Особенности процесса
Ключевые проблемы пропайки алюминия традиционными припоями и флюсами связаны с:
- образованием оксидной пленки, обладающей высокой температурой плавления и хорошей химической стойкостью, предотвращающей взаимодействие с оловянными или свинцовыми припоями;
- низкой температурой плавления чистого металла, затрудняющей качественный пропай.
Для проведения пропая алюминиевых деталей специалисты должны очистить поверхность материала от оксидной пленки либо применить специализированные агрессивные припои и флюсы.
Пайка алюминия паяльником должна осуществляться с использованием цинковых припоев. Такой вариант низкотемпературной пайки алюминия, в отличие от кадмия, висмута, олова или индия, отлично взаимодействует с чистым металлом и образует прочный шов.
Температура плавления алюминиевых изделий для пайки.
Основные правила пайки алюминия в домашних условиях при отсутствии цинкового или алюминиевого припоя включают следующие пункты:
- Предварительную зачистку поверхности.
Место, на котором необходимо выполнить паяльные работы следует внимательно очистить от краски, грязи и частичек других металлов. - Шлифовку.
Для лучшей адгезии между припоем и алюминием следует отшлифовать место предполагаемого соединения. - Нельзя делать большой перерыв между очисткой алюминия и непосредственным нанесением флюса.
Из-за высокой скорость образования оксида на поверхности, процесс очистки для алюминия может потребоваться повторно. - Правильный выбор устройства, для прогрева места пайки.
Для этой работы идеально подойдет электропаяльники с регулируемой температурой жала. - Контроль за температурой места соединения.
Ввиду хорошей теплопроводности металла, температура будет быстро растекаться по всей площади изделия, а потому пропаиваемый участок будет стремительно остывать. - Обязательным условием успешной пайки алюминия является залуживание места предполагаемого контакта.
Если вовремя нанести на очищенный участок алюминия каплю припоя, оксидная пленка не сможет образоваться.
Существует несколько секретов, которые можно использовать для пайки алюминия без специализированного припоя:
- Разрушение оксидной пленки путем интенсивного трения места соединения кирпичом.
После того, как с камня облупится некоторое количество пыли следует набрать на жало паяльника необходимое количество канифоли или флюса и залить место пайки. После этого следует сделать сильные нажимистые движения плоским срезом паяльника, по месту планируемого пропая. Путем такого нехитрого действия кирпичная пыль разрушит тонкую оксидную пленку, а имеющийся на паяльнике припой залудить очищенный металл. - Разрушение оксидной пленки при помощи частичек железа.
Для этого следует сточить толстый гвоздь напильником, нанести на место пайки большое количество жидкой канифоли или флюса, а затем насыпать металлические опилки. После того, как средство для пайки затвердеет следует набрать на жало паяльника припой и сильно вдавить его в место пайки. - Использование трансформаторного масла.
Для осуществления данного способа следует снять верхний слой детали наждачной бумагой, а затем на очищенное место вылить масло. После этого можно втереть разогретый припой и получить хорошую адгезию между оловом и алюминием.
Пайка алюминия флюсы припои — справочная информация
Инструменты для разборки телефонов
Здравствовать желаю дорогим моим читателям! Пайка алюминия меня заинтересовала еще лет 5 назад, когда пришлось срочно запаивать радиатор охлаждения моего Кузнечика. Ниже покажу его фото и место пайки на радиаторе, который до сих пор работает. Недавно меня спросили чем лучше всего паять алюминий? Я решил прочитать все вменяемые статьи и личные мнения по пайке алюминия и изложить это на одной странице. Так родилась эта статья. Поехали!
Почему алюминий плохо паяется?
Кто пытался паять алюминий, тот знает, что обычный припой на него совершенно не липнет. Все из-за устойчивой пленки оксида алюминия, которая обладает плохой адгезией к припою. Причем эта пленка покрывает алюминий и его сплавы очень быстро. Не успеешь зачистить — легкий металл уже окислился. Поэтому все методы пайки алюминия борятся сначала именно с пленкой, а затем уже заботятся об адгезии.
Оксид алюминия (Al2O3) в минералогии называется корундом. Крупные прозрачные кристаллы корунда являются драгоценными камнями. Из-за примесей корунд бывает окрашен в разные цвета: красный корунд (содержащий примеси хрома) называется рубином, а синий — сапфиром. Теперь понятно почему окисная пленка совсем не паяется.
