Сварка стали с алюминием: Список статей

Содержание

Как варить алюминий со сталью

В сварочном процессе однородных деталей все намного проще, чем при сваривании металлов разных типов. В таком случае приходится сталкиваться с тем, что металлы металлургически несовместимы и имеют множество принципиальных отличий в характеристике кристаллической решетки.

Также стоит отметить разные температуры плавления и показатели проводимости тепла. Поэтому перед началом работы по свариванию алюминия со сталью, требуется рассмотреть их совместимость и учесть трудности, которые могут возникнуть при их соединении.

Практически нереально соединить металлы, которые неравномерно растворяются между собой. К примеру, такие металлы, как железо, магний, алюминий и свинец, не могут сплавляться так, чтобы потом без особого труда их не разделить.

Сейчас востребованы конструкции, которые состоят из сплава стали и алюминия. Сваривание данных металлов находит широкое применение в авиастроении, производстве предметов и приборов быта и радиоэлектронике. Оптимальные свойства определенных конструкций возможны только при сочетании этих двух металлов.

Комбинируя эти два металла, можно получать специальные сплавы, которые максимально подходят для деталей определенного вида и назначения. Такое изделие будет совмещать в себе преимущества сразу же двух металлов. Перед тем, как приступать к работе, следует учитывать особенности взаимодействия металлов, которые Вы хотите сваривать.

Сваривание алюминия со сталью усложнено тем, что данные металлы имеют разную температуру плавления и имеют существенные различия в уровне теплопроводности. На практике это можно увидеть в том, что алюминий уже находится в жидком состоянии, а сталь еще не разогрелась.

Из-за такой разницы при сваривании получится недостаточно прочный сварочный шов, поэтому для получения качественных сварочных швов можно использовать ультразвуковую, диффузную и контактную сварку с оплавлением, а также холодное сваривание.

Теплофизические свойства металлов значительно могут затруднять сварочный процесс. Интересно, что в некоторых случаях использование специального покрытия и вставок не решит данную проблему. При соединении разнородных металлов на стыке сваривания может образовываться интерметаллид, который отличается высокой вероятностью разрушению и очень хрупок.

Во избежание ненужных проблем, нужно правильно подбирать режим сваривания, что позволит избежать перегрева свариваемой детали. Если сварочный процесс произведен в соответствии со всеми правилами, учитывая все особенности сваривания, то Вы создадите прочное и долговечное сооружение или деталь. Стоит отметить, что деталь, полученную таким способом, лучше всего не использовать для конструкций, которые подвергаются механическому воздействию.

Сваривать алюминий со сталью не так и сложно. Все усложняется за счет отличий в температуре плавления, свойствам, теплопроводности и структуре свариваемого металла.


особенности, применение аргонодуговой сварки, использование биметаллических вставок

Сварку алюминия со сталью часто применяют в радиоэлектронике, авиации и производстве бытовой техники.


Особенности сварки алюминия со сталью

Соединение этих металлов позволяет изделиям из них совмещать их преимущества. Если нужно получить качественный сварной шов, обязательна подготовка металлов перед сварочным процессом и соблюдение технологии сварки.

Сварка алюминия и его сплавов со сталью имеет свои нюансы:


  • у этих двух металлов большая разница в температурах: пока сталь только прогревается, алюминий уже становится жидким;
  • коэффициент линейного расширения обоих металлов так же сильно различается, поскольку возникают значительные термонапряжения по линии перехода от стали к алюминию;
  • разные теплопроводность и теплоёмкость металлов приводят к термическим напряжениям;
  • в сварном шве может образоваться тугоплавкая окисная плёнка. Чтобы её устранить, рекомендуют использовать специальный флюс.

Качественное сварное соединение должно обладать пластичностью не ниже, чем у стали, и прочностью не ниже, чем у алюминия.

Для соединения алюминия и стали чаще всего используются аргонодуговая сварка с неплавящимся электродом или сварка через биметаллические вставки. В промышленности также используют сварку взрывом, диффузионную, лазерную, электронно-лучевую и точечную сварки.

Сварка алюминия со сталью аргонодуговым способом

Перед началом сварочного процесса кромки металлов рекомендуется очистить и нанести на них защитное покрытие. Самое доступное по цене из них — цинковое.

Присадочный материал в этом случае — проволока марки АД1 из алюминия с присадкой кремния (он хорошо влияет на формирование диффузионной прослойки стабильного качества) или проволока из сплава АК-5.

Важно! АМг-6 не рекомендуют применять, поскольку эта присадка дает низкую прочность сварного шва.

Чтобы подготовить стальную деталь к сварке, для стыкового соединения нужно скосить кромки под углом 70° для максимальной прочности соединения.

Кромки нужно тщательно очистить пескоструем или механически обработать, затем нанести поверхностный слой.

Аргонодуговую сварку алюминия и стали отличает расположение дуги: в начале сварки первого прохода оно удерживается на присадочном прутке, а в процессе сварки последующих проходов — на присадочном прутке и образующемся валике. Это обезопасит покрытие от преждевременного выгорания.

Во время сварочного процесса важно последовательно накладывать валики шва (зависит от вида соединения).

Выбор тока:

  • сварка МИГ — происходит на постоянном сварочном токе обратной полярности;
  • сварка ВИГ — бывает и на переменном сварочном токе, и на постоянном токе прямой полярности.

Величина сварочного тока должна зависеть от толщины свариваемого металла:

  • до 3 мм: 110-130 А;
  • 6-8 мм: 130-160 А;
  • 9-10 мм: 180-250 А.

Техника выполнения сварных швов

Для соединения алюминия и стали нужно выбирать способ техники сварки углом вперёд, с углом наклона электрода от вертикали вдоль оси сварного шва 40-45 градусов.

Важно правильно выбрать скорость сварки, поскольку от неё зависит, сколько между собой будут взаимодействовать жидкий алюминий и сталь. Это напрямую влияет на толщину и стабильность соединительного слоя.

Скорость сварки необходимо выбирать максимально возможной: не менее 7 м/ч для сварки первых проходов многопроходных сварных швов и не менее 12 м/ч для однопроходных и последующих проходов многопроходных сварных швов. На это есть причины:

  • интенсивное образование интерметаллидов во время длительного контакта стали и алюминия на высоких температурах;
  • интенсивное образование корунда и рост зоны слабины;
  • интенсивное выгорание цинка.

Сварочные и наплавочные швы нужно выполнять без поперечных и возвратно-поступательных колебательных движений. Присадку в сварочную ванну нужно подавать со стороны оцинкованной стали для уменьшения выгорания цинка.

Горелку нужно смещать относительно стыка сварного шва в сторону алюминия или алюминиевого сплава на 1-3 мм. Это связано не только с уменьшением выгорания цинка, но и с тем, что, обладая высокой теплопроводностью, алюминий нагревается и расплавляется значительно медленнее, чем сталь и цинк, который её покрывает.

Послесварочная термическая обработка сварного соединения нежелательна, температура его эксплуатации не должна превышать 270 градусов. В противном случае, толщина прослойки может увеличиться, что приведёт к снижению динамической прочности или разрушению сварного шва.

Сварка через биметаллические вставки

Биметаллические переходные материалы (вставки) — это алюминиевые элементы, к которым уже прикреплен другой материал.

Для сварки вставок чаще применяют стандартные технологии — GMAW и GTAW.

Стальную сторону вставки нужно приварить к стали, алюминиевую — к алюминию. В процессе важно не перегреть вставки, иначе образуется хрупкое интерметаллическое соединение на стыке стали и алюминия внутри вставки.

Разрушение сварного шва, содержащего интерметаллиды происходит, как правило, ещё во время горения сварочной дуги. Но даже если шов не разрушится в процессе или в конце сварки, он напомнит о себе, когда изделие будут эксплуатировать.

Сначала лучше варить алюминий с алюминием. Это позволит увеличить отвод тепла при сварке стали со сталью и не допустит перегрева на участке соединения стали с алюминием.

Этот способ часто применяют, когда хотят получить качественные сварные швы. Подобную технологию используют в судостроении.

Другие способы сварки алюминия со сталью

Лазерным способом пользуются не только для создания миниатюрных соединений, но и для того, чтобы получить длинные швы, например, в автомобильной промышленности. Этот способ позволяет тонко управлять тепломощностью импульсного лазерного излучения.

Чтобы получилось нахлёсточное соединение, нагрев лазером нужно вести со стороны стали. Она нагреется до температуры, когда алюминий уже расплавится, но останется твёрдой.

Прочность швов можно повысить с помощью присадки на основе алюминия.

Диффузионная

В этом сварочном процессе соединяемые детали не расплавляются. Но из-за их продолжительного контакта на высокой температуре образуются интерметаллидные фазы.

Электронно-лучевая

На сталь наносят буферные покрытия из титана, никеля и циркония: тогда сварочный процесс будет успешен.

Точечная контактная

Хорошее точечное соединение стали и алюминия получается не всегда, даже если варить на конденсаторных машинах с жестким режимом разряда.

Этого можно избежать, применив промежуточную биметаллическую ленту. Полученные точечные соединения по прочности можно сравнить с клепаными.

Сварка взрывом

Соединения алюминия и стали, которые получаются при взрывном сварочном процессе, применяют на верфях Японии, Польши, США, Великобритании, Франции и других стран в качестве промежуточного элемента, который потом приваривают к основным материалам изделия.


Сварка стали с алюминием и алюминиевыми сплавами



Рекомендуем приобрести:

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек - в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки - в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!


Алюминий с железом способен давать твердые растворы, интерметаллидные соединения (Fe2Al4—62,93 % Al; Fe2Al5— 54,71 % Al; FeAl2 —49,13% Al; FeAl —32,57 % Al и др.) и эвтектику (Al + FeAl3, Тпл = 654 °С, содержание железа в металле 1,8%). Растворимость железа в твердом состоянии ограничивается 0,053 % при эвтектической температуре. Растворимость алюминия в железе порядка 32%, т. е. в 600 раз выше. При затвердевании в структуре сплавов алюминия и железа выпадают кристаллы соединения FeAl5 (59,18 %).

