Три основных способа сварки алюминия

Сварка алюминия — технологии, особенности, выбор оборудования

Алюминий – удивительный металл, обладающий высокой электрической и тепловой проводимостью, обладающий малым весом, легко поддающийся литью и механической обработке, при этом достаточно прочный, стойкий к коррозии.

Благодаря такому списку достоинств этот металл используется во многих сферах, например в металлургии, для изготовления украшений, в пищевой промышленности, в военной сфере и многих других областях. Увы, не все так гладко, один из наиболее неприятных недостатков металла – трудная свариваемость изделий.

Многие судят о способностях сварщика именно за способность качественно сварить алюминий. Так что давайте рассмотрим, как выглядит технология сварки алюминия, какой для этого нужен сварочный аппарат для сварки качественных швов и другие нюансы?

Особенности сварки алюминия

Все же почему алюминий так трудно варить? Существует целый ряд особенностей этого металла, которые в той или иной степени препятствуют его повторной обработке привычными техниками:

1.  Окисная пленка. Подобный слой присутствует на множестве металлов, однако окислы алюминия обладают очень высокой температурой плавления. Если в нормальных условиях подобный сплав начинает плавиться при 560+С (некоторые сплавы по ГОСТу при 660), то окислы выдерживают до 2000С и только при такой высокой температуре поддаются плавлению;
2.  Легкая окисляемость. Металл настолько активно вступает в реакцию с воздухом, что даже капли расплавленного метала способны окислятся и препятствовать полноценному смешиванию сплава;
3. Высокая теплопроводность. Отличное свойство, которое при сварке подразумевает использование рабочих токов выше на 1.5 раза в сравнении со сталями ;
4.  Высокая жидкотекучесть. Свойство, которое затрудняет полноценный контроль сварочной ванны и подразумевает применение специальных теплоотводящих средств;
5.  Высокая степень усадки. Приводит к тому, что при остывании обрабатываемый участок может в значительной мере деформироваться ;
6. Образование трещин и пор. Металл и его сплавы, имеет ряд технологических особенностей приводящих к дефектам, которых можно избежать в условиях производства и очень трудно избежать при сварке. К примеру, содержащийся водород провоцирует образование пор, что ослабляет шов.

Газовые поры в сварном шве

Итого имеем металл, шву которого при сваривании чрезвычайно сложно придать хотя бы исходных характеристик метала, не говоря об их улучшении. На практике получаем, что сварной шов на алюминии всегда хуже, чем сам сплав.

Плюс к описанным недостаткам добавляются еще и особенности тех или иных сплавов, которые в ряде случаев невозможно обработать без должной технической подготовки. Однако для справедливости стоит сказать, что если вам попался сплав отличающийся от ГОСТа с высоким электрическим сопротивлением, то его обработка будет немного легче.

Рекомендуем!   Виды контактной сварки

Подготовка деталей под сварку

Как и любой другой металл алюминий перед работой следует подготовить. Этот процесс может быть выполнен одним из двух способов:

1. Первый – химическая обработка. Прежде всего это обезжиривание растворителем. Следом идет травление, с применением щелочи в концентрированном виде. Норма вещества – 50 г/л NaOH, время воздействия до 2-х минут. После металл промывается холодной водой. Последним идет пассирование HNO3,для этого на изделие воздействуют 30% раствором также в течение 2-х минут. Следом снова идет промывка холодной водой и наконец сушка. Сварка дюралюминия нередко включает предварительную химическую обработку.
2. Второй – механическая чистка. Для этого способа подходит шлифовальная машина с щеткой из стальной проволоки. После такой чистки поверхность обезжиривается растворителем или ацетоном.

Зачистка алюминия металлической щеткой

Выбор того или иного метода зависит прежде всего от ваших возможностей и от того какие способы сварки алюминия будут применены.

К примеру, изделия с высокой степенью загрязнений в ряде случае более уместно подготавливать с помощью механической техники чистки (сварка алюминиевых труб), ведь для химической обработки понадобится слишком много дорогостоящих реактивов.

С другой стороны для подготовки изделия со сложной геометрией, работа с щеткой может отнять слишком много времени и быть не обоснованной.

Способы сварки алюминиевых сплавов

Варить алюминий и его сплавы можно различными методами, среди которых самыми распространенными  являются следующие:

Разнообразие методов и технологий позволяет сделать оптимальный выбор техники и режимов сварки, которые определяются размерами заготовок, маркой сплава, толщиной изделий, пространственным положением деталей, типов швов и других факторов.

Сварка в среде аргона является самым востребованным методов в соединении этого металла. Процесс сварки с помощью электродов по алюминию имеет много нюансов, и его использование оправдано в редких случаях.

Процессы сварки алюминия в этих способах  происходят за счет энергии сварочной дуги, поэтому называются дуговыми. Однако и они не лишены недостатков и определенных нюансов.

Проблемы использования дуговых технологий

Связаны они с некоторыми ограничениями использования электрической дуги и особенностями  алюминия.Среди них можно отметить:

• низкая производительность при сварке толстого металла;
• высокие требования к подготовке основного и присадочного материала
•  повышенная дефектность сварных швов.  Образование горячих трещин, включений оксидной пленки.
• характеристики сварочного шва уступают по прочности основному металлу.
• трудоемкость изготовления объемных конструкций, где предполагается сварка в различных пространственных положениях

Если какие-либо из этих пунктов вызывают определенные неудобства или недостаточное качество сварочного шва, возможно применение иных технологий, о которых мы поговорим ниже.

Плазменная сварка алюминия

Первый способ сваривания, который помогает обходить или игнорировать большую часть недостатков алюминиевых сплавов – плазменная сварка алюминия. Существует два вида данной технологии – автоматическая и ручная.

