Сварку алюминия со сталью часто применяют в радиоэлектронике, авиации и производстве бытовой техники.
Содержание
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).
Выбор тока:
- 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.