Лучший трубчатый припой KainaКак удалить оксидную пленку?
Оксидная пленка алюминия удаляется двумя способами: механическим и химическим. Оба способа удаляют оксид алюминия в безвоздушной среде, то есть без доступа кислорода. Начнем с самого сложного, но самого правильного и надежного метода удаления — химического.
Осаждать медь или цинк
Химический метод пайки основан на предварительном осаждении меди или цинка на алюминий путем электролиза. Для этого на нужное место наносят концентрированный раствор медного купороса и в свободном месте подключают минус аккумуляторной батареи или лабораторного источника питания. Затем берут кусок медной (цинковой) проволоки, подключают на него плюс и погружают в раствор.
Благодаря процессу электролиза медь (цинк) осаждается на алюминий и на молекулярном уровне прилипает к нему. Затем поверх меди осуществляется пайка алюминия. Правда непонятно как все это проходит через оксидный барьер. Думаю, что в этой инструкции пропущен этап царапания алюминия под пленкой медного купороса или другого химического воздействия. Хотя практика из видеоролика ниже показывает, что можно и не царапать.
После осаждения медь или цинк лудятся без проблем стандартными флюсами. Мне кажется, что этот метод имеет смысл применять в промышленных масштабах и для особо ответственных работ.
Использовать масло без воды
Второй по сложности метод заключается в удалении оксида алюминия под масляной пленкой. При этом масло должно содержать минимум воды — подойдет трансформаторное или синтетическое масло. Можно подержать масло при температуре 150 — 200 градусов несколько минут, чтобы из него испарилась вода и оно не брызгало при нагреве.
Под масляной пленкой также нужно заняться удалением окисла. Можно потереть наждачкой, поцарапать скальпелем или использовать зазубренное жало. Когда мне нужно было запаять радиатор охлаждения двигателя, я вычитал способ со стружкой. Берем гвоздь, пилим его напильником, чтобы получить стальную стружку.
Далее на место пайки наносим масло и сыпем стружку. Паяльником с широким жалом пытаемся потереть место пайки, так чтобы между жалом и алюминием была стружка. В случае с массивным радиатором, я дополнительно грел место лужения термовоздушной паяльной станцией.
Затем берем припой на жало каплей, погружаем в масло на место пайки и опять растираем. Для лучшего лужения можно добавить канифоли или другой флюс. Происходит так называемая наплавка под слоем флюса. В видеоролике хорошо показана пайка алюминия с маслом.
Паять активным флюсом
Существуют отдельно разработанные активные флюсы для пайки алюминия. Обычно в них входят кислоты (ортофосфорная, ацетилсалициловая кислота) и соли (натриевая соль борной кислоты). Строго говоря, канифоль тоже состоит из органических кислот, но на практике она дает слабый результат на алюминии.
В силу своей активности, кислотные флюсы обязательно нужно смывать после пайки. После первой смывки можно дополнительно нейтрализовать кислоту щелочью (раствором соды) и смыть второй раз.
Активные флюсы дают хороший и быстрый результат, однако пары этого флюса вдыхать прямо запрещается. Пары раздражают слизистые, повреждают их или могут попасть в кровь через дыхательные пути.
Флюсы для пайки алюминия
Паяльная станция Hakko 936 с набором инструментов
Рассмотрим все распространенные флюсы для пайки алюминия.
Канифоль
Да, канифолью можно паять алюминий. Да, в безвоздушной среде без оксидной пленки. Даже при таком раскладе времени обычно тратится больше, чем с активными флюсами. Да, это не профессионально, но паяет же.
Порошковый флюс
Порошковые флюсы для пайки алюминия часто применяют вместе с газовой горелкой. При этом все пишут, что кислород к пламени добавлять нельзя. Из-за него снижается эффективность флюса из-за окисления алюминия. Порошковые флюсы часто применяют следующие:
- Активный флюс Ф-34А. Выполнен по ТУ 48-4-229-87 и имеет в составе — хлорид калия 50%, хлорид лития 32%, хлорид цинка 8%, фторид натрия 10%. Такой состав успешно используется с легкоплавкими и тугоплавкими припоями, содержащими много химических добавок. Хорошо растворяется в воде и гигроскопичен.