Автоматическая сварка с подачей присадочной проволоки проводится для изделий толщиной до 8 мм, в некоторых случаях использование высокотехнологичных современных устройств позволяет увеличить толщину до 16 мм.

Плазма позволяет сваривать изделие при температуре 30 тысяч градусов Цельсия, позволяя избежать окислов, трещин и других дефектов.

С другой стороны металл может подвергаться перегреву, именно поэтому используются специальные теплоотводящие пластины.

Плазменная сварка на подкладке

Из недостатков стоит отметить наличие канавки в месте шва, которая в ряде случаев убирается путем наплавления.

С другой стороны данный дефект удаляется для ответственных конструкций, где подобная особенность является изъяном в прочности конструкции.

Ручная плазменная сварка эффективно используется для изготовления конструкций из алюминиевых сплавов, а также для ремонта ряда изделий бытового назначения и механизмов и устройств небольших промышленных объектов. Качество работ и область применения полученной технологи напрямую зависит от выбранного аппарата.

Аппарат для сварки алюминия или плазмотрон из премиум категории способен обработать изделия толщиной до 16 мм.

Не менее важным является и другие технологические особенности, вроде предварительной подготовки металла, соответствия электросети сварочному аппарату и так далее.

Но при должном подходе на выходе получаем изделие с бездефектными швами, качества которых не уступает основному металлу.

Контактная сварка алюминия

Следующий способ получить качественный шов при работе с алюминием – точечная сварка алюминия. Она проходит на высокой плотности тока – 15 тысяч Ампер на квадратный сантиметр. В таких условиях металл плавится за тысячные доли секунды и практически мгновенно застывает. Это позволяет избежать внутренних дефектов и сохранить основные свойства ремонтируемого изделия.

Контактная сварка позволяет работать с изделиями, толщиной до 7 мм.Из недостатков стоит отметить возможность сваривания детали и электрода. Чтобы этого избежать применяются специальные прокладки, которые отводят тепло от электрода.

Их толщина может варьироваться в пределах 0.2 – 0.5 мм. В современных сварочных аппаратах для сварки алюминия, для повышения качества работ применяют технологии ускорения импульсного действия тока.

Продолжительность сварки снижается, при этом сварочные токи увеличиваются.

Рекомендуем!   Сварка полуавтоматом нержавеющей стали

Газовая сварка алюминия

Еще один способ сварить алюминий – использовать газовую сварку.

Качественный результат можно получить исходя не из того, какое есть оборудование для сварки, а из опыта сварщика. Так же следует учесть, что метал после газовой сварки в месте шва сохраняет остаточное напряжение, которое приводит к деформации, поэтому следует очень точно подбирать мощность пламени.

Для защиты сварочной ванны от действия кислорода воздуха применяются защитные флюсы. Перед сваркой присадочную проволоку просто обмазывают слоем этим защитным составом.

Присадочный пруток обрабатывают флюсом

Каждый режим сварки алюминия подразумевает свой длинный перечень требований к технологическому процессу. Он  регулируется установленными нормами и прописан в ГОСТах, в нем отражены следующие моменты:

• характеристика проволоки. Важно учесть ряд характеристик присадочной проволоки, например отношение толщины припоя и толщины металла, данные соответствия можно найти в ГОСТах. Помимо диаметра сварочная подбирается исходя из марки, которых на данный момент представлено 11. ГОСТ регулирует и толщину проволоки от 0.8 до 12 мм с шагом 0.2 – 1 мм. Наконец проволока должна быть идеально ровной, не иметь внешних дефектов и поставляться в специальных бухтах весом до 40 кг;
• тип соединений – стыковые со скосом, без скоса и соответствующая разделка кромок;
• пространственные положения при сварке;
• зазоры соединений;
• предварительная подготовка алюминия к сварке – механическая и химическая обработка свариваемых деталей, основной технологический процесс;
• флюсовая обработка алюминиевых конструкций;
• расход ацетилена – отношение толщины свариваемого металла и соответствующие нормы расхода ацетиленового газа.

Заключение

Алюминий очень привередливый к сварке металл, неопытность и незнание технологии может напрочь отбить желание работать с этим материалом. Рассмотрев различные способы и методы сварки, вы сможете определиться какой подойдет именно вам и позволит добиться желаемого результата.

Источник: https://svarkagid.ru/tehnologii/chem-i-kak-svarivayut-alyuminij.html

Способы и технологии сварки алюминия в домашних условиях

Процесс сваривания алюминия весьма трудоемкий. Это обуславливается характеристиками цветного металла. Разрабатываются специальные режимы, позволяющие надежно скреплять алюминиевые изделия и его смеси. Разберемся в вопросе, как варить алюминий.

Область использования

Алюминий – немагнитный материал, поэтому его смеси обладают необычными характеристиками: легкой массой деталей, высокими показателями проводимости энергии любого типа, стойкостью к механическим воздействиям.

Сплавы из алюминия применяют в сварочных устройствах разного предназначения, так как имеют массу полезных качеств: небольшую плотность, повышенную стойкость к коррозионным процессам и высокую удельную прочность.

Цветной металл в чистом виде очень хрупок, поэтому его применяют лишь в отдельных секторах промышленности. Как известно, он широко используется в качестве полупроводников.

Особенности варки алюминиевых деталей

Сваривать алюминий сложно, ввиду его характеристик. Основные особенности сварки алюминия:

• На поверхностном слое металла всегда пребывает оксидная оболочка. Температура плавления окиси составляет 2037 градусов, а самого цветного элемента в три раза меньше, около 660 градусов Цельсия.
• Металл легко окисляем, поэтому чтобы сварить его нужно защитить рабочую область от вредного воздействия воздуха.
• Обильно растекается в рабочей зоне. Поэтому возникает нужда использования подкладок, отводящих тепло от свариваемой области.
• Шов не всегда получается крепким, так как в нем могут появиться трещины и поры. Возникновению пор в металле способствует газ, который растворен в нем, и он стремится выйти в атмосферу. Появление трещин присуще алюминиевым сплавам, вследствие высокого содержания кремния при охлаждении металла.
• Склонность к значительной усадке.
• Из-за чрезмерной теплопроводности металлического элемента появляется необходимость использования повышенного показателя сварочного тока.

