Чем варить алюминий с металлом

Как сварить сталь с алюминием

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.

Источник

Как и чем варить алюминий

Внушительный список достоинств сделал алюминий востребованным материалом во всех отраслях экономики, включая корабле- и самолетостроение. Но, как и любой другой металл, он имеет и недостатки. Один из них – технологические сложности при сваривании заготовок из алюминия и его сплавов. Качественно выполнить подобную работу могут только высококвалифицированные специалисты.

Почему свариваемость алюминия низкая

Мягки серебристый металл сложно поддается сварке в силу объективных причин, которые вытекают из его свойств. А именно:

  • На поверхности алюминия образуется окислительная пленка. И если температура плавления металла составляет всего лишь 660 градусов Цельсия, то защитной пленки – 2044 °C.
  • В процессе работы очень сложно контролировать сварочную ванну из-за высокой текучести металла. Необходимо использовать специальные теплоотводящие подкладки.
  • Расплавляясь, алюминий выделяет много водорода. В результате после остывания расплава внутри и на поверхности остается много микропустот.
  • Алюминий характеризуется высокой степенью усадки. Из-за этого во время охлаждения не исключена деформация шва.
  • Высокая теплопроводность вынуждает использовать ток, сила которая намного больше, чем при исполнении аналогичных работ с другими металлами. Сравнительно с обычной сталью разница составляет 100 процентов.

Необходимо подчеркнуть, что в домашних условиях любителям не приходится иметь дело с чистым алюминием. Сваривать приходится его сплавы. Это усложняет и без того непростой процесс, поскольку для каждого сплава (а чаще всего его марка неизвестна) нужно подобрать конкретный режим и дополнительные материалы. Унифицировать сварочный процесс в данной ситуации практически невозможно.

Читайте также:  Абразивная шарошка для металла

Способы сварки алюминия

На практике есть большое количество приемов и разных способов сварки алюминия и его сплавов. Они отличаются не только методами работы, но и оборудованием, дополнительными материалами. Наиболее часто применяется три способа сварки:

  • с использованием вольфрамовых электродов и инертного газа;
  • в инертной среде полуавтоматической сваркой;
  • без газов с применением плавящихся электродов.

Третий способ представляет собой распространенную технологий сварки алюминиевых заготовок без аргона.

Важно! Сварочные работы со сплавами алюминия подразумевают необходимость разрушения оксидного слоя, образованного на поверхности в результате окисления металла. Для достижения результата используется переменный ток или постоянный с обратной полярностью.

Что нужно для сварки алюминия

Традиционно процесс начинается с подготовки соединяемых заготовок. Основная задача здесь очень проста – очистить поверхность от посторонних включений и грязи. Кромка алюминия очищается с помощью химических составов. Далее после полного высыхания поверхность обезжиривается бытовым растворителем. Пригодны любые обезжиривающие составы: уайт-спирит, ацетон, бензин с высоким октановым числом и т.д.

При работе с заготовками толщиной от 4 мм и больше предварительно нужно «разделать кромки». Способов выполнения данной работы несколько, включая наиболее распространенный – создание конусовидной формы. Завершающим этапом является удаление оксидной пленки при помощи напильника либо любого иного абразива, в том числе наждачной бумаги с крупным зерном.

Чем варить алюминий в домашних условиях

Соединение алюминиевых заготовок с использованием покрытых электродов обозначается аббревиатурой ММА. Режим Manual Metal Arc применяется при работе с металлическими заготовками толщиной от 4 мм и в случаях соединения конструкций с невысокими требованиями к качеству. Этот метод не относится к числу высокотехнологичных: во время выполнения работ внутри швов остаются поры, которые заметно снижают их прочность. Еще одни большой минус – очень сложно застывший шлак, который в конечном итоге приводит к усилению коррозии.

Особенности сварочных работ по алюминию электродами со специальным покрытием:

  • используется только обратно полярный постоянный ток;
  • величина силы тока определяется, выходя из соотношения 25-30 А на каждый миллиметр толщины заготовки;
  • качественный шов может получиться только при условии, что кромка детали средней толщины нагрета до температуры 300 градусов Цельсия. Толстые детали разогреваются до 400 °C;
  • в обязательном порядке необходимо медленное остывание. В противном случае шов будет хрупким;
  • электрод нужно сжигать «за один присест». В случае разрыва электрической дуги на поверхности алюминия и электрода образуется слой из шлака, который препятствует протеканию тока. Повторно разжечь дугу будет затруднительно.

