Наиболее эффективным способом создания неразъемного соединения деталей, выполненных из алюминия и сплавов на основе данного металла, как показывает практика, является сварка алюминия аргоном. Любая технология сварки, предполагающая использование защитного газа, подразумевает применение специального оборудования, а также наличие у сварщика соответствующих знаний, квалификации и опыта выполнения подобных работ. Кроме того, необходимо обладать хотя бы начальными знаниями в области металловедения, чтобы понимать, какие процессы протекают в сварочной ванне.
Процесс аргонодуговой сварки алюминия
Что нужно учитывать при сварке алюминия?
Сварка алюминия осложняется специфическими свойствами металла. Для качественного соединения необходимо учитывать следующие нюансы:
- Оксидная пленка. Она образуется при контакте металла с кислородом воздуха. Проблема заключается в большой разнице между температурами плавления алюминия и пленки: 650 и 2000 °С, соответственно. В результате оксид остается в сварном шве, создавая его неоднородность. Качественно варить алюминий можно только, удалив оксид и исключив контакт металла с кислородом.
- Низкая температура плавления и высокая текучесть расплава. Она вызывает быстрое вытекание расплавленного металла из сварочной зоны и сквозному прожиганию заготовки. Алюминий начинает переходить в жидкую фазу уже при температуре 500-520 °С.
- Повышенный коэффициент объемной усадки. Неправильный температурный режим вызывает появление напряжений в шве, что приводит к растрескиванию в нем и пришовной зоне, а также к деформации детали.
- Высокая теплопроводность алюминия. При сварке существенно увеличиваются потери тепловой энергии, которая быстро распространяется по всей заготовке. Это требует увеличение мощности аппарата.
- Быстрая кристаллизация. Это свойство алюминия приводит к появлению газовых пор в шве из-за неполного газовыделения при быстром отвердении металла.
- Алюминий практически не изменяет цвет при расплавлении, что затрудняет визуальный контроль процесса.
Все эти особенности должен учитывать сварщик-новичок. Настройка требует особой тщательности.
Особенности сварки инвертором
Инверторная сварка является самой подходящей и лучшей для изделий из алюминиевой основы. Процесс сварки металла выполняется в специальной оболочке из защитного газа, которая зачастую состоит из аргона. Обязательно используются вольфрамовые электроды с неплавящейся структурой.
Однако во время проведения сварочных работ поверхность данного электрода всегда требуется чистить. Дело в том, что на них скапливаются наросты, которые состоят из окисей вольфрама. В результате этого сильно ухудшается качество сварного шва.
Для удаления наростов применяется абразивный диск. При помощи него производится заточка электродов. Это позволяет сделать их поверхность чистой и гладкой, на ней не возникают заусенцы и канавки. Для заточки рекомендуется использовать отдельный диск, которые не применяется для других элементов.
Кроме этого можно самостоятельно снизить появления больших наростов на поверхности вольфрамовых электродов. Для этого данные элементы рекомендуется подвергнуть сильному охлаждению при помощи газа.
Инвертор для работы с алюминием
Изучая вопрос, чем сваривают алюминий стоит обратить внимание на функциональные устройства — инверторы. Данные приборы для сварки этого металла могут быть разными — они могут отличаться по конструкции и по модификациям. Чаще всего применяются полуавтоматические модели, но иногда могут использоваться электродуговые установки.
Основное преимущество инверторных устройств состоит в том, что они всегда подают стабильное напряжение. Именно это обеспечивает высокое качество сварного шва. Также как и у полуавтоматических устройств, у инверторного оборудования предусмотрена специальная приставка, которая обеспечивает высокую защиту во время работы в газовой среде.
Обычно данная приставка имеет маркировку TIG. Зачастую на многих аппаратах предусмотрена функция, которая позволяет производить быстрый переход в режим эксплуатации в среде защитных газов.