Для условий сварки характерно появление FeAl3 и Fe

2Al5. Они обладают низким пределом временного сопротивления (15—17 МПа). Твердость Fe2Al5, FeAl3 и FeAl2 лежит в диапазоне μv = 9600—11500 МПа. С увеличением содержания железа и с повышением температуры твердость снижается. Для Fe3Al μv = 2700 МПа. Разупрочнение FeAl3 и Fe2Al5 начинается при температуре 0,45 Тпл. Для Fe2Al5 характерно аномально высокое значение удельного электрического сопротивления.

Интерметаллиды химически стойки. Последующая термическая обработка соединений может привести только к росту протяженности зоны интерметаллидов. В соединении имеют место три характерных участка: железо (сталь)—интерметаллидная зона — алюминий (алюминиевый сплав). Механические свойства соединений зависят от промежуточной зоны — ее состава. количества интерметаллидов, их формы, протяженности, характера расположения и сплошности.

На алюминии образуется химически стойкая тугоплавкая окисная пленка (Аl2O3 имеет Tпл = 2047 °С), что при сварке плавлением может привести к дефекту в виде включений этой пленки в металл шва. Использование флюсов не дает положительных результатов: флюсы для сварки алюминия легкоплавки, жидкотекучи, плохо смачивают стали; флюсы для стали активно реагируют с расплавленным алюминием.

Характер диффузионных процессов при сварке в твердой фазе алюминия с железом и сталью на начальной стадии взаимодействия и в дальнейшем отличается. Показано, что в начальный период имеет место диффузия железа в алюминий. В результате в пограничной зоне образуется слой из смеси фаз FeAl3 + Fe2Al5. В дальнейшем при температуре, соответствующей рекристаллизации стали, наблюдается интенсивная диффузия алюминия в сталь. Скорость этого процесса зависит от химического состава материала контактирующих заготовок и условий нагрева. Для твердофазного взаимодействия при определенных температурно-временных условиях сварки может отсутствовать сплошной фронт интерметаллидов.

Реакционная диффузия в системе алюминий — железо наблюдается при температуре >400 °С. Рост интерметаллидного слоя подчиняется параболическому закону: у2 = 2k1τ, где k1 — величина, пропорциональная коэффиц

Свариваемость стали с алюминием и его сплавами



Рекомендуем приобрести:

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек - в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки - в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!


Применение комбинированных сварных узлов из стали и алюминия или его сплавов в конструкциях различного назначения (в судостроении, авиационной и химической промышленности, машиностроении, вагоностроении, кислородном аппаратостроении и пр.) весьма перспективно, так как этим достигается наибольшая эффективность работы конструкции при одновременном значительном снижении веса. Однако промышленного способа непосредственного соединения сваркой стали с алюминием или его сплавами пока нет. Существующие методы сварки обеспечивают прочность такого сварного соединения лишь на уровне прочности чистого алюминия. Это объясняется плохой свариваемостью алюминия со сталью.

Ниже приведены химико-физические свойства железа и алюминия:


Сопоставление кристаллохимических и физических свойств алюминия и железа свидетельствует о значительной их разнице. Несоответствие типов кристаллических решеток Fe-α и Аl (различие в параметрах ~ 22%) и близость атомных радиусов при резко отличных значениях атомного веса объясняют ограниченную взаимную растворимость этих металлов. Так, растворимость Fe в Аl ничтожна и при температуре 655° С составляет всего лишь 0,052%, а при 400°Сблизка к нулю. Разницей в электрохимических свойствах алюминия и железа можно объяснить способность этих металлов образовывать интерметаллические соединения. Кроме интерметаллида FeAl3, с увеличением в системе железа появляются соединения Fe2Al7, Fe2Al5, FeAl2, FeAl и другие, а на основе FeAl3 — эвтектика Al+FeAl3 с температурой плавления 655° С. По мере введения железа в алюминий непрерывно повышается предел прочности и твердость; пластичность сплавов резко снижается и при 12% Fe падает до нуля.

Разница в физических свойствах алюминия и железа также весьма существенна большое различие температур плавления, коэффициентов линейного расширения, теплопроводности и тепло емкости, наличие окисной пленки Аl2O3, создающей включения в сварном шве, ухудшают свариваемость этих металлов.

Однако основной проблемой свариваемости алюминия со сталью следует считать образование в зоне сплавления диффузионного слоя из хрупких и твердых интерметаллидных фаз типа FenAlm, снижающих технологическую и эксплуатационную прочность, а также коррозионную стойкость сварного соединения.

Исследования фазового состава диффузионных слоев, возникающих в зоне сплавления стали с алюминием, показали, что по мере удаления от стали в глубь алюминиевого шва последовательность расположения фаз такая; Fe-α;FeAl5; Fe2Al5 + FeAl3; FeAl3; Al. При этом интерметаллид Fe2Al5(55% Al) — наиболее твердый (HV 1000—1100) и хрупкий, а у FeAl5 (59% Al) твердость и хрупкость несколько ниже (HV 820—980).

В результате многочисленных испытаний на прочность стале-алюминиевых соединений выяснилось, что их прочность тем выше, чем меньше толщина интерметаллидного слоя. Из этих соображений иногда допускают наличие слоя из интерметаллидных фаз, но не глубже 5 мкм, так как в более толстых слоях возникают поры и трещины, резко снижающие его прочность.

Пути решения сложной проблемы свариваемости стали с алюминием и его сплавами такие:

1)    предварительно покрывать стальную составляющую алюминием, цинком или другими металлами, чтобы разобщить алюминиевую ванну со сталью;

2) легировать алюминиевую ванну различными добавками, замедляющими развитие диффузионных процессов в зоне ее контакта со сталью;

3)    использовать для соединения алюминия со сталью вставки из биметалла (рис. 243).


Предварительно покрыть сталь некоторыми металлами можно гальванически или горячим погружением. Но получить сталеалюминиевые сварные соединения нужной прочности так не удается, поскольку и в этом случае успевают сформироваться прослойки из интерметаллидов той или иной толщины. Наиболее удовлетворительные результаты получены при нанесении комбинированных медно-цинкового и особенно никелево-цинкового покрытий.

Менее изучено влияние легирующих добавок. Известно, например, что если стальная поверхность оцинкована, то внесение в сварочную ванну Cu, Zn, и особенно Si, позволяет значительно уменьшить ширину иитерметаллидного слоя за счет снижения диффузионной подвижности атомов алюминия в железе. Наличие же Mg отрицательно влияет на свариваемость алюминия со сталью, так как магний резко увеличивает рост выпавших интерметаллидов.

Предотвратить образование хрупких интерметаллидных фаз можно лишь используя для соединения алюминия со сталью вставки из прокатанного биметалла (рис. 243). В этом случае свариваются между собой однородные металлы — сталь 1 со сталью и алюминий 2 с алюминием, но так, чтобы степень проплавления металла вставки не приближалась к границе схватывания более, чем это допустимо. Существенный недостаток таких соединений — неконструктивность сварных узлов.

Сварка разнородных металлов (стали с алюминием, медью, цветных металлов) - Остальные вопросы

Сварка разнородных цветных металлов

 

Сварка алюминия и его сплавов с медью

 

Кроме значительного различия физико-химических свойств алюминия и меди, сварка этих металлов затруднена образованием хрупкой интерметаллидной фазы. Обычно сварку выполняют вольфрамовым электродом в аргоне и по слою флюса. Для улучшения процесса сварки на медь после ее очистки необходимо наносить слой покрытия, который активирует поверхность более тугоплавкого металла, улучшает смачиваемость поверхности меди алюминием. Наилучшим является цинковое покрытие толщиной 50-60 мкм, наносимое гальваническим методом. Технология сварки алюминия с медью такая же, как и алюминия со сталью, т. е. дугу смещают на более теплопроводный металл, в данном случае на медь, на 0,5-0,6 толщины свариваемого металла.

 

Прочность соединения равна прочности технического алюминия (8-10 кгс/мм2), удельное электросопротивление шва несколько выше (0,037 Ом-мм2/м), чем у алюминия (0,0313 Ом-мм2/м). Сварные соединения не меняют свою прочность при длительном нагреве до температуры 150 град. С. При более высоком нагреве прочность соединения падает в связи с резким увеличением слоя хрупких интерметаллидов.

 

На границе соединения со стороны меди образуется прослойка интерметаллидов (GuAl2) толщиной 3-10 мкм, со стороны алюминия полоска твердого раствора меди в алюминии такого же размера. Микротвердость прослойки интерметаллидов, примыкающих к меди, достигает 450-550 кгс/мм2. Наличие этой зоны обусловливает относительно низкую прочность соединения. Если толщина интерметаллидной прослойки меньше 1 мкм, она не влияет на прочность соединения.

 

Прочность соединения, так же как и в сталеалюминиевых соединениях, повышается при легировании металла шва кремнием (4-5%) и цинком (6-8%), так как эти элементы подавляют рост интерметаллидной прослойки.

 

Для обеспечения стабильной прочности сварных соединений по свариваемой кромке меди необходим скос под углом 45-60 град. При сварке меди Ml с аллюминием марки А5 по слою стандартного флюса, применяемого для сварки алюминия (АН-А1) при толщине металла до 20 мм, используют проволоку марки АД1 диаметром 2,5 мм. При сварке электрод необходимо смещать от скоса на 5-7 мм в сторону меди. При сварке по слою флюса прочность сварного соединения равна 7-8 кгс/мм2, электропроводность сохраняется на уровне электропроводности алюминия.

 

Сварка алюминиевого сплава с титаном ОТ4

Обычно применяют аргонодуговую сварку вольфрамовым электродом, перед которой кромки титана очищают от а-слоя и загрязнений и алитируют в чистом алюминии при температуре алюминия 800- 830 град. С в течение 1-3 мин. В этом случае период образования соединения между алюминием и титаном меньше, чем период ретардации, и хрупкие интерметаллиды по линии соединения не успевают образоваться.

Кромки предварительно разделывают(V — образная разделка) До сварки на алитированные кромки наплавляют слой чистого алюминия (5-8 мм) с использованием проволоки марки AB00 диаметром 5-8 мм. 

 

Соединение сваривают обычным методом, как алюминиевый сплав. Предел прочности сварного соединения сплавов ОТ4 + АМг6 зависит от слоя алюминия и составляет 11-27 кгс/мм2, угол изгиба 17-30 град.