- Бура (натриевая соль борной кислоты) представляет собой порошок, который при температуре 700 градусов плавится и становится вязким. Стоит дешево, растворяется в воде. Смывается хорошо с лимонной кислотой.
- Ацетилсалициловая кислота. Я как-то пробовал паять таблеткой ацетилсалициловой кислоты — пары сильно обжигают глаза и нос. В общем, опасная вещь! Лучше активным жидким флюсом паять.
- Активный паяльный жир — хоть и не является порошком, но является твердым флюсом, который состоит из парафина, вазелина, деионизированной воды, хлорида цинка и хлорида аммония. Его структуру создает парафин, так что обычно паяльник опускают в банку или крошат паяльный жир на место пайки. Паяет он достаточно хорошо, особенно если подогревать место лужения. Пары лучше не вдыхать и отмывать после пайки, потому как корродирует и окисляет металлы со временем. Впрочем, как и любой активный флюс.
Жидкий флюс
Жидкие флюсы хороши тем, что их можно нанести тонким слоем. Испаряются они активнее и часто имеют обжигающие пары. Больше предназначены для пайки паяльником.
- Флюс Ф-64 содержит тетраэтиламмоний, фториды, дионизированная вода, смачивающие присадки и ингибиторы коррозии. Он способен разрушать прочную оксидную плёнку значительной толщины, а значит подходит для пайки больших заготовок. Подходит для пайки алюминия, оцинкованного железа, меди, бериллиевой бронзы и т. д.
- Флюс Ф-61 содержит триэтаноламин, фторборат цинка, фторборат аммония. Его можно рекомендовать для низкотемпературной пайки при 250 градусах или лужения изделий из алюминиевых сплавов.
- Castolin Alutin 51 L содержит 32% олова, свинец и кадмий. Этот состав лучше всего оправдывает себя при использовании припоев того же производителя на температурах от 160 градусов и выше.
- Есть и другие жидкие флюсы, но перечислять их не буду — все должны быть в равной степени хорошие.
Припой для пайки алюминия
Припои для пайки алюминия часто делаются в большей части из алюминия или из цинка. Производители вносят в состав разные добавки, чтобы улучшить свойства припоев: понизить температуру плавления, улучшить прочность, смачиваемость и т.д. Приезжают к нам припои из Франции, Германии и Америки. Про отечественные тоже расскажу.
Припой HTS-2000
Это самый разрекламированный припой. Пайка алюминия с ним очень проста. Посмотрите промо-видео про пайку припоем HTS-2000 от компании New Technology Products (США). Говорят, что он даже лучше и крепче алюминия. Но это не точно.
А вот реальный опыт пайки припоем HTS-2000. Припой прилипает плохо по началу, но потом вроде бы даже взялся. Проверка давлением показала, что место пайки травит. Есть мнение, что HTS-2000 нужно паять только с флюсом. Выводы делайте сами.
Припой Castolin
Припой Castolin 192FBK состоит из алюминия 2% и цинка 97%. 192FBK является практически единственным припоем для спайки алюминия с алюминием в списке предложений французской компании Castolin. Есть еще припой AluFlam 190, но он предназначен для капиллярной пайки и не имеет флюса внутри. Также в линейке есть припой Castolin 1827, предназначенный для пайки алюминия с медью при температуре около 280 градусов.
Трубчатый припой Castolin 192fbk в сердечнике содержит флюс, так что можно паять без рекомендуемого жидкого флюса Castolin Alutin 51 L. В видеоролике ниже показан процесс пайки. Хороший припой — можно брать по цене 100 — 150 руб. за пруток весом 10 грамм.
Припой Chemet
Припой Chemet Aluminium 13 применяется для сварки алюминия и его сплавов, с температурой плавления выше 640 градусов. Он состоит из алюминия на 87% и кремния на 13%. Сам припой плавится при температуре около 600 градусов. Стоимость — около 500 руб. за 100 грамм, в которых целых 25 прутков.
Его старший брат Chemet Aluminium 13-UF имеет внутри трубки флюс, но стоит дороже — 700 руб. за 100 грамм и 12 прутков.
Никаких вменяемых видеороликов по пайке этим припоем я не нашел. Конечно этот список припоев не является исчерпывающим. Есть еще Harris-52, Al-220, ПОЦ-80 и др.
