Алюминизированная сталь как варить

Сварка алюминия со сталью: особенности сварочного процесса, способы и применяемые технологии

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).

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.

РАДС алюминизированной стали.Telvin 164 и выхлопная труба

И еще пару рекомендаций. Если инвертор на стабилизирован по выходному току, то величина дугового промежутка будет влиять на силу тока сварки. При его увеличении сопротивление дуги растет, ток сварки уменьшается, и наоборот. Это надо учитывать.
При сварке труб/листов небольших толщин, особенно если сборка с зазором (неплотная подгонка) очень важно вовремя подавать присадочный материал в сварочную ванны. Небольшая задержка и прожег. Схему подачи присадки tig на этом форуме выкладывал.

#22 Spec

Участник
Cообщений: 465

Город: Апатиты Мурманской обл.

По показанной схеме сваривания трубы все очень классно получается! Использовал в качестве подставки внутри трубы алюминиевую трубу меньшего диаметра, пропали сопли внутри трубы, края перестали проваливаться))) Огромное спасибо что правильно ткнули носом!
Значит выходит чем ближе электрод к детали, тем ток выше и все быстрее плавится? Хотя я заметил что если его отводить дальше, то плавится просто большая площадь.
Вот такой вопрос, от чего расплав может кипеть? То есть бывает просто плавится, образуется лужица и итог нормальный шов. А бывает Плавится не равномерно как то, нормальной ванночки нет и шов выходит никакой — дырявый весь и ощущение что оно там все кипело и ямки всякие по месту сварки.
Так что скажете по поводу осциллятора? Помогает ли он в работе? Или это фишка исключительно для сварки цвет мета?

Осциллятор — штука полезная. Предназначен для бесконтактного возбуждения дуги, стабилизации дуги и повышения эффекта разрушения оксидной пленки при сварке алюминя переменным током. Если инвертор не оборудован осциллятором самому подключать не советую. Осциллятор генерирует высоковольтное (несколько киловольт) высокочастотное напряжение, которое без соответствующей защиты запросто может прошить сварочник.

Сварочная дуга по форме похожа на конус с вершиной на электроде, при увеличении длины дуги анодное пятно, конечно, растет. Ток надо подбирать все-таки сварочником, длиной дуги корректируется в процессе сварки, напр. при нагреве изделия провар увеличивается, что можно скорректировать увеличением длины дуги или скорости перемещания горелки.
Шов «дырявый весь и ощущение что оно там все кипело и ямки всякие по месту сварки» — не было газовой защиты (аргон). Или забыл краник открыть, или сдуло сквозняком. Попробуй на образце поварить без аргона. Или грязь. Зона сварки должна быть зачищена до металлического блеска.

#23 parus

Новичок
Cообщений: 20

Осциллятор — штука полезная. Предназначен для бесконтактного возбуждения дуги, стабилизации дуги и повышения эффекта разрушения оксидной пленки при сварке алюминя переменным током. Если инвертор не оборудован осциллятором самому подключать не советую. Осциллятор генерирует высоковольтное (несколько киловольт) высокочастотное напряжение, которое без соответствующей защиты запросто может прошить сварочник.

#24 Spec

Участник
Cообщений: 465

Город: Апатиты Мурманской обл.

Значит попробую прибавить аргона, так как зачищено болгаркой все основательно и маловероятно что остались частицы алюминия, хотя.
Так что выходит, мне теперь осциллятор ни как не использовать?((( Продаются же отдельно они, непросто же так? В чем там сложность подключения если следовать инструкции? В нескольких передачах на тв видел что осциллятор идет отдельно, а не 2 в одном. Инвертор то уже есть(

