Электроды для сварки алюминия

Ручная дуговая сварка (РДС) покрытыми электродами остаётся востребованным способом соединения алюминиевых деталей в ремонтных, монтажных и полевых условиях. Метод не требует защитного газа и сложного оборудования, однако предъявляет жёсткие требования к выбору расходных материалов и подготовке поверхности. Ниже подробно рассмотрены основные серии покрытых электродов для сварки алюминия и его сплавов, режимы работы, подготовительные операции и практические рекомендации.

Особенности ручной дуговой сварки алюминия покрытыми электродами

Алюминий — металл с высокой теплопроводностью и низкой температурой плавления (около 660 °C). На его поверхности мгновенно образуется оксидная плёнка Al₂O₃, температура плавления которой составляет около 2050 °C. Именно эта плёнка — главное препятствие при сварке: она не позволяет установить стабильный контакт между наплавляемым и основным металлом.

Покрытые электроды по алюминию имеют солевое (щелочно-галоидное) покрытие, в состав которого входят хлориды и фториды щелочных и щелочноземельных металлов. Эти компоненты при расплавлении разрушают оксидную плёнку и обеспечивают формирование сварного шва.

Ключевые особенности процесса:

• Алюминиевый электрод плавится в два-три раза быстрее стального, поэтому сварку ведут на повышенной скорости.
• Сварка выполняется постоянным током обратной полярности: электрод подключается к клемме «+», деталь — к клемме «−». Такое подключение обеспечивает катодное разрушение оксидной плёнки на поверхности основного металла.
• Повторное зажигание дуги затруднено из-за образования шлаковой корки — рекомендуется проводить сварку непрерывно, расходуя электрод за один проход.
• Сварку ведут прямолинейно, без поперечных колебаний.
• Минимальная толщина свариваемых элементов — 3 мм. При меньшей толщине высок риск прожога.
• Метод применяется преимущественно для малонагруженных конструкций, ремонтных работ, заварки дефектов литья.

Подготовка поверхности и электродов перед сваркой алюминия

Качество сварного соединения напрямую зависит от подготовки. Пренебрежение подготовительными операциями приводит к пористости шва, снижению прочности и коррозионной стойкости соединения.

Подготовка свариваемых деталей

Свариваемые кромки необходимо очистить от оксидов и загрязнений до металлического блеска. Для механической обработки используют стальные щётки с тонкой проволокой (диаметр до 0,1 мм). После зачистки поверхность обезжиривают техническим ацетоном или другим растворителем. Время между зачисткой и началом сварки не должно превышать 2–3 часа, так как оксидная плёнка восстанавливается быстро.

При толщине свариваемого металла более 10 мм рекомендуется предварительный подогрев деталей до температуры 200–400 °C (в зависимости от толщины и конфигурации изделия). При толщине до 10 мм сварка электродами серии ОЗАНА допускается без подогрева; для электродов серии ОЗА предварительный подогрев до 250–400 °C рекомендуется производителем.

Прокалка электродов

Перед применением электроды необходимо прокалить. Условия прокалки различаются в зависимости от серии:

После прокалки электроды следует хранить в герметичной упаковке. Время между прокалкой и сваркой не должно превышать 24 часа.

Серии покрытых электродов для сварки алюминия и его сплавов

В практике отечественной промышленности широко применяются три серии покрытых электродов по алюминию: ОЗА, ОЗАНА и УАНА. Все они имеют солевое покрытие и предназначены для работы на постоянном токе обратной полярности.

Электроды серии ОЗА для сварки алюминия

Серия ОЗА — одна из первых разработок покрытых электродов для алюминия, применяемая на протяжении десятилетий в промышленных масштабах.

ОЗА-1 — предназначены для сварки и наплавки деталей из технически чистого алюминия (марки А0, А1, А2, А3). Покрытие — солевое. Выпускаются в диаметрах 4,0; 5,0 и 6,0 мм. Обеспечивают коррозионностойкий металл шва.

ОЗА-2 — предназначены для заварки брака литья и наплавки деталей из алюминиево-кремнистых сплавов (типа АЛ-4, АЛ-9, АЛ-11 и подобных). Покрытие — солевое. Выпускаются в диаметрах 4,0; 5,0 и 6,0 мм.

Характеристики электродов серии ОЗА:

Электроды серии ОЗАНА для алюминия и алюминиевых сплавов

Серия ОЗАНА — усовершенствованная разработка, пришедшая на смену серии ОЗА. По сравнению с предшественниками электроды ОЗАНА обеспечивают более высокую стабильность горения дуги, улучшенное формирование шва (в том числе в вертикальном положении) и лёгкую отделяемость шлаковой корки.