Отечественные припои
Сравнение припоев для пайки алюминия
В этом ролике Мастер провел сравнение припоя HTS-2000 с Castolin 192fbk и отечественным алюминиевым припоем «Алюминиевый огурец». Огурец практически состоит из алюминия, так что прочность его высока, но паять надо в печке. Отзывы о припое HTS-200 крайне негативные, а Castolin 192fbk хорошо паяет и имеет хорошую смачиваемость при разогреве.
Другой Мастер сравнивал HTS 2000 с флюсом Fontargen F 400M и припой Castolin 192FBK.
Результаты такие:
Универсальный тестер радиоэлементов LCR-T4Порошковая проволока
Флюсовая порошковая проволока — нужна для сварки алюминия, а не для пайки. Не путайте эти два понятия. Достоинством этой проволоки является сварка без применения газа. Это электросварка для алюминия. Интересная штука, но дорогая. Покажу хороший видеоролик о сварке порошковой проволокой.
Паяльник для пайки алюминия
Пайка алюминия при помощи паяльника должна учитывать площадь спаиваемых деталей. Алюминий, как и медь является хорошим проводником тепла, а значит тепла от паяльника должно поступать больше, чем рассеивают его спаиваемые детали.
Примерный расчет такой — 1000 кв. см. алюминия эффективно могут рассеять около 50 Вт тепловой мощности. Получается, чтобы спаять две детали с общей площадью 1000 кв. см, нужно взять паяльник с мощностью около 90 — 100 Вт, как минимум. Тогда пайка алюминия будет достаточно быстрая, чтобы не превратиться в пытку.
Можно паять и маломощным паяльником. Например, когда я паял радиатор своего Кузнечика паяльником 60 Вт, то мне помогла термовоздушная паяльная станция, которая выполняла роль подогрева.
Жало паяльника лучше брать с площадью побольше. Встречал упоминания зазубренных жал. Это чтобы легче было снимать оксидную пленку под слоем масла. Такое жало применять удобно — не нужно стружку пилить.
Горелки для пайки алюминия
Когда мощности паяльника и подогрева не хватает для спайки, например, толстых алюминиевых листов, то на помощь приходят газовые горелки.
Про горелки я уже писал отдельную статью — Топ 10 горелок для пайки. Мощность и размер сопла горелки также зависит от тех площадей, которые нужно прогреть. Достоинством грелки является бесконтактное донесение тепла и высокая скорость разогрева. Часто края заготовки не успевают нагреться, а соединение уже спаяно.
Соблюдайте технику безопасности при работе с горелками!
Вот что можно делать с простой горелкой на баллончике.
Что лучше — сварка или пайка алюминия?
Споры при ответе на этот вопрос и не думают стихать. Оказывается все зависит от вашего предназначения. Точнее предназначения ваших соединяемых деталек.
Если нужно запаять радиатор автомобиля, то подходит лучше пайка алюминия, потому как дешево. Для ответственных работ (несущие конструкции) и пищевых емкостей (например, молочная фляга) лучше подходит сварка, потому как надежнее. Вот как бы я сформулировал ответ на этот вопрос.
Ясно, что Мастеру с газовой сваркой легче заварить радиатор, а не паять его и наоборот — Мастеру с паяльником легче запаять.
А теперь посмотрите про TIG сварку для начинающих. Очень полезно и хорошо снято.
Как заработать на пайке алюминия?
А теперь самое интересное — как и сколько заработать на пайке алюминия. Я открыл Авито и пошерстил стоимость работ по пайке алюминия. Вот что получилось:
- пайка радиатора автомобиля, холодильника, кондиционера — от 1000 руб.
- пайка проводов электропроводки — 15 руб. за пайку.
- ремонт велосипедных рам — от 500 руб.
- пайка алюминия для пищи, например, кастрюль — от 100 руб.
Затраты:
- Газовый баллончик с горелкой 700 — 1000 руб.
- Припой Castolin 192FBK — 150 руб. за пруток * 5 = 750 руб.
- Тренировочный радиатор — бесплатно или за 500 руб. в металлоломе.
- Желание — бесценно!
Бизнес-план:
- Потратить 2000 руб. на инструмент и опыт
- Отбить затраты за 2 ремонта.
- Еще останется на 3-4 ремонта минимум.
- Рентабельность 200 — 300 %!
