Холодная сварка для алюминия

Алюминий — химический элемент, входящий в группу лёгких металлов. Один из самых востребованных металлов в истории человечества, использующийся в промышленных масштабах с 1855 года. За этот немалый срок стало ясно, что кроме своих достоинств он является ещё и одним из самых трудносвариваемых металлов. Наиболее подходящим для алюминия методом является холодная сварка, поскольку, например, диффузионная сварка при работе с чистым алюминием полностью исключается.

Холодная сварка: общие сведения

Холодной сваркой называют способ соединения металлов при помощи высокого давления. Данная методика не нуждается в нагревании металла, а соединение обеспечивается пластической деформацией и возникает вследствие образования новых связей у атомов обеих заготовок. Ни источники нагревания, как в дуговой сварке, ни вакуумирование рабочей среды, как в дифузионной сварке не требуются. Весь процесс совершается в обычном помещении.

Метод холодной сварки делится на три вида:

1. Стыковая сварка.
2. Шовное соединение.
3. Точечное соединение.

Стыковая сварка выполняется после фиксации алюминиевых заготовок в специальных губках. К ним прилагают усилия, направленные по оси изделия, что в конечном итоге деформируют края заготовок, виднеющиеся из зажимов. Сварка осуществляется с помощью специальных роликов, которыми сжимают заготовки. Если используется лишь один ролик, такой метод называется односторонним. Сварка с двумя роликами, соответственно, — двусторонний метод.

В некоторых случаях также применяют направляющие втулки и высокопрочные пуансоны, однако такой способ имеет ряд недостатков:

• удалять облой с металла затруднительно;
• деталь, находящаяся во втулке, частично деформируются;
• деталь с трудом извлекается из тисков после соединения;
• способ не подходит для соединения длинных деталей.

Следует помнить, что использование одностороннего или двустороннего деформирования несколько ухудшает прочность изделия.

Шовный метод подразумевает формирование точек, соприкасающихся друг с другом и сливающихся в непрерывный шов. Применяется чаще всего в той ситуации, когда на изделии отсутствует отбортовка. Сплошной прямой шов недопустим для алюминиевых изделий, поскольку он сводит на нет его работоспособность: заготовки попросту перегибаются по шву.

И наконец, точечная сварка: применяется как с фиксацией деталей, так и без неё. Точечное соединение алюминиевых шин (прямоугольных полос) производится на установке УГХС-5. Выводы обмоток армируют накладками из меди на установке МХСА-50. Для сварки корпуса конденсатора с крышкой используется полуавтомат МХСА-4 с производительностью до 750 штук в час.

Марки и разновидности алюминиевых сплавов

Температура плавления чистого технического алюминия составляет 658 °C (и 660 °C для алюминия высокой чистоты). Одновременно плюсом и недостатком этого металла выступает образующаяся на его поверхности очень прочная оксидная плёнка. С одной стороны, она отлично защищает вещество от коррозии, с другой — затрудняет пайку, ухудшая надёжность электрического контакта. Плёнка поддаётся лишь при нагревании её до температуры в 2060 градусов.

Характеристики чистого алюминия регламентируются ГОСТом 11069-64. В производстве применяется как чистый металл, так и в виде сплавов с марганцем, магнием, медью и кремнием. Так, например, сплав марки АЛ2 включает в себя 4-5% меди, АЛ7 — 10-13% кремния, а АЛ8 — 9,5-11,5% магния.

Любой сплав, содержащий кремний, называется силумином. Наибольшее распространение они получили при изготовлении сантехнических деталей и оборудования. Сплавы, включающие в свой состав магний и медь, называются дюралюминами или дюралюминием. Особую популярность они заслужили в авиации.

Чистый алюминий и силумины свариваются хорошо, чего нельзя сказать о дюралюминах — их швы после сварки начинают трескаться, а прочность деталей не позволяет использовать их в конструкциях, от которых зависят жизни людей. Поэтому детали из дюралюминия обычно соединяются заклёпками.

Наиболее популярным способом сварки алюминия является аргонная (а в последнее время и гелиевая) сварка — использование плавящихся или неплавящихся электродов под воздействием аргона или гелия. Соединение выполняются установками УДГ-300 и УДГ-500 с помощью вольфрамовых электродов диаметром до 6 мм.

При сварке деталей плавящимися электродами применяется присадочная проволока (диаметром от 1,5 до 2,5 мм) из алюминия. Больше всего для этих целей подходят электроды ОЗАНА-1 и ОЗАНА-2. Основное условие для их длительного хранения — наличие плотной упаковки и отсутствие какой-либо влаги. Для достижения наивысшего качества толщина деталей при контактной сварке не должна превышать 7 мм, а соединение должно проводиться в тщательно вычищенном от пыли помещении при температуре воздуха от 18 до 22 °C. Идеальный результат без коробления деталей обеспечивает лазерная сварка.

В последнее время популярностью пользуется такой вид холодной сварки, как использование специальных составов, продающихся в тюбиках или в виде своеобразных «колбасок». Необходимо лишь отрезать кусок нужного размера, как следует размять его в руках, и получившаяся эластичная субстанция готова к использованию. Ею можно заделать трещину или даже небольшую дыру в металлическом изделии. Зачастую такой способ применяется для починки алюминиевых радиаторов.

