Как подготовить алюминиевые сплавы к сварке

Очистка перед сваркой имеет решающее значение для качества сварных швов из алюминия и алюминиевых сплавов. Алюминий легко окисляется, в результате чего на его поверхности образуется плотная и твердая оксидная пленка, поглощающая влагу. Эта пленка препятствует надлежащему плавлению металла и является источником пористости и включений. Масло, ржавчина, окалина и другие загрязнения также могут приводить к образованию пор. Поэтому проволоку и место соединения необходимо тщательно очистить для удаления оксида и масла. Существуют три основных метода: обезжиривание, химическая очистка и механическая очистка.

1. Обезжиривание

Удалите масло с присадочной проволоки и зоны сварки с помощью бензина, спирта, ацетона, этилацетата, четыреххлористого углерода или другого подходящего растворителя. Очистите паз и полосу шириной 30–50 мм с каждой стороны.

2. Химическая очистка

Кислотные и щелочные растворы вступают в реакцию с маслом, грязью, ржавчиной, накипью и оксидами, образуя растворимые продукты и обнажая металлическую поверхность заготовки и проволоки.

Для полной химической очистки:

1. Проведите травление заготовки и проволоки в течение 10–15 минут в растворе NaOH 8%–10% при температуре 40–60 °C.
2. Промойте в холодной воде примерно 2 минуты.
3. Провести нейтрализацию в растворе азотной кислоты, разбавленном в объёме 30%. Не должно оставаться ни жёлтых, ни чёрных пятен.
4. Промойте в течение 2–3 минут в воде температурой 50–60 °C и почистите щеткой с жесткой щетиной.
5. Сушить примерно 30 минут в духовке при температуре 100–150 °C.

Если заготовка слишком велика для полного погружения, удалите пленку в отдельных местах:

1. Нагрейте паз и полосу шириной 30–50 мм с каждой стороны до температуры 80–100 °C с помощью кислородно-ацетиленового пламени.
2. Протрите эти участки раствором NaOH 10%–15%. Когда они начнут белеть, нейтрализуйте их разбавленным раствором азотной кислоты 30%.
3. Тщательно промойте в холодной воде.
4. Дайте заготовке высохнуть на воздухе.

Ни температура, ни концентрация раствора не должны быть чрезмерно высокими. При слишком бурной реакции образуется белая пленка, которая ухудшает качество сварки. Остатки раствора необходимо смыть, чтобы предотвратить появление локальных язв и сокращение срока службы. Благодаря усовершенствованиям в производстве присадочной проволоки химическая очистка современной проволоки, как правило, больше не требуется.

3. Механическая очистка

Механические методы позволяют удалять оксидные пленки, продукты коррозии и прокаточную окалину. Они обычно применяются для обработки крупных заготовок, при длительных производственных циклах, при наличии многослойных сварных швов или в случае повторного загрязнения после химической очистки.

Сначала обезжирьте поверхность бензином, спиртом, ацетоном или другим органическим растворителем. Затем с помощью металлической щетки из нержавеющей стали или скребка удалите оксидный налет в пределах 50 мм с обеих сторон канавки до появления металлического блеска. Не используйте наждачную бумагу или шлифовальный круг: мягкий алюминий может удерживать абразивные частицы, которые впоследствии приведут к дефектам сварного шва. После механической очистки протрите торцевую поверхность и обе стороны зоны сварки ацетоном или спиртом, чтобы удалить остатки оксида, масла и других загрязнений.

Механическая очистка проста, но, как правило, менее эффективна, чем химическая, и с трудом удаляет оксид с присадочной проволоки. Наилучший результат дает использование обоих методов, хотя некритические заготовки иногда можно сваривать после одной лишь обезжиривания.

Сварку следует начинать незамедлительно, так как во время хранения образуется новая оксидная пленка. Период времени после очистки не должен превышать 4 ч; в противном случае детали необходимо очистить заново. Это требование особенно важно при высокой относительной влажности. Электрохимически отполированная алюминиевая проволока может оставаться пригодной к использованию в течение относительно длительного времени на воздухе и почти шести месяцев в герметичной пластиковой упаковке.

4. Опорные стержни

Алюминий обладает низкой прочностью при высоких температурах — всего 10 МПа при 370 °C — поэтому сварной шов может разрушиться или прогореть насквозь. Для поддержки расплавленного металла и обеспечения полного провара часто используется подкладочная планка из графита, нержавеющей стали или меди. Медная подложка не должна загрязнять сварной шов: если дуга достигнет её, может образоваться алюминиево-медный сплав, создающий хрупкую зону, подверженную коррозии. Вырежьте дугообразную канавку непосредственно под швом, чтобы придать корню сварного шва надёжный профиль.

Опорная поверхность также должна охлаждать заготовку, уменьшая зону термического влияния и улучшая характеристики соединения. Медный стержень с водяным охлаждением обеспечивает превосходное охлаждение, тогда как нержавеющая сталь дает наихудший охлаждающий эффект.

5. Приспособления для сварки

Подходящие зажимные приспособления помогают быстро получать повторяемые сварные швы высокого качества. Они сокращают необходимость в прихваточной сварке, улучшают посадку деталей и упрощают процесс сварки. Конструкция должна равномерно распределять усилие зажима, обеспечивать удобный доступ к горелке, позволять легко снимать приспособление и оставаться максимально простой и практичной.

6. Предварительный нагрев

Алюминиевые сплавы, не поддающиеся термической обработке, как правило, не требуют предварительного нагрева, тогда как для сплавов, поддающихся термической обработке, он может быть полезен. Предварительный нагрев удаляет поверхностную влагу, снижает температурные градиенты за счет медленного нагрева и охлаждения, уменьшает склонность к деформации, недостаточному проплавлению, пористости и растрескиванию, увеличивает скорость продвижения и сокращает время пребывания расплавленного алюминия при высокой температуре, тем самым ограничивая потери легирующих элементов.

Детали толщиной более 8 мм, как правило, требуют предварительного нагрева. Используйте температуру 100–300 °C, поскольку чрезмерная температура снижает прочность сварного шва и коррозионную стойкость. Нагрев можно выполнять с помощью кислородно-ацетиленового пламени или в печи, при этом он должен охватывать примерно 150 мм с каждой стороны шва. При соединении деталей различной толщины не следует нагревать более тонкую сторону.

Требования к окружающей среде

Сварка алюминия чувствительна к температуре и влажности окружающей среды. Рекомендуемая температура окружающей среды составляет не менее 8 °C, а относительная влажность — не более 80%.