А теперь обещанное. Вот так примерно выглядел мой радиатор.
В этом месте кожух вентилятора от нагрева выгнулся и начал тереть по радиатору. Образовалось три дырки, через которые попер антифриз. Помню эту ночку. Хорошо, что в пределах города был.
У меня получилось вот так.
Во всей Ростовской области я видел только одну такую же машинку. Однажды в г. Каменск-Шахтинском мы с ней стали на светофоре друг за другом. Выглядело забавно.
Вот и всё. Надеюсь, что теперь пайка алюминия для вас не является чем-то особенным. Для вас трудился Мастер Пайки. А чем вы паяете алюминий?
Содержащие сурьму
Для уменьшения степени окисления сплава в жидком состоянии и придания пайке лучшего вида, в состав его вводят сурьму. Согласно ГОСТ 21930-76 все оловянно-свинцовые припои для пайки в зависимости от химического состава классифицируются на:
- безсурьмянистые;
- малосурьмянистые, с содержанием сурьмы до 0,5 %;
- сурьмянистые, содержащие более 0,5% сурьмы.
Этот же ГОСТ определяет и области преимущественного использования каждой марки.
Таблица 1. Химический состав припоев
| ПОС 90 | 17 2311 1100 04 | 89-91 | — | — | — | Остальное то же |
| ПОС 63 | 17 2312 0100 | 62,5-63,5 | — | — | — | « |
| ПОС 61 | 17 2312 1100 10 | 59-61 | — | — | — | « |
| ПОС 40 | 17 2314 1100 00 | 39-41 | — | — | — | « |
| ПОС30 | 17 2321 1100 09 | 29-31 | — | — | — | « |
| ПОС 10 | 17 2326 1100 06 | 9-10 | — | — | — | « |
| ПОС 61М | 17 2312 1200 07 | 59-61 | — | — | 1,2-2,0 | « |
| ПОСК 50-18 | 17 2313 1200 02 | 49-51 | — | 17-19 | — | « |
| ПОСК 2-18 | 17 2343 1100 09 | 1,8-2,3 | — | 17,5-18,5 | — | « |
| ПОССу 61-0,5 | 17 2312 1400 01 | 59-61 | — | — | — | Остальное то же |
| ПОССу 50-0,5 | 17 2313 1100 05 | 49-51 | — | — | — | « |
| ПОССу 40-0,5 | 17 2314 1200 08 | 39-41 | — | — | — | « |
| ПОССу 35-0,5 | 17 2315 1200 03 | 34-36 | 0,05-0,5 | — | — | « |
| ПОССу 30-0,5 | 17 2321 1200 06 | 29-31 | — | — | — | « |
| ПОССу 25-0,5 | 17 2322 1200 01 | 24-26 | — | — | — | « |
| ПОССу 18-0,5 | 17 2323 1100 10 | 17-18 | — | — | — | « |
| ПОСу 95-5 | 17 2311 1200 01 | Ост. | 4,0-5,0 | — | — | — |
| ПОССу 40-2 | 17 2314 1300 05 | 39-41 | 1,5-2,0 | — | — | Остально то же |
| ПОССу 35-2 | 17 2315 1300 00 | 34-36 | 1,5-2,0 | — | — | « |
| ОССу 30-2 | 17 2321 1300 03 | 29-31 | 1,5-2,0 | — | — | « |
| ПОССу 25-2 | 17 2322 1300 09 | 24-26 | 1,5-2,0 | — | — | « |
| ПОССу 18-2 | 17 2323 1200 07 | 17-18 | 1,5-2,0 | — | — | « |
| ПОССу 15-2 | 17 2324 1100 05 | 14-15 | 1,5-2,0 | — | — | « |
| ПОССу 10-2 | 17 2326 1200 03 | 9-10 | 1,5-2,0 | — | — | « |
| ПОССу 8-3 | 17 2326 1300 00 | 7-8 | 2,0-3,0 | — | — | « |
| ПОССу 5-1 | 17 2327 1100 01 | 4-5 | 0,5-0,1 | — | — | « |
| ПОССу 4-6 | 17 2327 1200 09 | 3-4 | 5,0-6,0 | — | — | « |
| ПОССу 4-4 | 17 2327 1300 06 | 3-4 | 3,0-4,0 | — | — | « |
Технологические подходы для пайки алюминия
Технология пайки алюминия с флюсом практически ничем не отличается от соединения других металлов.
Весь процесс пайки алюминия припоем можно разделить на следующие этапы:
- Подготовка поверхности.
Перед тем, как паять алюминий следует зачистить и обезжирить соединяемые части. - Установка изделия в рабочее положение.
Для выполнения данного этапа могут потребоваться тиски или третья рука. - Нанесения флюса на место пайки.
- Прогрев изделия при помощи электрического паяльника или газовой горелки.
- Нанесение припоя или паяльной пасты на необходимые участки.
Для этой роли подойдет цинковые или медные припои. Иногда могут понадобиться высокотемпературные припои, обеспечивающие хорошую механическую фиксацию изделия.
Обратите внимание! Процесс соединения алюминиевых изделий должен производиться в хорошо проветриваемом помещении, поскольку при плавлении припоя выделяются ядовитые соединения металлов.
Схема пайки алюминиевых труб.
Важно помнить, что при пайке бесфлюсовым припоем следует осуществлять чиркающие движения паяльником, дабы обеспечить взаимодействие компонентов припоя и металла.
Проведение работ при помощи специального паяльника со скребком даст хороший результат в таких случаях:
- пайка алюминиевой посуды;
- пайка алюминиевых проводов;
- пропай поверхности, не подверженной сильным механическим нагрузкам;
- соединение мелких деталей.
Пайка массивных алюминиевых деталей и толстых стержней должна проводиться при помощи сварки или горелки. Сварка не всегда подходит из-за высокой температуры дуги, расплавляющей металл. Поэтому, большинство специалистов предпочитают использовать горелки.
Наилучший эффект достигается при непрерывной пайке горелкой. Если, по какой-то причине процесс пайки пришлось остановить, следует полностью прогреть весь шов, дабы обеспечить равномерное распределение припоя и избавиться от не пропаянных мест.
Процесс пайки алюминиевых стержней при помощи горелки подразделяется такие этапы:
- Очистка металла от грязи и подготовка поверхности, путем шлифовки.
- Разогрев всей поверхности массивных изделий при помощи горелки.
- Удаление всех легковоспламеняющихся материалов с рабочего места.
- Включение вытяжки для нейтрализации едких испарений припоя.
- Подготовка проволочного припоя.
- Подготовка флюса марок Ф-59А, Ф-61А или Ф-64А.
Допускается прогрев металла до ярко-оранжевого цвета. В таком виде металл не плавится, а припой ложится максимально равномерно.
Паяные при помощи горелки изделия имеют более качественный шов и могут похвастаться хорошими механическими свойствами.
Флюс для пайки алюминия.
Наиболее сложным и в то же время качественным методом соединения алюминиевых изделий является сварка. Данный способ затрудняется из-за низкой температуры плавления металла.
Квалифицированные специалисты чаще всего сваривают алюминиевые изделия следующими методами:
- сварка при помощи электродов с покрытием;
- сварка с использованием защитного газа.
Первый вариант сварки имеет следующие недостатки:
- низкая прочность сварного шва;
- сильное разбрызгивание металла при варке;
- плохая отделимость шлака от шва.
Сварки в атмосфере из инертного газа не обладает заметными недостатками и считается наилучшим методом соединения алюминиевых деталей.
Устойчивость процесса сварки
При сварке тонколистовой стали равномерность глубины проплавления имеет особенно важное значение. Если сваривая сталь толщиной более 4—5 мм, можно допустить колебание глубины проплавления в пределах ± 1 мм, не опасаясь возникновения прожогов, то в случае сварки тонких листов стали такое же колебание совершенно недопустимо.
Равномерность глубины проплавления зависит от устойчивости режима сварки, главным образом, от колебаний сварочного тока. Колебания скорости сварки, а также напряжения дуги сказываются в меньшей степени. Исходя из этого, для сварки тонколистовой стали следует рекомендовать сварочные автоматы с постоянной скоростью подачи электродной проволоки, так как они обеспечивают практически почти постоянные значения тока при колебании напряжения в сети или случайных изменениях длины дуги в процессе сварки.
При этом сохраняются почти постоянной глубина проплавления, а также количество наплавляемого металла. Сварочные головки с регулируемой скоростью подачи электродной проволоки в тех же условиях не обеспечивают постоянство тока и поэтому применять их не рекомендуется.
