Svařování hliníku elektrodou: vlastnosti procesu

Hliníkové díly mají vysokou tepelnou vodivost a nízkou hmotnost. Díky těmto vlastnostem je materiál velmi populární v různých průmyslových oblastech. Technologie svařování hliníku a jeho slitin však není tak jednoduchá. Aby bylo možné provádět svářečské práce na vysoké úrovni, je nutné vzít v úvahu mnoho různých faktorů a vlastností materiálu. V našem článku si povíme podrobněji, jaké jsou technologie spojování hliníku a jak se od sebe liší.

Vlastnosti svařování hliníku a jeho slitin

Někdy při svařování hliníku nebo hliníkových slitin vznikají obtíže, které výrazně ovlivňují kvalitu svarů. Zde je několik příkladů nejčastějších problémů:

1. Svarová lázeň je poměrně obtížně ovladatelná kvůli vysoké tekutosti materiálu. Z toho plyne potřeba používat obklady odvádějící teplo.
2. Hliník se snadno oxiduje, což způsobuje vzhled žáruvzdorného filmu na kapkách roztaveného kovu. V důsledku toho je obtížné spojit do jediného švu. Správně organizovaná spolehlivá ochrana svařovací zóny před okolním vzduchem pomáhá předcházet vzniku filmu.
3. Na povrchu hliníkových výrobků je vždy přítomen film oxidu Al₂O₃, který má teplotu tání cca +2040 °C, přičemž samotné tavení kovu se provádí při teplotě +660 °C.
4. Výrazné smrštění materiálu může způsobit deformaci svaru po jeho ochlazení a ztuhnutí.
5. Je možné snížit mechanické vlastnosti materiálu v důsledku tendence k tvorbě pórů a prasklin ve švech.
6. Vzhledem k vysoké tepelné vodivosti hliníku je pro svařování potřeba vysoký provozní proud.

Tyto obtíže jsou zcela překonatelné, takže obliba různých technologií svařování hliníku neklesá. Tento kov umožňuje vytvářet velmi pevné a spolehlivé struktury.

Technologie svařování hliníku: příprava materiálů a dílů

Pro vytvoření vysoce kvalitního svarového spoje je nutné dbát na to, aby byla svařovací zóna co nejvíce chráněna před všemi druhy nečistot:

• Pro plynové elektrické svařování hliníku by měla být přidělena čistá, suchá a bezprašná místnost.
• Rychlost pohybu vzduchu by neměla překročit 0,2 m/s.
• Obrobky a přídavný drát musí být důkladně očištěny metodami stanovenými technologií.
• Jako ochranné plyny lze použít pouze čistý argon třídy A podle GOST 10157-62 a vysoce čisté helium podle MRTU 51-04-23-64.
• Plynové armatury, hadice a svařovací hořák jsou před zahájením svařování důkladně omyty alkoholem a následně v průběhu práce pravidelně znovu čištěny a omyty.

Technologie kvalitního čištění svařovacího drátu zahrnuje smytí konzervačního maziva rozpouštědlem nebo horkou vodou, odstranění oxidového filmu chemickým ošetřením.

Doporučené články o kovoobrábění

K provedení výše uvedených prací je nutné zorganizovat speciální místo, oddělené od oblasti svařování. Technologie chemického zpracování zahrnuje několik metod čištění. Nejoblíbenější metoda chemického čištění je následující:

1. Leptání v 5% roztoku hydroxidu sodného NOH při teplotě +60 . +65 ° C po dobu 2-3 minut;
2. Praní v horké (+45…+50 °C) vodě a poté ve studené tekoucí vodě.
3. Čiření v 15–30% roztoku kyseliny dusičné HN0₃ při teplotě +60 . +65 ° C po dobu 2-3 minut;
4. Praní v horké (+45…+50 °C) vodě a poté ve studené tekoucí vodě.
5. Sušení při teplotě ne nižší než +60 ° С až do úplného odstranění vlhkosti.

Pokud nemáte možnost použít svařovací drát ihned po vysušení, pak jej uložte na speciálně určené místo. K tomu je vhodná zásuvka nebo skříňka s těsně uzavíratelnými dvířky.