#25 parus

Новичок
Cообщений: 20

По разному бывает. С осцилляторами (2 в одном) серьезные профессиональные сварочники, установки воздушно — плазменной резки, в них осциллятор обязательно. Техника очень быстро развивается, возможно и бытовые аппараты с осцилляторами есть. Отдельно не только осцилляторы продают. Если к сварочному трансформатору подключить аргонодуговую горелку (с магистралью подачи аргона), а параллельно дуговому промежутку (горелка — изделие) включить выход осциллятора то получится относительно недорогой аппарат для сварки алюминиевых сплавов. Лишь бы изоляция обмоток трансформатора выдержала импульсы осциллятора. Для защиты источников питания сварочной дуги обычно параллельно выходным клеммам включают конденсатор небольшой емкости, рассчитанный на несколько киловольт. Какая схема включения осциллятора в сварочную цепь подходит для конкретного источника питания — лучше всего проконсультироваться с производителем. На худой конец — с сервисным центром, и на самый худой — поэкспериментировать самому, если не жалко инвертор.

#26 Spec

Участник
Cообщений: 465

Город: Апатиты Мурманской обл.

Технология сварки алюминия электродом

В настоящее время алюминий используется в самых различных сферах деятельности. Этот тонкий и гибкий материал часто присутствует в деталях транспортных средств, включая блоки двигателя, коробках передач и кузовных элементов. Также на его основе создаются нержавеющие ёмкости для бытовых и промышленных нужд и множество других важных предметов ежедневного обихода.

Если же в подобной конструкции образуется трещина или проблемное отверстие, закрыть его лучше посредством специального аппарата в среде аргона. Однако, не у каждого среднестатистического человека есть в распоряжении подобный агрегат, поэтому приходится искать более доступные решения. Одним из них является сварка алюминия электродом.

Чтобы успешно провести такое действие, необходимо получить определенный набор навыков и приобрести соответствующее оборудование и расходные материалы. Принцип и технология подобной сварки вполне простые, поэтому при правильном подходе вы сможете выучить их за короткое время.

Особенности работы с алюминием

Посредством электрической дуги соединяют множество видов железа. Подобная методика обеспечивает достаточно высокую температуру горения, в результате чего происходит качественное проплавление разной толщины пластин, создавая надёжную и герметичную защиту. Однако сварка алюминия с помощью инвертора считается самой сложной из-за определенных специфических характеристик.

Первая сложность заключается в гигроскопических свойствах материала, который может накапливать в себе окружающую влагу. И хоть это нельзя заметить в естественном охлажденном состоянии, но при начале сварочных работ обязательно появятся проблемы. При зажигании дуги и прогревании металла до повышенных температур частицы влаги начинают испаряться с поверхности и неизбежно проникать в зону сварку. В результате образуются чрезмерные брызги и помехи, которые мешают провести нормальный шов.

Для предотвращения подобного явления достаточно предварительно подогреть конструкцию при температурном режиме 150−190 градусов Цельсия. В таком случае можно заметить интенсивное выделение влаги на поверхности.

Следующая сложность — наличие окисной пленки, которой покрыты все изделия. Её предназначение заключается в защите конструкции от агрессивного воздействия кислотной среды. Однако это существенно утрудняет обработку с помощью инвертора. Основная неприятность связано с большой разницей температур плавления. Известно, что сам алюминий начинает расплавляться при показателях 500 градусов Цельсия, а его оксид при 2000 градусов. Для устранения подобного перепада достаточно очистить место сварки с помощью железной щетки, чтобы обеспечить требуемый доступ к металлу.

Взаимодействие с окружающей средой обеспечивает правильное формирование пор в структуре шва, что существенно ухудшает герметичность. Для защиты сварочной ванны применяют аргон или газовое облако при инверторной сварке.

Не секрет, что чистый алюминий практически не применяется для изготовки деталей, поэтому входящие в его состав наполнители и дополнительные элементы могут стать проблемой. Для примера, марки Ал2 и Ал2 содержат в себе силумин от 4 до 13%, поэтому их принято называть ограниченно свариваемыми. Подобные показатели характерны для моделей АМ r 1 и Amr 6, где марганец добавляется в пропорции 2−6%.

Этапы сварочных мероприятий

Разобраться с ключевыми тонкостями сварки алюминия не так сложно, как может показаться на первый взгляд. Посредством многочисленных попыток и экспериментов можно достичь успешных результатов и выучить подобное мастерство наизусть. Итак, пошаговые действия качественного соединения металлических изделий состоят из таких этапов и особенностей:

Если толщина свариваемой пластины превышает 5 миллиметров, необходимо провести разделку кромок. Для этого рекомендуется сделать срез краев под углом 45 градусов, хотя другие значения тоже допускаются. Не секрет, что от величины угла разделки зависит ширина сварочного шва. Если толщина пластин превышает 7 миллиметров, то придётся сделать технический зазор между каждой деталью в два миллиметра. Если рабочий объект представлен трещиной, то её расширяют с помощью отрезного диска и «болгарки». В противном случае шов будет поверхностным.
Подготовленную заготовку тщательно прогревают. Для удаления лишней жидкости используют пропан-кислородное пламя. Роль рабочего инструмента выполняет резак или обычный баллончик с бытовой горелкой. Необходимо прогреть поверхность до 150 градусов и убедиться, что материал достаточно сухой.
После тщательно прогрева необходимо выполнить зачистку оксидной пленки. В этом случае вы можете воспользоваться обычной щеткой для очистки металла. Важно снять тугоплавкий слой в начале зоны сварки. Следующие действия проводятся посредством электрода, состав и температура которого способны разъедать оксид и проводить повторную сварку.
На подготовленном изделии устанавливают прихватки, которые фиксируют все свариваемые части. Корневой шов должен быть ровным и полностью заполнять зазор. Угол относительно свариваемых частей должен составлять не меньше 90 градусов. Это может показаться непривычным для неопытных сварщиков, или тех, кто вынужден был работать с углеродистыми сталями. Однако подобным образом расплавляемый металл будет более точно попадать в место соединения. После остывания поверхности происходит осыпание шлака. К сожалению, такое действие осуществляется с большим трудом, поэтому без острого молоточка не обойтись.
Следующие слои шва наносятся до того уровня, пока не заполнится вся толщина.

Подготовительные действия

Независимо от условий сварки — производственных или домашних, нужно правильно отнестись к подготовке кромок заготовки. Подобное действие заключается в таких процессах:

Поверхность детали, которая будет поддаваться сварке (а также поверхность присадочного материала), тщательно очищают от грязи, масла и жира. Для обезжиривания поверхности используют уайт-спирит, ацетон, авиационный бензин и множество других растворителей.
К подготовительному этапу относятся и такие действия, как разделка кромок свариваемых деталей, которую выполняют только при острой необходимости. Если при сварке вы не используете покрытые электроды, то разделку кромок осуществляют при толщине соединяемых деталей, превышающей 4 миллиметра. Если толщина алюминиевого сплава превышает 20 мм, то без применения электродов не обойтись. Если сварке поддаются алюминиевые листы толщиной до 1,5 миллиметров, то их торцы предварительно отбортовывают перед соединением.
Как уже говорилось выше, непосредственно перед сваркой поверхность детали нужно полностью очистить от оксидной пленки. В таком случае принято использовать качественный напильник или щетку с ворсинками для зачистки металла. В некоторых случаях тонкий слой оксидной пленки удаляется и посредством специальных химических средств, таких как, каустическая сода, бензин и другие. При обработке каустической содой заготовку нужно тщательно промыть проточной водой.

Оборудование и электроды

Обратите внимание на список самых необходимых инструментов и приспособлений. В большинстве случаев действие проводят с помощью обычного инвертора. Такой прибор обладает удобной конструкцией, поэтому его легко перемещать или передвигать по мастерской. Полярность выставляется таким образом, чтобы в руках рабочего размещался «плюс», а на заготовку воздействовал «минус». В этом случае нужно обзавестись розеткой с 220 V.

При выборе электродов нужно отдавать предпочтение специализированным моделям типа UTP 48 или подобным аналогам. Они могут обладать разным диаметром и подбираться с учётом толщины металла. Состав расходного сырья тоже обладает некоторыми гигроскопичными свойствами, поэтому его приходится предварительно просушивать, чтобы обеспечить более качественное соединение.

Важные рекомендации для сварщиков

Как заявляют опытные специалисты, электрическая сварка такого гибкого металла без применения аргона, иногда осуществляется так же хорошо, как при аргонной сварке. Если кто-то отговаривает вас от такого решения, аргументируя это низким качеством конечного шва и плохой свариваемостью, не верьте. Скорее всего, он неправильно подошёл к методу или никогда не пробовал варить алюминий с помощью электрода.

Чтобы избежать непоправимых ошибок и непредсказуемых неприятностей, достаточно соблюдать ряд рекомендаций и правил:

Метод стыкового соединения считается самым перспективным. Остальные разновидности в виде таврового или нахлесточного сварного соединения нецелесообразны, т. к. они повышают вероятность затекания шлака в зазоры, что станет причиной коррозийной реакции.
После сварочных мероприятий шов промывают водой для очистки заготовки от шлака.
Непосредственно перед обработкой материал нужно правильно подготовить. Для этого следует провести удаление оксидной пленки, а также предотвратить её появление в будущем.
При сварке массивных деталей с толщиной от трёх миллиметров требуется разделить кромки под углом 60 градусов с V — образной формой.
Первичный прогрев алюминия осуществляется при 150−250 градусах Цельсия.

Не забывайте, что технически чистый алюминий поддаётся свариванию гораздо лучше, чем сплавы с содержанием магния или марганца. Речь идёт о дюралюминии или силумине. Однако, изделия из чистого материала практически не эксплуатируются, поэтому при сварке могут возникать некоторые сложности.

Причины ухудшения свариваемости металла

Если в процессе сваривания вы столкнулись с какими-либо трудностями и неприятными моментами, необходимо учесть множество уникальных свойств металла:

Ключевая трудность тепловой сварки заключается в наличии окисной пленки, которая поддаётся плавлению лишь под воздействием температур 20440 градусов Цельсия. Плавление самого металла начинается при более низкой температуре — от 660 градусов.
Капли расплавленной детали, появляющиеся в сварной зоне, очень быстро покрываются тугоплавкой окисной пленкой, которая предотвращает образование сплошного шва. Чтобы защитить заготовку от подобного явления, сварную зону защищают от контакта с окружающим воздухом с помощью аргона.
Расплавленный алюминий характеризуется высокой текучестью, а это существенно усложняет дальнейшее формирование сварочной ванны. По этой причине работы проводят с помощью дополнительных теплоотводящих подкладок.
В состав алюминия входит растворенный водород, который направляется наружу после застывания расплавленного металла. В результате это вызывает появление пор и кристаллизационных трещин в шве. К тому же для сплавов такого метала характерна повышенная концентрация кремния, что тоже вызывает появление трещин от охлаждения изделия.
Для алюминия характерен приличный коэффициент линейного расширения. Из-за этого может происходить значительная усадка металла при застывании, что вызывает ряд серьёзных деформаций соединяемых деталей.
Сварку чистого алюминия и его сплавов проводят под воздействием высоких значений сварочного тока. Для металла характерна высокая теплопроводность. Также при сварке стали принято использовать токи с меньшей силой.
Сварку деталей из этого метала считают сложной в тех случаях, если определить точную марку сплава не удаётся. В таком случае приходится долго и усердно выбирать подходящий режим сварки и используемые методы.

Постичь все тонкости сварки алюминия электродом может любой желающий. Достаточно запастись терпением и желанием выделить несколько часов своего времени на изучение соответствующего материала и руководства. В таком случае вы сможете выполнять множество важных операций в домашних условиях, без обращения за помощью к квалифицированным сотрудникам.