 

Сварка титана с медью и ее сплавами

 

Сварка затруднена большим различием свойств и образованием хрупких интерметаллидов. Наиболее успешна сварка плавлением при использовании промежуточных вставок из специально выплавленных сплавов титана, легированного молибденом, ниобием или титаном, которые понижают температуру превращения al;P и обеспечивают получение однородного титанового сплава со стабильной структурой, не очень отличающейся от структуры меди. Можно использовать комбинированные вставки из сплавов Ti + 30% Nb и сплавов ВТ15.

 

Эти сплавы при сварке с медью МЗ обеспечивают предел прочности соединения 22-22,5 кгс/мм2 и угол изгиба 140-180 град., а при сварке с бронзой 26-28 кгс/мм2 и угол изгиба 100-160Q. В прослойке по линии соединения твердость достигает 470- 480 кгс/мм2 при твердости бронзы БрХ 0,8 120 кгс/мм2.

 

Сварка ниобия, тантала и молибдена со сталью и сплавами цветных металлов

 

Принципиальная возможность сварки ниобия, тантала и молибдена со сталями и цветными сплавами частично показана выше, так как эти металлы используют в качестве промежуточных вставок при сварке титана со сталью, алюминием и медью.

 

Тантал и ниобий по свойствам близки к титану и при сварке с ним образуют твердые растворы без хрупких соединений. Ниобий также удовлетворительно сваривается с медью и медными сплавами, с которыми образует ограниченные растворы. Тантал с медью растворов и соединений не образует. Обычно применяют бериллиевую бронзу БрБ2. Сварку выполняют вольфрамовым электродом в среде инертных защитных газов, часто в камерах с контролируемой атмосферой и электронным лучом.

 

Сварка биметаллов

В настоящее время известно применение биметаллических заготовок из углеродистой и коррозионно-стойкой стали с алюминиевыми сплавами, из стали и медно-никелевого сплава МНЖ 5-1, из стали 12Х18Н9Т и титанового сплава ОТ4, ОТ4-1 для сварки разнородных металлов.

 

В биметаллическом прокате из углеродистой и низколегированной стали и алюминиевых сплавов АМг3 и АМг6 соотношение толщин в пакете 1 : 1 и 1,5 : 1. Алюминиевый сплав соединяется со сталью при прокате по подслою из чистого алюминия. Предел прочности биметалла на срез 7-9 кгс/мм2 и на отрыв 10-15 кгс/мм2.

 

Прочность сварного соединения в большой степени зависит от прочности сцепления слоев биметалла и, следовательно, от площади биметаллической вставки. Однако неконструктивность узлов соединения и отсутствие средств контроля качества сцепления слоев биметалла часто приводят к тому, что соединения этого типа не обладают вакуумной плотностью.

 

Для предотвращения появления хрупких интерметаллидов внутри биметалла при нагреве в процессе сварки необходимо строго выдержать режим сварки. Для биметалла толщиной 10- 12 мм рекомендуется следующий режим: со стороны алюминиевого сплава аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом на режиме I = 140 −160 А; Uд = 14 — 18 В; v св = 6 −7м/ч; со стороны стали сварка в СО2 на режиме I= 100 — 130 A, Uд = 18 — 20 В, v св = 17- 20 м/ч.

 

Наиболее вероятно образование хрупких интерметаллидов в биметалле СтЗсп, 12Х18Н9Т и сплава АМг6 при нагреве линии соединения выше температуры 450 град. С. При нагреве до температуры 550 град. С и выше биметалл расслаивается. Рекомендуется сварку начинать со стороны алюминия и после охлаждения всего узла — со стороны стали.


Сварка алюминия со сталью и другими металлами

Часть металлов ввиду своих особенностей сваривать сложнее остальных, особенно когда дело касается соединения двух деталей из различных материалов. Как раз к такой группе относится алюминий. Сварить его со сталью и другими металлами с помощью электродуговой сварки – задача сложная. Она составляет проблему даже для опытного сварщика.

В чем же причина осложнений? Все дело в том, что при попытке сварить алюминий с другим металлом происходит химическая реакция, в результате которой образовываются интерметаллиды. Это химические соединения из двух и более металлов, которые отличаются высокой хрупкостью. В результате получается довольно непрочный шов. Однако был выведен способ, который помогает добиться хорошего качества шва, о нем мы и поговорим.


Сложности сваривания


Как мы говорили ранее, в результате работы электродуговой сварки образовывается довольно хрупкий шов, что связано с химической реакцией между разными материалами. Обычно интерметаллиды получаются при попытке соединить алюминий с титаном, магнием, медью и сталью. Чтобы качественно выполнить работу, нужно прибегнуть к другим технологиям.

Какой бы режим электродуговой сварки вы не выбрали, добиться прочности шва у вас не получится. Выбор присадочного материала также не будет иметь значение. Разные металлы имеют различные химические и физические показатели, которые прочно связаны с их структурой. Осложняет работу и оксидная пленка, которая обладает высокой прочностью и расположена на всей поверхности алюминиевых изделий. В результате работы температура сварочной дуги будет в любом случае выше рекомендуемой, что приведет к образованию неустойчивых хрупких связей.

Несмотря на все трудности, сварить детали с получением шва приемлемого качества все-таки возможно. Есть несколько несложных способов, один из которых - сварочные работы с использованием переходной биметаллической пластины. Метод чаще всего используется в строительной сфере и в машиностроении.


Особенности метода


Сварка разнородных элементов через пластину успешно используется во многих отраслях, так как способ довольно простой и удобный. С помощью биметаллических пластин соединяют части трубопровода, приваривают алюминиевые детали к корпусам судов, детали в станках и т.д.

Сами вставки производятся способами, которые исключают появление интерметаллидов. Их толщина и состав могут меняться, в зависимости от поставленной цели. Например, для соединения стали и алюминия потребуется пластина с составом «сталь-алюминий».


Трудности метода


По сути трудность всего одна, и она заключается в химическом составе биметаллической пластины. Дело в том, что возможность образования соединения повышенной хрупкости все-таки остается на границе контакта материалов. Такое происходит в результате перегрева вспомогательной вставки. А проплавление до границы другого материала и вовсе вовсе не допустимо.

При соединении со стальной деталью следует начинать с алюминиевой стороны вставки и аналогичным материалом для соединения. Такой метод позволяет увеличить отведение тепла при дальнейшей сварке стали с соответствующей стальной стороной пластины. Далее приварка стальной стороны должна пройти без особых проблем.

Сварка алюминия и его сплавов

ВОПРОС №1

Имею большой опыт сварки. В своем гараже много варю черную и легированную сталь ручной дуговой  штучным электродом.
Но вот, столкнулся с проблемой  алюминия.
В связи с этим вопросы:

  • Возможно ли варить штучным электродом алюминий?
  • Каковы особенности сварки алюминия и стали?
  • Какой сварочник более всего подойдет для  обоих металлов?
  • По какому принципу выбирается присадочный материал?
  • Какая подготовка должна предшествовать сварке?
  • Как подобрать сварочные режимы и какова технология сварки?

Извините за такое количество вопросов, в теме пока что вообще не разбираюсь.

 

Разница между сваркой стали и Аl

Алюминий — сложный материал. Но это при условии отсутствия опыта, как только набьете руку, и появятся представления о том, с чем же все-таки приходится иметь дело, вопрос сложности отпадет сам собой, останется только определенная специфика, о которой расскажем чуть позже.

 

Штучным электродом алюминий не варится. Существуют электроды для ручной сварки алюминия ММА, они пригодны для выполнения разовых работ, что-то сварить в быту. Например,  электроды марки  UNITOR ALUMIN-351N, к ним  прилагается флюсовая присадка, которая заменяет аргон.

Для эффективной работы вам понадобится аппарат аргоно-дуговой. Его еще называют инвертором ТIG. Сварочный аппарат должен уметь работать в режиме АС/DC. То есть обязательно наличие переключаемых режимов переменного/постоянного тока.
Постоянным  ведут сварку стали, переменным – алюминия.

Переменный ток разрушает стойкую оксидную пленку Al2O3, удаление которой является главным условием успешной сварки алюминия; он действует на поверхность «блестящего металла» подобно наждаку. Под действием этого «наждака» пленка, защищающая сплав от коррозии, разрушается и доступным становится «чистый» металл, который хорошо плавится и формируется.

Температура плавления оксида Al2O3 около 2700 градусов Цельсия, тогда как температура плавления большинства алюминиевых сплавов ограничивается 600-700 градусами. Вот почему сложно работать с этим металлом, особенно если он тонкостенный.

В качестве подготовки алюминия рекомендуется предварительная механическая зачистка до металлического блеска, либо химическое травление. Хотя с наличием хорошего инвертора такая процедура хоть и не будет лишней, но и не будет строго необходимой, в противовес пайке – для пайки такая подготовительная процедура обязательна (читайте здесь)

Со  сталью, как вы понимаете, дела обстоят гораздо проще. Окислы на ее поверхности не защищают ее от коррозии, если конечно сталь не легирована хромом и никелем, и не отличаются тугоплавкостью, потому и легко варятся простым постоянным током без особых условий.

 

Критерии выбора аппарата для сварки алюминия

Al обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью, потому для  листов толщиной 4 мм необходим сварочный ток более 200А.
Для полноценной работы понадобится инвертор, который работает если не на высоких, то хотя бы на средних токах. Оборудование с максимальным током 250 А на выходе подойдет для этих целей. Лучше, конечно, 300А.

Оборудование для сварки алюминия

Но даже если у вас маломощный «агрегат», а вам приходится заниматься наплавкой, крупногабаритных деталей, можно компенсировать недостаток мощности предварительным подогревом. Приобретите электропечь для прогрева деталей до температуры 300-350 градусов.

Если все еще сомневаетесь, какой аппарат выбрать великолепный вариант — TELWIN SUPERIOR TIG 242 AC/DC -HF/LIFT , либо AuroraPRO INTER TIG 200 AC/DC PULSE, оба прекрасно подойдут для Al, так же, для стали, нержавеющей стали, титана, меди, никеля, магния.

Газ

Алюминий на воздухе не варят.
Сварочная ванна должна быть защищена инертным газом. Для  «черной» стали это необязательно, достаточно флюса, которым покрыт плавящийся электрод, но для алюминия это обстоятельство играет важную роль.

Обычно применяют аргон, реже гелий, который великолепно действует на весь процесс, особенности плавления, но и стоит гораздо дороже. Аргон применяют чаще, но, обратите внимание, что он должен быть технически чистым, содержание сторонних примесей минимальное. Плохой аргон даст грязный шов с включениями.