Zpracovaný drát lze skladovat nejdéle 12 hodin, pokud se jedná o přídavný drát malého průměru (do 1,6 mm) pro nízkoproudý provoz s nekonzumovatelnou elektrodou.

Pokud mluvíme o silnějším drátu (4-5 mm) pro práci s spotřební elektrodou při proudech nad 400 ampérů, je povolena delší doba skladování (až jeden a půl dne). V tomto případě kvalita svaru neutrpí. Důležité je pouze dodržovat pravidla pro skladování zpracovaného drátu a technologie svařování hliníku. Během provozu se s připraveným drátem nesmí manipulovat rukama bez rukavic, protože to může vést k vnikání mastných částic na jeho povrch.

Před svařováním je vhodné pečlivě opracovat samotný díl a jeho okraj. Výhodou při svařování je chemické ošetření dílů, jehož technologie je uvedena výše. Výrobky malého objemu jsou kompletně zpracovány a velké přířezy jsou zcela odmaštěny, pouze hrany a do 10 cm povrchu od spoje jsou podrobeny chemickému ošetření.

U malých svarových spojů se čištění hran provádí škrabkou, bezprostředně před svařováním. Dále je nutné odstranit oxidový film v místě vodiče. To lze provést škrabkou nebo ocelovým drátěným kartáčem.

Pokud nemáte možnost provést chemické ošetření velké části, je povoleno čištění okraje ocelovými drátěnými kartáči. V tomto případě je žádoucí otřít jeho povrch alkoholem nebo acetonem před a po zpracování okraje.

Štětiny ocelového drátěného kartáče jsou vyrobeny z nerezové oceli. Nejlepší je použít kartáč se štětinami o průměru nejvýše 2 mm. Umožní vám zpracovat hranu efektivněji, aniž byste zanechali příliš hluboké škrábance a vady. Během zpracování součásti se kartáč pravidelně omyje v rozpouštědle.

Obrobené díly by měly být skladovány na teplém a suchém místě s čistým krytem hran. V této podobě je dovoleno skladovat díly tak dlouho, jako zpracovaný výplňový drát.

Pokud technologie svařování hliníku zahrnuje dlouhodobou práci (montáž, testování atd.) mezi čištěním dílů a jejich svařováním, pak se v tomto případě používá svařování stavnou elektrodou velkého průměru. Kromě toho je nutné zajistit ochranu okrajů před znečištěním na všech mezistupních.

Pokud se svařování provádí v několika průchodech, je nutné v každé fázi očistit povrch švu a drážky kartáči a acetonem.

Hliník nejen dobře vede teplo, ale má také vysoké teplo tání (96 cal/g). Tato vlastnost je základem technologie svařování hliníku, protože pro vytvoření vysoce kvalitního švu bude vyžadován přímý dopad svařovacího oblouku na celou oblast kontaktu mezi kapalnou a pevnou fází svarové lázně.

Pokud se pro připojení použije nekonzumovatelná elektroda, pak se lázeň tekutého kovu získá pouze v zóně hoření oblouku. V tomto případě vzniká hlavně tavením základního kovu (obvykle neobsahuje více než 30 % přídavného materiálu). Vyznačuje se plynulým přechodem k obecnému kovu.

Spojením hliníku s odtavnou elektrodou získáte hlubší prohlubeň v základním kovu díky koncentrovanějšímu oblouku. V souladu s tím bude velikost svarové lázně větší, bude obsahovat více než 50 % uloženého kovu. Obvodová část lázně v tomto případě nespadá pod vliv oblouku, proto může dojít k nestavení.

Je důležité, aby tvar drážek umožnil ta místa, kde je možné nestavení, přetavit obloukem při nanášení následných kuliček. Shoda s technologií řezných hran umožňuje dosáhnout vysoce kvalitního svaru. V každém případě se nejlepší spojení získá oboustranným svařováním.

Pokud není možné použít oboustrannou metodu, je třeba přijmout opatření k prevenci a odstranění defektů v kořeni švu.

Technologie svařování hliníku elektrodami

Technologie svařování hliníku elektrodami se používá velmi zřídka. Tato metoda je vhodná tam, kde není možné použít speciální zařízení. To znamená, že častěji se používá v terénu nebo v malých dílnách, kde si finančně nemohou dovolit pořízení potřebného vybavení. V tomto případě může použití elektrod ušetřit jak náklady, tak čas.