ОЗАНА-1 — для сварки и наплавки деталей и конструкций из алюминия технической чистоты. Выпускаются в диаметрах 3,0; 4,0 и 5,0 мм.

ОЗАНА-2 — для заварки дефектов литья и наплавки деталей из алюминиево-кремнистых сплавов (типа АЛ-4, АЛ-9, АЛ-11). Выпускаются в диаметрах 3,0; 4,0 и 5,0 мм.

Характеристики электродов серии ОЗАНА:

Преимущество серии ОЗАНА перед ОЗА — возможность сварки без предварительного подогрева при толщине металла до 10 мм, а также более высокий коэффициент наплавки.

Электроды серии УАНА для алюминиевых сплавов

Серия УАНА разработана в ИЭС им. Е. О. Патона (2001 год) и предназначена для дуговой сварки и наплавки деталей из деформируемых и литейных алюминиевых сплавов. Серия отличается расширенной номенклатурой — шесть марок (УАНА-1…УАНА-6), каждая рассчитана на определённые группы сплавов:

Электроды серии УАНА выпускаются в диаметрах от 3,15 до 6,0 мм. Условия сварки аналогичны серии ОЗАНА: постоянный ток обратной полярности, предварительный подогрев деталей толщиной более 10 мм.

Режимы сварки алюминия покрытыми электродами

Ориентировочные режимы сварки зависят от диаметра электрода и пространственного положения шва. Ниже приведены рекомендуемые значения силы тока для электродов серии ОЗАНА (данные аналогичны для серии ОЗА при тех же диаметрах):

При сварке в вертикальном положении силу тока снижают на 10–20 % относительно нижнего положения. Конкретные значения подбираются на пробных образцах с учётом толщины, конфигурации и теплоотвода свариваемого изделия.

Для полноценной защиты сварочной ванны могут дополнительно применяться флюсы для сварки алюминия, которые усиливают разрушение оксидной плёнки и улучшают формирование шва.

Технологические рекомендации при сварке алюминия электродами

Порядок выполнения сварки

1. Зачистить свариваемые кромки до металлического блеска стальной щёткой.
2. Обезжирить зону сварки техническим ацетоном или аналогичным растворителем.
3. При толщине металла более 10 мм (для ОЗА — при любой толщине) выполнить предварительный подогрев газовой горелкой или в печи.
4. Прокалить электроды в соответствии с рекомендациями (см. таблицу выше).
5. Настроить источник питания на постоянный ток обратной полярности (электрод — «+», деталь — «−»).
6. Сварку вести непрерывно, без обрывов дуги, расходуя электрод за один проход.
7. Направление движения — прямолинейное, без поперечных колебаний.
8. После завершения прохода удалить шлак промывкой горячей водой с применением стальных щёток.

Удаление шлака после сварки

Остатки солевого шлака необходимо тщательно удалять сразу после сварки. Солевые шлаки гигроскопичны и при длительном контакте с металлом могут вызвать коррозию. Для удаления шлака шов промывают горячей водой (температура 50–80 °C) и одновременно обрабатывают стальной щёткой.

Сварку внахлёст и тавровых соединений следует по возможности избегать, поскольку шлак может затекать в зазоры, откуда его сложно удалить при промывке. Наличие остаточного шлака в зазорах провоцирует коррозию.

Типичные дефекты при сварке алюминия и их предотвращение

Область применения покрытых электродов по алюминию

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами по алюминию применяется в следующих случаях:

• ремонт алюминиевых конструкций в полевых условиях, где нет возможности использовать аргонодуговую сварку;
• заварка дефектов литья на деталях из алюминиевых сплавов;
• монтажные и наплавочные работы в небольших мастерских;
• изготовление и ремонт малонагруженных конструкций из технического алюминия и деформируемых сплавов.

Для ответственных конструкций, работающих под значительными нагрузками или в агрессивных средах, предпочтительна аргонодуговая сварка (TIG) с применением алюминиевой проволоки для сварки.

Формы поставки сварочных электродов для алюминия

Покрытые электроды по алюминию поставляются в следующих формах:

• пачки массой 2 кг — наиболее распространённая фасовка для штучного потребления;
• коробки от 1 до 5 кг — для мелкосерийных работ и ремонтных нужд;
• диаметры стержней: 3,0; 3,15; 4,0; 5,0; 6,0 мм (в зависимости от серии и марки);
• длина электродов: 300–350 мм (стандартная для большинства марок).

При хранении необходимо исключить воздействие влаги. Электроды хранят в сухих помещениях в герметичной упаковке. Перед использованием обязательна прокалка.

Выбор электродов по алюминию: сводная таблица

При подборе электродов следует учитывать марку основного металла, толщину деталей, требования к прочности и коррозионной стойкости соединения, а также условия выполнения работ (цеховые или полевые).