Понижение мощности дуги, требующееся для сварки тонколистовой стали, может быть осуществлено только до определенного предела, зависящего от диаметра электродной проволоки. Дальнейшее снижение мощности резко ухудшает устойчивость процесса сварки и приводит к неудовлетворительному формированию шва.
В случае сварки переменным током этот предел достигается при значительно большей мощности дуги, чем в случае сварки постоянным током обратной полярности. Поэтому сварку тонколистовой стали рекомендуется осуществлять постоянным током обратной полярности (положительный полюс присоединен к электроду). В табл.
Как следует из табл. 1, для обеспечения устойчивого горения дуги при понижении ее мощности необходимо увеличивать плотность тока в электроде, что практически достигается путем уменьшения диаметра электродной проволоки. Эту таблицу можно использовать для выбора диаметра электродной проволоки при сварке на заданном режиме.
При рассмотрении условий устойчивого горения электрической дуги пользуются ее статическими вольтамперными характеристиками. Вольтамперной характеристикой называется зависимость между током и напряжением дуги при постоянной ее длине. На фиг. 1 приведены такие характеристики для дуг различной длины.
Каждая вольт- амперная характеристика дуги состоит из нескольких участков: падающего (с ростом тока напряжение падает), почти горизонтального (жесткий участок) и растущего (с ростом тока напряжение увеличивается). В зависимости от условии сварки, дуге соответствует тот или иной участок характеристики.
Так, например, при сварке неплавящимся угольным или вольфрамовым электродом, при ручной сварке качественными электродами, при автоматической сварке под флюсом со сравнительно небольшой плотностью тока и в некоторых других случаях характеристика сварочной дуги является падающей с переходом к жесткой.
Если дуга имеет падающую вольтамперную характеристику, то устойчивое ее горение возможно только при том условии, что внешняя характеристика сварочного генератора также будет падающей, т. е. напряжение холостого хода генератора значительно превышает напряжение дуги при сварке.
С ростом плотности тока в плавящемся электроде изменяются свойства сварочной дуги. Эти изменения настолько существенны, что позволяют предъявить совершенно другие требования к характеристикам источников питания постоянного тока.
Еще в 1950 г. в Институте электросварки им. Е. О. Па- тона было доказано, что при повышении плотности тока в плавящемся электроде может быть получен устойчивый процесс сварки при использовании в качестве источника питания генератора постоянного тока с жесткой внешней характеристикой (напряжение холостого хода генератора практически равно напряжению дуги при сварке). В отечественной и зарубежной практике в последние годы такие генераторы нашли широкое применение.
Генераторы с жесткими внешними характеристиками значительно более экономичны, чем обычные сварочные генераторы с крутопадающими характеристиками и высоким напряжением холостого хода, так как пропорционально снижению напряжения холостого хода генератора снижаются затраты на активные материалы, уменьшается вес генератора и его стоимость.
Чем больше скорость подачи электродной проволоки п меньше сварочный ток, тем труднее возбудить дугу путем непосредственной подачи электродной проволоки к изделию. Опыт показывает, что при использовании обычных сварочных генераторов с крутопадающей внешней характеристикой в ряде случаев этот способ возбуждения дуги практически оказывается неосуществимым.
Совершенно иное наблюдается в случае применения генераторов с жесткими внешними характеристиками. Резкое нарастание тока при закорачивании электрода на изделие обеспечивает безотказное возбуждение дуги. Короткое замыкание не наносит ущерба генератору, так как тонкая электродная проволока выполняет роль плавкой вставки в цепи, ограничивая время протекания и величину тока короткого замыкания.
В тех случаях, когда генераторы с жесткими внешними характеристиками по какой-либо причине не могут быть применены для сварки тонкого металла, следует применять генераторы с весьма пологопадающими характеристиками, т. е. с большой величиной тока короткого замыкания.
Чем резче изменяется ток в цепи при случайных изменениях длины дуги, тем интенсивнее протекают процессы саморегулирования и тем быстрее восстанавливается заданный режим сварки. Генераторы с крутопадающими внешними характеристиками дают значительно меньшие изменения тока при случайных колебаниях длины дуги, чем генераторы с пологопадающими, жесткими или растущими характеристиками, благодаря чему обеспечивают большую устойчивость процесса сварки тонкой электродной проволокой.