Existuje několik značek zakoupených elektrod:

• OK – elektrody pro hliník s příměsí manganu nebo hořčíku. Měl by být chráněn před vlhkostí, proto nevyndávejte z obalu všechny tyče.
• OZANA – existují dva druhy, které se mírně liší v použití v závislosti na typu a slitině kovu. Takové tyče se používají pro horizontální a vertikální svařování.
• OZA – jsou celé z hliníku a jsou svou výrobou podobné domácím prutům. Používá se k lepení hliníkové slitiny na křemík.
• UANA – svým původem a vlastnostmi jsou určeny pro svařování hliníkových slitin, lze je deformovat.
• EHF – používá se pro svařování v prostředí, kde se jako ochrana používá argon. Tyto elektrody jsou vyrobeny výhradně z wolframu.

Elektrody pro připojení hliníkových dílů se liší v ceně, takže při výběru správné možnosti věnujte pozornost charakteristikám, které jsou pro vás prvořadé.

1. Ruční obloukové svařování hliníku obalenými elektrodami (technologie MMA).

Technologie ručního připojení s obalenými elektrodami se používá pro nekritické konstrukce z čistého hliníku a jeho slitin: AlSi, AlMg a AlMn. Tato metoda je vhodná pouze pro výrobky s tloušťkou menší než 4 mm.

Nevýhody tohoto způsobu spojování materiálu jsou:

• pórovitost a nízká pevnost švu, což znamená nízkou kvalitu spojení;
• velké množství rozstřiků roztaveného kovu;
• špatná oddělitelnost struskové kůry, která může způsobit korozi.

K provedení práce je nutný proud obrácené polarity bez příčných kmitů. Je důležité správně vypočítat proudovou sílu podle následujícího vzorce: 25–30 A na 1 mm elektrody.

Pokud chcete dosáhnout vysoce kvalitního spojení, pak je vhodné před zahájením svařování díly zahřát na určitou teplotu. Pro tenké a středně silné díly stačí teplota +250 . + 300 ° С. Velké výrobky vyžadují teploty do +400 °C.

Mějte na paměti, že optimální teplotu může určit výrobce elektrody. Pokud takové údaje najdete, je lepší se jimi řídit.

2. Ruční obloukové svařování uhlíkovými elektrodami.

Technologie svařování hliníku uhlíkovými elektrodami se používá nejčastěji pro nekritické konstrukce. Pro tento typ práce budete potřebovat stejnosměrný proud se stejnosměrnou polaritou.

U celkových výrobků, jejichž tloušťka je větší než 2,5 mm, je nutné provést řezání hran. Průměr výplně by měl být v rozmezí 2–8 mm. Pastové tavidlo lze nanášet jak na tyč, tak na pracovní plochu.

3. Ruční obloukové svařování wolframovou elektrodou v inertním plynu (technologie AC TIG).

Jedná se o velmi oblíbený způsob spojování materiálů, který se používá při požadavku na velmi pevný spoj s krásným vzhledem. Technologie obloukového svařování hliníku wolframovou elektrodou je založena na použití tyče o průměru 1,6–5 mm s přísadou 1,6–4 mm.

Pro provádění práce na této technologii je zapotřebí ochranné prostředí helia nebo argonu. Elektrický oblouk je podporován zdrojem střídavého proudu, který dává dobré výsledky při destrukci oxidového filmu.

• Úhel mezi elektrodou a pracovní plochou by měl být 70–80°; mezi výplňovým drátem a elektrodou – 90°. Délka oblouku – od 1,5 do 2,5 mm.
• Aditivum se aplikuje krátkými vratnými pohyby. Příčné pohyby elektrody a plnicí tyče nejsou povoleny.
• Hořák sleduje lištu.
• Pod hliníkovým výrobkem by mělo být umístěno těsnění z mědi a oceli, které bude plnit roli odvádějící teplo. Zabráníte tak vzniku děr, zejména při práci s tenkým kovem.
• Rozměry svarové lázně by měly být co nejmenší.
• Přívod argonu začíná 5–7 sekund před spuštěním oblouku a vypíná se 5–7 sekund po jeho přerušení.

