Коррозионная стойкость и высокое отношение прочности к весу, а также высокая электрическая проводимость делают алюминий отличным выбором для многих областей применения: от авиакосмической промышленности до теплообменников, изготовления прицепов и, в последнее время, панелей и рам автомобильных кузовов.

Быстрое и эффективное устранение проблем при сварке может иметь большое значение для минимизации времени простоя и ненужных затрат. Но научиться предотвращать проблемы в первую очередь еще более полезно, независимо от материала, который вы используете для приложения.

Сварка алюминия создает уникальные проблемы. Помимо низкой температуры плавления и высокой теплопроводности, алюминий особенно склонен к прожогу на тонких сечениях и может испытывать недостаток плавления на толстых. Дефекты сварных швов, такие как трещины, копоть / сажа и пористость, также вызывают серьезную озабоченность.

Тем не менее, способность алюминия противостоять коррозии, его высокое отношение прочности к весу, а также высокая электропроводность делают его отличным выбором для многих применений: от авиакосмической промышленности до теплообменников, изготовления прицепов и, в последнее время, панелей и рам автомобильных кузовов.

Чтобы избежать негативного воздействия на производительность и качество, важно понимать причины дефектов сварных швов алюминия, предпринимать меры для их предотвращения и находить способы быстрого исправления ошибок в случае их возникновения. Вот ответы на некоторые общие вопросы, которые помогут вам устранить неполадки в процессе.

Что вызывает трещины при сварке алюминия?

Горячее растрескивание и растрескивание под напряжением могут происходить во время процессов дуговой сварки алюминия и металла вольфрамовым электродом (GMAW) и газовой вольфрамовой сваркой (GTAW). Оба типа трещин, даже небольшие, могут помешать сварным швам соответствовать требованиям норм и в конечном итоге привести к разрушению сварного шва. Горячее растрескивание - это преимущественно химический вопрос, тогда как растрескивание под напряжением является результатом механических напряжений.

Три основных фактора увеличивают вероятность возникновения горячих трещин при сварке алюминия. Первый фактор - это то, насколько материал основы подвержен растрескиванию. Например, некоторые сплавы, такие как серия 6000, более склонны к растрескиванию, чем другие. Второй фактор - это то, какой присадочный металл вы используете. В-третьих, конструкция швов - некоторые конструкции швов ограничивают добавление присадочного металла.

Растрескивание под напряжением может произойти, когда алюминиевый сварной шов охлаждается и при затвердевании присутствуют чрезмерные усадочные напряжения. Это может быть связано с вогнутым профилем валика, слишком низкой скоростью перемещения, сильно зажатым стыком или углублением в конце сварного шва (кратерная трещина).

Как предотвратить появление трещин?

В некоторых случаях предотвратить образование горячих трещин можно так же просто, как выбрать присадочный металл с химическим составом металла шва с более низкой чувствительностью к образованию трещин. Каждый алюминиевый присадочный металл имеет классификацию Американского сварочного общества (AWS), которая соответствует регистрационному номеру алюминиевой ассоциации, и вместе они определяют химический состав конкретного сплава.

Всегда обращайтесь к авторитетному руководству по выбору присадочного металла, чтобы сделать лучший выбор, потому что не все алюминиевые присадочные материалы подходят для каждого основного алюминиевого материала. В некоторых направляющих для присадочного металла даются конкретные рекомендации по нескольким характеристикам сварного шва, таким как растрескивание, прочность, пластичность, коррозионная стойкость, работа при повышенных температурах, соответствие цвета после анодирования, термообработка после сварки (PWHT) и вязкость. Если растрескивание вызывает беспокойство, выберите присадочный металл с наивысшим рейтингом в категории трещин.

Кроме того, использование шва подходящей конструкции может помочь предотвратить образование горячих трещин. Например, соединение с пазом со скошенной кромкой является хорошим вариантом, поскольку оно позволяет добавлять большее количество присадочного металла, что увеличивает степень разбавления основного металла и снижает его склонность к растрескиванию.

Чтобы избежать негативного воздействия на производительность и качество, важно понимать причины дефектов сварных швов алюминия, предпринимать шаги для их предотвращения и находить способы быстрого исправления ошибок в случае их возникновения.

Можно предотвратить растрескивание под напряжением, используя присадочный металл, содержащий кремний. Когда это допустимо, этот тип присадочного металла снижает усадочные напряжения, особенно в чувствительных к трещинам областях, таких как начало и конец сварного шва (или кратеры). Также используйте функцию автоматического заполнения кратера или другие одобренные методы заполнения кратера, чтобы свести к минимуму возможность появления трещин в кратере. Увеличение скорости движения также может помочь уменьшить возможность растрескивания алюминия под напряжением за счет сужения зоны термического влияния (HAZ) и уменьшения степени плавления основного металла.

