Алюминий – один из самых капризных металлов в сварочном деле. Вместе с тем он со своими сплавами является одним из самых популярных металлов. Технологии работы с этим металлом, слава богу, есть. В них нужно разбираться с тем, чтобы выбирать самые оптимальные способы сварки, которые подойдут вам здесь и сейчас.
Трудности в работе с алюминием объясняются его химическими и физическими характеристиками. Этот металл, равно как и его сплавы, уникален: он чрезвычайно легкий на вес, обладает высочайшей тепло- и электропроводностью. Ко всему этому этот металл весьма устойчив к разного рода нагрузкам, в том числе к механическим.
Почему у него такой трудный характер
Если перевести поговорку «большому кораблю – большое плавание» на алюминиевый лад, то она будет звучать так: «уникальным свойствам – уникальные трудности». Уникальностей у алюминия – хоть отбавляй. Трудностей, соответственно, тоже.
Описывать и объяснять лучше по пунктам:
- Главный физико-химический нюанс состоит в комбинации двух весьма неприятных для работы факторов: постоянного присутствия поверхностной окисной пленки и очень высокой температуры плавления этой самой пленки – от 20500°С. При этом нужно заметить, что сам алюминий готов расплавиться при со всем смешной температуре – всего 660°С.
- Этот пункт – уже следствие первого: капли расплавленного жидкого алюминия мгновенно покрываются окисной пленкой, что напрямую мешает формированию сплошного сварочного шва. Решение этой проблемы давно найдено: для изоляции рабочей зоны от воздуха процесс проводят под защитой инертных газов.
- Образование сварочной ванны также затруднено. Здесь играет роль высокая текучесть расплавленного алюминия. И эта проблемы решена технически: это применение специальных подкладок, которые отводят тепло.
- В дополнение ко всем этим бедам алюминий содержит водород, который стремится выйти наружу при остывании металла в конце процесса. Это сказывается на сварочном шве – в нем образуются поры и трещины. Трещины имеют еще одно объяснение: в сплавах алюминия всегда много кремния, а он способствует их образованию.
- Высокий коэффициент линейного расширения алюминия способствует его расширению при высоких температурах и, соответственно, усадке при остывании. Это приводит к значительной деформации многострадального сварочного шва.
- Высокая теплопроводность алюминия заставляет применять при работе с ним довольно высокие значения сварочного тока.
- Существует множество марок чистого металла и его сплавов. Часто случается, что определить конкретную марку бывает затруднительно, что приводит к дополнительным трудностям с выбором режима и расходных материалов.
Методы сварки алюминия и его сплавов
Таких методов несколько, они предполагают самые разные расходные материалы и оборудование типа флюсовых гранулированных смесей, инертных газов или специализированных электродов.
Самые популярные способы сварки алюминия следующие:
- AG TIG – аргонодуговая сварка алюминия в защитном облаке инертных газов с использованием неплавящихся вольфрамовых электродов.
- DC MIG – полуавтоматический метод с автоматической подачей присадочной проволоки в среде инертных газов.
- MMA – использование специальных электродов с различными покрытиями.
По техническим сравнительным характеристиками самым оптимальным методом является холодная сварка для алюминия TIP TIG. В сравнении с другими методами TIP TIG имеет прекрасные показатели практически по всем пунктам:
- высокая скорость процесса;
- высокий уровень производительности процесса наплавки – до 3,6 кг\час;
- возможность варить металл с толщиной кромки свыше 2,5 мм;
- ненужный затратный процесс очистки от шлака и брызг металла;
- низкая загазованность процесса;
- не требуется высокой квалификации сварщика, холодная сварка алюминия очень демократична.
При выборе самого эффективного метода соединения алюминия нужно помнить, что придется иметь дело со злополучной поверхностной оксидной пленкой: в любом случае ее необходимо разрушить. Для выполнения этой обязательной задачи нужно использовать только постоянный ток обратной полярности.
В этом случае работает эффект так называемого катодного распыления, которое является грозным убийцей нашей тугоплавкой оксидной пленки.
Постоянный ток прямой полярности в сварке алюминия никак не работает: при этой комбинации не образуется катодное распыление.
Подготовка и еще раз подготовка
Подготовка алюминия к сварке – дело ответственное и обязательное к исполнению. Условия и требования к предварительным этапам работы с данным металлом намного строже, чем с другими металлами. Особое внимание уделяется обработке кромок свариваемых деталей.
Подготовительные этапы следующие:
- Все металлические поверхности свариваемых заготовок, включая присадочную проволоку, тщательно очищаются от любых загрязнений, масел или жиров. Сюда также входит обезжиривание поверхностей с помощью ацетона, авиационного бензина или других растворителей.
