Технический алюминий (А) и сплавы алюминия с магнием (АМг) и с марганцем (АМц) относятся к хорошо свариваемым конструкционным материалам, позволяющим получить сварные соединения равнопрочные основному металлу. Тем не менее, сварка алюминия и его сплавов имеет свою специфику, без понимания которой трудно добиться получения качественных сварных соединений. Особенности сварки алюминия и его сплавов заключены в свойствах самого металла, таких как: - высокая теплопроводность;
низкая температура плавления (Тпл~ 660 oC); - повышенная жидкотекучесть расплавленного металла; - высокая химическая активность, в результате которой поверхность металла всегда покрыта плотной, тугоплавкой (Тпл 2050 oC) окисной пленкой (Al2O3); - повышенный коэффициент линейного расширения при нагреве.
Из-за высокой теплопроводности алюминия, тепло быстро отводится от зоны сварки. Что бы нагреть свариваемый металл до температуры плавления - "навести сварочную ванну", требуется более интенсивный нагрев, повышенные режимы сварки (большие величины сварочного тока). В тоже время низкая температура плавления и повышенная жидкотекучесть алюминия осложняет удержание сварочной ванны и способствует «прожогам» основного металла. По этим же причинам, при использовании электродуговой сварки плавящимся электродом, расплавление электродного материала может происходить до того, как будет «наведена» сварочная ванна, что приведет к отсутствию провара основного материала. Расплавленный металл электрода, или электродной проволоки будет просто "налипать" на свариваемый (основной) металл, без его предварительного расплавления.
Повышенные режимы сварки в сочетании с высоким коэффициентом линейного расширения приводят к повышенным остаточным сварочным деформациям свариваемых конструкций из алюминия и его сплавов.
Тугоплавкая окисная пленка (Al2O3) препятствует сплавлению свариваемых деталей и требует удаления при подготовке основного и сварочного материала под сварку либо механическим путем с помощью стальной нержавеющей щетки, либо химическим путем, посредством травления материала в специальных растворах. В процессе сварки окисная пленка удаляется использованием специальных флюсов и покрытий электродов, или осуществлением сварки на обратной полярности в результате т.н. «катодного распыления».
Ручная дуговая сварка плавящимся электродом ( MMA), в силу указанных особенностей, сложна для получения качественных сварных соединений алюминия и его сплавов и требует высокой квалификации, в связи с чем, этот способ сварки находит ограниченное применение в основном при проведение ремонтных работ, когда использование других способов сварки невозможно.
Для сварки используют специальные электроды, предназначенные для сварки алюминия и его сплавов.
Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности (минус на изделии). При сварке конструкций повышенной толщины рекомендуется предварительный подогрев в пределах 100 - 150 град.C. Превышение температуры предварительного подогрева свариваемых кромок приводит к необратимому росту зерна при кристаллизации сварочной ванны и, как следствие, к снижению пластичности металла шва и охрупчиванию сварного соединения.
Ручная аргоно-дуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом (TIG), при определенных профессиональных навыках, позволяет получить качественные сварные соединения конструкций из алюминия и его сплавов, с хорошим внешним видом сварного шва. Возможность раздельного «наведения» сварочной ванны и строго дозированной подачи присадочной проволоки, позволяет обеспечить требуемый провар основного материала и необходимые параметры сварного шва. В связи с тем, что при сварке на постоянном токе обратной полярности происходит интенсивное разрушение вольфрамового электрода, сварку осуществляют на переменном токе, что обеспечивает с одной стороны разрушение окисной пленки в силу эффекта катодного распыления, а с другой необходимую стойкость вольфрамового электрода. Недостатком ручной аргоно-дуговой является низкая производительность и повышенные остаточные сварочные деформации из-за низкой скорости сварки и высокой погонной энергии.
Механизированная сварка плавящимся электродом в среде инертных газов (MIG) обеспечивает высокую производительность процесса, низкие остаточные сварочные деформации при получении качественных сварных соединений. Сварку, как правило, выполняют в импульсном режиме с частотой импульсов в несколько десятков герц (50-100Гц), что улучшает перенос сварочного материала в зону горения дуги и удаление окисной пленки. При сварке толстостенных деталей, как правило, требуется предварительный подогрев до температуры 100-150 oC, в зависимости от размеров и толщины свариваемой конструкции. Основная сложность данного вида сварки, заключается в сложности подбора оптимальных режимов сварки. Использование данного метода для выполнения разнообразных единичных сварочных работ небольшого объема нецелесообразно.