При проведении сварки алюминиевых труб и других элементов из данного цветного металла при помощи инверторного оборудования важно помнить несколько важных рекомендаций:
- на поверхности изделий из алюминия всегда образуется оксидная пленка, которая может затруднить сварочный процесс. Именно по этой причине важно предварительно поверхность обработать при помощи абразивного диска, он поможет полностью устранить пленку;
- при нагревании алюминий и его сплавы не изменяют цвет. Именно это намного усложняет процесс контролирования состояния сварочной ванны;
- важно помнить, что сварочные работы с использованием инвертора, которые проводятся дома, должны выполняться правильно. В этом деле не стоит спешить, необходимо выждать время, чтобы было нужное прогревание;
- если металл прогреть слишком сильно, то это может привести к деформированию детали. При проведении сварки алюминия с медью и другими цветными металлами в домашних условиях требуется дополнительно вместе с инвертором использовать специальную приставку, она позволит обеспечить контроль над проведением работы и предоставить возможность создать качественный, прямой и прочный шов;
- способы и особенности сварки алюминия и его сплавов практически ничем не отличаются от сварки черных металлов. Для того чтобы справиться самостоятельно с процессом обработки алюминия достаточно иметь минимальные навыки. Дополнительно можно изучить специальную литературу и видеоматериалы.
Конечно, если соблюдать вышеперечисленные рекомендации при сварке алюминия в домашних условиях, все равно не получится получить шов высокого качества. Стоит учитывать, что процесс сваривания достаточно тяжелый и затратный. Самым лучшим вариантом будет приобретение осциллятора. Данный прибор позволит выдавать необходимые параметры тока.
Если при сварке будет применяться осциллятор, то обязательно дополнительно потребуются вольфрамовые электроды. Могут использоваться плавящиеся и неплавящиеся расходники. Все зависит от вида шва, который требуется получить в результате, а также от материала, применяемого в процессе работы.
Обычно самые прочные сварные алюминиевые конструкции получаются при проведении термического сваривания. Однако данный способ невозможно выполнить в домашних условиях. Для него потребуется подготовить специальную смесь, которая должна состоять из свинцовой стружки, марганцовки, алюминиевой пудры, канифоли.
Для этого обязательно требуется знать точные пропорции всех компонентов. Полученная смесь высыпается в область трещины и поджигается, это все приводит к возникновению небольшого взрыва, который и вызывает сплавление шва.
Способы сварки алюминия
Алюминий может вариться несколькими способами:
- Электродная сварка (ММА). Используются электроды УАНА, ОЗАНА, ОЗА-1 и -2, ОК 96.10 и 96.50. Применяется способ в малоответственных конструкциях и при толщине металла не менее 4 мм. Главный недостаток – недостаточная однородность шва, пористость, пониженная прочность.
- Полуавтоматическая или электродуговая сварка. В сварочную зону постоянно подается проволока с присадочным материалом. Соединение обеспечивается за счет электрической дуги. Оксидная пленка разрушается в результате катодного распыления, обеспечиваемого переменным током или постоянным током с обратной полярностью.
- Сварка в среде аргона. Самый распространенный способ – аргонодуговая сварка. Газ создает инертную среду без доступа кислорода, что устраняет образование оксидной пленки. Дуга зажигается между вольфрамовым электродом и заготовкой. В сварочную зону подается алюминиевая проволока.
Интересное: Какова температура плавления металлов — таблицы
Выбор способа зависит от конкретных требований к сварке и условий, а также наличия необходимого оборудования.
Тип тока
Присадочная проволока для сварки алюминия аргоном под воздействием электрической дуги расплавляется и создает шов. При этом специалисты рекомендуют использовать переменный ток. Это связано с технологией проведения процесса.
Сварка алюминия аргоном постоянным током полярности обратного типа позволит очистить оксидную пленку катодным способом, но при этом будет значительно увеличена температура сварки. Из-за этого даже прочные вольфрамовые электроды начнут разрушаться.
Постоянный ток прямой полярности просто не в состоянии разбить оксидную пленку, хоть дуга у него более стабильна. Поэтому только переключение полярности способно дать качественный результат работы.
Технология сварки алюминия с помощью аргона
С появлением современного оборудования аргоновая сварка стала широко доступна даже для использования в бытовых условиях. Она может осуществляться в ручном (TIG сварка), полуавтоматическом и автоматическом режиме. Поможет осуществить сварку алюминия аргоном для начинающих пошаговая инструкция, она позволит сделать все правильно и качественно.
Что нужно для сварки?
Оборудование для сварки алюминия
Для осуществления сварки алюминия аргоном начинающему сварщику необходимо заранее приготовить:
- Источник тока — TIG-инвертор.