Technologie ručního svařování hliníku elektrickým obloukem

1. Pro provádění svářečských prací na hliníku je nutný stejnosměrný proud s obrácenou polaritou (místy měníme konektory na střídači). Je důležité dodržet poměr výkonu a průměru elektrody a upravit sílu proudu podle následujícího vzorce: 30 ampér na milimetr průměru.
2. Díly, které se mají svařovat, musí být předehřáté. Při průměrné tloušťce se obrobek zahřeje až na +200…+300 °C. Velké díly potřebují vyšší ohřev (až +400 °C).
3. Přes obvyklou tvorbu oblouku bude rysem práce s hliníkem vyšší rychlost hoření elektrod. V souladu s tím bude při vytváření švu vyžadována vyšší rychlost.
4. Ujistěte se, že naplánujete délku švu na základě roztavení jedné elektrody. Svařovací proces nesmí být přerušen. Kůra strusky, která se vytvoří na konci svaru, nedovolí v tomto místě znovu udeřit oblouk.
5. Oproti svařování ocelových přířezů je zakázáno provádět příčné pohyby při spojování hliníkových dílů.
6. Po dokončení práce okamžitě odstraňte strusku na křižovatce. Vše očistěte drátěným kartáčem a opláchněte horkou vodou.

Svařování hliníku argonem: technologie, návod, procesní nuance

Podle technologie svářecích prací v argonovém prostředí jsou kladeny vysoké požadavky jak na svařovací stroj, tak na přídavné zařízení, které zajišťuje správné skladování a zásobování přídavným materiálem. Všechny tyto parametry mají rozhodující význam při vytváření svaru.

Argonové svařování hliníku a jeho slitin lze provádět s následujícím zařízením:

• zdroj elektrického proudu, ke kterému bude připojen svařovací stroj a veškerá další zařízení;
• láhev, ve které je uložen ochranný plyn argon;
• mechanismus zodpovědný za podávání přídavného drátu do oblasti svařování.

Technologie pro provádění svářečských prací pomocí argonu ve velkých průmyslových podnicích je dobře zavedená. V tomto případě je ochranný plyn dodáván prostřednictvím centralizované sítě. Celé cívky jsou tvořeny ze svařovacího drátu namontovaného na svařovacím poloautomatickém stroji. Veškeré práce jsou prováděny na speciálních pracovních stolech, jejichž povrch je vyroben z nerezové oceli.

Vysoce kvalitní svar se získá pouze důkladným očištěním spojovaných dílů od různých druhů nečistot (mastnota, špína, olej). Čištění se provádí rozpouštědlem. U plechových přířezů o tloušťce větší než 4 mm je povinné oříznutí hran. V tomto případě se svářečské práce provádějí od začátku do konce. K odstranění žáruvzdorného oxidového filmu z povrchu výrobku je nutné zpracovat spoj pilníkem nebo kovovým kartáčem. Díky složité konfiguraci připojení je možné opracování bruskou.

Technologie poloautomatického svařování hliníku v argonovém prostředí má řadu charakteristických znaků. Při provádění prací poloautomaticky nebo s ručním dodáváním přísad budou potřeba wolframové elektrody o průměru 1,5–5,5 mm. Při vytváření svařovacího oblouku musí být elektroda umístěna pod úhlem 80 ° k povrchu součástí.

Technologie ručního podávání drátu umožňuje úhel 90° k elektrodě. V tomto případě se plnicí drát pohybuje před elektrodou. Velmi dobře je to vidět na ukázkových videích, která ukazují proces svařování pomocí argonu.

Spojování tohoto druhu kovu je často spojeno s řadou problémů, které je i při rozsáhlých zkušenostech velmi obtížně překonatelné, neboť je zapotřebí i sada speciálních technických prostředků. Svařování hliníku elektrodou je jedním z nejjednodušších postupů v této oblasti, ale nezaručuje vysoce kvalitní výsledek. Stejně jako svařování nerezové oceli se spojování hliníku vymyká standardnímu pojetí svařitelnosti kovu, protože jeho chování v roztaveném stavu se výrazně liší od stejných ocelí. Zde je zapotřebí zvláštního přístupu při řízení svarové lázně a výpočtu použitého materiálu.

Svařování hliníku konvenční elektrodou

Přes všechny potíže se spojováním se tento kov aktivně používá v průmyslu, protože má relativně nízkou hmotnost a zároveň docela dobrou pevnost, zejména jeho slitiny. Řemeslníci se často musí vypořádat s jeho svařováním, a to různými způsoby, protože hliník se používá k výrobě drátů, pouzder, dílů, které jsou vystaveny mechanickému namáhání a dalších věcí. Přestože elektrody nemohou dosáhnout stejné kvality, jakou poskytuje svařování hliníku s argonem, existují způsoby, jak pomoci zlepšit výsledky spojení.

Vlastnosti a svařitelnost hliníku

Nejprve byste měli pochopit vlastnosti kovu. Při svařování hliníku elektrodou si každý řemeslník všimne, že chování svarové lázně se výrazně liší od ocelových výrobků. To je způsobeno vysokou tekutostí materiálu. V roztaveném stavu hliník není viskózní, ale spíše jako voda, takže vytvoření švu se v tomto případě stává fyzicky náročným procesem. Ze stejného důvodu je téměř nemožné provádět běžné stropní a vertikální svařování. I ve vodorovné poloze musíte použít snížený proud.

Za zmínku stojí také hlavní nepřítel normální svařitelnosti – oxidový film. Neustále se tvoří na hliníku a rychlost jeho tvorby je poměrně vysoká. Je škodlivý, protože má téměř třikrát vyšší bod tání než hliník. Pokud se neodstraní, kapky roztaveného kovu se jím obalí a nebudou se moci normálně spojit a šev bude nerovnoměrný, rozmazaný a nebude správně plnit svou funkci.

Oxidový film při svařování hliníku elektrodou

Jednu z vlastností kovu lze přičíst vysokému koeficientu roztažnosti, který poskytuje smrštění, které se liší od ocelí. Pokud budete jednat nesprávně, může se stát, že se díl deformuje, když začne chladnout. Chcete-li to provést, měli byste provést kompetentní výpočet spotřebního materiálu tak, aby správně vyplnil křižovatku. Nezapomínejte na teplotní deformace, se kterými se při práci s tenkými plechy často setkáváme. Svařování hliníku doma by mělo být prováděno s ohledem na vysokou elektrickou a tepelnou vodivost materiálu.

Oxidový film při svařování hliníku elektrodou

Problémy vznikají hlavně ve švech po dokončení svařování. Často se musíte vypořádat s prasklinami a póry. Kov je vystaven vzniku napětí, které může být důsledkem přítomnosti vodíku ve svarové lázni. Dostane se do kovu a poté se pokusí dostat ven, kvůli čemuž se po chvíli mohou v celém švu objevit praskliny. Není-li zajištěna dostatečná ochrana před kyslíkem z atmosféry, mohou se na povrchu spoje objevit póry, proto je nutné povlak elektrody před použitím vysušit a pečlivě vybrat podle charakteristik tohoto procesu. Svařování hliníku konvenční elektrodou, stejně jako jeho slitiny tohoto kovu, se provádí v souladu s GOST 14806-80.

Výhody

• Svařování hliníkovou spotřební elektrodou je nejjednodušší a nejdostupnější možností, kterou může použít téměř každý svářeč, protože vyžaduje minimální sadu vybavení;
• Přípravné postupy probíhají poměrně rychle a po práci netrvá dlouho vrátit vše do původní podoby;
• Spotřební materiály, kterými jsou zde elektrody, jsou velmi dostupné, běžné a mají relativně nízkou cenu;
• Náklady na svařování jsou mnohem nižší než při použití jiných metod;
• Master nepotřebuje rozsáhlé zkušenosti s používáním jiného zařízení, protože vše se děje podle nejstandardnějšího schématu.

Omezení

• Kvalita spoje velmi trpí nedostatečnou ochranou svarové lázně, kterou poskytuje povlak elektrody;
• Výběr elektrod se může stát vážným problémem, pokud není známo, na jaké kovové slitině se pracuje;
• Tavidlo je vyžadováno jako další spotřební materiál;
• Vysoká rychlost elektrického svařování ztěžuje normální vytvoření švu.