По завершению работы требуется хорошо очистить шов от шлака: в дальнейшем он становится причиной активной коррозии металла. Для этого достаточно иметь горячую воду и обыкновенную щетку по металлу.

Сварка вольфрамовыми электродами в инертной среде

Когда прочность и качество сварного шва поставлены во главу угла, то самое время прибегнуть к технологии сварки алюминия вольфрамовыми электродами с использованием инертного газа. Для защиты подойдет аргон или гелий. Электроды применяются диаметром от 1,6 до 5 мм. Дополнительно используется присадочная проволока толщиной 1,6-4 мм.

Сварка подключается к сети переменного тока, а технологические параметры подбираются в зависимости от оборудования. Другими словами, под определенные режимы сварки приобретаются электроды и проволока нужной толщины; определяется скорость подачи инертного газа, сила тока и прочие параметры.

  • Важно, чтобы длина дуги не превышала 2,5 мм.
  • Электрод по отношению к поверхности ставится под углом порядка 80 градусов.
  • Между присадочной проволокой и электродом выдерживается прямой угол.
  • Изначально по шву перемещается проволока и только следом проходит горелка с электродом.
  • Ровность шва можно обеспечить при условии продольного перемещения электрода. Нежелательно двигать электродом в поперечном направлении.
  • Чтобы ванна заполнялась равномерно проволоку в рабочую зону следует подавать возвратно-поступательным перемещением.
  • Свариваемые элементы следует укладывать на железный стол. Черный метал будет отводить избыточное тепло.
  • Подача инертного газа начинается за 4-5 сек до образования и прекращается через 6-7 секунд после прерывания сварочной дуги.

Задействуем полуавтомат

Применение для сварки алюминиевых сплавов полуавтоматического аппарата является идеальным решением. Устройство генерирует импульсы тока высокого напряжения, благодаря чему отлично разрушается пленка оксида металла. Но полуавтоматы с режимом сварки алюминия стоят очень дорого. Поэтому в бытовых условиях умельцы приспособились обходиться обычными полуавтоматами без такого функционала. Метод идентичен технологии сваривания черных металлов, но вместо обычной присадочной проволоки используется алюминиевая.

Еще несколько особенностей:

  • В силу того, что алюминиевая проволока расплавляется с большей скоростью по сравнению со стальной, соответственно, подавать ее надо в несколько раз быстрей.
  • Коэффициент расширения алюминия больше, чем стали. Чтобы выровнять ситуацию, необходимо приобрести специальный наконечник с обозначением «Al».
  • Мягкая проволока может стать причиной образования скрутки или петли, что приведет к прерывания сварочных работ. Желательно предусмотреть специальный механизм подачи. Его несложно смастерить самостоятельно из трех-четырех направляющих роликов.
Читайте также:  Композитный материал бетон металл

Выполняем работы инвертором

Для сваривания алюминиевых заготовок нередко используется инвертор. Очень важно правильно подобрать силу тока и электрод. Лучше всего подходят продукты марки ОЗАНА, ОЗА или ОЗР. Выбор силы тока выполняется с учетом высоких плавильных свойств материала. В остальном все идентично процессу сваривания черных металлов.

Важно! Вначале электроды желательно прокалить в печи, специально предназначенной для их термической обработки.

Технология сварки алюминия при помощи флюсов

На рынке флюсы представлены в большом ассортименте, что позволяет выбрать наиболее подходящий вариант для сваривания конкретного вида алюминиевого сплава. Флюсы с этой целью применяются достаточно давно и призваны разрушить защитную оксидную оболочку. Под воздействием высокой температуры флюс растворяется и вступает в реакцию с оксидом алюминия, разрушая его. В этот же момент заготовки соединяются между собой.

Можно приобрести флюсы, которые предназначены отдельно для дуговой или газовой сварки. Помимо этого, для работы с дуговой сваркой можно использовать графитовые или угольные электроды.