- Специальная аргонная горелка. Желательно в нее вставить газовую линзу (цангодержатель) для очистки газа.
- Баллон с аргоном и шланг для его соединения с горелкой.
- Присадочная проволока. Она выбирается с учетом марки алюминия или сплава. Для чистого алюминия рекомендуется пруток № 5356, для алюминия с примесями – пруток с кремнием №4043.
- Вольфрамовые электроды. Рекомендуемые марки: WT 20 (имеет красный наконечник), WC 20 (серый наконечник) или WL 15 (жёлтый наконечник). Минимальный диаметр электрода — 2,4 мм.
Важно! Инвертор следует подбирать с наличием таких функций: бесконтактный поджиг, заварка кратера, регулировка тока.
Как правильно подготовить алюминий?
Качественно сварить алюминий можно только после тщательной предварительной подготовки металлических заготовок. Прежде всего, необходимо очистить поверхность деталей от грязи, жира, машинных масел и окисной пленки. Можно использовать механический и химический метод очистки.
Механический способ подразумевает применение наждачной бумаги, шабера или металлической щетки. Лучше всего, применять специальную щетку для алюминия с нержавеющими проволоками диаметром не более 0,15 мм. Ее не следует использовать для обработки других металлов, чтобы не оставались на ней их частицы.
Химическую очистку можно произвести спиртом, ацетоном или специальными растворителями. Хорошо зарекомендовал себя такой состав: раствор едкого натра (50 г) и фтористого натрия (45 г) в воде (1 л). После обработки таким растворителем чистота поверхности сохраняется до 4 суток.
Непосредственно перед сваркой алюминиевые заготовки следует хорошо прогреть (прокалить). Для этого они нагреваются до температуры порядка 300 °С в течение 20–30 минут.
Интересное: Основные виды сварки металлов
Подготовки требуют кромки свариваемых заготовок. При толщине металла более 4 мм их необходимо разделать для сварки встык. Большие неровности лучше зачистить шлифовальной машинкой или напильником.
Подготовка аргона для сварки
Важное значение имеет подготовка аргона для проведения сварки. Баллон с газом устанавливается на безопасном расстоянии и обязательно оснащается редуктором понижения давления. При покупке следует выбирать чистый аргон, без примесей воздуха.
В горелку рекомендуется устанавливать цангодержатель. В нем имеется сетка, обеспечивающая дополнительную очистку газа перед подачей его в сварочную зону.
Настраивается расход газа. Он зависит от диаметра присадочной проволоки. Для аргона российского производства устанавливается такой расход: при диаметре до 1 мм — 12–14 л/мин, при 1,2 мм — 14–16 л/мин, при 1,6 мм — до 22 л/мин. При использовании газа чешского производства – расход составляет 7–10 л/мин.
Процесс сварки алюминия аргоном
Схема аргонодуговой сварки
Начинающему сварщику следует придерживаться такой пошаговой инструкции:
- После проведения всех подготовительных работ выбранный электрод диаметром 2,5–5,5 мм вставляется в горелку. Его вылет должен быть порядка 2 мм. Залог обеспечения нужной дуги – хорошая заточка электрода.
- Возбуждение сварочной дуги. В правую руку берется горелка с электродом, а в левую – присадочный пруток (проволока). Электрод подводится на небольшое расстояние к поверхности заготовок (2–3 мм), достаточное для возникновения дуги. Касаться электродом металла нельзя, т.к. придется снова его затачивать. Горелка держится вертикально, а дуга направлена в начало шва. Меняя расстояние между наконечником электрода и металлом, можно изменять размер дуги.
- Формирование сварочной ванны. Она обеспечивается за счет расплавления алюминиевой проволоки. Ее следует подавать после обеспечения стабильной дуги. Принято считать, что количество секунд, необходимых для формирования сварочной ванны, совпадает с толщиной заготовки (в мм).
- Формирование сварного шва. После образования сварной ванны обеспечивается регулярная подача проволоки и плавное перемещение горелки вдоль линии соединения заготовок. Электрод держится под углом 60-80°, а присадочный пруток — 10–30°. Желательно, чтобы угол между горелкой и проволокой составлял порядка 90°. Шов формируется пот принципу «капля за каплей», а значит надо следить за их разномерным распределением и одинаковым размером.