Проволока для сварки алюминия


Получить гарантированный провар на требуемую глубину можно, если сделать разделку шва или может понадобиться усилить шов стыкового соединения. В обоих случаях понадобится сварочная проволока.

Для  алюминия и его сплавов используйте присадку идентичную или близкую по химическому составу к основному металлу. То же относится и к электродной проволоке для полуавтомата.

  • Для  литейных сплавов, таких, например, как АЛ5 или АЛ9 (АК7ч) рекомендуется применять присадочную проволоку АК5 ГОСТ7871-75 (ER4043 AlSi5)
  • Для деформируемых  сплавов на основе магния и марганца (АМг, АМц) —  АМг6 ГОСТ7871-75.

А теперь перейдем к конкретике…

 

Пошаговая инструкция по сварке алюминия для новичков

на примере сварочного инвертора Aurora PRO INTER TIG 200 AC/DC PULSE


• Чтобы качественно сварить алюминий поверхность металла нужно зачистить. Некоторые люди этого не знают и даже от краски не очищают. А алюминий имеет оксидную пленку, которая тяжело разрушается. Можно это делать металлической щеткой, но если есть болгарка, лучше ей. На болгарку ставим щетку, либо лепестковый диск, либо, на худой конец, зачистной и зачищаем поверхность до чистого металла, металлического блеска.

• Еще один важный момент – это заточка электрода и длина его выхода из сопла горелки. Затачивают так, чтобы он был как иголка, острый и перед сваркой зажигают на любой металлической пластине (назовем ее настроечной), которая завалялась в хозяйстве. После такого поджига кончик электрода из игольчатой, должен приобрести сферическую форму. Лучше всего, если он будет блестящим – это значит, что с ним все хорошо. Если он матовый и имеет неправильную геометрию, значит что-то пошло не так:

  • Либо ток большой,
  • либо газовая защита недостаточная,
  • окончательная продувка газом неправильно выставлена.

Выход электрода определяется в зависимости от положения горелки, конфигурации детали и вида соединения: если угловое, нужно чтобы он выходил побольше, если сварка встык – миллиметра два. Если сварщик пользуется линзой, электрод можно вывести и на 5 мм. Линза помогает забраться в труднодоступные места и проводить боле качественную сварку.

• Затем с помощью главной панели аппарата переводим его в режим АС-переменный ток (клавиша АС/DC на картинке №13). Выставляем силу тока интуитивно. Чтобы подобрать правильный параметр надо несколько раз попробовать, либо заранее знать, какую назначить силу тока для определенной толщины металла.


• Настройка двухтактного или четырехтактного режима. Эту настройку обычно выбирают исходя из личных предпочтений. Кому-то удобен первый, кому-то второй.
В двухтактном мы нажимаем кнопку горелки, у нас срабатывает поджиг и сварщик работает все-время, держа эту кнопку «пуска». В конце сварщик убирает палец с кнопки – сварочный процесс закончился.
В четырехтактном режиме циклограмма следующая. Мы нажимаем кнопку: пока держим ее – срабатывает стартовый ток, это регулировка на аппарате под обозначением «старт А» (на картинке №1), затем отпускаем кнопку – у нас основной ток, который мы выставили с помощью ручки свободной регулировки «Welding A» (см. под №2). Ориентировочно, для электрода 1,6 ставьте 120А, если ток больше, понадобится электрод диаметром 2,4 – выдерживает уже до 200 -210А, если еще больше – берите диаметр 3,2.

• По окончанию сварки включается функция заварки кратера, регулируется с помощью ручки Down Slope (№4) и работает только в четырехтактном режиме. Фактически это регулировка времени – сколько будет секунд происходить заварка кратера.

• Одна из важнейших настроек -это AC Balance (№8), так называемая зачистка. Если мы переводим ручку в плюс – очистка алюминия происходит лучше. Если вы варите грязный алюминий, эту настройку можно изменять в зависимости от полученных результатов. Обычно ручку Баланса ставят 50/50 на середине.
Все эти настройки важны для работы в обычном режиме без использования специальных навыков.

  • Сам процесс сварщик ведет визуально его контролируя: горелка в правой руке, пруток в левой. Для начало нужно выполнить самый простой шов – прямолинейный. Горелка движется справа –налево, вы поджигаете дугу и видите как плавится основной материал, как только образовался жидкое пятнышко металла, добавляете немного металла с прутка и двигаетесь дальше. Процедура повторяется снова и снова пока вы не закончите шов.

 

ВОПРОС №2

Здравствуйте! Нужно сварить трубку штатива. Все бы ничего, но есть одна сложность. Деталь ø29 (скорее всего из АМг) нужно приварить к винту с резьбой ¼ дюйма (сделана из Д16). Материалы-то разные, сварятся ли? Может не мучиться и пойти другим путем? Приварить к дет. ø29 шайбу из АМг, а потом винт посадить на эпоксидную смолу?

Вариант с эпоксидным клеем имеет право на существование. Двухкомпонентные составы на основе эпоксидных смол применяются даже в авиации: шпильки устанавливаются в алюминиевые корпуса агрегатов на клей типа ВК-31 и выдерживают высокие вибрационные нагрузки, температурные воздействия и т.д. В домашних условиях можно подобрать менее специализированный состав.

Однако давайте попробуем разобраться по поводу сварки предложенных вами алюминиевых сплавов разных марок. Практики сварки именно этих двух материалов мы, к сожалению, не имеем. Тем не менее, опыт работы с алюминием и теоретические знания позволяют нам сформулировать ответ следующим образом: по справочным данным Д16 не применяется для сварных конструкций; АМг сваривается без ограничений (первый сплав упрочняется термически до твердости свыше 105НВ, второй – термически не упрочняемый, хотя это и не играет большой роли в данном конкретном случае). Несмотря на данные справочника де-факто Д16 варится (вы получите сварной шов на  этом материале), другое дело, что подобные соединения  нельзя применять в конструкциях, которые несут какую-либо силовую нагрузку — проявится терщина, лопнет шов и т.д. В декоративных же целях (откололся кусочек от детали) сварка вполне допустима.

Если ваш штатив не будет испытывать каких-либо существенных нагрузок, его можно сварить, ведь у АМг и Д16 одна основа: приблизительно 93-96% алюминия.  Варить можно с присадкой АМг (если есть вопросы по выбору присадки, читайте статьи «Выбор присадочного прутка» и «Выбор электродной проволоки для полуавтомата»

 После сварки обязательно нужно провести отжиг для снятия сварочных напряжений в электропечи типа СНОЛ. Согласно ПИ1.2.255-83 полный отжиг для АМГ1 производится по режиму: Т= 300-400 оС  t=2-10 мин. при толщине менее 6мм и t=10-30 мин при толщине более 6 мм. Для Д16 полный отжиг заключается в нагреве до 380-420 оС , время выдержки t=10-60 мин. для всех толщин.

 Вывод: для вашего узла, сваренного из  материалов разной марки, нужно провести полный отжиг около 350 оС в течение приблизительно 30 мин или неполный отжиг 250 оС в течение 1-3 часа (второй режим более «щадящий»)

Решение, какой вариант выбрать, с клеем или сваркой, вам нужно будет принять самостоятельно.

Р.S. Перед сваркой детали (если будете варить аргоном) нужно зачистить механически, но, если есть такая возможность, лучше произвести химическое травление (в том числе присадочного материала) в следующем порядке:

 — обезжирить в 4-5%-ном водном растворе едкого натра NaOH (40-50г на 1л воды) при Т=40…60 оС в течение 2 …3 мин;

 — промыть в воде при температуре Тводы=30-50 оС в течение 2 мин;

 — осветлить 20-25%-ым раствором азотной кислоты (200-250г на 1л воды) при Т=15-20 оС в течение 2-3 мин;

  — осуществить промывку в холодной воде при Тводы=5-15 оС  2-3 мин, затем в горячей воде при  Тводы=60-80 оС  2-3 мин;

  — Сушить в воздушной атмосфере при  Т=60-70 оС до полного испарения влаги.

Можно ли приваривать алюминий к стали?

Алюминий можно легко соединить с большинством металлов с помощью механического крепления или склеивания. Однако для сварки алюминия со сталью требуются другие методы, такие как дуговая сварка и сварка трением, которые более подробно описаны ниже.

Если у вас есть вопросы или вам нужна помощь, напишите нам, чтобы получить консультацию специалиста:

[email protected]

Щелкните здесь, чтобы увидеть наши последние подкасты по технической инженерии на YouTube .


Содержание

Алюминий (и его сплавы) намного легче стали, имея плотность около 2,70 г / см. 3 по сравнению с диапазоном от 7,75 до 8,05 г / см. 3 для сталей. Это означает, что сопоставимый объем стали примерно в три раза тяжелее алюминия.

Многие отрасли промышленности используют сталь для различных конструкций. Однако из-за плотности стали ее использование приводит к значительному снижению веса.Новые законы об охране окружающей среды вынуждают транспортную отрасль соблюдать строгие ограничения на выбросы парниковых газов. Один из способов помочь снизить выбросы - уменьшить вес конструкции автомобиля. Замена различных стальных конструкций на алюминиевые сплавы в настоящее время имеет большое промышленное значение. Во многих случаях не всегда возможно заменить всю стальную конструкцию алюминиевыми сплавами, поэтому необходимо соединить два материала.

Алюминиевые сплавы могут быть сравнительно легко соединены со сталями с использованием таких методов, как склеивание, механическое крепление или пайка, но когда требуется превосходная структурная целостность, предпочтительна сварка.Однако сварка алюминиевых сплавов со сталью затруднена.

Алюминиевые сплавы и сталь сильно различаются по металлургическим и физическим свойствам, таким как теплопроводность и температура плавления. Как правило, температура плавления стали составляет около 1370 ° C, что более чем в два раза превышает температуру плавления алюминия, который плавится при температуре около 660 ° C. Каждый из этих металлов практически не растворим в другом, не считая их сильно различающихся температур плавления. В расплавленном состоянии они реагируют с образованием хрупких интерметаллических фаз.Ясно, что вышеуказанные проблемы могут создавать проблемы при сварке плавлением, такой как дуговая сварка стали и алюминия. Полученные сварные соединения будут иметь неудовлетворительные свойства и из-за их хрупкости часто нежелательны для многих промышленных применений.

