Проволока ER4043: характеристики, применение и параметры сварки

Что такое провод ER4043 и почему содержание кремния имеет значение

Обозначение ER4043 соответствует системе классификации электродов/стержней AWS: «E» обозначает электрод, «R» обозначает стержень (он функционирует как оба), «4043» помещает его в семейство алюминиево-кремниевых сплавов серии 4000. Высокое содержание кремния — до 6% — принципиально определяет поведение проволоки при сварке по трем направлениям:

Во-первых, кремний снижает температуру плавления алюминиевого наполнителя, улучшая текучесть и смачивающее действие в сварочной ванне. Сварочная ванна 4043 легче проникает в зазоры швов и канавки неправильной геометрии, чем присадка с низким содержанием кремния, поэтому ER4043 предпочтительнее для сварки в нестандартном положении и для соединений с переменной посадкой. Во-вторых, кремний сужает диапазон затвердевания металла шва — температурное окно между ликвидусом и солидусом сокращается, что резко снижает чувствительность к образованию горячих трещин (растрескиванию при затвердевании). Это основная причина, по которой ER4043 используется со сплавами серии 6xxx, такими как 6061, 6063 и 6082, которые сами подвержены горячему растрескиванию при сварке с наполнителями, которые расширяют, а не сужают диапазон затвердевания. В-третьих, содержание кремния приводит к несколько более темной поверхности сварного шва с серым оттенком, что является известной характеристикой: анодированные сварные швы 4043 кажутся темнее, чем основной металл, что актуально в архитектурных и декоративных применениях, где внешний вид сварного шва после анодирования имеет значение.

ER4043 Химический состав и механические свойства

В следующих таблицах представлены химические пределы, указанные в AWS A5.10, а также механические свойства проволоки ER4043 в момент нанесения. Это значения, по которым следует проверять результаты сертификационных испытаний при квалификации нового поставщика.

Совместимость основных металлов — какие сплавы ER4043 сваривает лучше всего

ER4043 не универсально совместим со всеми алюминиевыми сплавами. Высокое содержание кремния делает его идеальным для некоторых семейств сплавов и непригодным или ограниченным для других. Следующая разбивка охватывает наиболее распространенные семейства недрагоценных металлов, встречающиеся при производстве и ремонте:

• Серия 6ххх (6061, 6063, 6082, 6005): Основное применение для ER4043. Эти сплавы содержат магний и кремний в качестве упрочняющих элементов, а их диапазон затвердевания близко соответствует наполнителю 4043. Устойчивость к горячему растрескиванию у стали 6061-T6, сваренной с использованием ER4043, значительно выше, чем у ER5356. Возможна послесварочная термообработка 6061 соединения, сваренного ER4043, которая позволяет частично восстановить прочность Т6 — зона сварного шва может достигать примерно 60–70 % прочности основного металла. после растворения и возрастной обработки.
• Серия 3ххх (3003, 3004): Хорошая совместимость. ER4043 сваривает 3003 и 3004 без образования горячих трещин, а полученный сварной шов имеет приемлемую коррозионную стойкость для типичных применений 3xxx (трубопроводы HVAC, теплообменники, кухонная посуда). Сила достаточна для неструктурной службы.
• Серия 1ххх (1100, 1050, 1070): Совместим и обычно используется для алюминия марки 1100, где ER4043 обеспечивает лучшую текучесть и немного более высокую прочность сварного шва, чем чистая присадка 1xxx. Используется в оборудовании химической и пищевой промышленности, где решающим фактором при проектировании является коррозионная стойкость основного металла.
• Серия 2xxx (2024, 2014, 2219): Ограничения по использованию — ER4043 можно использовать со сплавом 2219 с осторожностью, но большинство сплавов 2xxx считаются несвариваемыми или требуют специального выбора наполнителя. Не используйте 2024 без консультации с инженером-сварщиком.
• Серия 5ххх (5052, 5083, 5086, 5456): Не рекомендуется. При нанесении ER4043 на сплавы 5ххх, содержащие более 3% магния (5083, 5086, 5456), полученный металл сварного шва содержит избыточное количество Mg2Si, который выделяется на границах зерен и резко снижает пластичность и коррозионную стойкость. Используйте ER5356 или ER5183 для структурных работ 5xxx.
• Серия 7ххх (7005, 7039): Ограничено и зависит от приложения. ER4043 иногда используется для свариваемых сплавов 7xxx, но состав с низким содержанием магния означает, что зона сварного шва не может реагировать на старение после сварки так же эффективно, как наполнители с более высоким содержанием Mg. Обратитесь к паспорту сплава.