- Когда это необходимо, нужно произвести разделку кромок свариваемых металлических заготовок. Если метод не включает использование электродов с покрытием, разделка кромок обязательна при толщине деталей больше 4-х мм. В случае применения покрытых электродов такая разделка нужна лишь при толщине деталей свыше 20-ти мм. При варианте сварки тонких алюминиевых листов с толщиной менее 1,5 мм применяется специальная отбортовка торцов деталей.
- Удаление оксидной пленки с поверхности заготовок с помощью напильника или металлической щетки, сделанной из нержавейки. Пленку нужно удалить на ширине не менее 25 – 30 мм.
- Если сварка алюминия производится в домашних условиях, оксидную пленку можно удалить с использованием химических веществ типа бенз
Метод сварки алюминия с помощью покрытых электродов
Это самый распространенный метод работы с алюминием в домашних условиях. Во-первых, к качеству сварочных швов в данной ситуации предъявляются не такие уж жесткие требования. Во-вторых, из всех приемлемых метод этот самый безопасный.
У этой технологии есть свои недостатки:
- Главный из них – это жесткий лимит на толщину свариваемых деталей: с его помощью можно варить заготовки не толще 4-х мм.
- Значительная пористость сварочного шва и, как результат, его низкая прочность.
- Высокая степень разбрызгивания металла во время сварки.
- Возможная коррозия на поверхности сварочного шва из-за сложного и, возможно неполного удаления шлаковой корки.
С помощью покрытых электродов можно варить изделия как из чистого металла, так и из его различных сплавов. Самыми используемыми и распространенными марками электродов с покрытием являются УАНА и ОЗАНА, с которыми можно работать в сварки всех сплавов с алюминием.
Внутри линеек этих марок есть свои нюансы. Электроды, к примеру, ОЗАНА – 1 используются для сварки заготовок из чистого алюминия, а ОЗАНА – 2 предназначены для очень узкого сочетания с кремнием.
Процесс сварки с покрытыми электродами проводится с помощью постоянного тока на обратной полярности. Эту особенность следует учитывать при выборе сварочного оборудования. К критериям выбора также относится сила сварочного тока, которая зависит от диаметра электрода и которую несложно рассчитать: на 1 мм диаметра сварочного электрода нужно около 30 А постоянного тока.
Если нужно варить алюминиевые заготовки средней или большой толщины, применяется предварительный нагрев металла. Это делается с помощью газовой горелки. Прогревание – важнейший технологический этап со своими правилами. Если кромки заготовок очень толстые, прогревание проводится локально – в месте будущего соединения.
Температура прогревания зависела от толщины металла, температурный диапазон нагревания был очень широким: от 250°С до 4000°С. Охлаждение металла должно быть медленным, это позволяет сделать проплавку эффективно даже с использованием тока небольшой величины.
При соблюдении этих правил минимизируются возможные дефекты сварочного шва: его деформация и кристаллизационные трещины.
Скорость сварки алюминия всегда высокая из-за быстрого расплавления этого металла. В таких условиях становится особенно важным соблюдение непрерывности сварочного процесса: он должен выполняться с использованием одного электрода. Если это не получается, дуга обрывается, что приводит к образованию в кратере шлаковой корки и невозможности повторного поджига.
Выше уже писалось, что удаление шлаковой корки – одна из классических трудностей сварки алюминия. Эту корку следует удалять немедленно с последующей промывкой сварочного шва горячей водой и обработкой металлической щеткой для удаления самых мелких частиц шлака.
Метод сварки алюминия с электродами с покрытием применяется в домашних и кустарных мастерских. Сварка алюминия электродом в домашних условиях не требует специального дорогого оборудования или расходных материалов, проста в исполнении и не требует высокой квалификации сварщика. Но и ответственные работы с помощью этой технологии лучше не выполнять.
https://www.youtube.com/watch?v=3NRlG7CKUE0
Варим алюминий под защитой инертных газов
Сварка алюминия в среде аргона и других защитных газов также весьма популярна, но в большей степени среди профессионалов и в промышленности, хотя в домашних условиях ее тоже можно применять.
Данному методу вполне можно обучиться самостоятельно, в особенности учитывая множество обучающих видеороликов в сети интернета под шапкой «сварка алюминия аргоном для начинающих». Сварочные швы при технологии сварки алюминия и его сплавов прочны, надежны и имеют отличный внешний вид. Кроме того, с помощью этого метода возможна сварка алюминия со сталью.
Здесь тоже применяются электроды, но совсем другого рода: они неплавящиеся и сделаны из вольфрама. Среди инертных защитных газов популярнее всего гелий или аргон, который дешевле гелия и является чемпионом по использованию в сварке. В сварке стали с алюминием используется только аргон.