Применение процессов сварки плавлением для соединения стали с алюминием, как хорошо известно, является трудным из-за различных точек плавления, теплопроводности, коэффициентов расширения и склонности к образованию хрупких интерметаллических соединений. Поскольку растворимость Fe в Al очень низкая (около 0,04 мас.%), При температурах> 350 ° C, когда диффузия Fe в Al становится значительной, начинается осаждение интерметаллических соединений Fe-Al. Значительное осаждение интерметаллидов может происходить значительно ниже точки плавления алюминия (660 ° C для чистого Al). Точная степень осаждения интерметаллидов обусловлена ​​диффузией и зависит от времени и температуры взаимодействующих границ раздела Fe и Al.

Использование лазеров для создания паяного соединения между сталью и алюминием является логическим шагом, поскольку высокая интенсивность тепла на небольшой площади, генерируемой лазером, означает, что стабильная среда пайки может быть локально создана и быстро перемещена для создания соединение с минимальным временем диффузии, чтобы вызвать чрезмерное образование интерметаллических соединений.Фазовая диаграмма Fe-Al показывает диапазон твердых интерметаллических фаз, которые могут быть образованы, а именно: Fe3Al (892HV), FeAl (470HV), FeAl2 (1060HV), Fe2Al5 (1013HV) и FeAl3 (892HV). Эти фазы характеризуются чрезвычайно высокой твердостью, пластичностью, близкой к нулевой, и очень низкой вязкостью разрушения. Следовательно, если термически полученное соединение между сталью и алюминием должно содержать некоторые или все эти фазы, толщина слоя интерметаллического соединения должна быть как можно меньшей, если необходимо достичь хороших механических характеристик в соединении.При дуговой сварке стали и алюминия необходимо использовать определенные подходы, чтобы избежать образования интерметаллических соединений. Первый - нанести на сталь алюминиевое покрытие. Это может быть достигнуто погружением стали в расплавленный алюминий (горячее алюминирование). После нанесения покрытия алюминий можно приваривать к алюминиевому покрытию дуговой сваркой. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы дуга не нагревала алюминий с покрытием до чрезмерной температуры, в противном случае возможно образование интерметаллических соединений.

Биметаллические переходные вставки - еще одно средство для уменьшения образования интерметаллидов при сварке плавлением. Вставки состоят из одной части из алюминия, а другой части из стали, соединенных между собой прокаткой, сваркой взрывом, сваркой трением, оплавлением или сваркой горячим давлением. Затем биметаллическое переходное соединение по отдельности приваривается к основному алюминию и стали. Обычно основной алюминий сначала приваривается к алюминиевой части переходной вставки, так как это создает больший теплоотвод, когда объемная сталь приваривается дуговой сваркой к стальной половине переходной вставки.

Основная цель при соединении этих материалов - поддерживать как можно более низкую температуру сварки и минимизировать время воздействия высоких температур на сварной шов. Вот почему для изготовления биметаллических переходных вставок между алюминиевыми сплавами и стальными объемными компонентами используются такие процессы, как сварка трением (в основном сварка трением ротором).

Сварка трением с вращением - это процесс соединения в твердом состоянии, при котором одна деталь вращается относительно другой под действием сжимающей осевой силы.Трение между поверхностями вызывает нагревание, в результате чего интерфейсный материал пластифицируется. Сила сжатия вытесняет пластифицированный материал на границе раздела, способствуя появлению металлургических механизмов соединения. Не переходя в жидкое состояние, сварные швы трением остаются намного холоднее во время обработки. Кроме того, сварка трением выполняется быстро, что предотвращает длительное воздействие высоких температур на сварной шов. Следовательно, сварка трением используется в коммерческих целях для соединения ряда разнородных материалов, поскольку образование интерметаллических соединений значительно снижается.

Несмотря на преимущества сварки трением для уменьшения образования интерметаллидов между алюминиевыми сплавами и сталями, все же следует соблюдать осторожность при выборе параметров. Часто при сварке стали и нержавеющей стали с алюминиевым сплавом используется прослойка из чистого алюминия, что резко снижает образование интерметаллидов. Интерметаллические соединения между сталью, сваренной трением, и алюминиевыми сплавами основаны на железе и алюминии, следовательно, можно было бы ожидать, что хрупкие соединения также будут образовываться между сталью и чистым алюминием, но это не так.Чистый алюминий намного мягче алюминиевого сплава. Это означает, что температура, необходимая для того, чтобы более мягкий чистый алюминий растекся и образовал сварной шов, намного ниже, чем у алюминиевого сплава. Более низкие температуры помогают уменьшить образование хрупких соединений.

Из-за сложности создания прочных сварных швов между этими материалами многие промышленные применения для соединения алюминиевых сплавов со сталью включают механические крепежные детали. При использовании механических креплений и в зависимости от области применения необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить гальваническую коррозию.Гальваническая коррозия преимущественно возникает на алюминиевом сплаве. Чтобы предотвратить это, требуется изоляция алюминиевого сплава от стали, что обычно происходит с помощью изоляционного покрытия или краски.

Как TWI может помочь?

TWI имеет долгую историю сотрудничества со своими членами для решения проблем, связанных с соединением разнородных комбинаций материалов, включая использование точечной контактной сварки, сварки трением, лазерной сварки, электронно-лучевой сварки и пайки, а также многих других процессов.

Если вам нужна помощь в любом из этих процессов, свяжитесь с нами, отправив нам электронное письмо:

[email protected]

Можно ли приваривать сталь к алюминию? - Сделать из металла

И алюминий, и сталь - очень свариваемые металлы. Нет никаких проблем со сваркой стали со сталью и алюминия с алюминием. Но что происходит, когда вам нужно пересечь границы и соединить эти разнородные металлы?

Можно ли приваривать сталь к алюминию? Сталь нельзя сваривать с алюминием с использованием обычных методов сварки, таких как SMAW (дуговая сварка), GMAW (MIG) или GTAW (TIG).Однако есть некоторые обходные пути и альтернативы, которые могут дать приемлемые результаты.

В этой статье я расскажу, какие процессы могут на самом деле сваривать эти два разных материала вместе, на что нужно обращать внимание и какие существуют практические альтернативы.

Почему нельзя сваривать сталь с алюминием

Одна из основных причин, по которой вы не можете сварить сталь с алюминием сварщиком в вашем гараже, заключается в том, что температуры плавления между двумя металлами слишком экстремальны.

Чтобы уладить спор, вот что происходит, когда вы пытаетесь сварить два металла TIG вместе:

В итоге я использовал стальной наполнитель. Алюминий под сталью просто таял, прежде чем сталь даже образовала лужу. Я компенсировал это, добавив тонну стального наполнителя, чтобы соединить два материала.

Алюминий плавится около 1200 F, а сталь плавится около 2700 F. Обычно это означает, что алюминий полностью расплавится еще до того, как сталь начнет накаляться.Даже если вы сможете собрать металл вместе, он не расплавится. Вы получите просто стальные шарики, которые легко удерживаются грязным мусором из алюминия.

В результате получается «сварной шов», который трескается, если на него неправильно смотреть. См. ниже.

Это буквально не требовало силы, чтобы развалиться на части. Несмотря на то, что это выглядело так, как будто материал слился вместе (технический термин прямо здесь), металлы просто не сплавились.

Еще одна причина, по которой это не работает, заключается в том, что тепловое расширение алюминия и стали сильно отличается.При нагревании алюминий вырастет примерно в два раза больше, чем сталь. Это означает, что по мере остывания металла зона сварки может растрескаться под действием напряжения.

Есть также множество других причин, по которым сварка стали с алюминием на самом деле не работает, например, различная теплопроводность, различные преобразования решетки, дополнительные выделения и другие научные вещи.

Дело в том, что вы не можете выполнять сварку TIG, MIG или сварку прилипанием. Если только вы не используете биметаллические переходные вставки.

Биметаллические переходы

Это решение, которое чаще всего используется на судах, теплообменниках и трубопроводах.

По сути, это просто вставка, которая с одной стороны сделана из стали, а с другой - из алюминия. Они достаточно толстые, чтобы вы могли использовать обычную технику GMAW или GTAW и приварить стальную сторону к стали, а алюминиевую - к алюминию.

Эти вставки предварительно приклеиваются, обычно с использованием технологии горячей прокатки или горячей сварки давлением (сварка взрывом).Они действительно могут выдерживать удивительное усилие, а сварные соединения с этими вставками очень прочные. Согласно некоторым спецификациям MIL, эти склеенные вставки должны иметь как минимум примерно 1/4 прочности на разрыв алюминия, хотя они часто бывают ближе к 1/2.

Это видео дает действительно хорошее объяснение того, как выполняется этот процесс сварки взрывом, и что в результате этого процесса:

Если вам нужно сварить алюминий со сталью, это, вероятно, ваш лучший выбор.

Обратная сторона?

Их практически невозможно найти, если вы работаете в небольшой мастерской или любитель. Это специальные продукты, которые обычно изготавливаются на заказ и очень дороги, с огромными минимальными объемами заказа.

Алюминирование

Это не то слово, которое я только что придумал. Алюминированная сталь - это металл, который чаще всего подвергается процессу горячего погружения с алюминиево-кремниевым сплавом. Есть и другие способы сделать это, например, гальваническое покрытие, но метод горячего погружения является наиболее распространенным.

Это непрактичный способ приваривать большие куски стали к большим кускам алюминия.

Причина, по которой я поднимаю этот вопрос, заключается в том, что, похоже, по этому поводу в Интернете циркулирует некоторая дезинформация. Есть несколько сайтов, на которых говорится, что вы можете приварить алюминиевый блок к алюминированной стали. Ты не можешь. Все, что вы можете сделать, это приварить алюминированную сталь к обычной стали.

Причина в том, что когда вы нагреваетесь до температуры, достаточной для плавления лежащей под ним стали, тонкое алюминиевое покрытие уже давно выгорело.Это просто не работает.

Пайка

Чтобы быть ясным, это требует некоторого навыка, чтобы получить право. Пайка может быть возможным решением, когда вам нужно что-то вроде сварного шва при соединении стали с алюминием.

Однако пайка , а не будет иметь прочность, сравнимую со сваркой взрывом. Вам понадобится достаточная площадь поверхности, чтобы части склеились вместе, а надежная механическая посадка будет иметь большое значение для предотвращения развала вещей.