Весьма характерно влияние внешних характеристик генераторов на процесс сварки и формирование шва при изменении величины зазора в соединении. Опыт показывает, что в случае питания дуги от генераторов с жесткой или пологопадающей внешней характеристикой можно допустить большие по величине зазоры в стыке, не нарушая нормального формирования шва. Такое же явление наблюдается при увеличении плотности тока в электроде.
В табл. 2 приведены режимы сварки стыковых соединений стали толщиной 3 мм, собранных с постепенно возрастающим зазором от 0 до 5 мм при длине образцов 500 мм. Образцы сваривались электродной проволокой диаметром 3 мм при питании от генератора с крутопадающей внешней характеристикой и генератора с пологопадающей характеристикой.
Один из образцов был сварен электродной проволокой диаметром 1,6 мм при питании от генератора с крутопадающей характеристикой. Как следует из табл. 2 и фиг. 2, где изображены образцы сварных соединений, в случае внешней характеристики генератора, приближающейся к жесткой (пологопадающей), а также в случае большей плотности тока в электроде (меньший диаметр электрода), максимальный зазор, при котором еще происходит правильное формирование шва, значительно больше.
Не следует считать, что приведенные в таблице максимальные зазоры могут быть рекомендованы как допустимые при сборке стыков. В данном случае имеет место плавное возрастание зазора, что не равноценно резким изменениям зазоров, которые могут наблюдаться в практике.
Влияние формы внешней характеристики, а также плотности тока на формирование швов при сварке с зазорами в стыке связано, по-видимому, с изменением интенсивности процессов саморегулирования.
При автоматической сварке стыкового соединения одно из активных пятен дуги расположено на расплавленном металле ванны, заполняющей разделку. В отдельные моменты времени скорость перемещения ванны расплавленного металла может отличаться от скорости движения электрода вдоль стыка.
При увеличении зазора в стыковом соединении или возникновении большего зазора между подкладкой и свариваемыми листами скорость перемещения ванны расплавленного металла уменьшается. Так как скорость движения электрода при этом остается прежней, имеет место рост дугового промежутка.
Если питание дуги осуществляется от генератора с крутопадающей внешней характеристикой, то при удлинении дуги, как показали исследования, наблюдается рост ее мощности, что ведет к дополнительному оплавлению кромок в месте повышенного зазора, где начала удлиняться дута.
Увеличение интенсивности саморегулирования дуги, имеющее место в случае применения генераторов с жесткими внешними характеристиками или при повышенной плотности тока в электроде, в известных пределах может предотвратить возникновение прожогов. Благодаря интенсивному саморегулированию значительное удлинение или обрывы дуги не будут наблюдаться при отставании ванны жидкого металла в месте увеличившегося зазора.
При этом длина дуги будет поддерживаться постоянной и опасный участок с увеличенным зазором может быть пройден без нарушения процесса сварки (без обрывов дуги, прожогов и пр.). Этот участок от остальной части шва будет отличаться только меньшим усилением шва или даже полным отсутствием усиления.
Как известно из практики автоматической сварки под флюсом, с увеличением плотности тока в электроде глубина проплавления заметно возрастает. Например, при сварке на токе 500 а увеличение плотности тока приблизительно в 3 раза, за счет уменьшения диаметра электродной проволоки от 5 до 3 мм, вызывает увеличение глубины проплавления на 25%.
Так как переход к сварке тонкой электродной проволокой связан с еще большим увеличением плотности тока в электроде, то возникает опасение, не может ли интенсивный рост глубины проплавления в этом случае стать препятствием на пути применения тонкой электродной проволоки и повышенной плотности тока для сварки тонколистовой стали. Проведенные опыты показали, что это опасение несостоятельно.
На фиг. 3 приведен график зависимости глубины проплавления от диаметра электродной проволоки. Как видно из графика, рост глубины проплавления с увеличением плотности тока (уменьшением диаметра электрода) наблюдается только при сварке на токах, превосходящих 300—350 а.
Что же касается интересующего пас диапазона токов, применяемых для сварки тонкой стали (до 300—350 а), то в нем увеличение плотности тока не вызывает изменения глубины проплавления. Это объясняется некоторыми особенностями, отличающими маломощные электрические дуги от дуг большей мощности.