Борьба с оксидной поверхностной пленкой в данной технологии проводится несколько иным способом. Сварочная дуга подпитывается от источника переменного тока. Режимы работы разные, они определяются по специальным таблицам в зависимости от типа шва и, главное, толщины свариваемых заготовок.
Калибр вольфрамового электрода, равно как и присадочного прутка, также относится к режиму сварки в числе силы сварочного тока, скорости подачи инертного газа и так далее.
Если продолжить говорить о самостоятельном обучении аргонно дуговой сварке алюминия, то необходимо запомнить следующие несложные правила:
- Важнейшие факторы успеха сварки в инертных газах – методы и качество подачи расходных материалов. К ним относятся присадочный пруток и сам защитный газ. Присадочный пруток лучше всего представить кистью художника, которой вы пишете картину маслом. Что это значит: самым кончиком прутка прикасаются к краю сварочной ванны, а затем отводят назад и вверх. Особенность процесса – то, что поперечные движения прутка ни в коей мере не нужны в отличие от сварки других металлов.
- Подача защитного газа – следующий важнейший фактор успешной сварки алюминиевых сплавов. Газ нужно подавать в зону сварки заранее – примерно за 3 – 5 секунд до начала. Выключение подачи газа соответственно проходит через несколько секунд после окончания процесса – обрыва дуги. Скорость сварки и расход защитного газа – два параметра, за которыми нужно следить самым внимательным образом: они оказывают самое прямое влияние на качество сварочного шва. Если расход газа будет выше, чем это нужно, защита зоны сварки ухудшится – в нее будет засасываться лишний воздух. И наоборот, если скорость соединения будет высокой, а газа в это время будет не хватать, защита от воздуха также будет нарушена.
- Длину электрической дуги нужно соблюдать точно, она должна находиться в пределах 1,5 – 2,5 мм.
- Между электродом из вольфрама и присадочным прутком угол должен составлять 90°.
- А вот угол между электродом и металлической свариваемой поверхностью должен составлять не больше 80°.
- Последовательность в процессе сварки должна быть только такая: сначала идет присадочный пруток, только затем двигается газовая горелка. Именно такой порядок обуславливает надежную защиту шва.
- Для снижения риска прожога тонких деталей или перегрева заготовок под зоной сварки размещают медный или стальной радиатор.
https://www.youtube.com/watch?v=Nu_Yopf7z44
Полуавтоматическая сварка алюминия
Импульсные полуавтоматы – отличные аппараты с высокой эффективностью в работе с алюминием и его сплавами. Борьба с оксидной пленкой в данном случае проводится по-своему: она попросту разбивается за счет импульса высокого напряжения. Этот импульс вводит в сварочную ванну элементы расплавленного металла от плавящегося электрода.
Это очень продвинутый метод с точки зрения физики процесса. Сварные швы выходят очень качественными – надежными и высокой эстетики.
Импульсные полуавтоматы – оборудование довольно дорогое, поэтому этот вид сварки алюминия в домашних условиях используется относительно редко. Хотя встречаются самодеятельные мастера, которые переделывают обычные аппараты и с успехом проводят полуавтоматическую сварку алюминия в домашних условиях.
Если же сравнивать друг с другом метод с вольфрамовыми электродами и полуавтоматический метод с точки зрения качества сварочного шва, то у швов после сварки с электродами из вольфрама качество выше, чем после полуавтоматической технологии.
Полуавтоматическая технология имеет свои особенности:
- Для данного метода подходит только постоянный ток обратной полярности.
- Присадочная проволока подается в зону сварки по рукаву. Если она из алюминия и мягкая, то при подаче через рукав могут образовываться петли. Для предотвращения этой беды лучше использовать специальную роликовую систему и рукав покороче с тефлоновым вкладышем внутри.
- Алюминиевую проволоку нужно подавать с большей скоростью, чем стальную из-за того, что алюминий быстро плавится.
- Алюминиевая проволока имеет высокий коэффициент расширения, поэтому при нагреве может увеличиться в объеме и застрять в подающем устройстве. Чтобы этого не происходило, нужно применять специальные наконечники с большим диаметром.
Помимо писанных выше методов для сварки алюминия существуют и другие технологии. Одна из таких – контактная сварка алюминия, которая в домашних условиях практически не выполняется, так как требует и специальных знаний, и опыта, и дорогого специального оборудования.
Автоматическая точечная сварка алюминия с применением специальных биметаллических колпачков также относится к контактной технологии.Холодная сварка алюминия также в домашних мастерских применяется редко. Ее принцип – сжатие деталей из алюминия под очень высоким давлением, чего пресловутая оксидная пленка не выдерживает.