Сварка алюминиевых сплавов процессом аргонодуговой сварки неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона
В сегодняшней статье мы рассмотрим следующие интересные аспекты:
• Свариваемость алюминиевых сплавов;
• Трудности при аргонодуговой сварке алюминиевых сплавов;
• Что необходимо для осуществления процесса аргонодуговой сварки алюминиевых сплавов;
• Какие существуют функции/настройки в аппаратах для сварки алюминиевых сплавов и их влияние на процесс сварки;
Ну что же, погнали!
Сварка вольфрамовым электродом алюминиевых сплавов
Как правило, для изготовления изделий применяются следующие серии алюминиевых сплавов:
Серия 1ХХХ – чистый технический алюминий, с содержанием алюминия не менее 99%. Сваривается без ограничений, проволоками и присадочными прутками марки СвА99 и схожими импортными аналогами.
Серия 2ХХХ – сплавы на основе алюминия, легированные медью (еще некоторые из них называют «дюрали», «дюралюмины»), считаются несвариваемыми (за редким исключением), т.к. в большой степени склонны к появлению горячих трещин. Образование горячих трещин наблюдается как в металле шва, так и в зоне термического влияния. Также в зоне термического влияния часто встречается разупрочнение – разрушение чаще всего наблюдается именно по ЗТВ.
Серия 3ХХХ – сплавы на основе алюминия, легированного марганцем. Обладают средней прочностью в сравнении с чистым алюминием и высокопрочными сплавами. Свариваются без ограничений проволоками и присадочными прутками марки СвАМц или прутками из алюминиевого сплава 1ХХХ серии и схожими импортными аналогами.
Серия 4ХХХ – сплавы на основе алюминия, легированные кремнием. Из этих сплавов часто изготавливают изделия путём литья. Также эти сплавы применяются для изготовления сварочных материалов, припоев для пайки. Сваривается данная группа сплавов - проволоками и присадочными прутками марки СвАК5 и схожими импортными аналогами.
Серия 5ХХХ – самые распространенные конструкционные алюминиевые сплавы, легированные магнием. Широко распространены в машиностроении, судостроении. Сваривается без ограничений, проволоками и присадочными прутками марки СвАМг5, СвАМг4,5, СвАМг61, СвАМг6 и схожими импортными аналогами.
Серия 6ХХХ – конструкционные алюминиевые сплавы, легированные одновременно и магнием, и кремнием. широко распространены в судостроении и иных областях промышленности. Сваривается без ограничений, проволоками и присадочными прутками марки СвАМг61, СвАМг6, СвАМг5, СвАК5 – в зависимости от желаемых результатов, и схожими импортными аналогами.
Серия 7ХХХ - специальные высокопрочные сплавы на основе алюминия, легированные цинком, считаются несвариваемыми (за редким исключением), т.к. в большой степени склонны к появлению горячих трещин. Образование горячих трещин наблюдается как в металле шва, так и в зоне термического влияния. Т.е. точно такая же история, как и со сплавами серии 2ХХХ.
Серия 8ХХХ – иные сплавы алюминия, также считаются несвариваемыми.
Серия 9ХХХ – резервная серия.
Таким образом, несвариваемыми считаются дюралюмины, сплавы серии 2ХХХ, 7ХХХ, 8ХХХ по причине того, что в процессе нагрева по границам зерен выделяются компоненты сплавов, которые имеют более низкую температуру плавления, в сравнении с основным металлом, в процессе остывания указанные компоненты кристаллизуются позже основного металла, что в свою очередь в процессе усадки приводит к образованию горячих трещин.
Трудности заключаются в следующем:
I. Правильный подбор тока сварки и его уменьшение по мере нагрева свариваемого изделия. Тока должно быть достаточно, чтобы сплавить свариваемые кромки, получить достаточную смачиваемость и объем сварочной ванны для формирования той геометрии шва, которая считается оптимальной при сварке алюминиевых сплавов – «вогнутый» сварной шов при сварке таврового соединения, отсутствие чрезмерного усиления и наличие плавного перехода от металла шва к основному металлу. Также, ввиду низкой температуры плавления алюминиевых сплавов, в процессе сварки может наблюдаться постепенное чрезмерное подтекание и провал сварочной ванны, что может быть поправимо уменьшением тока сварки. Регулировать ток удобнее всего сварочной педалью, уменьшая нажатие на которую уменьшается и сварочный ток. В качестве дополнительных мер удержания сварочной ванны можно использовать поддув защитного газа изнутри, различного рода подкладки, а также зачастую оправдано применение прутка заведомо большего диаметра с целью снижения температуры нагрева сварочной ванны за счет отвода тепла дуги на расплавление прутка.
II. Правильная техника сварки. Сочетание зеркально блестящей сварочной ванны, очищенной от окислов, с определённой периодичностью подачи сварочного прутка – трудность, как, в общем, и при аргонодуговой сварке отличных от алюминия материалов. Для тренировки частоты подачи прутка можно использовать низкочастотный импульсный режим, такт которого как раз будет указывать сварщику на необходимость подачи присадочного прутка: во время действия пикового тока происходит подача присадки, во время действия базового тока – разглаживание образовавшегося усиления
III. Подбор правильного присадочного прутка. Как Вы поняли из предыдущего абзаца, каждый сплав алюминия требует правильного подхода по выбору сварочных прутков, в связи с этим необходимо пользоваться литературой или же следовать рекомендациям производителей сварочных материалов.
