. Непосредственно перед сваркой зону сварки рекомендуется еще раз очистить от оксидной пленки, обработав щеткой из нержавеющей стали.

Края вокруг отверстий верхнего и нижнего листов для удаления оксидной пленки следует отшлифовать до металлического блеска (диаметр обработанных участков – 25 мм). Для лучшего прилегания листов следует отшлифовать и располагающиеся вокруг отверстий участки внутренних поверхностей: диаметр отшлифованных зон поверхности – около 15 мм.

Исходная точка сварки в среде защитного газа должна располагаться на расстоянии 10-15 мм от отверстий. Благодаря такому внешнему зажиганию дуги осуществляется прогрев зоны сварки и обеспечивается хорошее проникновение материала электрода в исходной точке.

Как только сварной шов достигнет края отверстия, при двухслойной сварке с отверстием только в верхнем листе необходимо сразу перейти к донышку, где выполняют сварной шов по всей окружности. На обратной стороне нижнего листа при хорошем качестве сварки должен выступать валик сварного шва, величина которого должна составлять 1/3 – 2/3 от толщины листа.

При сквозном отверстии через несколько листов также применяют внешнее зажигание дуги. Когда сваривают два листа, сварочную горелку по достижении края отверстия перемещают к месту смыкания листов внутри отверстия. Отверстие будет заполнено материалом электрода, если соответствующую окружность обойти сварочным швом полтора раза. Когда сваривают три листа, горелку направляют к тому месту в отверстии, где смыкаются нижний и средний листы. В этом случае, чтобы отверстие оказалось заполнено достаточным количеством материала, следует обойти окружность сварочным швом дважды.

Далее сошлифовывают выступающий с обратной стороны сварной шов и дополнительно обрабатывают обратную поверхность проволочной металлической щеткой. В заключение проваривают края отверстия с обратной стороны, располагая сварочную горелку перпендикулярно поверхности. При этом сварной шов также должен начинаться от внешней точки начала горения дуги.