ER4043 против ER5356 — выбор правильного провода для вашего применения

Двумя наиболее распространенными проволоками для сварки алюминия являются ER4043 и ER5356, и выбор между ними является одним из наиболее часто ошибочных решений при производстве алюминия. Они не являются взаимозаменяемыми, и правильный выбор существенно влияет на растрескивание, прочность и эксплуатационные характеристики.

Практическое правило принятия решения: используйте ER4043 при сварке сплавов 6xxx, где риск растрескивания является основной проблемой, где сварной шов будет подвергаться воздействию повышенных температур или где планируется термообработка после сварки. Используйте ER5356, если основным металлом является конструкционный сплав 5xxx, когда требуется максимальная прочность после наплавки или когда соответствие цвета после анодирования важно по эстетическим соображениям.

Параметры сварки MIG для проволоки ER4043

Проволока ER4043 доступна в стандартных катушках MIG диаметром 0,030 дюйма (0,8 мм), 0,035 дюйма (0,9 мм), 0,047 дюйма (1,2 мм) и 1/16 дюйма (1,6 мм). Выбор диаметра проволоки зависит от толщины основного металла и диапазона силы тока сварочного аппарата. Следующие параметры являются отправными точками для сварки в плоском и горизонтальном положении на чистом основном металле 6061-T6:

Основные требования к процессу, которые отличаются от сварки стали MIG и должны соблюдаться при использовании ER4043:

• Используйте 100% защитный газ аргон: Никакого CO2 или газовых смесей — CO2 сильно окисляет алюминий и приводит к загрязнению сварного шва. Чистый аргон при скорости потока 35–50 CFH (17–24 л/мин) является стандартным для большинства применений MIG. Для больших объемов швов или в ветреную погоду увеличьте расход до 55–60 CFH.
• Используйте тефлоновую или нейлоновую лайнер MIG: Мягкая поверхность проволоки ER4043 с низким коэффициентом трения приводит к ее застреванию и застреванию в стандартных стальных вкладышах. Тефлоновый вкладыш, рассчитанный на алюминиевую проволоку, обязателен для надежной подачи проволоки, особенно при длине проволоки более 8 футов (2,4 м). Часто заменяйте контактный наконечник — алюминий мягче стали и быстрее изнашивает овальное отверстие наконечника.
• Нажимайте на угол, а не перетаскивайте: Алюминиевый МИГ следует запускать методом толчка (форхенда) — пистолет наклоняется на 10–15 градусов по ходу движения. Угол сопротивления (назад) захватывает защитный газ аргон позади сварочной ванны, вызывая пористость и окислительные включения в шве.
• Предварительная тщательная очистка: Оксид алюминия немедленно образуется на любой открытой поверхности и имеет температуру плавления 2072°С — значительно выше температуры плавления основного металла (660°С). Проволочной щеткой почистите место соединения щеткой из нержавеющей стали (предназначенной только для алюминия, но не для углеродистой стали), затем протрите ацетоном непосредственно перед сваркой. Не прикасайтесь к очищенной поверхности голыми руками.
• Предварительный нагрев толстых срезов: Основной металл толщиной более 6 мм предварительно нагрейте до 100–150 °С (212–302 °F) для уменьшения температурного градиента и предотвращения пористости, вызванной быстрым затвердеванием внешней зоны сварного шва до полной дегазации ванны. Не превышайте температуру 180°C для сплавов 6ххх в состоянии Т6 — выше этой температуры начинается старение и снижается реакция на термообработку.

Сварка TIG с использованием стержня ER4043 — техника и размеры стержня

В соответствии с классификацией «ER» (электрод/стержень), провод ЭР4043 также поставляется в виде отрезных стержней TIG, обычно в Длина 36 дюймов (914 мм) диаметром 1/16 дюйма, 3/32 дюйма и 1/8 дюйма (1,6, 2,4 и 3,2 мм). Сварка TIG с использованием ER4043 предпочтительна для точных работ, ремонта тонких сечений и операций, требующих наилучшего внешнего вида сварного шва и минимального подвода тепла.