Заключение

Из материала статьи несложно сделать основные выводы. Прежде всего то, что для сваривания алюминия есть множество вариантов, которые отличаются оборудованием и способом. Но в любом случае важна тщательная предварительная подготовка, правильный выбор материалов и настройка аппарата.

Источник

Как сваривать алюминий со сталью? — полное руководство.

Алюминий можно легко соединить с большинством металлов с помощью механического крепления или клеевого соединения. Однако для сварки алюминия со сталью требуются другие методы, такие как дуговая и фрикционная сварка, которая дополнительно поясняется ниже.

Почему нужно сваривать алюминий со сталью?

Алюминий (и его сплавы) намного легче, чем стали, с плотностью 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.

Во многих отраслях промышленности сталь используется для различных структурных применений. Однако из-за плотности стали существует значительная потеря веса, связанная с ее использованием.

Новые природоохранные законы вынуждают транспортные отрасли соблюдать строгие ограничения на выбросы парниковых газов. Одним из способов снижения выбросов является, к примеру, снижение веса конструкции автомобиля. Замена различных стальных конструкций алюминиевыми сплавами в настоящее время имеет большое промышленное значение. Во многих случаях не всегда возможно заменить всю стальную конструкцию алюминиевыми сплавами, поэтому необходимо объединить эти два материала.

Алюминиевые сплавы могут быть сравнительно легко соединены со сталями с использованием таких методов, как клеевое соединение, механическое крепление или пайка.

Но когда требуется превосходная структурная целостность, сварка предпочтительна. Однако приварка алюминиевых сплавов к стали затруднена.

Почему алюминий трудно соединить со сталью?

Алюминиевые сплавы и сталь сильно различаются по металлургии и физическим свойствам, таким как теплопроводность и температура плавления. Как правило, температура плавления стали составляет около 1370 ° С, что более чем в два раза выше, чем у алюминия, который плавится при температуре около 660 ° С.

Помимо их широко различающихся температур плавления, каждый из этих металлов практически нерастворим в другом. В расплавленном состоянии они реагируют с образованием хрупких интерметаллических фаз. Понятно, что вышеуказанные проблемы могут представлять проблемы при сварке плавлением, такой как дуговая сварка стали и алюминия.

Получающиеся сварные соединения будут иметь неудовлетворительные свойства и из-за их хрупкой природы часто нежелательны для многих промышленных применений.

Как вы присоединяете алюминий к стали?

Хорошо известно, что применение процессов сварки плавлением для соединения стали с алюминием затруднено из-за различий в точках плавления, теплопроводности, коэффициентах расширения и тенденции 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. Значительные интерметаллические осадки могут происходить значительно ниже точки плавления алюминия (660 ° C для чистого Al). Точная степень осаждения интерметаллидов определяется диффузией и зависит от временного и температурного предела взаимодействия взаимодействующих границ Fe и Al.

Использование лазеров для создания паяного соединения

Использование лазеров для создания паяного соединения между сталью и алюминием является логичным шагом, так как высокая интенсивность тепла в небольшой области, генерируемой лазером, означает, что стабильная среда для пайки может быть создана локально и быстро перемещена для создания соединения с минимальным временем для диффузии, чтобы управлять чрезмерным образованием интерметаллических соединений.

Читайте также:  Покраска металла с эффектом старины

Фазовая диаграмма Fe-Al показывает диапазон твердых интерметаллических фаз, которые могут быть сформированы, а именно; Fe3Al (892HV), FeAl (470HV), FeAl2 (1060HV), Fe2Al5 (1013HV) и FeAl3 (892HV).

Эти фазы характеризуются чрезвычайно высокой твердостью, почти нулевой пластичностью и очень низкой вязкостью разрушения. Следовательно, если термически произведенное соединение между сталью и алюминием должно содержать некоторые или все эти фазы,

Толщина слоя интерметаллического соединения должна быть настолько малой, насколько это возможно, для достижения хороших механических характеристик в соединении. Проверить сварку тут можно с помощью рентгеновской пленка Agfa D7 от компании GE , на тонких деталях можно использовать рентгеновскую пленку Agfa D2.

