Методы сварки алюминия
Сварка алюминия — это производственный процесс, в котором используется тепло и давление для соединения двух компонентов, изготовленных из алюминия или сплавов на его основе. По сравнению со сварными узлами, изготовленными из других материалов, например стали, сварные алюминиевые узлы не обладают таким же уровнем прочности, как их исходные материалы. Таким образом, крайне важно, чтобы профессионалы отрасли выбрали правильный основной материал и метод сварки, чтобы обеспечить максимально прочное соединение между алюминиевыми компонентами.
Однако выбор этих элементов может оказаться сложной задачей, поскольку операции по сварке алюминия сильно различаются в зависимости от основных материалов и используемых методов сварки, от продукта и производственных характеристик. В Этой статье представлен обзор сварки алюминия, чтобы клиенты могли лучше понять, какие алюминиевые материалы и методы сварки лучше всего подходят для их проекта.
Однако выбор этих элементов может оказаться сложной задачей, поскольку операции по сварке алюминия сильно различаются в зависимости от основных материалов и используемых методов сварки, от продукта и производственных характеристик. В Этой статье представлен обзор сварки алюминия, чтобы клиенты могли лучше понять, какие алюминиевые материалы и методы сварки лучше всего подходят для их проекта.
Алюминий в сварочных работах: характеристики и сплавы
По сравнению с другими материалами, используемыми в сварочных операциях, алюминий имеет особые характеристики, которые требуют особых процедур обращения и создают уникальные проблемы. Свойства алюминия и его различных сплавов влияют на то, насколько хорошо материал подходит для процесса сварки и на характеристики конечного продукта. Например:
У алюминия гораздо более низкая температура плавления, чем у стали (Al660,3°C по сравнению с 1450—1520 °C сталь ). Это качество позволяет выполнять сварочные операции при более низких температурах для достижения сопоставимого сварного шва.
Алюминий имеет оксидный слой с температурой плавления 2050°С , который действует как изолятор, что может вызвать проблемы во время сварочных операций при более низких температурах.
Он теряет прочность при нагревании и восстанавливает её при остывании. В отличие от стали, алюминий остается прочным при более низких температурах, что делает его пригодным для использования при транспортировке криогенного и сжиженного природного газа (СПГ).
Большинство, если не все, алюминиевые сплавы демонстрируют эти свойства, поскольку состоят в основном из алюминия с меньшим процентом других элементов.
Рекомендации по сварке алюминия
При планировании проекта сварки алюминия необходимо учитывать несколько факторов, чтобы обеспечить качественный сварной шов. Три ключевых соображения:
Чистота поверхности изделий
Любые загрязнения на поверхности алюминиевой заготовки могут помешать процессу сварки. Помимо потенциального изменения химической реакции, происходящей во время сварочных работ, они могут ослабить прочность сварного шва. В частности, склонность алюминия притягивать кислород и вступать в реакцию с ним, образуя на поверхности тонкий оксидный слой, требует тщательной очистки и подготовки поверхности алюминия перед началом любой сварочной операции.
Размер алюминиевой заготовки
В зависимости от толщины заготовки, используемой в сварочной операции, некоторые методы сварки могут оказаться неприемлемыми, а другие могут быть идеальными. Например:
Стыковые и угловые сварные швы обычно не подходят для соединения алюминиевых пластин толщиной менее 1/8 дюйма (3/2 мм).
Дуговая сварка металлом подходит для более тяжелых алюминиевых материалов толщиной до 2 1/2 дюйма (63,5 мм).
Теплопроводность алюминия
Алюминий имеет относительно низкую температуру плавления. Это качество в сочетании с высокой степенью теплопроводности требует тщательного баланса подачи тепла, чтобы избежать как преждевременного рассеивания тепла, так и плавления. Алюминий проводит тепло в три-пять раз быстрее, чем сталь, и каждый из его сплавов имеет немного разный уровень теплопроводности.
Чтобы учесть эти факторы, техники-сварщики, как правило, используют более высокие тепловые затраты, чтобы обеспечить более высокую скорость сварки, и предварительно нагревают более толстые куски алюминия перед выполнением какой-либо сварочной операции. В процессе предварительного нагрева технические специалисты нагревают алюминий до температуры не более 204.44°C, чтобы уменьшить колебания, вызванные проводимостью. Однако, поскольку слишком длительное воздействие высокой температуры может снизить прочность сварного шва термообработанных и упрочнённых алюминиевых сплавов, заготовку нагревают в течение минимально возможного времени.
У алюминия гораздо более низкая температура плавления, чем у стали (Al660,3°C по сравнению с 1450—1520 °C сталь ). Это качество позволяет выполнять сварочные операции при более низких температурах для достижения сопоставимого сварного шва.
Алюминий имеет оксидный слой с температурой плавления 2050°С , который действует как изолятор, что может вызвать проблемы во время сварочных операций при более низких температурах.
Он теряет прочность при нагревании и восстанавливает её при остывании. В отличие от стали, алюминий остается прочным при более низких температурах, что делает его пригодным для использования при транспортировке криогенного и сжиженного природного газа (СПГ).
Большинство, если не все, алюминиевые сплавы демонстрируют эти свойства, поскольку состоят в основном из алюминия с меньшим процентом других элементов.
Рекомендации по сварке алюминия
При планировании проекта сварки алюминия необходимо учитывать несколько факторов, чтобы обеспечить качественный сварной шов. Три ключевых соображения:
Чистота поверхности изделий
Любые загрязнения на поверхности алюминиевой заготовки могут помешать процессу сварки. Помимо потенциального изменения химической реакции, происходящей во время сварочных работ, они могут ослабить прочность сварного шва. В частности, склонность алюминия притягивать кислород и вступать в реакцию с ним, образуя на поверхности тонкий оксидный слой, требует тщательной очистки и подготовки поверхности алюминия перед началом любой сварочной операции.
Размер алюминиевой заготовки
В зависимости от толщины заготовки, используемой в сварочной операции, некоторые методы сварки могут оказаться неприемлемыми, а другие могут быть идеальными. Например:
Стыковые и угловые сварные швы обычно не подходят для соединения алюминиевых пластин толщиной менее 1/8 дюйма (3/2 мм).
Дуговая сварка металлом подходит для более тяжелых алюминиевых материалов толщиной до 2 1/2 дюйма (63,5 мм).
Теплопроводность алюминия
Алюминий имеет относительно низкую температуру плавления. Это качество в сочетании с высокой степенью теплопроводности требует тщательного баланса подачи тепла, чтобы избежать как преждевременного рассеивания тепла, так и плавления. Алюминий проводит тепло в три-пять раз быстрее, чем сталь, и каждый из его сплавов имеет немного разный уровень теплопроводности.
Чтобы учесть эти факторы, техники-сварщики, как правило, используют более высокие тепловые затраты, чтобы обеспечить более высокую скорость сварки, и предварительно нагревают более толстые куски алюминия перед выполнением какой-либо сварочной операции. В процессе предварительного нагрева технические специалисты нагревают алюминий до температуры не более 204.44°C, чтобы уменьшить колебания, вызванные проводимостью. Однако, поскольку слишком длительное воздействие высокой температуры может снизить прочность сварного шва термообработанных и упрочнённых алюминиевых сплавов, заготовку нагревают в течение минимально возможного времени.
Методы сварки алюминия
Принимая во внимание эти соображения, профессионалы отрасли могут выбирать лучшие методы для различных алюминиевых материалов, размеров деталей и предполагаемых применений. К наиболее распространенным методам сварки алюминия относятся следующие:
✅ Газо-дуговая сварка (GMAW).
Газовая дуговая сварка металлом (GMAW), также известная как сварка в инертном газе (MIG), использует инертный газ и постоянный ток обратной полярности для сварки двух частей алюминия вместе. Этот метод подходит для сварки алюминиевых пластин толщиной от 0,158 до нескольких сантиметров. Как метод сварки, он является быстрым и универсальным, предлагая высокие скорости сварки для широкого спектра материалов и предполагаемых применений.
✅ Газо-вольфрамовая дуговая сварка (GTAW).
Газовая вольфрамовая дуговая сварка (GTAW), также называемая сваркой вольфрамовым электродом в инертном газе (TIG), использует газ для создания дуги. В отличие от GMAW, этот способ лучше подходит для более тонких пластин или профилей из алюминиевых сплавов.
✅ Дуговая сварка в углекислой среде (SCAW).
Сварка защитной углеродной дугой (SCAW) — это ручной или автоматический процесс сварки, в котором для создания дуги используется углекислый газ. Для завершения сварного шва используется угольная дуга в сочетании с присадочным материалом из отдельного стержня. Хотя флюс необходим на протяжении всей сварочной операции, в конце его необходимо удалить. Конечная продукция, произведенная методом SCAW, имеет сварные швы, идентичные изделиям, изготовленным ацетилено-кислородной или кислородно-водородной сваркой.
✅ Дуговая сварка защищенного металла (SMAW)
При сварке защитной металлической дугой (SMAW) сварщики используют электрод, покрытый экструдированным или толстым флюсом. Это покрытие защищает сварной шов, образуя газовую защиту вокруг дуги и расплавленного материала. Он также объединяет оксид алюминия с образованием шлака, который можно удалить в конце процесса сварки или во время отделочных операций.
✅ Сварка водородом
При сварке водородом для поддержания дуги между двумя вольфрамовыми электродами используется водородная атмосфера. Процесс, методы и результаты аналогичны ацетиленовой сварке, и производители могут автоматизировать процесс или выполнять его вручную.
Электронно-лучевая сварка
При электронно-лучевой сварке специалисты-сварщики бомбардируют алюминиевые детали высокоскоростным потоком электронов. Этот поток сплавляет соединения вместе, преобразуя кинетическую энергию электронов в тепловую энергию при контакте с заготовкой. Поскольку этот процесс может быть опасным, он обычно происходит в вакуумированной камере.
✅ Контактная сварка
Существует три основных метода контактной сварки: оплавление, шовная сварка и точечная сварка. Каждый из этих процессов подходит для соединения алюминия и его сплавов, включая высокопрочные термообрабатываемые алюминиевые сплавы.
✅ Газо-дуговая сварка (GMAW).
Газовая дуговая сварка металлом (GMAW), также известная как сварка в инертном газе (MIG), использует инертный газ и постоянный ток обратной полярности для сварки двух частей алюминия вместе. Этот метод подходит для сварки алюминиевых пластин толщиной от 0,158 до нескольких сантиметров. Как метод сварки, он является быстрым и универсальным, предлагая высокие скорости сварки для широкого спектра материалов и предполагаемых применений.
✅ Газо-вольфрамовая дуговая сварка (GTAW).
Газовая вольфрамовая дуговая сварка (GTAW), также называемая сваркой вольфрамовым электродом в инертном газе (TIG), использует газ для создания дуги. В отличие от GMAW, этот способ лучше подходит для более тонких пластин или профилей из алюминиевых сплавов.
✅ Дуговая сварка в углекислой среде (SCAW).
Сварка защитной углеродной дугой (SCAW) — это ручной или автоматический процесс сварки, в котором для создания дуги используется углекислый газ. Для завершения сварного шва используется угольная дуга в сочетании с присадочным материалом из отдельного стержня. Хотя флюс необходим на протяжении всей сварочной операции, в конце его необходимо удалить. Конечная продукция, произведенная методом SCAW, имеет сварные швы, идентичные изделиям, изготовленным ацетилено-кислородной или кислородно-водородной сваркой.
✅ Дуговая сварка защищенного металла (SMAW)
При сварке защитной металлической дугой (SMAW) сварщики используют электрод, покрытый экструдированным или толстым флюсом. Это покрытие защищает сварной шов, образуя газовую защиту вокруг дуги и расплавленного материала. Он также объединяет оксид алюминия с образованием шлака, который можно удалить в конце процесса сварки или во время отделочных операций.
✅ Сварка водородом
При сварке водородом для поддержания дуги между двумя вольфрамовыми электродами используется водородная атмосфера. Процесс, методы и результаты аналогичны ацетиленовой сварке, и производители могут автоматизировать процесс или выполнять его вручную.
Электронно-лучевая сварка
При электронно-лучевой сварке специалисты-сварщики бомбардируют алюминиевые детали высокоскоростным потоком электронов. Этот поток сплавляет соединения вместе, преобразуя кинетическую энергию электронов в тепловую энергию при контакте с заготовкой. Поскольку этот процесс может быть опасным, он обычно происходит в вакуумированной камере.
✅ Контактная сварка
Существует три основных метода контактной сварки: оплавление, шовная сварка и точечная сварка. Каждый из этих процессов подходит для соединения алюминия и его сплавов, включая высокопрочные термообрабатываемые алюминиевые сплавы.