- Завершение шва. Последний этап – заварка кратера. Основная цель – избавиться от шлаков. Для этого уменьшается подача проволоки и увеличивается скорость движения электрода. Постепенно должна исчезнуть сварочная ванна.
Важно! Работа завершается проверкой прочности соединения и визуальным контролем качества шва.
Правила удержания электрода и присадочной проволоки
Материалы
Сегодня применяется большое количество сплавов алюминия. У каждого есть свои физико-химические особенности. Присадочная проволока для сварки алюминия аргоном должна использоваться своевременно. Если упаковка уже открыта, хранить такие изделия долго нельзя. Окислившись, поверхность присадочной проволоки будет непригодной для сварки алюминия аргоном.
Перед проведением процесса поверхность очищается от посторонних загрязнений. Даже при недолгом пребывании на воздухе, алюминий покрывается пленкой из окиси Al2O3. Такой материал в процессе сварки требует обеспечения защитной среды из инертных газов. Для этого применяется аргон.
Но лучше этот газ использовать в смеси с гелием. Это позволяет достигнуть большей температуры сварочной ванны. Это особенно важно для толстостенных заготовок. В некоторых случаях сварка алюминия производится полуавтоматом без использования аргона, а только гелия.
Также использование смеси газов позволяет получить менее пористый шов.
Настройка аргоновой сварки для алюминия
Настройка процесса сварки алюминия включает следующие действия:
- Настройка сварочного аппарата. На нем устанавливаются такие параметры: баланс тока с установкой полярности (CLEAN WD.), величина сварочного тока (CURRENT), функция заварки кратера (тумблер DOWN SLOPE) или медленное затухание дуги, функция продувки газом (POST TIME) для охлаждения сварной ванны и горелки.
- Настройка электродов. Правильно подбирается диаметр электродов и их вылет из горелки.
- Настройка расхода аргона. Она зависит от диаметра присадочного прутка. При сварке на открытом воздухе расход увеличивается.
Интересное: Методы ультразвукового контроля сварных швов и соединений
При настройке режимов используются соотношения, приведенные в таблице:
| Толщина Al, мм | Сила тока, А | Диаметр электрода, мм |
| до 1 | 30–42 | 1,6 |
| 1,1–1,5 | 46–60 | 2,3 |
| до 2 | 71–80 | 2,3 |
| 3 и более | 90–300 | 3,2–5 |
Настраивать оборудование и режимы необходимо с особой тщательностью. Начинающим сварщикам лучше обратиться за помощью к опытным специалистам.
Инструкция проведения процесса
Аппарат для сварки алюминия аргоном первоначально подает на заготовку «массу». В левую руку мастер должен взять проволоку, а в правую – горелку. При нажатии кнопки на оборудовании включится ток и начнет подаваться газ. Между поверхностью заготовки и электродом возникнет дуга. Она будет плавить присадочную алюминиевую проволоку и край детали. При этом на поверхности начнет появляться сварочный шов.
Для опытного мастера этот процесс не составит большого труда. Для новичка важно будет немного потренироваться.
Этот процесс опробован годами работы большого числа специалистов. Он доказал свою состоятельность и долговечность конечного результата.
Придерживаясь представленной инструкции, а также произведя несколько тренировочных нанесений припоя на пробную заготовку, даже начинающий сварщик сможет выполнить работу довольно качественно.
Техника безопасности
При проведении работ необходимо учитывать наличие электрического тока, яркого свечения дуги, раскаленного металла, который может разбрызгиваться, высоких температур. Сварщик должен надеть специальную маску со световым фильтром синего цвета. Обязательны перчатки, защищающие руки от брызг расплава и одежда, способная защитить от них все тело.
Электрооборудование должно быть надежно защищено. Необходимо использовать устройство защитного отключения и автоматические выключатели. Газовый баллон комплектуется редуктором понижения давления. Перед началом работ необходимо изучить правила техники безопасности и строго их соблюдать.
При сварке алюминия приходится сталкиваться со сложностями, вызванными его специфическими свойствами. Аргонная сварка при правильном подходе, использовании качественных материалов и оборудования обеспечивает надежность соединения.