IV. Высокий шанс получения дефектности металла шва и ЗТВ. Избежать образования горячих трещин в металле шва – правильный выбор сварочного материала. Избежать образования холодных трещин в зоне термического влияния – уменьшение зоны нагрева при сварке.
V. Настройки сварочного оборудования.Сварочный ток? Баланс переменного тока? Частота переменного тока? Применение импульсных режимов сварки в режиме сварки на переменном токе? Обо всем этом – отдельный абзац далее в статье.
VI. Недостаточная подготовка изделия/сварочных материалов перед процессом сварки. Зону сварки необходимо зачистить, обезжирить. Также иногда бывает необходимым обработать, к примеру, ацетоном сварочные прутки при недолжном качестве их поверхности.
Что же необходимо для сварки алюминия и его сплавов?
1. Сварочное оборудование с необходимым функционалом, позволяющим производить качественный и технологичный процесс сварки на переменном токе, на примере линейки бренда Hugong: WAVE 200 III MINI AC/DC, WAVE 315D III, SUPERWAVE 500U + сварочный кабель с зажимом на изделие. Сварка переменным током – легко в режиме AC.
2. Сварочная горелка для TIG-сварки: с воздушным охлаждением для сварки на малых токах, с жидкостным охлаждением для работы на токах свыше 160-180А;
3. Сварочные прутки и необходимого алюминиевого сплава;
4. Вольфрамовый электрод;
5. Защитный сварочный газ – 100% Аргон;
6. Редуктор с расходомером – для подачи защитного газа из баллона или магистрали,
через аппарат – в сварочную горелку;
7. Сварочная маска, сварочные краги, сварочный костюм и иные необходимые аксессуары
Рассмотрим наличие и влияние настроек, сварка переменным током (на примере АППАРАТА АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКИ HUGONG WAVE 315D III AC/DC):
Ток сварки (Welding Current) – настройка величины сварочного тока, изменяется в зависимости от свариваемой толщины.
Настройка частоты переменного тока (AC FREQUENCY) – частота переменного тока влияет на фокусировку дуги / настройку размера сварочной ванны, стабильность горения дуги, эффективность очистки поверхности свариваемого изделия от оксидных плёнок.
На изображении видно, что, к примеру, при сварке таврового соединения следует увеличить частоту переменного тока с целью обжатия сварочной дуги для большего проплавления и уменьшения зоны термического влияния. При большей фокусировке дуги – меньше нагрев изделия в околошовной зоне, что благотворно влияет на механические свойства металла.
Баланс переменного тока (AC BALANCE) – это продолжительность действия положительной составляющей переменного тока по отношению к отрицательной. Чем сварка алюминия отличается от сварки, к примеру, нержавеющих сталей? Оксидная плёнка! На поверхности алюминиевых сплавов.
Учитывая, что положительная составляющая цикла переменного тока (обратная полярность) отвечает за эффективность очистки свариваемой поверхности от оксидной пленки, то настройкой баланса как правило и регулируют очистку. Но при слишком большой величине баланса, большее количество тепла из дуги приходится на вольфрамовый электрод, в связи с чем необходимо соблюдать опять же баланс между большей очисткой и подплавлением вольфрамового электрода. При слишком большом % положительной составляющей – электрод просто начнет сгорать.
Однако в дополнение к регулировке частоты переменного тока и возможности влиять на форму дуги, к переменному току можно добавить импульсный режим, что даст следующее:
При низкочастотном импульсе
• Отработка техники / частоты подачи присадочного прутка
При среднем и высокочастотном импульсе
• Дополнительная (к влиянию частоты переменного тока) фокусировка дуги
• Снижение тепловложения в свариваемое изделие, как следствие минимизация коробления конструкции после сварки, сохранение прочностных характеристик
• Возможность сварки в вертикальных и потолочных положениях
Импульсный режим, не важно в режиме постоянного или переменного тока – это скачок сварочного тока от базового до пикового значения. Таким образом, средний сварочный ток, используемый при сварке импульсной дугой – заведомо меньше, нежели линейном режиме. Тепловложение – это, по сути, произведение сварочного тока и напряжения, разделённое на длину сварного шва. При меньшем среднем значении сварочного тока есть возможность получить меньшее тепловложение, но при этом, как вариант, сохранить производительность процесса сварки.
Таким образом режим импульса имеет следующие преимущества:
• Увеличение скорости сварки в сравнении с линейными режимами;
• Минимизация тепловложения в изделия;
• Получение более плотных сварных швов за счет меньшей ширины нагрева;
• Эстетически более презентабельный внешний вид сварных швов;
• Возможность тренировок и обучения сварщиков – синхронизация работы рук;
• Возможность сварки тонколистовых изделий в случае, если нет возможности выбора формы волны переменного тока;
Учитывая, что в современных аппаратах имеется много возможностей и режимов, что позволяет гибко настроить процесс сварки под задачи, то и записывать отработанные режимы ручкой в блокнот – странная затея.
Для облегчения работы сварщика инженеры компании Hugong подарили аппаратам серии WAVE возможность сохранения значений настроек в ячейки памяти.
Кнопка «SAVE» отвечает за сохранение настроенных параметров в выбранную ячейку памяти, кнопка «LOAD» позволяет вызвать необходимую ячейку памяти и отобразить все ранее сохраненные настройки на дисплее аппарата.