Предварительный нагрев также является вариантом борьбы с растрескиванием под напряжением, поскольку он сводит к минимуму уровни остаточных напряжений, которые присутствуют в основном материале во время и после сварки. Ключевым моментом в этой работе является тщательный контроль тепловложения. Слишком большое количество тепла может снизить предел прочности на разрыв основного материала в некоторых сплавах до неприемлемого уровня.

Как лучше всего избежать прожигания или плохого проникновения?

Использование импульсного процесса GMAW - отличная защита от прожига на 1/8 дюйма. или более тонкий алюминий. Источники питания с такой возможностью работают путем переключения между высоким пиковым током и низким фоновым током. В фазе пикового тока капля от алюминиевой проволоки отрывается и продвигается к сварному соединению, в то время как во время фазы низкого фонового тока дуга остается стабильной без переноса металла. Комбинация этих высоких пиковых и низкофоновых токов снижает тепловложение, предотвращая прогорание, и предлагает дополнительное преимущество в виде небольшого разбрызгивания или его отсутствия.

Когда вы свариваете толстый алюминий, особенно важно установить достаточно высокую силу тока, чтобы обеспечить достаточное проникновение в сварное соединение. Хорошее практическое правило - использовать 250 ампер для сварки материала толщиной дюйма и около 350 ампер для сварки материала толщиной ½ дюйма. В некоторых случаях рассмотрите возможность добавления гелия в смесь защитного газа, поскольку он может обеспечивать более горячую и проникающую дугу на более толстых участках. Для процесса GMAW хорошим вариантом является смесь 75% гелия и 25% аргона. При сварке толстых алюминиевых профилей методом GTAW используйте смесь из 25 процентов гелия и 75 процентов аргона, чтобы увеличить проплавление.

Почему мои сварные швы обесцвечиваются?

Обесцвечивание и загвоздка возникают, когда оксиды алюминия или магния собираются на основном материале и свариваются. Это явление наиболее распространено во время GMAW, потому что, когда присадочная проволока проходит через дугу и плавится, часть ее достигает температуры испарения и конденсируется на более холодном основном металле, который недостаточно защищен защитным газом.

Выбор подходящего присадочного металла, например, присадочного металла из алюминия серии 4000, который практически не содержит магния (по сравнению с присадочными материалами из алюминия серии 5000, которые содержат около 5 процентов магния), снижает вероятность испарения этого элемента в дугу и конденсируются на сварном шве в виде сажи.

Уменьшение расстояния между контактом и заготовкой (CTWD) и использование соответствующего угла наклона пистолета и расхода защитного газа также может минимизировать изменение цвета сварного шва. Используйте толкающий угол, который помогает очистить дугу перед сварным швом, чтобы удалить копоть. Увеличение размера сопла пистолета GMAW или горелки GTAW помогает защитить дугу от сквозняков, которые могут ввести кислород в технологический процесс. Всегда держите сопло чистым от брызг, чтобы обеспечить постоянный поток защитного газа для защиты сварочной ванны.

Как устранить пористость?

Пористость - это обычная неоднородность, которая возникает в первую очередь, когда водород попадает в сварочную ванну во время плавления, а затем попадает в сварной шов во время затвердевания. Вы можете сделать несколько вещей, чтобы этого не произошло. Во-первых, убедитесь, что основной металл и присадочный металл чистые и сухие. Перед сваркой протрите алюминий растворителем и чистой тканью, чтобы удалить всю краску, масло, жир или смазочные материалы, которые могут привести к попаданию углеводородов в сварной шов. Затем почистите сварное соединение чистой щеткой из нержавеющей стали, предназначенной для работы. Если основной алюминиевый материал хранился в прохладном месте, дайте ему адаптироваться к температуре в магазине в течение 24 часов перед началом процесса сварки. Это предотвращает образование конденсата на алюминии.

Хранение неупакованных присадочных металлов в обогреваемом шкафу или комнате также может помочь снизить риск пористости. Это предохраняет продукты от циклического прохождения через точки росы и сводит к минимуму вероятность образования гидратированного оксида на поверхности проволоки GMAW или отрезков на отрезки GTAW.

Покупка присадочного металла у известного производителя всегда является хорошей идеей, так как эти компании обычно обрабатывают проволоку алмазной стружкой и отрезки GTAW для удаления вредных оксидов и следуют процедурам для производства соединений с низким остаточным водородом.

Наконец, подумайте о покупке защитных газов с низкой точкой росы в качестве защиты от пористости. Соблюдайте все рекомендуемые процедуры сварки в отношении расхода защитного газа и циклов продувки.

Как и в случае с любым процессом сварки любого материала, для получения наилучших результатов критически важно соблюдение некоторых основных рекомендаций. Механический и химический состав алюминия может немного усложнить процесс. Всегда следуйте рекомендациям по очистке и хранению материала и присадочного металла и тщательно выбирайте подходящее оборудование. В конце концов, проще привести все в порядок перед сваркой, чем пытаться исправить проблемы позже.