Metody svařování elektrodou

Technologie svařování hliníku elektrodami zahrnuje použití několika různých metod, které se nejčastěji vyskytují v soukromé a průmyslové sféře.

Svařování běžnými obalenými tavnými elektrodami. Využívá standardní svařovací transformátor, který se používá i pro svařování jiných kovů. V tomto případě se technologie svařování neliší od ocelových švů, ale výsledek nemusí být nejvyšší kvality, protože kvůli špatnému svařování hliníku vzniká řada problémů.

Svařování hliníku netavící se elektrodou. Již není problém s výběrem přídavného materiálu, protože bazén je vytvořen z kovu samotného obrobku, ale k tomu musí mít samotné díly tloušťku alespoň 3 mm a musí být svařeny od konce ke konci. Již existují určité nuance práce, protože je nutné chránit svarovou lázeň.

Svařování hliníku uhlíkovou elektrodou pomocí plynu. V tomto případě se kromě netavitelné elektrody používá ochranný plyn, který je přiváděn ze speciálního hořáku. Může to být svařování hliníku bez argonu, například s acetylenem nebo propanem a jinými plyny, protože vše závisí na tom, zda je má mistr.

Výběr elektrody a značky elektrod pro svařování hliníku

OZANA-1 – používá se pro svařování dílů a konstrukcí z technického hliníku v jeho čisté formě. Práce se provádějí s takovými značkami jako A0, A1, A2, A3.

OZANA-2 – používá se pro svařování vad odlitků a navařování dílů z křemíkových hliníkových slitin. Práce se provádějí s takovými značkami jako AL4, AL9 a AL11.

OK 96.10 – tento typ označuje alkalicko-solný povlak, který je vhodný pro svařování technického hliníku. Při výběru režimu svařování by se pro ně mělo snížit napětí, protože rychlost tavení těchto výrobků je přibližně třikrát vyšší než u ocelových výrobků.

OK 96.20 – je zde použit alkalicko-solný povlak, který je vhodný pro svařování válcovaného kovu z různých kovových slitin, zejména hliníku s manganem nebo hořčíkem. Samotná elektroda používá tyč ze slitiny hliníku a manganu. Před použitím je nutné elektrody zahřát na 150-300 stupňů Celsia, což je způsobeno vysokou hygroskopičností povlaku.

“Důležité!

Téměř ve všech případech se svařování provádí v nižších polohách, pouze s několika výjimkami, kdy je to s omezením možné ve vertikální poloze.

Příprava kovu pro svařování

Před samotným svařováním by měl být proveden přípravný postup, který pomůže zlepšit kvalitu spojení. Začíná se mechanickým čištěním kovového povrchu. Kovovým kartáčem nebo brusným papírem odstraňte vrstvu nečistot, oleje a jiných usazenin včetně oxidačního filmu, který bude překážet při svařování. Poté můžete okraje dílů ošetřit rozpouštědlem, jako je aceton, který pomůže odstranit zbývající věci po mechanickém čištění. Pokud je díl příliš silný, může vyžadovat řezné hrany. Je nutné s tloušťkou asi 4 mm a více.

Návod

1. Předběžné zpracování dílů se provádí tak, jak je popsáno výše;
2. Poté se na povrch svařovaných obrobků v místech svařování nanese tavidlo;
3. Elektrody se zahřívají;
4. Kov také někdy potřebuje zahřát, zvláště když je tlustý, aby se roztavilo tavidlo a odpařila se vlhkost;
5. Můžete začít svařovat;
6. Nechte vychladnout, postupně zahřívejte šev plamenem hořáku;
7. Zkontrolujte kvalitu připojení.

“Důležité!

Nezapomeňte, že díky vysoké rychlosti tavení elektrody se zvyšuje rychlost svařování hliníku.

Aby vše šlo přesněji, měli byste sledovat video svařování hliníku elektrodou.

Bezpečnostní opatření

Vyžaduje použití osobních ochranných prostředků, jako je kombinéza a svářečská maska. Musíte také dodržovat základní pravidla elektrické bezpečnosti. Neprovádějte práci, když je proces v otevřených oblastech během srážek, nepoužívejte vadné zařízení a sledujte spolehlivost kontaktu svařovacích drátů.