• Используйте переменный ток: Для сварки алюминия TIG требуется переменный ток (переменный ток) для обеспечения катодного очищающего действия на слой оксида алюминия. Положительный полупериод удаляет оксид с поверхности; отрицательный полупериод нагревает вольфрам. А 60–75 % EN (отрицательный баланс электродов) оптимален для большинства применений — большее количество EN дает более узкую, более горячую дугу с лучшим проплавлением; Увеличение EP увеличивает очистку от оксидов за счет сокращения срока службы вольфрама.
• Используйте электрод из чистого вольфрама или вольфрама с цирконием: Чистый вольфрам (зеленая полоса) образует шаровой наконечник во время сварки на переменном токе, который стабилен и предпочтительнее, чем цериевые или торированные электроды, которые предназначены для работы на постоянном токе. Цирконированный вольфрам (белая полоса) пропускает более высокий ток, чем чистый вольфрам, и предпочтителен для применений переменного тока с более высокой силой тока. Перед формированием шара заточите электрод до тупой точки — не используйте его сначала на постоянном токе.
• Диаметр стержня относительно основного металла: Приблизительно диаметр стержня должен соответствовать толщине основного металла или быть на один размер меньше толщины основного металла примерно до 4 мм. Для основного металла толщиной 2 мм подойдет стержень диаметром 1/16 дюйма (1,6 мм); для основного металла толщиной 4–6 мм — 3/32 дюйма (2,4 мм); для 6–10 мм, 1/8 дюйма (3,2 мм). Стержни большего диаметра, используемые для тонкого материала, охлаждают сварочную ванну и вызывают несварение.
• Высокочастотный старт и отсутствие царапин: Всегда используйте высокочастотное (ВЧ) зажигание дуги — никогда не запускайте дугу прикосновением или с нуля при сварке TIG алюминия. Возникновение царапин загрязняет электрод оксидом алюминия, который затем переносит вольфрамовые включения в сварной шов. ВЧ-запуск инициирует дугу на определенном зазоре без контакта электрода.

Хранение, обращение и предотвращение пористости проволоки ER4043

Пористость — газовые пустоты, попавшие в затвердевший сварной шов, — является наиболее распространенным дефектом качества при сварке алюминия, и состояние проволоки ER4043 является основным фактором, способствующим этому. Оксид алюминия и гидратированный гидроксид алюминия на поверхности проволоки являются основными источниками пористости; оба можно предотвратить при правильном хранении и обращении:

• Хранить в герметичной упаковке до использования: провод ЭР4043 and rod absorb moisture from humid air within hours of package opening. A spool of wire left on the MIG machine in a humid shop overnight can develop sufficient surface hydroxide to cause visible porosity in the next day's welding. Store open spools in a sealed bag with a desiccant pouch. Return cut TIG rods to their original sealed tube. A heated rod oven (60°C / 140°F) is the best long-term storage solution in humid environments.
• Осмотрите поверхность проволоки перед использованием: Новый провод ER4043 должен иметь яркую, слегка серебристо-металлическую поверхность. Проволоку, которая выглядит тускло-белой, имеет видимый белый порошок на поверхности или имеет видимую питтинговую коррозию, следует отбраковывать: поверхностный слой оксида/гидроксида уже образовался и будет вызывать пористость независимо от усилий по очистке основного металла.
• Не используйте намокшую проволоку или стержни: Влага, поглощенная слоем гидроксида алюминия на поверхности проволоки, во время сварки разлагается на атомарный водород. Водород имеет чрезвычайно высокую растворимость в жидком алюминии, но почти нулевую растворимость в твердом алюминии — при затвердевании газ выпадает в осадок в виде пор. Даже кратковременное воздействие дождя или конденсата на стержень TIG делает его непригодным для производственной сварки без повторной сушки.
• Минимальный радиус изгиба при работе с проволокой: ER4043 упрочняется при изгибе — мягкая алюминиевая проволока необратимо перегибается при изгибе на радиус меньше примерно 10× его диаметр . Перегнутая проволока приводит к нестабильной подаче проволоки, нестабильной длине дуги и неравномерному наплавлению при сварке MIG. Никогда не заставляйте катушку разматываться, потянув проволоку под углом — подавайте ее с помощью правильно установленного держателя катушки, который обеспечивает свободное вращение.