Заваръчна техника за алуминий

Начало > Машини > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 8/2023 > 29.11.2023

  • Заваряването на алуминий е широко разпространено не само в авиокосмическата индустрия, но и в промишленото производство благодарение на уникалните механични свойства на този метал

  • Заваряването на алуминиеви детайли изисква различно оборудване и методи от тези при стоманата

  • Успешното изпълнение на съединителните операции налага познаване и преодоляване на някои предизвикателства, свързани с индивидуалните характеристики на този материал

 

Заваряването на алуминий е широко разпространено не само в авиационната и космическата индустрия, но и в промишленото производство благодарение на уникалните механични свойства на този метал. Той е лек, издръжлив и устойчив на корозия, което го превръща в предпочитан избор за редица приложения.

Заваряването на алуминиеви детайли обаче изисква различно оборудване и методи от тези при стоманата, а успешното изпълнение на съединителните операции налага познаване и преодоляване на някои конкретни предизвикателства, свързани с индивидуалните характеристики на този материал. Той е мек, високочувствителен и изолиран от твърд оксидиран слой. Нещо повече – в разтопено състояние алуминият е податлив на замърсяване, което може да доведе до порьозни и слаби заваръчни съединения.

 

Специфични предизвикателства

Заваряването на алуминий е комплексен процес, за който са необходими по-задълбочени знания, умения и опит. Разбирането на необходимостта от специфични процеси и техники, съобразени с особеностите на материала, е ключово за ефективното свързване на профили, конструкции или заготовки. Алуминият бързо се окислява при досег с атмосферата, което води до натрупването на твърд външен слой, който, за разлика от основния материал с точка на топене около 650°C (в чисто състояние), се топи при над 2000°C.

Тъй като този материал има по-висока топлопроводимост и по-ниска точка на топене, той има по-малък прозорец на обработваемост в сравнение с други метали. Високата топлопроводимост реално превръща в предизвикателство успешното проникване в заваръчната фуга, тъй като абсорбира и разсейва топлината сравнително бързо. Освен това в разтопено състояние алуминият абсорбира водород толкова по-бързо, колкото повече се нагрява. Този водород се отделя, когато металът се връща в твърда форма, което може да стане причина за формиране мехурчета в материала, правещи го порест и слаб. Навлизането на масла, замърсявания, въздух и отломки в разтопения метал също може негативно да повлияе на зоната на заварката, компрометирайки силата и вида й.

Работата с алуминий обикновено включва заваряване на материали с разнообразна дебелина. Доброто познаване и разбиране на класовете алуминиеви сплави, методите и различните техники за свързване е ключът към успеха при заваряването на алуминиеви листове и профили с различни дебелини. За целта е необходимо гъвкаво настройване на параметри, като ампераж и количество на подаваната чрез горелката топлина.

Не на последно място, високите нива на термични напрежения могат да доведат до пукнатини в алуминиевите заварки при нагряване или втвърдяване. Това е една от причините, поради които алуминият някога е бил смятан за напълно неподходящ за електродъгово заваряване.

 

Подходящи методи и оборудване

В практиката обикновено се използват два основни метода, всеки от които има своите специфични предимства и недостатъци. Това са ВИГ и МИГ заваряването. Изборът на конкретна техника и заваръчно оборудване е свързан с различни фактори, включително налично захранване, допустими разходи за електроди и други консумативи, скорост и производителност по отношение на заваръчния шев, дизайн на сглобките, повторяемост, толерантност към изкривяване, както и безопасност.

Електродъговото заваряване в газова среда с волфрамов електрод (известно още като GTAW или TIG) е сред най-разпространените техники за съединяване на алуминиеви детайли и профили поради високата прецизност и качество. Подходящ е при променливотоково захранване, като осигурява стабилност на дъгата и премахва повърхностния оксиден слой. ВИГ апаратите могат да генерират достатъчно постоянна топлина за стопяване и на алуминиеви сплави с възможност за заваряване както на секции с по-малка, така и с голяма дебелина. Използваният инертен газ, предимно аргон, се подава към горелката, за да предпазва заваръчната зона от примеси и замърсяване.

Електродъговото заваряване с топим електрод в защитна газова среда (познато още като GMAW или MIG) e отлична техника при по-дебели алуминиеви листове и профили, тъй като прилаганата топлина е по-голяма, отколкото при ВИГ обработката. Този метод е доста подобен на ВИГ процеса, но вместо волфрамов електрод използва автоматично подавана електродна тел. Механичното подаване позволява по-бързо придвижване на горелката. За предпазване на заваръчните шевове от замърсяване отново се използват защитни газове.

В редица приложения се предпочитат ВИГ апаратите, тъй като те осигуряват чисти и висококачествени заварки и позволяват по-лесно различаване на заваръчната зона от останалия материал поради елиминирането на оксидния слой. ВИГ заваряването дава възможност и за по-прецизен контрол на всички аспекти на обработката, особено нагряването. Този метод не изисква толкова голямо количество топлина в началото на процеса, тъй като заваръчният шев върви по протежение на материала, което позволява да се предотврати прегаряне.

МИГ апаратите също се доказват като високоефективно средство за съединяване на алуминиеви детайли, но заварките не са толкова чисти и висококачествени. Тези системи обаче са предпочитани при по-плътни и дебели алуминиеви пластини, за които ВИГ системите не са достатъчно мощни или ефективни. Когато изискванията на приложението са свързани с висока производителност, а прецизното качество не е приоритет, традиционен избор е по-бързият и изискващ по-малко конкретни умения МИГ метод.

ВИГ апаратите традиционно са по-бавни, което дава достатъчно време за изпълнение на заварки с добри естетически характеристики, които изискват минимално последващо почистване. В зависимост от ампеража тези системи са подходящи за ефективно заваряване на листове, пластини и детайли в широк диапазон от дебелини, като традиционно са по-подходящи за по-тънки заготовки.

МИГ заваряването, от друга страна, е по-лесно за разучаване и по-достъпно за изпълнение в ценови аспект, което му осигурява трайно място сред двата най-популярни метода за заваряване на алуминий. Апаратите за импулснa МИГ обработка гарантират по-високи резултати в сравнение с конвенционалните си аналози по отношение на качеството на сглобките и видимостта на заваръчната зона. Импулсите позволяват по-голям контрол върху подаваната към метала топлина, което спомага за предотвратяване на негативни ефекти, като изкривяване, усукване и прегаряне.

 

Още допустими методи и типове системи

В допълнение към ВИГ и МИГ апаратите, в редица цехове и предприятия се инвестира и в различни други типове заваръчна техника. Машините за лазерно заваряване се отличават с бърз заваръчен процес, който концентрира лъч с висока плътност на мощността върху алуминиевата повърхност. Това гарантира прецизност както при малки ширини, така и при големи дълбочини на заваряване, което води до чисти заварки с добавка на защитен газ.

Заваряването на алуминий с електронен лъч е подходяща опция за дебели профили, тъй като осигурява малка по площ и обособена заваръчна зона. Този метод се прилага във вакуумна камера, което предпазва заваръчния шев от примеси и елиминира необходимостта от допълнителни защитни газове.
Съпротивителното заваряване на алуминий включва прилагане на комбинация от налягане и ток, за да се получи разтопяване на материала. Точково и шевно съединяване от този тип се използва за свързване на алуминиеви листове. Недостатък на тази техника са възможните предизвикателства във връзка с високата топлинна и електрическа проводимост.

Апаратите за фрикционно заваряване залагат на стопяване на материала в твърдо състояние, а механичното триене между алуминиеви повърхности генерира топлина. Естеството на този процес премахва необходимостта от добавяне на специален агент за защита на заваръчната зона. Фрикционното заваряване е подходящо за всички видове алуминиеви сплави. Методите и системите, които използват флюс, не са препоръчителни за заваряване на алуминий поради сравнително големия риск от порьозност и чупливост на заварките.


Вижте още от Машини


Ключови думи: заваряване, алуминий, заваръчна техника, заваръчни апарати, ВИГ, МИГ, лазерно заваряване



Редактор на статията:

Пепа Петрунова

Пепа Петрунова

Редактор

  • Завършва специалност "Журналистикa" в СУ "Св. Климент Охридски";

 

  • Заема длъжността редактор "Списания" от 2013 г.;

 

  • Разполага с над 15 години опит в разработването на оперативни материали и технически статии в широк кръг от тематични области.

 

Пепа Петрунова в LinkedIn

Новият Специален брой: Иновации за автомобилната индустрия - оборудване и технологии/2024

Специален брой: Иновации за автомобилната индустрия - оборудване и технологии-2024

  ЧЕТЕТЕ БРОЯ ОНЛАЙН

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

Top