Предполагая, что вы уже знакомы с принципами пайки, вот общий обзор того, как это делать:

  • Начните со смачивания стали припоем 56% серебра.
  • Используйте алюминиевый припой, такой как Aluxcor 4047, для соединения алюминия со сталью, контактирующей со смачиваемой средой.

Вы, вероятно, получите гораздо лучшие результаты при использовании этого двухэтапного метода, чем при одностадийном процессе пайки. Для одноступенчатой ​​пайки сама пайка на самом деле довольно мягкая, и вы не получите такой большой удерживающей способности.

Склеивание

Хотя это не даст вам особенно прочного соединения, использование эпоксидной смолы или другого связующего вещества может помочь вам.

Опять же, для правильной работы вам потребуется большая площадь поверхности, но старая хорошая трубка JB Weld может оказаться всем, что вам нужно для выполнения работы. Удостоверьтесь, что вы действительно не торопитесь, тщательно очищая обе части, и в идеале потирайте склеиваемые поверхности для большей удерживающей способности.

Есть также некоторые продукты более высокого класса. Промышленные структурные эпоксидные смолы 3M великолепны, но они могут быть дорогими и часто имеют длительное время отверждения.

Механическое крепление

Если это вообще возможно, используйте только механическое крепление.Самый простой способ соединить алюминий со сталью - это просто съездить в строительный магазин.

Независимо от того, используете ли вы болты, заклепки, гофрированные швы или что-нибудь еще, механическое крепление, безусловно, лучший, дешевый, самый быстрый и простой способ соединения разнородных материалов.

Гальваническая коррозия

Это то, о чем вам следует помнить при работе со сталью и алюминием.

Обычно сталь склонна к коррозии, а алюминий считается коррозионно-стойким.

Соедините два металла вместе и добавьте соленую воду, и вы заметите значительную коррозию алюминия. Это происходит из-за гальванической коррозии.

Объяснение Fancypants: сталь действует как катод, а алюминий действует как анод, а электролит (например, соленая вода) обеспечивает средство для миграции ионов. Это приводит к окислению анода (алюминия).

Понятное объяснение: алюминий будет подвергаться коррозии в области контакта со сталью, если он находится рядом с соленой водой.

Во многих приложениях это не имеет большого значения. Однако, если в окружающей среде есть соль (в том числе дорожная соль на автомобилях), вы можете столкнуться с проблемами.

Обходной путь - изолировать два материала краской или куском пластика, чтобы предотвратить прохождение любого электрического тока между ними. Вы можете использовать тестер целостности на мультиметре, чтобы проверить, правильно ли вы изолировали металлы.

Можно ли сварить сталь и алюминий вместе?

Ответ на вопрос, можете ли вы сварить сталь и алюминий, - да и нет.Хорошо, я уверен, что сейчас ты еще больше сбит с толку, чем раньше, но терпи меня.

Давайте начнем с химии, не так ли? Алюминий и сталь имеют разную металлургию и температуру плавления. Углеродистая сталь, состоящая из железа и углерода, плавится при температуре около 2500 градусов по Фаренгейту, а алюминий плавится при температуре 1218 градусов по Фаренгейту. В процессе дуговой сварки алюминий будет в жидком состоянии к тому времени, когда сталь начнет плавиться. Дуговая сварка двух металлов вместе также создаст хрупкое соединение и не приведет к прочному сплавлению.

Теперь может показаться, что нет никакой надежды на их сваривание. О, но есть. Это немного сложнее.

Сварка твердого тела

Сварка в твердом состоянии - это процесс, при котором слияние происходит при температурах ниже точки плавления двух свариваемых металлов. При сварке твердым телом присадочный металл или пайка не требуются.

Вот несколько примеров:

Диффузионная сварка

Диффузионная сварка - это процесс сварки в твердом состоянии, при котором происходит слияние двух металлов за счет приложения давления и повышенных температур.Этот процесс хорошо подходит для сварки разнородных металлов, таких как алюминий и сталь.

Процесс включает в себя прессование двух металлов вместе при повышенной температуре, обычно между 50-70% от точки плавления, и происходит процесс диффузии.

Сварка взрывом

Другой пример процесса твердотельной сварки включает сварку взрывом. Процесс сварки взрывом включает в себя контролируемые детонации для сплавления одной металлической поверхности с другой. Этот процесс может соединять вместе большое количество совместимых и несовместимых металлов - больше, чем другие виды сварки.Это делает его идеальным способом сварки разнородных металлов.

Итак, сварка алюминия и стали возможна. Вам просто нужно использовать более сложный метод. Существуют и другие способы сварки, с помощью которых можно сваривать сталь и алюминий вместе, но вышеупомянутые являются двумя наиболее распространенными.

Для получения дополнительной информации о продукции из алюминия и стали, которую мы обрабатываем, обращайтесь к местному торговому представителю. Чтобы узнать больше о сталелитейной промышленности, следите за новостями на Beyond Metal Buzz.

Сварка алюминия с сталью | блог.red-d-arc.com Red-D-Arc Welderentals

Как приварить алюминий к стали: возможно ли? Какие у меня варианты?



Если вы новичок в сварке, вам может быть интересно, можно ли сваривать алюминий со сталью. Сваривать подобные металлы, такие как сталь со сталью и алюминий с алюминием, обычно очень просто. Однако, когда вы пытаетесь сварить вместе два очень разных металла, таких как алюминий и сталь, например, два компонента, изготовленные с помощью лазерной резки труб, все может немного усложниться.Итак, можно ли приваривать алюминий к стали? Какие у вас есть варианты для этого? Давайте обсудим все, что вам нужно знать.

Можно ли приваривать алюминий к стали?

Ответ - да и нет. Прямая дуговая сварка разнородных металлов непосредственно к алюминию - не лучшая идея. Сваривать металл, такой как магний, титан, медь или сталь, непосредственно с алюминием очень сложно. Это связано с тем, что при плавлении алюминия при высокой температуре дуговой сварки образуются хрупкие «интерметаллические» соединения.Эти кристаллизованные структуры чрезвычайно хрупкие и склонны к разрушению. Это делает их очень хрупкими, поэтому любой стальной элемент, приваренный непосредственно к алюминию, будет очень хрупким в зоне сварного шва. Итак, как этого избежать? Все просто - в процессе сварки необходимо изолировать другой металл от алюминия. Когда алюминий плавится в алюминий, эти интерметаллические соединения не образуются, что обеспечивает надежное соединение свариваемых металлов. Для этого есть два распространенных метода, и мы рассмотрим их ниже.

«Использование биметаллической переходной вставки - определенно лучший способ приваривать сталь к алюминию в конструкционных целях»

сваривать алюминий к стали с биметаллическими переходными вставками

Использование биметаллической переходной вставки - определенно лучший способ приваривать сталь к алюминию в конструкционных целях. Он создает сварной шов отличного качества и такой же прочный, как соединение алюминия с алюминием или стали со сталью. Биметаллическая переходная вставка - это именно то, на что она похожа.Размер и форма могут быть разными, но эта вставка представляет собой секцию материала, состоящую из одной части алюминия с равной частью нержавеющей стали, которая была приклеена непосредственно к алюминию. Для склеивания стали можно использовать самые разные процессы. и алюминий вместе, чтобы создать биметаллическую вставку. Прокатка является популярным методом, как сварка трением, сварка взрывом и сварка горячим давлением.

После того, как вставка будет изготовлена, ее можно поместить между сталью и свариваемым алюминиевым материалом.Затем для завершения сварки можно использовать традиционную сварку GMAW или GTAW. Стальной профиль будет приварен непосредственно к стальному компоненту, а алюминиевый профиль будет приварен непосредственно к алюминиевому компоненту. Обычно сначала выполняется сварка алюминия с алюминием, чтобы избежать перегрева вставок во время процесса сварки. После того, как начальный сварной шов будет выполнен, алюминиевые компоненты будут поглощать тепло и предотвращать перегрев вставки во время сварки стали со сталью. Этот метод сварки часто используется для соединения труб теплообменников, создания стыков между стальными и алюминиевыми трубопроводами, а также в судостроении для крепления алюминиевых палубных домов к стальным настилам.


Сварка алюминия с сталью с покрытием погружением (горячее алюминирование)

Во многих случаях создание биметаллической вставки для сварки алюминия со сталью нецелесообразно для малых предприятий или отдельных сварщиков - поскольку для этого требуется сложный производственный процесс и специальная вставка. Другой вариант сварки алюминия со сталью - это нанесение покрытия погружением, которое также иногда называют «горячим алюминированием». В этом процессе стальной компонент погружается в алюминий, чтобы полностью покрыть его металлом.Это предотвращает образование интерметаллических соединений в процессе сварки.

Расплавленный алюминий в результате сварки будет контактировать со стальной частью с алюминиевым покрытием, и, поскольку он не будет контактировать со сталью напрямую, соединение будет относительно прочным. Однако сварщики, не имеющие опыта, могут столкнуться с трудностями при выполнении этого процесса. Обычно применяется дуговая сварка. Но дуга не должна напрямую касаться стали. Для сварки необходимо использовать специальную технику. Сварочная дуга должна быть направлена ​​только на алюминиевый элемент.Затем алюминий, который расплавился в сварочной ванне, необходимо направить на сталь с алюминиевым покрытием. Дуга не должна напрямую касаться стальной детали.

«Важно отметить, что от этого метода сварки алюминия со сталью нельзя зависеть для достижения полной механической прочности»

Если вы не будете осторожны при сварке и дуга напрямую коснется стали с алюминиевым покрытием, она может быстро прожечь алюминиевое покрытие, что приведет к плавлению стали и образованию хрупких интерметаллических соединений с алюминием.Важно отметить, что этот метод сварки алюминия со сталью должен зависеть от , а не от для обеспечения полной механической прочности. Соединение алюминия и стали с помощью этого метода соединения с покрытием не будет таким прочным, как соединение алюминия с алюминием или стали со сталью - или соединение, созданное с помощью биметаллических переходных вставок. Вместо этого этот метод сварки обычно используется только для заделки швов, а не в конструкционных целях. Это означает, что он немного более ограничен по сравнению с биметаллическими переходными вставками.


Крепление стали к алюминию болтами обычно лучше, чем сварка

Даже если у вас есть ресурсы для создания биметаллических вставок для ваших компонентов при сварке стали и алюминия, затраты на это могут быть непомерно высокими - и детали с покрытием погружением не следует использовать для строительных работ. Итак, что делать, если вам нужно приварить алюминий к стали для применения в конструкции? В большинстве случаев просто скрепить компоненты болтами быстрее, проще и намного дешевле.Пока вы не создаете соединение, которое должно быть полностью бесшовным, например, соединение труб, соединение компонентов болтами или заклепками будет гораздо лучшим вариантом. Тем не менее, при соединении стали и алюминия болтами следует учитывать некоторые особенности.

Во-первых, вы должны принять меры, чтобы избежать коррозии. Когда сталь и алюминий соединены и присутствует проводник, такой как соленая вода, возникает напряжение. В свою очередь, алюминий будет подвержен коррозии.Чтобы избежать коррозии на стыке алюминия и стали, необходимо изолировать сталь и алюминий друг от друга. Во-первых, оба компонента должны быть окрашены, чтобы изолировать их электрически. Вы также должны использовать пластиковую шайбу вместе с гайкой и болтом при сборке соединения. Пластик не токопроводит и предотвращает гальваническую коррозию между стальными и алюминиевыми частями.

Умею сваривать алюминий и сталь - хорошая идея или нет!

Мы надеемся, что эта информация была полезной и познакомила вас с некоторыми проблемами сварки разнородных металлов, таких как алюминий и сталь.Сварка алюминия со сталью с помощью биметаллических переходных вставок - отличный способ обеспечить бесшовное и прочное соединение, и он полезен для структурных применений, но может быть очень дорогостоящим. Напротив, нанесение покрытия окунанием дешевле и проще, но его нельзя использовать для строительных работ. Так что помните об этих факторах, когда вам нужно соединить сталь и алюминий - и если ни один из типов сварки не подходит, помните, что в большинстве случаев старые добрые гайки и болты также могут справиться с этой задачей!


  • Заявление об отказе от ответственности

    Информация предоставлена ​​Red-D-Arc Ltd.(«Мы», «нас» или «наш») на blog.red-d-arc.com («Сайт») предназначен только для общих информационных целей. Вся информация на Сайте предоставляется добросовестно, однако мы не даем никаких заверений или гарантий любого рода, явных или подразумеваемых, в отношении точности, адекватности, действительности, надежности, доступности или полноты любой информации на Сайте.

Лучшим способом сварки стали и алюминия является сварка волоконным лазером

Блог

Размещено в среду, 1 августа 2018 г.

Потенциальное преимущество функционально интегрированных компонентов из стали и алюминия на протяжении многих лет стимулировало глобальные исследования методов сварки этих двух разнородных основных металлов.Возможность использовать сталь и алюминиевые сплавы в смешанных металлических компонентах может значительно снизить вес автомобилей и самолетов без ущерба для механической прочности и предлагает потребителям и производителям медицинского оборудования уникальные альтернативы для решения тепловых и электрических проблем в компактных помещениях. Дополнительные преимущества включают формуемость, коррозионную стойкость и более низкие затраты.

Универсальные металлические сплавы сегодня уже находят применение во многих областях, но безупречная и многократная сварка их по-прежнему остается непростым процессом.В этом блоге мы расскажем о том, как передовые технологии и методы волоконной лазерной сварки оказались лучшими и обеспечивают наибольший успех, когда речь идет о сварке стали, нержавеющей стали и алюминия вместе.

Чтобы понять преимущества волоконного лазера, можно сначала разобраться в этих подводных камнях более традиционных методов лазерной сварки:

Низкая смешиваемость алюминиевых сплавов и стали - хорошо известное явление, вызванное очень большими различиями в их теплофизических, электрических и химических свойствах, в основном разницей температур плавления алюминия при 660 ° C и стали при 1538 ° C.Плотность алюминия также в три раза меньше плотности стали, а это значит, что он станет жидким намного быстрее. Помимо того, что жидкий алюминий «плавает» по стали, он поглощает больше энергии лазера, чем в твердом состоянии, и приводит к образованию лазерно-индуцированной плазмы. Это часто приводит к пористости, горячим трещинам и образованию хрупких интерметаллических соединений Fe-Al. Эти интерметаллические соединения значительно снижают прочность и надежность сварного шва, и их часто трудно предсказать при большинстве сварочных процессов.

Определенный успех был достигнут при ультразвуковой сварке, сварке трением, сварке взрывом и контактной сварке алюминиевых сплавов и стали.Но эти сварочные процессы подходят только для очень специфических типов сварных соединений и ограничивают их использование. Холодный перенос металла (CMT), вакуумная пайка и пайка в печи также изучались, но механическая прочность сварных соединений обычно невысока. Повышенная механическая прочность сварных соединений алюминия и стали была продемонстрирована с помощью TIG, MIG, электронно-лучевой и лазерной сварки.

Диффузионная сварка - это процесс сварки в твердом состоянии, при котором происходит слияние двух металлов за счет приложения давления и повышенных температур.Иногда это действительно работает для сварки разнородных металлов, таких как алюминий и сталь. Процесс включает в себя прессование двух металлов вместе при повышенной температуре, обычно между 50-70% от точки плавления, и происходит процесс диффузии. Однако это непростой процесс, позволяющий добиться воспроизводимых результатов.

Другим примером процесса сварки в твердом состоянии является сварка взрывом. Процесс сварки взрывом включает в себя контролируемые детонации для сплавления одной металлической поверхности с другой.Этот процесс может соединять вместе большое количество совместимых и несовместимых металлов. Наряду со сваркой волоконным лазером этот метод является альтернативой для конкретных приложений.

Вот что предлагает сварка волоконным лазером:

  • Высокоточный контроль подводимого тепла
  • Возможность автоматизации и увеличения производительности без капитального ремонта
  • Низкая деформация для сложных сварных соединений и профилей
  • Имеет малую зону термического влияния (ЗТВ)
  • Позволяет выполнять сварку с высокой плотностью энергии (на современных машинах)


Более того, как станок с ЧПУ предназначен для коаксиального соединения компонентов, так и станок с программируемым волоконным лазером предназначен для сварки компонентов из сплава.В отличие от других технологий сварки, эти машины могут работать в импульсном режиме, импульсы могут быть сформированы, и, следовательно, температура сварного шва может точно контролироваться на расплавленном шве. В частности, малый диаметр фокуса волоконной лазерной технологии обеспечивает повышенную плотность мощности, меньшую ЗТВ, меньшее время цикла и меньшее тепловложение, что может быть задокументировано и повторено. Это может привести к снижению объема интерметаллидов и даже к контролируемому развитию интерметаллидов, которое может поддерживаться в течение длительных периодов времени.

Кроме того, гибкость платформ для волоконных лазеров также обеспечивает возможность автоматизированного, воспроизводимого и надежного внедрения методов сварки, которые также уменьшают отходы, пористость и разбрызгивание, характерные для других методов лазерной сварки. Более того, даже более глубокий контроль областей интерметаллического смешения был продемонстрирован с помощью новейших технологий, таких как технология качающейся головки, которые позволяют создавать более прочные сварные швы.

По мере того, как эти методы становятся все более распространенными, появляются инновации во многих приложениях, включая радиочастотные, медицинские и аккумуляторные технологии.Кроме того, достигается снижение веса и сложности платформ автомобилей, самолетов и военно-морских судов, что в конечном итоге снижает их использование топлива и вредные для окружающей среды выбросы.

* Металлургия - это наука о работе с различными металлами и их обработке, часто с разнородными научными или химическими соединениями. При сварке металлов, где вводится тепло, термодинамика играет значительную роль и является причиной того, почему волоконная лазерная сварка имеет гораздо большие преимущества по сравнению с другими типами сварки, особенно когда речь идет о сварке стали и алюминия вместе.

Например, углеродистая сталь, состоящая из железа и углерода, плавится при вдвое большей температуре, чем алюминий, поэтому, если бы вы были металлургом и наблюдали за дуговой сваркой, вы бы заметили и задокументировали, что алюминий будет в сжиженном состоянии. время, когда температура могла повлиять на сталь. Металлурги и специалисты по сварке сумели найти баланс и связать эти металлы, однако широко распространено мнение, что эти связи являются хрупкими и слабыми, и их трудно воспроизводить постоянно.

Обратитесь за технической поддержкой к следующей сварочной работе здесь >>

Сравнение сварки нержавеющей стали

и сварки алюминия

При сварке деталей из нержавеющей стали или алюминия всегда важно обеспечить качественный сварной шов. Помимо того, что эти два материала обладают разными качествами, которые могут быть полезны для различных промышленных применений, они также по-разному свариваются.Самые большие различия между этими двумя типами сварки заключаются в стоимости материалов и рабочей силы для их сварки, а также в их свойствах, связанных с сопротивлением растрескиванию, деформации и коррозии.

Выбор алюминия или нержавеющей стали часто зависит от области применения. Стальная продукция включает конструкционные строительные материалы, сельскохозяйственное оборудование, тяжелое оборудование, оборудование для пищевой промышленности и автомобильную продукцию. Алюминий более широко используется в аэрокосмической, компьютерной и автомобильной промышленности.Оба предоставляют качественные детали для выбранного ими приложения.

Сварка двух материалов значительно отличается, и это учитывается нашими сертифицированными сварщиками. Сварка нержавеющей стали довольно рентабельна, более проста в освоении и более щадяща, чем сварка алюминия. Сварка алюминия требует большего мастерства и чистоты, но алюминиевые детали легче и устойчивы к коррозии. Нержавеющая сталь в 2,5 раза тяжелее и намного прочнее алюминия. Он может гнуться и деформироваться при сварке, но не трескается так же легко, как алюминий.Продолжайте читать, чтобы узнать больше о каждом типе сварки и о том, как мы выполняем сварку этих металлических деталей в компании Midwest Metal Products.

Сварка алюминия

В нашем сварочном цехе мы выполняем много сварочных работ по алюминию . Сварка алюминия может быть сложной задачей из-за ее чувствительности к оксидным и углеводородным загрязнениям. Металл необходимо тщательно очистить, а присадочный стержень также должен быть полностью очищен от загрязнений. Рабочее пространство также должно содержаться в первозданной чистоте, чтобы не допустить попадания загрязнений на алюминиевые сварочные материалы.Наши сварщики следят за чистотой сварочного цеха, чтобы снизить риск перекрестного загрязнения различными металлами, веществами и твердыми частицами.