Должны быть приняты определенные подходы к дуговой сварке стали и алюминия, чтобы избежать образования интерметаллического соединения. Первый заключается в использовании алюминиевого покрытия на стали. Это может быть достигнуто погружением стали в расплавленный алюминий (горячее алюминирование). После нанесения алюминия алюминий может быть приварен к алюминиевому покрытию. Необходимо следить за тем, чтобы дуга не нагревала покрытый алюминий до чрезмерной температуры, в противном случае возможно образование интерметаллического соединения. Первый заключается в использовании алюминиевого покрытия на стали. Это может быть достигнуто погружением стали в расплавленный алюминий (горячее алюминирование).

После нанесения алюминия алюминий может быть приварен к алюминиевому покрытию. Необходимо следить за тем, чтобы дуга не нагревала покрытый алюминий до чрезмерной температуры, в противном случае возможно образование интерметаллического соединения.

Первый заключается в использовании алюминиевого покрытия на стали. Это может быть достигнуто погружением стали в расплавленный алюминий (горячее алюминирование). После нанесения алюминия алюминий может быть приварен к алюминиевому покрытию. Необходимо следить за тем, чтобы дуга не нагревала покрытый алюминий до чрезмерной температуры, в противном случае возможно образование интерметаллического соединения.

Биметаллические переходные вставки

Биметаллические переходные вставки являются еще одним средством уменьшения интерметаллического образования при сварке плавлением. Вставки состоят из одной алюминиевой части и другой стальной детали, скрепленных между собой прокаткой, сваркой взрывом, сваркой трением, сваркой под давлением или сваркой горячим давлением. Биметаллическое переходное соединение затем индивидуально приваривается к алюминию и стали. Обычно объемный алюминий сначала приваривают к алюминиевой части переходной вставки, так как это создает больший радиатор, когда объемную сталь подвергают дуговой сварке со стальной половиной переходной вставки.

Основной целью при соединении этих материалов является поддержание максимально низкой температуры сварки и минимизация времени воздействия сварного шва на высокие температуры. Вот почему такие процессы, как сварка трением (в основном, ротационная сварка трением), используются для изготовления биметаллических переходных вставок между алюминиевыми сплавами и стальными объемными компонентами.

Ротационная сварка трением

Ротационная сварка трением — это процесс соединения в твердом состоянии, который работает путем вращения одной детали относительно другой, находясь под действием осевой силы сжатия. Трение между поверхностями производит тепло, в результате чего материал интерфейса пластифицируется. Сжимающее усилие вытесняет пластифицированный материал с поверхности раздела, способствуя металлургическим механизмам соединения. Не входя в жидкое состояние, сварные швы трения остаются намного более холодными во время обработки.

Кроме того, сварка алюминия, быстрым трением, предотвращая длительное время воздействия сварного шва на высокие температуры. Следовательно, сварка трением коммерчески используется для соединения ряда разнородных материалов, поскольку образование интерметаллических соединений значительно снижается.

Несмотря на преимущества сварки трением для уменьшения интерметаллического образования между алюминиевыми сплавами и сталями, все же следует позаботиться о выборе параметров.

Сварка нержавеющей стали с алюминиевым сплавом

Часто при сварке стали и нержавеющей стали с алюминиевым сплавом используется промежуточный слой из чистого алюминия, что резко снижает образование интерметаллидов. Интерметаллические соединения между сталью, сваренной трением, и алюминиевыми сплавами основаны на железо-алюминии, следовательно, можно ожидать, что хрупкие соединения также будут образовываться между сталью и чистым алюминием, но это не так. Чистый алюминий намного мягче, чем алюминиевый сплав.

Это означает, что температура, необходимая для протекания мягкого чистого алюминия и образования сварного шва, намного ниже, чем у алюминиевого сплава. Более низкие температуры помогают уменьшить образование хрупких соединений.

Сваривать алюминий со сталью

Из-за сложности изготовления прочных сварных швов между этими материалами во многих коммерческих применениях для соединения алюминиевых сплавов со сталью используются механические крепежные элементы. При использовании механических крепежей и в зависимости от применения необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить гальваническую коррозию.

Гальваническая коррозия преимущественно происходит на алюминиевом сплаве. Чтобы предотвратить это, требуется изоляция алюминиевого сплава от стали, что обычно происходит при использовании изолирующего покрытия или краски.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector