Популярные типы электродов по алюминию для дуговой сварки

Специальные электроды по алюминию позволяют формировать прочный шов, не уступающий по характеристикам основному металлу. Технология создания неразрывных соединений ручным способом используется в быту или при ремонте техники и оборудования в полевых условиях. Электроды имеют специальное покрытие, разрушающее тугоплавкую пленку окислов на поверхности деталей, выполненных из алюминиевых сплавов.

Электродами сваривают чистый алюминий и его сплавы.

Кратко о технологии сварки алюминия

Алюминий и сплавы на его основе отличаются небольшим удельным весом и высокой прочностью. Температура плавления не превышает +660°С. При нагревании оттенок металла остается неизменным, что затрудняет понимание состояния деталей.

Кроме того, при контакте с атмосферой на поверхности формируется прочная пленка окислов, разрушающаяся при нагреве до +2037°С. Частицы попадают в металл шва, снижая механическую прочность соединения. Перед сваркой пленку удаляют химическим или механическим способом либо используют специальные электроды.

Важные особенности металла

Алюминий был впервые получен в 1825 г., а спустя 30 лет была разработана первая технология промышленного производства и очистки металла. До начала XX столетия себестоимость материала была сопоставима с золотом, но впоследствии цена упала из-за внедрения методики электролиза.

Алюминий широко используется для изготовления различных конструкций, отличается небольшим удельным весом, легко поддается штамповке, не формирует ядовитых или канцерогенных соединений и является устойчивым к коррозионным процессам при нормальных условиях эксплуатации.

Химические свойства

В естественных условиях на поверхности металла находится оксидный слой, устойчивый к воздействию чистого кислорода, азотной и серной кислот. При повышении температуры азотная кислота разрушает пленку, аналогичное воздействие оказывает концентрированная соляная и разбавленная водой серная кислота.

При сварке азотная кислота разрушает металл.

Ингибиторами образования пленки являются олово или галлий, которые вводят в состав сплава.

Чистый алюминий вступает в реакцию с кислородом воздуха и галогенами (за исключением фтора, для соединения с которым требуется нагрев).

Физические свойства

Основные свойства материала:

1. Металл имеет серебристо-белый цвет, удельный вес составляет 2,712 г/см³ (в 3 раза ниже, чем у углеродистых сталей).
2. Температура перехода в жидкую фазу находится в диапазоне +658…660°С (зависит от степени очистки от примесей), расплав начинает кипеть при +2519°С.
3. Материал образует сплавы с другими металлами, которые отличаются повышенными механическими характеристиками. Например, введение кремния позволяет получить силумин, используемый для литья деталей, а соединение с магнием (дюралюминий) применяется в автомобильной и авиационной промышленностях.
4. Алюминий отличается повышенной электропроводностью (на уровне 65% по сравнению с очищенной медью), а также хорошо пропускает тепло, что позволяет применять металл при производстве радиаторов. Отполированные пластины обладают повышенной отражающей способностью.

Требования к электродам по алюминию

Стандартный электрод для сварки алюминия вручную имеет угольный или металлический стержень с покрытием, которое разрушает оксидную пленку и одновременно защищает расплав в зоне стыка от преждевременного контакта с атмосферным воздухом.

Для выполнения работ в бытовых условиях используется инвертор с выпрямительным блоком для получения постоянного напряжения. Аппарат пригоден как для соединения малогабаритных элементов, так и для заделки трещин в корпусах узлов, отлитых или отштампованных из алюминиевых сплавов.

Электрод защищает расплав от преждевременного контакта с воздухом.

Если применяется плазменная установка, то оборудование рассчитано на использование вольфрамового стержня диаметром 1,5 мм, который не плавится в процессе сварки. В зону дугового разряда подают присадочную проволоку из алюминиевого сплава. Технология отличается повышенной скоростью выполнения работ и предусматривает использование переменного тока.

Рекомендуем к прочтению Описание электродов с рутиловым покрытием

При автоматической сварке в зону соединения подают флюс и присадочную проволоку.

Автоматизированные линии предназначены для ускоренной сварки деталей, имеющих толщину до 4 мм.

Необходимые легирующие компоненты в составе электродов

Алюминиевые электроды имеют центральный сердечник из проволоки, которая может содержать присадки:

• марганец, повышающий устойчивость расплава к коррозии;
• кремний, улучшающий свариваемость деталей;
• магний, обеспечивающий повышение прочности стыка;
• кремний с магнием, позволяющие улучшить термическую устойчивость шва.

Электроды для инвертора

Специализированных деталей из технически чистого алюминия или сплавов для инверторной сварки не существует. При присоединении инвертора необходимо выбрать постоянный ток и подключить провода по схеме обратной полярности (отрицательный полюс – к заготовкам). Подобная технология позволяет разрушать оксидную пленку дугой, при прямой коммутации варить алюминий инвертором затруднительно.

Качественные электроды для сварки инвертором дают хороший шов.

Электроды для сварки инвертором

Характеристики для дуговой сварки

При проведении дуговой сварки плавящимся электродом формируется постоянный разряд, обеспечивающий быстрый переход материала стержня в жидкое (а также газообразное) агрегатное состояние.

Сварка алюминиевых деталей занимает в 2-3 раза меньше времени, чем соединение стальных листов с аналогичными габаритами. Поскольку при остановке электрода на наконечнике стержня и поверхности шва образуется слой шлака, то повторный розжиг дуги затруднителен. Опытные сварщики формируют шов до полного израсходования длины электрода.

Электроды для дуговой сварки.

Поверхность стержней для сварки алюминиевых сплавов покрыта плотным слоем, состоящим из соединений хлора и фтора с щелочными или щелочноземельными металлами. При горении дуги флюс вступает в химические реакции с оксидной пленкой, формируя нерастворимые в алюминии шлаки, которые затем удаляют с поверхности шва механическим способом.

Встречаются электроды с покрытием, содержащим легирующие металлы, но стандартно присадки вводят в состав плавящегося стержня.

Особенности для дюралюминия

Помимо стандартных электродов для алюминия (которые теоретически подходят и для работы с дюралем), существуют специальные изделия, которые отличаются химическим составом стержня и покрытия. Например, шведский производитель ESAB выпускает продукцию под маркой ОК-9620 или ОК-9650, рассчитанную на дюралюминий.

Шведский производитель электродов ESAB.

Электроды для инверторной сварки

От неопытных сварщиков часто можно услышать вопрос по поводу того, можно ли сваривать алюминий при помощи инвертора. И какие при этом электроды использовать. Ответ на этот вопрос очень простой — если у вас нет специального оборудования, и вы решили проводить сварку электродами, обязательно нужно использовать инвертор.
Так как алюминий — металл трудносвариваемый, применение инвертора обеспечит формирование ровного и качественного шва. Вот основные преимущества инвертора:

• Потребляет сравнительно мало электричества. При этом достигается высокий КПД.
• Защищает от перепадов напряжения, позволяет поддерживать стабильный ток на протяжении всего сварочного процесса.
• Компактность аппарата. Имеет небольшие габариты, удобно использовать в любых условиях.
• Можно работать с трудносовместимыми сплавами.
• Можно использовать электроды любого типа. Поэтому все покрытые электроды, которые могут применяться для сварочных работ с алюминиевыми конструкциями, подойдут для инвертора.

ВАЖНО! При сварке алюминия нужно использовать постоянный ток обратной полярности. В таком случае образуется катодное распыление, которое разрушает оксидную плёнку на поверхности металла. Если же использовать прямую полярность — плёнка не разрушится, и сварить конструкцию будет очень сложно.
При обратной полярности должна быть стабильная подача сильного тока. Так как снижение силы тока может привести к плохому горению сварочной дуги и формированию плохого шва. Инвертор поможет поддержать нужный уровень тока и обеспечить стабильную сварку.

Популярные марки электродов для алюминия с описанием

Распространенные электроды для сварки алюминиевых сплавов:

• серия ОК от шведской компании ESAB;
• ОЗА-1 и 2, рассчитанные на работу с алюминием технической чистоты или силумином соответственно;
• ОЗАНА-1 и 2, близкие по характеристикам к ОЗА 1 и 2;
• УАНА-6, поставляемые предприятием “Энергомаш” из г. Сумы (Украина).

ОК (щелочно-солевые)

Производитель предлагает несколько разновидностей изделий:

1. ОК-9610 предназначены для обработки чистого алюминия. Поверхность стержня покрыта слоем солей хлора и фтора со связующим веществом. Производитель не требует прогрева изделий перед работой, но сварщики погружают электроды в нагретую до +80°С воду. Полученный шов легко очищается щеткой от шлака, при сварке отсутствуют брызги расплава. Допускается использование для соединения заготовок из дюраля.
2. ОК-9620 рассчитаны на работу со сплавами с содержанием марганца и магния до 3%. В стержень электрода введен марганец, сохранено защитное покрытие на базе солей. Перед началом работы электроды необходимо прогреть до +220°С, полученные соединения выдерживают небольшие знакопеременные нагрузки.
3. ОК-9650 отличается использованием сердечника из сплава алюминия с марганцем. Покрытие состоит из смеси щелочей и солей. Допускается использование электрода как сварочной проволоки при соединении деталей неплавящимся стержнем из вольфрама.

Электроды ОК предназначены для обработки чистого алюминия.

ОЗА-1 и 2

Электроды ОЗА-2 применяются для горизонтальной или вертикальной сварки.
Модель ОЗА-1 предназначена для горизонтальной или вертикальной сварки листов из чистого алюминия марок А0-А3. Перед началом работы кромки требуется зачистить от окислов, а детали прогреть в печи до +250…+400°С. Формирующийся слой шлака следует убрать металлической щеткой и промыть поверхности теплой водой.

Рекомендуем к прочтению Сварка вольфрамовыми электродами

Электроды ОЗА-2 предназначены для исправления дефектов отливок из силумина марок АЛ-4 или АЛ-11 (с предварительной очисткой кромок и прогревом). Шлак смывается теплой водой и счищается стальными щетками.

Электроды перед работой требуется прокалить в печи на протяжении часа при температуре до +200°С. Металл шва, полученного с помощью ОЗА-1, состоит из алюминия с примесями кремния, титана и железа (доля компонентов в пределах 0,1-0,4%). Электроды имеют длину 350 или 400 мм (диаметр 4 и 5 мм соответственно).

Сварное соединение допускает изгиб до 170° и выдерживает нагрузку до 70 МПа.

ОЗАНА-1 и 2

Электроды ОЗАНА-1 для обработки чистого алюминия сортов А0, А1 или А3 требуют очистки кромок и прогрева деталей до +200°С (за исключением заготовок, имеющих толщину стенок менее 10 мм). Рассчитаны на работу в нижнем положении, допускается формирование потолочных швов.

Электроды ОЗАНА требуют прогрева деталей до +200°С.

Электроды модели ОЗАНА-2 применяют для соединения деталей из силумина или заделки разломов в литье.

При проведении работ может потребоваться дополнительный флюс (внешняя часть стержней ОЗАНА-1 и 2 покрыта смесью солей и связующего состава).

Электроды серии ОЗАНА перед использованием прокаливают на протяжении 30 минут при температуре +150°С, в металле шва присутствуют кремний и железо. Предлагаются стержни диаметром 3, 4 и 5 мм (длиной 320, 360 и 390 мм соответственно), сварочный ток зависит от сечения стержня. Полученное соединение выдерживает нагрузку до 90 МПа и изгиб до 140°.

Электроды ЛЭЗ

Предприятие ЛЭЗ (Лосиноостровский электродный завод) выпускает электроды для сварки конструкционных и легированных сталей. В каталоге более 50 позиций, отличающихся химическим составом и типом защитного покрытия. В производственной линейке нет стержней для сварки алюминиевых сплавов, поэтому необходимо выбрать продукцию другого завода (например ESAB или “СпецЭлектрод”).

Электроды ЛЭЗ применяются для сварки конструкционных сталей.

УАНА-6 для алюминия и сплавов с магнием

Электроды УАНА-6 с солевым покрытием позволяют вести сварку в горизонтальном и вертикальном направлениях. Перед началом работ кромки деталей необходимо зачистить и прогреть газовой горелкой либо поместить заготовки в печь. Следует учесть, что электроды не подходят для работы с деталями, имеющими толщину сопрягаемых кромок менее 10 мм. Стержни перед применением необходимо поместить в духовой шкаф, нагретый до +200°С (время прокалки до 90 минут).

Электроды УАНА-6 имеют солевое покрытие.

При использовании УАНА-6 формируется ровный шов без пустот. Остающуюся на поверхности шлаковую корку удаляют механическим способом (адгезия к основанию невысокая). Электроды имеют диаметр от 3 до 6 мм (с шагом 1 мм), сила тока в цепи составляет от 70 до 180 А (зависит от направления шва и сечения). Изделия выпускаются украинским предприятием “Энергомаш” (г. Сумы), информация о других поставщиках отсутствует.

UTP 48 с кремнием

Электрод UTP 48 предназначен для сварки или наплавки деталей, изготовленных и алюминиево-кремниевого сплава, содержащего до 12% кремния (у стержня аналогичный химический состав).

Полученный шов имеет предел текучести на уровне 80 МПа, временное сопротивление разрыву доходит до 180 МПа при относительном удлинении 5%. Металл стыка выдерживает нагрев до +573°С. Электроды могут использоваться при сварке в нижнем, вертикальном и угловом положениях, но следует учитывать повышенную текучесть расплава в ванне.

Электроды марки UTP 48 нужны для сварки алюминиево-кремниевого сплава.

Изделия UTP 48 рассчитаны на постоянный ток обратной полярности (с подачей положительного полюса на электрод). Предлагаются электроды диаметром от 2,5 до 4 мм при стандартной длине 355 мм (по отдельным заказам производитель выпускает продукцию с увеличенными или уменьшенными габаритами). Сила тока в цепи питания при проведении сварочных работ составляет 50-130 А.

Foxweld для сварки в газовой среде

Компания Foxweld предлагает аппаратуру для сварки алюминия вольфрамовым электродом с подачей защитного газа, предотвращающего насыщение расплава вредными веществами. Для формирования шва в зону сварки подают проволоку, сечение и состав подбирают в зависимости от характеристик соединяемых узлов.

Рекомендуем к прочтению Какие электроды используются по нержавейке

Электроды Foxweld предотвращают насыщение расплава вредными веществами.

Преимуществом оборудования является бесконтактный способ возбуждения дуги. На корпусе оборудования предусмотрены регуляторы параметров сварочного тока (информация выводится на малогабаритный жидкокристаллический дисплей).

Аппаратура рассчитана на подключение к бытовой сети переменного тока напряжением 220 В. Сила тока в сварочной цепи зависит от модели (например, базовый 180 DC PULSE имеет диапазон в пределах 10-180 А). Допускается снятие горелки и установка рукоятки для штучных плавящихся электродов (технология ММА). В этом случае защита шва осуществляется расплавленным флюсом. Габариты электрода подбирает сварщик, ориентируясь на протяженность стыка и толщину заготовок.

Наплавка деталей из алюминиевых сплавов

Основные затруднения при наплавке изделий из алюминиевых сплавов

Все алюминиевые сплавы, использующиеся для производства деталей, подразделяются на литейные и деформируемые. В свою очередь, эти сплавы могут быть термоупрочняемыми и не упрочняемыми термической обработкой, а также нагартованными, т. е. имеющими поверхностно-пластическое упрочнение. В зависимости от этих условий для восстановления деталей из алюминиевых сплавов электродуговой наплавкой требуется применять различные технологические приемы сварки, использовать дополнительное оборудование для подогрева изделий либо выбирать такие технологические установки, которые позволяют модулировать тепловложение в изделие. Наряду с этими проблемами при восстановлении деталей из алюминиевых сплавов возникают затруднения, связанные с особенностями теплофизических и металлургических свойств самого материала.
Основной трудностью при наплавке алюминиевых сплавов является устранение окисной пленки с поверхности наплавляемого и присадочного материалов. Поверхность алюминия и его сплавов покрыта тугоплавкой оксидной пленкой, плавящейся при температуре 2050 °С. Эта пленка очень затрудняет сплавление основного и присадочного металлов, поэтому свариваемые кромки необходимо тщательно очистить механическим или химическим способом. Следует иметь в виду, что при нагреве до 400…500 °С прочность алюминия резко падает и деталь может разрушиться даже под действием собственного веса.

Окисная пленка образуется на поверхности алюминия практически мгновенно из-за очень высокой активности алюминия по отношению к кислороду. Толщина окисной пленки зависит от условий эксплуатации изделия и длительности воздействия на него окислительной среды. Однако из-за своей высокой плотности толщина окисной пленки обычно не превышает 0,1 мм. Наличие на поверхности окисной пленки препятствует сплавлению металла, а попадание ее в сварочную ванну вызывает пористость наплавленного валика. Пористость возникает обычно из-за диссоциации окислов и попадания в сварной шов вместе с пленкой паров воды и органических загрязнителей. Чтобы исключить вредное воздействие окисной пленки, перед наплавкой алюминиевые изделия должны подготавливаться по следующей технологии:

• промывка горячей водой для устранения органических загрязнителей;
• выжигание масла газовой горелкой (для деталей, работающих в масляной ванне);
• зачистка поверхности механическим путем – точение, фрезерование, зачистка металлической щеткой.

Устранение окисной пленки может осуществляться химическим путем: травление в 10 %-ном растворе щелочи с последующей промывкой в воде и пассивированием в 3 %-ном растворе азотной кислоты.

Изделия из алюминиевых сплавов обычно наплавляют на переменном токе или на постоянном токе обратной полярности. Это связано с тем, что при этих условиях окисная пленка в процессе горения дуги разрушается под действием так называемого «механизма катодного разрушения». Сочетание предварительной подготовки металла с воздействием механизма катодного разрушения окисной пленки позволяет получать наплавленный валик достаточно высокого качества.

Алюминиевые сплавы обладают высокой теплопроводностью и имеют большой коэффициент литейного расширения. Поэтому для наплавки алюминиевых изделий требуется применять мощные источники тепла с высокой степенью концентрации тепловой энергии. Кроме того, для ремонтно-восстановительных работ требуются жесткие зажимные приспособления с целью исключения коробления при наплавке.

Дополнительные трудности при наплавке алюминиевых изделий возникают из-за склонности некоторых сплавов к трещинообразованию.

Появление горячих трещин связано с большой литейной усадкой сплава в процессе кристаллизации и превышением темпа деформации металла над его деформационной способностью в области температурного интервала хрупкости. Борьба с трещинообразованием может осуществляться как технологическим, так и металлургическим путем. К технологическим мероприятиям относятся использование предварительного подогрева изделия, оптимизации параметров режима сварки, импульсного тепловложения. Металлургические мероприятия включают применение присадочных материалов повышенной чистоты, легирование наплавленного валика компонентами, повышающими пластичность сплава, модификацию металла тугоплавкими элементами.

Наплавка изделий из алюминиевых сплавов может осуществляться как плавящимся электродом, так и неплавящимся (вольфрамовым) с подачей присадочной проволоки. В качестве защитной среды используют инертные газы аргон или гелий. Для наплавки неплавящимся электродом используют установки типа УДГ-500, УДАР, ИСВУ-315, ТИР-300Д. Для наплавки изделий из алюминиевых сплавов трехфазной дугой неплавящимися электродами используют установку типа УДГТ-315. Для наплавки изделий плавящимся электродом используют сварочные выпрямители типа ВДГ-500, ВС-600 или другие аналогичные с жесткой характеристикой, применяемые для полуавтоматической сварки.

Изготовление электродов для алюминия в домашних условиях

Начинающие сварщики и мастера с опытом иногда изготавливают электроды самостоятельно, используя проволоку с химическим составом, идентичным параметрам соединяемых деталей. Следует учесть, что самодельные изделия не отличаются стабильностью характеристик и непригодны для сварки ответственных соединений. Электроды используют для ремонта узлов, не подвергающихся высоким механическим или вибрационным нагрузкам, в бытовых или полевых условиях.

Что потребуется

Для изготовления потребуются:

• измерительный инструмент (линейка или рулетка);
• кусачки или ножовка по металлу;
• деревянная или металлическая подставка для сушки изделий;
• моток алюминиевой проволоки диаметром 3-4 мм;
• порошкообразный мел;
• силикатный клей (или жидкое стекло);
• емкость для смешивания компонентов обмазки;
• кисть для нанесения состава;
• сухая салфетка для удаления капель жидкой обмазки со стола или наконечника будущего электрода.

Для изготовления электродов нужны кусачки.

Пошаговая инструкция

Последовательность действий при изготовлении самодельных электродов для дуговой сварки алюминиевых деталей:

1. Нарезать проволоку из алюминия кусачками или дисковой пилой на заготовки, имеющие длину 250 или 300 мм (в соответствии со стандартами).
2. В отдельной емкости смешать порошкообразный мел с силикатным клеем. Полученная масса должна иметь однородную консистенцию без комков или посторонних примесей.
3. Аккуратно нанести обмазку на металлические заготовки (например узкой кистью). Толщина защитного слоя должна находиться в пределах от 1,5 до 2 мм, при нарушении требования снижается качество сварки. Наконечник, предназначенный для установки электрода в рукоятку, обмазкой не покрывают.
4. Поместить изделия за наконечники на подставку и дождаться затвердевания массы (скорость испарения влаги зависит от толщины слоя и температуры окружающей среды). Допускается ускорение процесса путем прокалки заготовок в духовом шкафу.

Видеоинструкция

В видеороликах представлен алгоритм действий, выполняемых при изготовлении самодельных электродов для сварки алюминиевых сплавов. Технология может использоваться без изменений, допускается внесение корректировок, связанных с перечнем имеющегося оборудования.

Физико-химический состав

Состав электродов по алюминию для дуговой сварки сильно отличается в различных марках. В основу их все равно входит чистый алюминий, масса которого является подавляющей, но главные свойства определяются различными добавками, которые могут служить для сварки сплавов и так далее. К примеру, марка ОЗА 1 предназначается для работы с чистым металлом и она практически на 99% состоит из него. Остальной 1% это добавки, куда входит 0,5% кремния, 0,25% титана, 0,2% железа и прочие примеси. Если же материалы предназначены для сварки алюминиево-кремниевых сплавов, то в них может содержаться около 12% кремния, а все остальное алюминий.

Электроды для сварки по алюминия марки ОЗА 1

Рекомендации от мастеров

Советы опытных сварщиков начинающим мастерам:

1. Рекомендуется вести сварку заготовок электродами, изготовленными из сплава одной марки. Информация о химическом составе инструмента указывается производителем на упаковке.
2. Необходимо учитывать соотношение толщины заготовок и диаметра электрода. При использовании инструмента с повышенным сечением возможно прожигание листового алюминия.
3. Расходные материалы не рекомендуется просушивать более чем 2-3 раза из-за деградации покрытия.
4. Перед началом электросварки кромки сопрягаемых деталей необходимо обработать абразивным инструментом, удаляющим окислы.

Начинающим сварщикам рекомендуется потренироваться на сварке конструкций из толстостенных заготовок или отходов. По мере получения опыта можно переходить к соединению листов.

Из-за повышенной текучести расплава сформировать тонкий и равномерный шов затруднительно. Крупные узлы рекомендуется сваривать в несколько этапов с перерывами для очистки мест соединения от шлака.