Мы используем два метода сварки алюминия: сварка TIG и сварка MIG. Сварка TIG использует сварочный аппарат вольфрамовым электродом в среде инертного газа, алюминиевый присадочный пруток и инертные газы для получения сварного шва алюминиевых деталей. Это также работает для других тонких металлов. Сварка MIG - это процесс дуговой сварки, в котором используется сварочный аппарат в среде инертного газа для подачи металлической сварочной проволоки в сварочный цикл.Это соединяет два металла вместе. Опять же, инертные газы дополнительно защищают металлический сварной шов от загрязнения.

При сварке алюминия необходимо использовать точные температуры и методы. Наше предприятие было сертифицировано NADCAP для сварки алюминия с 2015 года. Это требует от наших сварщиков и оборудования соблюдения высоких стандартов качества наших сварочных работ. Сертификация также привела к более эффективной работе на нашем предприятии по производству деталей.

Сварка нержавеющей стали

На производственном участке Midwest Metal Products мы выполняем сварку нержавеющей стали для аэрокосмической и пищевой промышленности.Одна из проблем сварки нержавеющей стали заключается в том, что тепло, необходимое для сварки нержавеющей стали, может вызвать коробление, обесцвечивание и потерю коррозионной стойкости.

Еще одна проблема при сварке нержавеющей стали - это коробление. Крепления, удерживающие детали, должны быть очень надежными, чтобы избежать деформации. Мы прилагаем все усилия, чтобы обеспечить наличие стабильных приспособлений для сварки нержавеющей стали. Что касается изменения цвета сварных швов из нержавеющей стали, мы можем использовать метод, при котором деталь продувается инертным газом, чтобы атмосфера не обесцвечивала металл и не вызывала загрязнения сварного шва.

В Midwest Metal Products наш сварочный отдел специализируется на деталях из листового металла, которые трудно сваривать и которые имеют жесткие допуски. Наша квалифицированная команда сварщиков принимает все меры для предотвращения проблем со сварными швами алюминия и нержавеющей стали. Мы можем многократно выполнять качественные сварные швы для надежных и стабильных соединений, которые мы производим ежедневно для наших клиентов.

Узнайте больше о наших сварочных возможностях.

Следуй за мной в Google+

Алюминий ноу-хау - Сварка

В сварочном сообществе имеется некоторая дезинформация или недостаток информации относительно алюминия.Алюминиевые изделия не обязательно сложнее проектировать или сваривать, чем стальные, они просто разные.

И слишком часто эти различия не принимаются во внимание. В этой статье представлены лишь некоторые из распространенных ошибок, которых следует избегать сварщикам, чтобы добиться более качественной сварки алюминия, независимо от того, выполняется ли это сварка TIG или MIG.

Различия в собственности

При сварке алюминия проектировщик и сварщик не могут предполагать, что свойства основного материала и свойства сварного шва равны.В случае стали сварной шов может быть таким же прочным, как и основной материал, но это не относится к алюминию. В большинстве случаев сварной шов в алюминиевом сплаве слабее, чем свариваемый сплав.

«Сварной шов не такой прочный, как исходный материал, что многие люди не осознают», - говорит Франк Г. Армао, директор по алюминиевым технологиям в Lincoln Electric Co. «Тепло от сварки влияет на свойства исходного материала. При сварке алюминия редко можно сделать сварной шов такой же прочности, как у основного материала.”

Необходимые сварочные токи и напряжения для сварки алюминия выше, чем для стали, поэтому сварщикам действительно требуется сверхмощное оборудование для алюминия.

Сварка по-разному влияет на две классификации алюминиевых сплавов: термически обрабатываемые и нетермообрабатываемые. Алюминиевые сплавы, подвергающиеся термообработке: 2000, 6000 и 7000, а нетермообрабатываемые сплавы - 1000, 3000, 4000 и 5000.

Для термообрабатываемых алюминиевых сплавов последняя стадия термообработки нагревает материал до температуры где-то между 325 F и 400 F.Но при сварке материал вокруг сварного шва становится намного горячее, чем 400 F, поэтому материал имеет тенденцию терять некоторые из своих механических свойств. Если сварщик выполняет термообработку после сварки, свойства термообрабатываемого алюминиевого сплава могут быть улучшены, но в противном случае площадь вокруг сварного шва становится значительно слабее, чем у остального алюминия.

Нетермообрабатываемые алюминиевые сплавы становятся прочнее за счет деформационного упрочнения, что вызывает физические изменения в материале. «Но когда вы свариваете сплав, подвергшийся холодной обработке, зона термического влияния (HAZ) сварного шва возвращается к свойствам слабого отжига», - говорит Армао.Следовательно, из нетермообрабатываемых сплавов сварщик может сделать сварной шов такой же прочной, как и основной материал, только тогда, когда он начинает с отожженного материала. Но в большинстве случаев приемлемы пониженные свойства.

«Две недели назад я выполнял некоторую работу для ВМФ», - говорит Армао. «Многие морские алюминиевые сплавы не поддаются термообработке, и мы работали с 5083-h26, который имеет прочность около 50 тысяч фунтов на квадратный дюйм в результате холодной обработки. Но свойства после отжига составляют всего около 40 тысяч фунтов на квадратный дюйм, поэтому при сварке получается зона термического влияния, равная 40 тысяч фунтов на квадратный дюйм.Но зачастую дизайнеры этого не понимают. Они рассчитаны на 50 тысяч фунтов на квадратный дюйм, и сварные швы выходят из строя. На самом деле это очень распространено ».

Требуются тяжелые условия

Алюминий имеет низкую температуру плавления - 1200 F по сравнению с 2600 F до 2700 F для стали. «Люди склонны думать, что из-за такой низкой температуры плавления они могут использовать легкое оборудование для сварки алюминия, что неверно», - говорит Армао.

Теплопроводность алюминия в пять раз выше, чем у стали, что означает, что тепло рассеивается очень быстро.При сварке алюминия с добавлением тепла материал пытается его отвести. Следовательно, требуемые сварочные токи и напряжения для сварки алюминия выше, чем для стали, поэтому сварщикам действительно требуется сверхмощное оборудование для алюминия.

При сварке алюминия сварщик не может предполагать, что свойства основного материала и свойства сварного шва равны.

«Обычно, если вы хотите сваривать алюминий толщиной 1/2 дюйма или более, вам нужен аппарат на 300 А, будь то сварка TIG или MIG», - отмечает Армао.

Кроме того, из-за низкой температуры плавления при сварке алюминия обычно используются горелки с водяным охлаждением. «Если вы выполняете сварку TIG или MIG при токе более 200 А в производственной среде, вам необходимо использовать горелки и пистолеты с водяным охлаждением», - говорит Армао. Горелки с водяным охлаждением позволяют сварщику работать с большей силой тока для увеличения продолжительности рабочего цикла. Горелки с воздушным охлаждением перегреваются при использовании более высокой силы тока и рабочих циклов, необходимых для производственных работ.

Распылительная передача - ответ

Не все сварочное оборудование MIG, подходящее для стали, будет подходить для алюминия.В то время как большинство людей используют перенос короткой дуги при сварке стали методом MIG, перенос дуги распылением всегда рекомендуется для алюминия.

«Перенос короткой дугой никогда не рекомендуется для алюминия», - говорит Армао. «Токи слишком малы, чтобы выделять достаточно тепла в материале, чтобы гарантировать хорошее плавление, и вы можете получить дефекты сварки».

Распылительная дуга - это плавный перенос капель расплавленного металла от конца электрода к ванне расплава. Однако в переносе струйной дуги участвует большое количество тепла, что создает большую сварочную ванну с хорошим проплавлением.Это может быть трудно контролировать, и его нельзя использовать для алюминия тоньше 3/16 дюйма.

«Но импульсная сварка MIG позволяет получить перенос дуги распылением при гораздо более низком среднем токе, поэтому теперь вы можете сваривать MIG алюминий практически любой толщины», - отмечает Армао.

Предварительный нагрев не требуется

«Многие люди совершают ошибку, предварительно нагревая каждый кусок алюминия, который они сваривают, в этом нет необходимости, если у вас есть соответствующее оборудование», - говорит Армао. «Люди увлекаются подогревом, особенно термообработанными сплавами.Разогрев в абсолютном смысле - это неплохо, если вы его контролируете. Поскольку последняя стадия термообработки нагревается до температуры от 325 F до 400 F, 200 F - это столько, сколько вы хотите для предварительного нагрева. Если вы предварительно нагреете до 600 F, вы не узнаете, какие свойства у вас есть, потому что механические свойства алюминия изменятся ».

Предварительный нагрев нетермообрабатываемых алюминиевых сплавов не так вреден, так как не оказывает столь значительного влияния на механические свойства.

«Проблема, с которой я столкнулся в производственной среде, - добавляет он, - заключается в том, что если у вас есть 100 сварщиков в вашем цехе и вы говорите им, чтобы они предварительно нагревали, но не превышали 200 F, всегда есть пара парней. эта цифра, если 200 F - это хорошо, 600 F - лучше.Так что в производственной среде это сложно контролировать ».

Исключение составляет приваривание толстого куска алюминия к тонкому. При двух разных толщинах стандартным методом является предварительный нагрев толстого изделия.

Проблемы с анодированием

При сварке анодированного алюминия чаще всего используется сварка TIG. Оксид алюминия является электрическим изолятором, и из-за того, что анодированное покрытие довольно толстое, зажигание дуги может быть затруднено.Если люди попытаются сварить анодированное покрытие, сварной шов станет липким и пористым. Поэтому для большинства сварщиков Armao рекомендует шлифовать или шлифовать анодированное покрытие в этой области. Затем сварщик может сваривать эту область, как любой алюминий, хотя сварной шов выглядит иначе, чем остальная часть детали, потому что он не анодирован.

Существует процедура, используемая для приваривания анодированного покрытия, которое сохраняет анодированный вид. «Но он специализирован, и его нелегко освоить», - говорит Армао. Эта процедура чаще всего используется в морской индустрии.

Другие соображения для сварщиков всегда включают сварку алюминия методом TIG с полярностью переменного тока. Сварка на постоянном токе затрудняет удаление слоя оксида алюминия. Исключение составляет сварка аргонодуговой сваркой алюминия тяжелых металлов, например, блоков двигателя, где постоянный ток обеспечивает более глубокий провар.

Автор: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *