Каковы преимущества сварки алюминия и способы его сварки?

Сварка алюминия может быть полезным навыком для развития, открывающим возможности для различных проектов в таких отраслях, как автомобильная, аэрокосмическая и строительная. Это подробное руководство предназначено для того, чтобы помочь новичкам понять основы сварки алюминия и начать работу с этим универсальным металлом.

Каковы преимущества сварки алюминия и алюминиевых сплавов?

Химические свойства алюминия и алюминиевых сплавов очень активны, а поверхность склонна к образованию тугоплавких оксидных пленок (например, Al2O3 с температурой плавления около 2050 ℃ и MgO с температурой плавления около 2500 ℃).

Кроме того, алюминий и алюминиевые сплавы обладают высокой теплопроводностью, а подвод тепла при сварке склонен к быстрой потере основного материала, что может легко вызвать дефекты неполного сплавления в алюминии и алюминиевых сплавах. Основные проблемы при сварочном производстве алюминия и алюминиевых сплавов следующие:

1. Алюминий имеет большую удельную теплоемкость и теплопроводность.

Удельная теплоемкость и теплопроводность алюминия больше, чем у стали, поэтому тепловложение в процессе сварки теряется из-за быстрой проводимости к основному металлу. Поэтому при сварке плавлением требуется высококонцентрированный источник тепла. Для получения качественных сварных соединений иногда требуется предварительный подогрев технических мероприятий для реализации процесса сварки плавлением; Когда для сварки алюминия и алюминиевых сплавов используется сварка электрическим сопротивлением, для сварки необходимо использовать сверхмощный источник.

2. Большой коэффициент линейного расширения

Коэффициент линейного расширения алюминия и алюминиевых сплавов относительно велик, примерно в два раза больше, чем у стали, а скорость объемной усадки при затвердевании составляет около 6,5%. Поэтому сварные детали подвержены значительным сварочным деформациям.

3. Высокое сродство между алюминием и кислородом

Алюминий имеет высокое сродство к кислороду и очень восприимчив к окислению. В процессе сварки алюминий и его сплавы окисляются и образуют на свариваемой поверхности оксидную пленку высокой плотности (3,85 г/см3) (Al2O3) с температурой плавления до 2050 ℃. Эта оксидная пленка препятствует хорошему связыванию расплавленного металла в процессе сварки и склонна к шлаковому включению.

4. Легко создавать поры

Наиболее распространенным дефектом в процессе сварки алюминия и алюминиевых сплавов является водородная пористость. Это связано с тем, что в пространстве столба сварочной дуги всегда присутствует определенное количество воды, особенно во влажные сезоны или в районах с высокой влажностью. Водород, который разлагается из воды в атмосфере столба дуги, растворяется в перегретом расплавленном металле ванны. При низкотемпературном затвердевании растворимость водорода претерпит значительные изменения и резко уменьшится. Если он не может выделиться до затвердевания в сварочной ванне, в сварном шве образуются водородные поры.

Во-вторых, влага, адсорбированная в оксидной пленке сварочной проволоки и сварных изделий, также является важной причиной образования пор. Оксидная пленка сплава Al Mg не плотная и обладает сильным водопоглощением. Следовательно, сплав Al Mg имеет большую склонность к образованию пор, чем чистый алюминий с плотной оксидной пленкой.

5. Отсутствие изменения цвета при плавке алюминия и алюминиевых сплавов.

Когда алюминий и алюминиевые сплавы переходят из твердого состояния в жидкое в процессе сварки, существенного изменения цвета не происходит, что затрудняет контроль температуры нагрева сварщиками. Кроме того, из-за низкой прочности алюминия и его сплавов при высоких температурах (алюминий имеет прочность всего 10 МПа при 370 ℃) легко вызвать разрушение сварочной ванны или утечку металла в ванне. Поэтому во время сварки к задней части сварного шва необходимо добавить опорную пластину.

6. Заварка горячих трещин

В процессе сварки алюминия и алюминиевых сплавов в металле шва и вблизи шва появляются горячие трещины, в основном трещины затвердевания металла, а также в околошовной зоне могут наблюдаться трещины разжижения. Существование легкоплавких сокристаллов является важной причиной трещин затвердевания в сварных швах алюминия и алюминиевых сплавов. Коэффициент линейного расширения алюминия и алюминиевых сплавов в два раза выше, чем у стали. При сварке в стесненных условиях возникают значительные сварочные напряжения, что также является одной из причин большей склонности алюминия и алюминиевых сплавов к растрескиванию.

7. Равнопрочность сварных соединений.

Алюминиевые сплавы, которые могут быть упрочнены старением, за исключением сплавов Al-Zn-Mg, имеют более низкую прочность при сварке, чем основной металл, независимо от того, сварены ли они в отожженном состоянии или в состоянии старения без термической обработки после сварки. Нестареющие упрочняемые алюминиевые сплавы, например сплавы A-Mg, имеют одинаковую прочность между сварным соединением и основным металлом при сварке в отожженном состоянии; При сварке в холодном деформированном напряженном состоянии прочность сварного соединения ниже, чем у основного металла.

Неодинаковые прочностные характеристики сварки алюминия и алюминиевых сплавов указывают на то, что сварное соединение претерпело некоторую степень размягчения или имеется слабое звено в характеристиках. Слабое звено в работе такого соединения может находиться в любой области сварного шва, зоны сплавления или зоны термического влияния.

(1) Из-за литой структуры разница прочности между зоной сварного шва и основным металлом может быть незначительной, но пластичность сварного шва, как правило, не такая хорошая, как у основного металла. При этом, чем больше погонная энергия сварки, тем больше тенденция к снижению работоспособности сварного шва.

(2) Основная проблема с нестареющими упрочненными алюминиевыми сплавами в зоне сплавления заключается в снижении пластичности из-за укрупнения зерна; При сварке упрочненного старением алюминиевого сплава происходит не только укрупнение зерен, но также могут возникать трещины из-за разжижения границ зерен. Итак, основной проблемой в зоне сплавления шва является ухудшение пластичности.

(3) Характеристики нестареющих упрочненных алюминиевых сплавов и стареющих упрочненных алюминиевых сплавов в зоне термического влияния после сварки в основном обусловлены размягчением металла сварного шва.

8. Коррозионная стойкость сварных соединений.

После сварки алюминия и алюминиевых сплавов коррозионная стойкость сварных соединений, как правило, ниже, чем у основного металла. Основные причины, влияющие на коррозионную стойкость сварных соединений, следующие:

1) Из-за неоднородности структуры сварного соединения электродный потенциал на различных участках сварного соединения неодинаков. Следовательно, термическая обработка до и после сварки будет влиять на коррозионную стойкость соединения.

2) Излишние примеси, крупные зерна и выделение хрупких фаз могут значительно снизить коррозионную стойкость. Поэтому чистота и плотность металлов холодного ветра являются одной из причин, влияющих на коррозионную стойкость соединений.

3) Сварочное напряжение также может повлиять на коррозионную стойкость.

Как сварить алюминий?

Меры безопасности:
Прежде чем приступить к любому сварочному проекту, уделите первостепенное внимание безопасности. Убедитесь, что у вас есть надлежащее защитное снаряжение, включая сварочный шлем, перчатки и одежду, чтобы защитить себя от УФ-излучения, искр и тепла. Кроме того, работайте в хорошо проветриваемом помещении, чтобы избежать воздействия вредных паров.

Выбор правильного процесса сварки:
Алюминий можно сваривать с использованием нескольких методов сварки, включая сварку TIG (вольфрам в инертном газе), сварку MIG (металл в инертном газе) и кислородно-ацетиленовую сварку. Для новичков рекомендуется сварка TIG из-за ее универсальности, контроля и способности производить высококачественные сварные швы.

Необходимое оборудование и материалы:
Для сварки алюминия вам понадобится сварочный аппарат TIG, горелка TIG с подходящим электродом, газ аргон для защиты, присадочные стержни, предназначенные для алюминия, и чистая проволочная щетка из нержавеющей стали для очистки.

Очистка и подготовка:
Перед сваркой алюминий необходимо тщательно очистить, чтобы обеспечить прочное соединение. Используйте проволочную щетку из нержавеющей стали для удаления оксидного слоя, жира или грязи с поверхности. При необходимости используйте специальный очиститель алюминия или растворитель.

Настройка сварочного аппарата TIG:
Отрегулируйте настройки сварочного аппарата TIG в соответствии с толщиной алюминия и желаемым сварочным током. Установите скорость потока газа в пределах 15-20 кубических футов в час (CFH) и убедитесь, что выбран правильный вольфрамовый электрод в соответствии с требованиями проекта.

Техника сварки алюминия TIG:
Соблюдение правильной техники имеет решающее значение для успешной сварки алюминия. При сварке TIG держите горелку под небольшим углом (10–15 градусов) и медленными равномерными движениями создайте ванну. Контролируйте подачу тепла, чтобы предотвратить прожог или деформацию, и работайте над чистым, однородным соединением.

Типы сварных соединений:
Наиболее распространенными типами соединений для сварки алюминия являются стыковые соединения, соединения внахлестку, Т-образные соединения и угловые соединения. Каждый из них требует специальной подготовки и методов сварки, поэтому выберите подходящий тип соединения для вашего проекта.

Выбор и использование наполнителя:
Выберите подходящий алюминиевый присадочный стержень, соответствующий основному металлу. Очистите присадочный стержень проволочной щеткой и держите его близко к сварочной ванне, сохраняя постоянную длину дуги. Контролируйте скорость подачи присадочного стержня, чтобы обеспечить правильное распределение тепла и плавление.

Послесварочная отделка:
После завершения сварки осмотрите его на наличие дефектов или пористости. Используйте проволочную щетку или подходящий метод очистки для удаления шлака или остатков. Рассмотрите возможность обработки после сварки, такой как шлифовка или шлифовка, чтобы при необходимости получить гладкий законченный вид.

Практика и терпение:
Освоение сварки алюминия требует практики и терпения. Начните с простых проектов и постепенно переходите к более сложным. Потратьте время на анализ ваших сварных швов, определите области для улучшения и отточите свою технику посредством постоянной практики.