Технология сварки алюминия

Одна из методик холодной сварки алюминия называется сваркой сдвигом. Она осуществляется сдавливанием заготовок с тангенциальным смещением. Это необходимо для грубого физического стирания оксидной плёнки, благодаря чему появляются своего рода мостики соединений. Этот способ завоевал популярность при соединении проводки в домах, троллейбусных проводов, оболочек кабелей, подставок и каркасов различной бытовой техники, корпусов радиоприборов. Следует помнить, что сварка сдвигом нуждается в идеальной чистоте поверхностей заготовок: любые инородные тела ослабляют шов.

Хорошее качество сварки этим методом гарантируется, если обеспечить осадочное давление таким способом, чтобы излишки металла могли беспрепятственно выталкиваться в обе стороны от места сварки. Только так заготовки правильно смещаются по отношению друг к другу.

На листовом алюминии можно выполнить следующие виды швов:

1. сплошной шов любой требуемой длины;
2. круговой шов;
3. прямой шов.

Перед началом сварки необходимо провести тщательную очистку поверхностей. Обычно для этого используют стальные вращающиеся щётки. Алюминий подходит для сварки с различными металлами: так, в лабораторных условиях был успешным опыт соединения алюминия со сталью. Предполагают, что холодной сварке светит большое будущее: несмотря на то, что уже существуют и разрабатываются установки для сварки с помощью токов высокой частоты, эти приборы отличаются крайне высокой ценой и невысоким КПД.

Существуют способы сварки и пайки при помощи индуктированных токов.

Сварка алюминиевых изделий постоянным током осуществляется по следующей схеме:

• два стержня погружают в щелочной раствор;
• к ним подводят источник постоянного тока:
• дожидаются, пока минусовой стержень сильно разогреется;
• вынимают стержни и выполняют осадку (деформацию свариваемых частей путём их сдавливания).

Данный способ применяется в лабораториях или при единичной необходимости сварки, но не используется в крупной промышленности.

Поскольку холодная сварка исключает внешнее нагревание деталей, она позволяет:

• проводить работы в непосредственной близости к горючим материалам;
• стыковать провода в изоляции;
• устранять пробоины в изделиях, которые нельзя нагревать;
• осуществлять сварку стали с алюминием.

Кроме того отходы металла уменьшаются более чем в 10 раз по cравнению с электродуговой сваркой. Оборудование, применяющееся при холодной сварке алюминия, точно так же подходят и для других пластичных металлов или сплавов: например, титана с медью. Ещё одно преимущество этого метода заключается в том, что он редко требует приобретения сварочных флюсов.

Шовная сварка обеспечивает создание герметичного шва любой длины, но подходит лишь для листового металла.

Точечная сварка предназначена для соединения листовых заготовок толщиной до 15 мм. Максимальный диаметр прутьев или проволоки — 30 мм. Также возможна сварка точечным методом труб или каркасов.

Как бы то ни было, холодная сварка возможна лишь в стационарных условиях и со специальным оборудованием, которое часто состоит из механизмов для сжатия деталей, механизма осадки и гидропривода.

Холодная сварка алюминиевых сплавов (или чистого металла) для бытового использования, как уже упоминалось выше, может осуществляться с помощью специальных веществ, в состав которых входят серные добавки, эпоксидные смолы и наполнители. После непродолжительного разогревания такой субстанции (достаточно разминания в руках), полимерный состав приобретает свойство склеивать. Затем массу можно наносить на место будущего соединения.

Такие вещества годятся для мелкого (и чаще всего временного) ремонта труб и другой сантехники, радиаторов, топливных баков и подобных металлических ёмкостей, бытовых приборов, окон. После того, как субстанция схватится, масса поддаётся обработке и способна принять необходимую форму. Полностью схватывание завершается, в зависимости от состава вещества, в срок от 1 до 8 часов. Затем алюминий можно покрасить.

Сравнение самых популярных марок холодной сварки

На рынке существуют десятки различных марок холодной сварки, наиболее известные из которых:

1. WURTH Liquid Metal: шов получается достаточно прочным, чтобы выдержать сильные нагрузки, но не рекомендуется применение в изделиях, где требуется прочность на разрыв;
2. Момент Супер Эпокси: отлично выдерживает нагрузку на срез, но, как и в случае с предыдущей маркой, показывает себя плохо при нагрузках на разрыв;
3. Permatex Cold Weld: отличается высокой эффективностью и универсальностью, но неудобен в применении;
4. Abro Steel: идеально подходит для ремонта сантехнических деталей, удобна в использовании и выдерживает силу среза до 1050Н;
5. Hi-Gear: по скорости полимеризации и прочности почти аналогична предыдущему веществу, но содержит в большем количестве железные опилки.
6. «Титан» от компании «Эльф Филлинг»: формирует прочный соединительный шов, является абсолютным победителем многих испытаний по сравнению веществ для холодной сварки;
7. Adefal Trading S.A. Poxipol: один из самых раскрученных брендов, однако не раз занимавший последние места в сравнительных тестах;
8. VersaChem Magnum Steel: максимальная сила среза, с которой удалось справиться этому веществу, составила всего 661Н. Уступает практически всем известным маркам.