Приведены главные особенности сварки алюминия, но их гораздо больше. Поэтому металл считают капризным элементом и заварить его проблемное дело.

Методы сварки алюминиевых деталей

Для осуществления процесса предусмотрены разные способы сварки алюминия, например, использование различных составов и приспособлений, особых элементов для ограждения сварочной области.

Под особыми средствами, как правило, подразумеваются флюсы и неактивные газы. Флюс – порошкообразное вещество, разбавляется водой до получения состояния, напоминающего сметану, и намазывается на скрутки кистью либо методом погружения.

Порошок способен избавить металл от окисного слоя и предотвратить залипание угольного электрода.

Самыми популярными вариантами варки алюминия дома и в производственных условиях считаются:

• сварка алюминия электродом, используя сферу неактивных газов (метод AC TIG);
• полуавтоматическое сваривание металла в области инертных газообразных веществ с автоматической подачей присадочного прутка (DC MIG – технология сварки алюминия);
• применение плавких электродов, окруженных оболочкой-флюсом без газа и использования газообразных веществ (MMA-вариант)

Главным условием варки цветного элемента и его смесей считается потребность удаления слоя пленки с его металлической поверхности. Чтобы выполнить разрушение слоя, нужен переменный либо ток постоянного типа, но обратной полярности. Как итог, осуществляется катодное распыление, а оксидная оболочка разрушается.

Процесс сваривания алюминиевых деталей в домашних условиях

Возникают ситуации, когда появляется острая необходимость соединения трудно свариваемых металлов дома и поэтому возникает закономерный вопрос, как сварить алюминий в домашних условиях либо просто как варить вообще? Человеку приходится часто с ними сталкиваться, так как многие хозяйственные принадлежности выполнены из алюминия либо его смесей.

Но возникает одна проблема, сложно создать нужные условия для того, чтобы сварка электродами по алюминию была аналогичной той, как на производственном объекте. Поэтому качество соединения может пострадать. Обычно дома осуществляется примитивное сваривание металла, то есть сварка алюминия в домашних условиях инвертором.

Приспособление применяется для аргонодуговой варки.

Сварка алюминия дома характеризуется рядом полезных показателей:

• Экономия средств, особенно если имеется в наличии соответствующее оборудование;
• Мгновенный результат. Качество шва определяется сразу;
• Применение подручных элементов.

Дефекты сваривания деталей в домашней среде. Среди изъянов работы выделяют:

• низкокачественный шов;
• сложность подборки подручных материалов;
• трудности соблюдения личной безопасности при работе с газообразными веществами;
• нет нужных условий для хранения электродов для сварки алюминия.

Подготовка металлических поверхностей к сварке

Подготовка алюминия к сварке предполагает ряд операций:

• Химическая обработка. Необходимо зачистить рабочие металлические поверхности от загрязнений, в виде жирового и масляного налета. Для обезжиривания деталей применяют технические растворители, например, ацетон или уайт-спирит. Кроме растворителей широко применяется травление в щелочных ваннах. Норма щелочи – 50 г/л, время воздействия 60-90 секунд. После щелочной обработки детали промываются водой. После этого следует операция осветления, для этого заготовку выдерживают в растворе азотной кислоты до 2 минут. Далее следует вновь промывка, и обдувка горячим воздухом.
• Механическая очистка поверхностей (кромок) заготовок. Для этой операции потребуется шлифовальный аппарат с насадкой-щеткой из стальной проволоки или обычный напильник. После подобной чистки поверхность обезжиривается техническим растворителем.

Ручная дуговая электросварка электродами со специальным покрытием (технология MMA)

Электродуговую сварку алюминия используют для создания обычных (неответственных) конструкций с толщиной металла не менее 4 мм. У этого метода сваривания имеется ряд минусов: низкокачественный шов, обильное разбрызгивание металла в период работы, низкая отделяемость шлака, в результате чего возможно возникновение процесса ржавления.

Электродами со специальными покрытиями сваривают как чистый цветной металл, так и его смеси, например, дюралюминий. В настоящее время выпускаются электроды марок УАНА и ОЗАНА, взамен устаревших моделей ОЗА.

Соединение легковесных металлических поверхностей осуществляется постоянным током с обратной полярностью. На 1 мм электрода принимается ток в 25 ампер.

Этот прогрев и последующую операцию охлаждения делают для того, чтобы избавиться от возможности появления кристаллизационных трещин, а также уменьшить деформации материала.

Для сваривания объемных изделий целесообразно применять локальный нагрев рабочей области.

По окончании работы, следует избавиться от ненужных остатков со шва. Для этого металлическую поверхность следует обмыть горячими водными массами и обработать щеткой по металлу.

Сваривание неплавящимся электродом в среде аргона (AC TIG способ)

Сварка электродом – самая популярная процедура, так как она используется для создания конструкционных форм. К расходным элементам предъявляются особые требования в прочностных составляющих.

Электроды для сварки алюминия здесь специальные – используются вольфрамовые стержни 1,6 – 5 мм, выдерживающие температуру в 3 тысячи градусов по Цельсию, а присадочная проволока с поперечником 1,6 – 4 мм. Эти вольфрамовые стержни почти не расходуются, так как только принимают участие в генерации электродуги.

Присадочным элементом выступает алюминиевый пруток. Защитными газами являются гелий либо аргон с высоким уровнем чистоты.

Питание дуги происходит от источника с переменным током, способного качественно удалить оксидную оболочку. Главные параметры, а именно поперечник электрода и прутка, численная величина сварочного тока – все зависит от применяемого оборудования.

Параметры сварочной области должны находиться на минимальном уровне. Скорость процесса сваривания электродом по алюминию зависит от расхода неактивного газа.

Если газ используется в чрезмерных количествах, то это приводит к нежелательным последствиям, а именно попадания в рабочую область воздуха.

Стоит отметить, что подача газа (аргона) осуществляется за 4 секунды до зажигания дуги, а отключается через 7 секунд после ее разрушения.

Полуавтоматическое сваривание алюминия (DC MIG технология)

Наиболее эффективным способом сваривать легковесный металл считается импульсное оборудование, так как оно более производительное.

Возникающий всплеск высокого напряжения быстро разрушает оксидную оболочку, затем он моментально стремится к базовому значению. Каждая частица расплава металлического стержня (электрода) вгоняется в сварочную зону.

Благодаря этой «забивке» создается высококачественный шов. Так получается точечная сварка алюминия.

По принципу действия технология сварки полуавтоматическим устройством не отличается от стандартного режима варки стали. Но существуют некоторые аспекты технического характера:

• Алюминий и смеси, недопустимо варить током с прямой полярностью, только противоположным вариантом.
• Алюминиевый пруток мягче стального прутка, отчего может создавать петли. Чтобы исключить это, необходимо обзавестись специальным устройством подачи с 4 роликами, маленьким рукавом и вкладышем из тефлона.
• При нагреве цветной металл расширяется сильнее, нежели сталь, поэтому возможно возникновение ситуации, когда проволока застрянет в наконечнике подающего механизма. Чтобы подобных казусов не возникало, нужно использовать особые наконечники с маркировкой Al или стандартные модели, но с увеличенным диаметром.
• Сопоставив проволоку для сварки из алюминия и стали, то пруток из цветного металла плавится интенсивнее. Поэтому следует обеспечить ускоренный темп подачи. В противном случае необходима частая замена наконечника.

Специальные материалы, инструменты и практические рекомендации

Процесс соединения деталей требует определенных навыков и зависит от выбранного метода сварки. Среди средств, необходимых для оптимальной работы варки алюминия дома, выделяют:

• Сварочное оборудование. Устройство становится основным источником питания, которое обеспечивает нужную подачу тока.
• Электроды или присадочная проволока. Выбранные элементы должны соответствовать выбранному способу сваривания.
• Газовый баллон с соединительными шлангами.
• Заземление для электрооборудования;
• Технические средства защиты.

При сварке алюминия следует руководствоваться некоторыми условиями:

• проволока и электрод – под углом 90 градусов;
• подача присадки проводится возвратно-поступательными манипуляциями;
• недопустимы поперечные колебания вольфрамового электрода;
• выдерживание дуги длиной от 1,5 до 2,5 мм;
• сварка тонкого алюминия осуществляется с подкладкой из стали или меди для отвода тепла и исключения прожогов;
• процесс сваривания происходит справа налево.

Техника безопасности

Проводить сварку алюминия дома достаточно небезопасно. В домашних условиях опасность возникновения травмоопасных ситуаций находится на высоком уровне. Необходимо придерживаться инструкций по газобезопасности и электробезопасности.

Сварка алюминиевых деталей предполагает защиту самого работника. Необходимо применение полной экипировки сварщика (роба, маска) и некоторых других вспомогательных средств персональной защиты.

Перед тем как начать работы соединения алюминия своими руками следует ознакомиться с видео, в котором рассказываются базовые правила работы с держателем и оборудованием.

Источник: https://oxmetall.ru/svarka/sposoby-i-tehnologii-svarivaniya-alyuminiya-v-domashnih-usloviyah

Сварка алюминия: условия, оборудование, пошаговое описание и рекомендации

Алюминий – один из самых распространенных цветных металлов, который используется не только на промышленных предприятиях, но и в бытовых условиях. Однако алюминиевые сплавы, без сомнения, считаются проблемными металлами для проведения сварочных работ.

Особенности соединения алюминиевых деталей часто вызывают определенные сложности у начинающих сварщиков. Но если внимательно изучить условия сварки алюминия, необходимое оборудование, а также рекомендации опытных специалистов и пошаговое описание технологического процесса, то можно самостоятельно осуществить сварку алюминиевых сплавов в домашних условиях.

Многие характеристики цветных металлов препятствуют созданию прочного и надежного соединительного шва. Сварка алюминия и его сплавов не является исключением, здесь также важно учитывать целый спектр особенных свойств этого материала.

Основными особенностями надежного соединения деталей из алюминия являются:

1. Температура плавления самого металла – 660℃, в то время как оксидная пленка, которая всегда присутствует в процессе сварки, плавится при температуре около 2000℃.
2. Серьезной проблемой является создание сварочной ванны, так как алюминий в расплавленном состоянии обладает высокой текучестью. Поэтому сварка алюминия в домашних условиях требует использования специальных приспособлений, которые способны эффективно отводить тепло из зоны соединения.
3. Оксидная пленка моментально покрывает капли расплавленного металла и существенно препятствует формированию надежного, сплошного сварочного шва. Для предотвращения этого недостатка в процессе сварки алюминия и его сплавов необходимо применять защитный газ, который обволакивает сварную зону и препятствует взаимодействию металла с воздухом.
4. Растворенный водород, который входит в химический состав алюминиевых сплавов, стремится выйти в атмосферу. Этот процесс приводит к образованию кристаллизационных трещин и воздушных пор при сварке.
5. Процесс соединения материала необходимо осуществлять при больших величинах тока, так как он имеет высокую теплопроводность.
6. Высокий коэффициент линейного расширения способствует значительной усадке металла при застывании.
7. Метод выполнения сварки алюминия и режим соединения очень затруднены тем, что трудно визуально определить марку металла.

Трудности, возникающие при сварке

Во время проведения сварочных операций любой металл существенно нагревается и способен изменять свой цвет.

Именно такое свойство поведения меди или железа помогает опытному сварщику определить качество соединительного шва и произвести необходимые регулировки температуры нагрева.

В случае с алюминием изменения цвета под влиянием высокой температуры не происходит, что мешает даже опытному специалисту оценить результат работы.

Негативное воздействие на условия сварки алюминия оказывает присутствие на его поверхности окислов, которые приводят к интенсивному газообразованию и делают соединение пористым.

Так как алюминий быстро нагревается, то приходится постоянно контролировать длительность термического воздействия на свариваемые поверхности. Превышение периода нагрева приводит к возникновению трещин и деформации изделия.

Достоинства и недостатки алюминиевого соединения

Несмотря на все сложности процесса сварки алюминия в домашних условиях, существуют и некоторые достоинства такого соединения. К ним можно отнести:

• значительную экономию финансовых вложений, при наличии необходимого оборудования;
• возможность применения дополнительных подручных приспособлений;
• быстрое выполнение соединения, которое легко контролировать;
• незначительные требования к качественным показателям сварного шва.

Наряду с достоинствами, существуют и определенные недостатки сварки алюминия:

• сложность применения передовых современных технологий в домашних условиях не позволяет добиться соединения высокого качества;
• большие проблемы с правильным выбором присадочного материала;
• соблюдение правил техники безопасности затруднено одновременным использованием газа и электрической энергии;
• трудность создания правильных условий хранения электродов;
• методы контроля качественного соединения затруднены по многим параметрам.

Технологический процесс сварки

При работе с цветными металлами, в частности с алюминиевыми изделиями, сварщик должен строго выполнять основные этапы процесса сварки, которые включают:

1. Подготовительный этап очистки поверхности соединяемых деталей.
2. Прогрев места сварки до температуры 150℃.
3. Настройка аппарата для сварки алюминия на оптимальный режим работы.
4. Этап возбуждения дуги полностью зависит от метода сварки.
5. Формирование сварочной ванны необходимо осуществить за несколько секунд до соединения. Визуально в зоне нагрева должно появиться пятно зеркального вида.
6. Сваривание деталей происходит после подачи присадочного материала в сварочную ванну.
7. Дуговая сварка алюминия происходит при использовании постоянного тока обратной полярности.

Механический способ очистки поверхности

Предварительная подготовка свариваемых кромок является залогом надежного и качественного соединения алюминиевых деталей.

Очистка механическим способом осуществляется с помощью:

• шабера;
• мелкозернистой наждачной бумаги;
• специальными проволочными щетками из металла.

Использование наждачной бумаги во многих случаях приводит к загрязнению поверхности мелкой крошкой, поэтому такой метод может применяться только в непредвиденных ситуациях.

Наиболее эффективно использование специальных щеток из проволоки из нержавеющей стали диаметром до 0,15 мм.

Не рекомендуется применение различных насадок для дрели или болгарки, так как они способствуют проникновению кислорода к месту соединения.

Химический метод очистки

Разрушить оксидную пленку можно и химическим способом. Для этого поверхность свариваемых деталей необходимо обработать следующим составом:

• 50 грамм технического едкого натра;
• 45 грамм фтористого натрия;
• один литр воды.

Таким составом нужно произвести травление металла в течение одной минуты. Материалы, очищенные химическим способом, защищены от оксидной пленки на 3–4 дня, при этом обработке подлежит и присадочный пруток.

После травления детали промывают водой и проводят осветление поверхности азотной кислотой (2 мин).

Способы сварки алюминиевых изделий

Процесс сварки алюминия осуществляется с применением различных приспособлений и составов, призванных в первую очередь защитить место сварки от неблагоприятного воздействия окисной пленки. Под такими защитными средствами подразумеваются неактивные газы и флюсы.

Именно от использования защитных компонентов и зависят методы соединения алюминия:

1. Сварка электродом с использованием защитного неактивного газа (TIG–сварка).
2. Соединение полуавтоматическим аппаратом для сварки алюминия в зоне действия инертного газа с автоматической подачей присадочной проволоки (MIG–технология).
3. Использование плавких электродов с порошкообразным флюсом без применения газообразной защиты (MMA–сварка).

Особенности сварки полуавтоматом

Несмотря на высокую эффективность, такой метод используется в домашних условиях не очень часто. Виной этому довольно высокая цена сварки алюминия, вернее самого оснащения.

При работе с полуавтоматом вручную осуществляется движение горелки, а вот подача присадочной проволоки происходит в автоматическом режиме. Сварочный аппарат для сварки алюминия полуавтоматическим методом настроен на работу постоянным током с полярностью обратного типа.

Подбор режимов свари полуавтоматом, не оснащенным дополнительными функциями, производится в основном опытным путем, поэтому этот метод представляет определенную сложность для начинающих сварщиков.

Особое внимание следует уделить подающему механизму, так как низкая скорость подачи присадочной проволоки будет приводить к частой замене наконечника.

Сварка электродом в среде защитного газа

Этот вид сварки наиболее популярен в домашних условиях, так как его прочность позволяет создавать многие конструкции из алюминиевых сплавов.

Для соединения деталей используются специальные электроды для сварки алюминия, которые представляют собой вольфрамовые стержни диаметром 1,6–5 мм с температурой плавления – 3000℃.

В процессе работы такие стержни почти не изнашиваются, а в основном используются для генерации электрической дуги.

Скорость сваривания зависит от расхода защитного газа. Если подача газовой смеси велика, то в область сварки может попадать воздух, что оказывает негативное влияние на качество соединения.

Подачу газа необходимо включать за четыре секунды до зажигания электрической дуги, а отключать через семь секунд после ее отключения.

Такие действия полностью защитят место контакта деталей от попадания воздуха.

Сварка электродом без газа

По мнению опытных сварщиков, при работе электродом без слоя защитного газа результат сварки может получиться не хуже соединения с использованием аргона.

Правда, начинающие специалисты выделяют некоторые существенные недостатки этого метода: существенное разбрызгивание металла в процессе сварки, получение низкокачественного шва, плохое удаление шлака, что приводит к образованию ржавчины.

По окончании сварочного процесса необходимо очистить шов горячей водой и металлической щеткой.

Рекомендации специалистов

После предварительной подготовки поверхности существуют определенные правила, которые применимы при любом методе соединения. Опытные сварщики рекомендуют:

• все операции проводить справа налево;
• подавать присадочный материал короткими, возвратно-поступательными движениями;
• длину электрической дуги выдерживать в пределах 1,5–2,5 мм;
• электрод располагать под прямым углом к проволоке;
• не допускать поперечных движений электрода.

Конечно, процесс сварки алюминия представляет определенные сложности для начинающего сварщика, но если внимательно и аккуратно проводить все технологические операции, то можно добиться надежного и прочного соединения этого капризного металла. Главное, не забывайте соблюдать меры техники безопасности, ведь здоровье дороже всего.

Источник: https://www.nastroy.net/post/svarka-alyuminiya-usloviya-oborudovanie-poshagovoe-opisanie-i-rekomendatsii

Краткие сведения по сварке алюминия

В современных условиях, когда прочность металлоконструкции обеспечивается не ее массивностью, как это было принято еще совсем недавно, а качеством изготовления комплектующих деталей и безукоризненной тщательностью сборочных операций, алюминий вошел в число популярных конструкционных материалов.

Благодаря своей легкости и высокой теплопроводности алюминий начинает теснить доминирующие в машиностроении и строительстве чугун и сталь.

Экспансия алюминиевых сплавов в авиастроение и автомобилестроение привела к снижению почти вдвое весовых характеристик машин без потери прочности.

Но для широкого производственного и практического применения алюминиевых изделий пришлось создать и отработать новые технологии сварки алюминия, отличающиеся от непритязательных способов сварки сталей.

Основные проблемы при сварке алюминия

Однозначно алюминий относится к категории трудносвариваемых металлов. Для качественного выполнения сварки алюминиевых деталей необходимо учитывать ряд негативных факторов:

• Поверхность алюминия и его сплавов покрыта окисной пленкой, имеющей температуру плавления ( 2044 градуса Ц) выше, чем у чистого алюминия (около 660 градусов Ц);
• Такие же тугоплавкие пленки образуются на каплях расплавленного алюминия, препятствуя сплавлению капель в единый монолитный сварной шов. Только путем защиты сварной зоны от контактов с воздухом удается проводить сварочную операцию;
• Защиту сварной зоны обеспечивают инертными газами, например, аргоном;
• У алюминия сильно выраженная жидкотекучесть, что затрудняет регулирование сварочной ванны и требует использования теплоотводящих подкладочных элементов в процессе сварки;
• В сплавах алюминия содержится атомарный водород, который при остывании сварочных швов стремится выйти наружу, что приводит к растрескиванию швов и образованию пор в составе шва;
• Застывающие сварные швы могут сильно деформироваться при усадке алюминия, поскольку у него высокий коэффициент линейного расширения;
• Для сварки алюминия необходим сварочный ток, в полтора-два раза превосходящий аналогичный показатель для стали, поскольку у алюминия высокая степень теплопроводности.

Способы сварки алюминия и его сплавов

Главным требованием к оборудованию для сварки алюминия является обеспечение защиты сварной зоны от окисляющего воздействия воздуха. Наилучших результатов добиваются при использовании следующих способов:

• Применение вольфрамовых неплавящихся электродов при работе на переменном токе в среде аргона (режим AC TIG);
• Применение полуавтоматов для работы на постоянном токе в аргоновой среде (режим DC MIG);
• Использование покрытых плавящихся электродов без защитного газа, поскольку покрытие электрода самостоятельно обеспечивает газовую защиту (режим ММА).

Причина такой категоричности заключается в следующем.

Любая применяемая технология сварки алюминия должна создать условия протекания катодного распыления, разрушающего оксидную пленку на поверхности подготовленного к сварке алюминия.

Это условие выполнимо только при переменном токе или постоянном токе обратной полярности. Постоянный ток прямой полярности не способствует катодному распылению, пленка не разрушается и препятствует сварочному процессу.

Сварка в режиме AC TIG

Рассмотрим схему сварки в данном режиме. Здесь используется переменный ток.

Для газовой защиты используется инертный аргон, что создает определенные неудобства, связанные с заполнением газового баллона. В числе основных плюсов метода TIG:

• Отсутствие разбрызгивания расплавленного металла;
• Возможность сварки тонких деталей;
• Оперативная регулировка дуги;
• Аккуратный шов.

Из недостатков следует назвать:

• Повышенные требования к производственным навыкам сварщика;
• Низкая производительность.

При сварке алюминия необходимо заточить кончик вольфрамового электрода в форме шара, тогда как для работы со сталью электрод затачивают в виде острого наконечника.

Сварка в режиме DC MIG

Сварка алюминия полуавтоматом производится в защитной среде инертного аргона. Характеризуется высокой производительностью и качественными сварными швами без трещин и прожогов. Процесс полуавтоматической сварки протекает втрое быстрее ТИГ-сварки, но качество ТИГ-процесса выше.

Сварка в режиме ММА

Для выполнения сварки необходим постоянный ток обратной полярности, силу тока подбирают, рассчитывая 25-30 Ампер на каждый 1 мм диаметра используемого электрода.

Необходимый рабочий ток составляет 180-280 Ампер. Этот вид чаще всего используется для сварки алюминия в домашних условиях при изготовлении малоответственных конструкций при толщине металла порядка 4 мм.

У него имеются свои недостатки:

• Пористость и низкая прочность сварного шва;
• Тяжело отделяется застывший шлак;
• Сильное разбрызгивание металла;
• Неудаленный шлак в зазорах или углах провоцирует коррозию.

При использовании алюминиевых электродов сварку необходимо выполнять непрерывно в пределах каждого электрода. В случае обрыва дуги конец электрода и сварочный кратер покрываются шлаковой корочкой, которая препятствует повторному зажиганию электрической дуги.

Поскольку алюминиевые электроды плавятся в несколько раз быстрее стальных, скорость сварки должна также быть намного выше по сравнению с обычной ручной электросваркой. Поперечных движений электродом, как при сварке стали, делать не нужно.

Источник: http://stroitel5.ru/kratkie-svedeniya-po-svarke-alyuminiya.html

Сварка алюминия вольфрамовым электродом в среде инертного газа

Сварка алюминия и алюминиевых сплавов, как, впрочем, и других металлов – это соединение двух металлических компонентов путем создания металлургических связей на поверхности контакта между ними. Это физическое явление называют коалесценцией [1].

Эти металлургические связи могут достигаться путем расплавления обоих поверхностей, и тогда это называется сваркой плавлением. Другой способ – этот создание высокого давления между этими двумя частями, иногда – с применением нагрева, чтобы образовать металлические связи вдоль границы между ними.

Это называется сваркой в твердой фазе. Примером такой сварки является сварка алюминия трением.

Основными видами сварки плавлением, которые применяют для соединения  алюминиевых компонентов, являются следующие [1]:

• неплавящимся электродом в среде инертного газа;
• плавящимся электродом в среде инертного газа;
• кислородно-газовая;
• электронным лучом;
• лазерная;
• электро-газовая;
• электро-шлаковая;
• погруженной дугой.

Ниже представлен краткий ознакомительный обзор дуговой сварки алюминия и алюминиевых сплавов неплавящимся электродом в среде инертного газа по  материалам известного руководства [1], а также европейского стандарта по дуговой сварке алюминия и алюминиевых сплавов [2]. Для уточнения практических деталей этого метода необходимо обращаться к специализированным руководствам по этому методу сварки.

Дуговая сварка алюминия методом TIG

Этот вид сварки имеет следующее определение: дуговая сварка, которая применяет неплавящийся вольфрамовый электрод и инертный газ для защиты электрода, дуги и сварочной ванны (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схема процесса дуговой сварки в среде инертного газа
с вольфрамовым электродом [1]

За рубежом для этого процесса сварки применяют три обозначения: TIG, TAGS и GTAW. Первые два применяются в основном в Европе, третий – в США. Эти обозначения являются сокращениями различных наименований процесса, которые представляют собой различные комбинации первых букв следующих ключевых слов:

• T: Tungsten – вольфрам
• I: Inert – интертный
• G: Gas – газ
• S: Shielding – защитный
• W: Welding – сварка
• A: Arc – дуга.

Ниже будем для краткости и удобства называть этот процесс: метод TIG или сварка TIG.

Особенности сварки алюминия методом TIG

• Сварочная дуга действует только как источник тепла и сварщик сам решает применять или нет присадочную проволоку.
• Сварочная ванна хорошо контролируется, поэтому могут выполняться сварочные швы без применения подкладок.
• Дуга является устойчивой при очень низких сварочных токах, что дает возможность сварки тонкостенных компонентов.

• Процесс обеспечивает очень хорошее качество сварочного шва, но для достижения максимального качества требуется опытный сварщик.
• Процесс имеет более низкую скорость выполнения сварочного шва и более низкую скорость подачи присадочной проволоки, чем при сварке методом MIG, что в некоторых ситуациях делает его менее производительным.

• Метод TIG склонен ограничиваться сваркой алюминия небольшой толщины, обычно до 6 мм.
• Метод TIG дает менее глубокое проникновение в основной металл, чем метод MIG, то есть аналогичный метод сварки плавящимся электродом. Поэтому при сварке методом TIG иногда сталкиваются с трудностями выполнения шва в угловых и тавровых швах.

  Рекомендуемые виды подготовки компонентов к сварке методом TIG представлены на рисунке 2.

Оборудование для сварки алюминия методом TIG

Основное оборудование для сварки методом TIG включает:

• источник электрического тока;
• сварочную горелку;
• источник инертного газа;
• устройство подачи присадочной проволоки и
• систему водяного охлаждения (при необходимости).

Типичное рабочее место для сварки алюминия методом TIG показано на рисунке 2.

Рисунок 2 – Ремонт алюминиевых отливок с помощью ручной сварки методом TIG

при постоянном токе с гелием в качестве защитного газа [1]

Метод TIG: постоянный или переменный ток

Для сварки большинства алюминиевых сплавов применяется классический метод сварки TIG с применением источника постоянного электрического тока. При этом электрод подсоединяется к его отрицательному полюсу.

Известно, что сварка на этой полярности не обеспечивает эффективного удаления оксидной пленки с поверхности алюминия. Кроме того, при таком методе дуговой сварки в среде инертного газа на положительном полюсе выделяется большое количество тепла.

Сварка методом TIG с электродом, подсоединенным к положительному полюсу, приводит к перегреву и расплавлению электрода.

Поэтому ручная сварка методом TIG обычно производится с применением переменного тока. В этом случае удаление оксидной пленки происходит, когда электрод находится в положительном полуцикле переменного тока.

При частоте источника тока 50 Гц это происходит 100 раз в секунду, то есть дважды на каждом цикле.

Защитный газ

Аргон

Предпочитаемым защитным газом для сварки TIG с переменным током (AC-TIG) является аргон. Гелий, а также смеси аргона с гелием также могут применяться. Аргон дает широкое и не глубокое проникновение сварного шва и при этом делает сварной шов блестящим и серебристым. Самое легкое зажигание дуги и самая стабильная дуга также достигаются при применении аргона.

Гелий

Гелий увеличивает вольтаж дуги, повышает глубину проникновения сварного шва, но делает  зажигание дуги более трудным, а также отрицательно влияет на стабильность дуги. Некоторые современные сварочные аппараты имеют возможность  начинать сварку с аргоном и затем, когда дуга установилась, автоматически происходит переход на гелий.

Аргон + гелий

Добавление аргона к гелию улучшает зажигание дуги и ее стабильность. Скорость сварки и проникновение сварочного шва будет меньше, чем при сварке с чистым гелием, но лучше, чем при сварке только с аргоном. Поэтому можно регулировать ширину шва и глубину его проникновения путем изменения доли аргона в защитном газе. Часто применяют смесь с 25 % гелия в аргоне [1].

Сварочная горелка и сварочные кабели

Существует большое количество различных типов горелок для сварочного тока от нескольких десятков ампер до 450 ампер. Выбор горелки зависит от толщины свариваемого материала.

Большинство современных горелок  (рисунок 3) имеют регулятор тока, который встроен в рукоятку горелки. Все горелки, кроме тех, которые работают при токе ниже 200 ампер, являются водоохлаждаемыми.

Та же вода может применяться и для охлаждения силовых кабелей, что делает их более легкими и гибкими.

Рисунок 3 – Современная горелка для сварки методом TIG

Перегрев горелки может привести к расплавлению паяных соединений внутри нее или пластиковой трубы, которая изолирует силовой кабель. Поэтому важно правильно выбрать горелку в соответствии с силой тока, который будет применяться при производстве сварки, в том числе с учетом того, какой ток будет применяться, постоянный или переменный.

Большинство горелок снабжено металлическим или керамическим соплом для формирования струи газа. Керамические сопла являются более популярными, но они более легко повреждаются, чем металлические.

Диаметр сопла может меняться от 9,5 до 25 мм в зависимости количества требуемого для сварки защитного газа, а также вида газа. Рекомендуется применять в горелках так называемые газовые линзы.

Газовая линза представляет собой сетчатый диск, который вставляют в горелку для того, чтобы сделать поток газа более ламинарным (рисунок 4). Это помогает газу обеспечивать более эффективную защиту области формирования сварного шва.

Вольфрамовые электроды

Существует несколько типов электродов для сварки методов TIG. Они включают:

• чистый вольфрам
• вольфрам, легированный торием (ThO2)
• вольфрам, легированный  цирконием (ZrO2)

Эти соединения добавляют, чтобы улучшить стартовые характеристики дуги, стабилизировать дугу и увеличить срок службы электрода.

Электроды с цирконием считаются предпочтительными для сварки TIG переменным током, так как они имеют более высокую температуру плавления, чем электроды из чистого вольфрама и вольфрама с добавками тория.

Поэтому они могут нести более высокие сварочные токи, являются более стойкими к загрязнению и повреждениям.

Рисунок 4 – Типичный электрод для сварки методом TIG

Слишком малый диаметр электрода будет приводить к его перегреву и, возможно, плавлению. Это приведет к загрязнение сварочной ванны вольфрамом. Электроды бывают диаметром от 0,3 до 6,4 мм. Электрод не должен выступать  из сопла горелки более, чем на 6 мм. Эта величина может быть увеличена до 10 мм, если в горелке применяется газовые линзы.

Ручная сварка методом TIG

Обращение с горелкой

Необходимо держать длину дуги как можно более короткой. На практике длина дуги равна примерно его диаметру (рисунок 5).

Если дуга является слишком длинной, то снижается проникновение шва и увеличивается риск возникновения дефектов из-за недостаточного проплавления, низкого качества сварочного шва и чрезмерной его ширины.

Кроме того, в облако газовой защиты области формирования сварочного шва может попадать воздух. Это приведет к попаданию в сварочный шов оксидных включений.

Рисунок 5 – Угол наклона горелки и сварочного прутка при сварке алюминия методом TIG

Горелку нужно держать так, как показано на рисунке 5 – с наклоном 80º к затвердевшему сварному шву. В случае стыковой сварки элементов  различной толщины дугу направляют больше в сторону более толстого элемента. Для угловых швов горелку направляют посередине угла между двумя плоскостями.

Присадочная проволока

Если применяется присадочная проволока (присадочный пруток), то она должна подаваться равномерно и поступательно под углом 10-20 градусов, как показано на рисунке 5. Проволока не должна подаваться прямо в дугу, так как это может привести к образованию брызг и загрязнению электрода.

Пруток под углом более 10-20 градусов мешает визуальному контролю сварочной ванны. Кончик присадочной  проволоки должен быть внутри газового защитного облака до тех пор, пока он остается горячим, чтобы избежать его окисления.

Пруток большого диаметра может также заслонять материал перед сварочной ванной и мешать очищающему действию дуги, а это может приводить к захвату сварочным швом оксидов.

Завершение сварки

Очень важным является контролируемое завершение сварки. Резкое выключение сварочного тока может привести к образованию кратеров, утяжин (удлиненных пор) и трещин в последней части сварочной ванны. При завершении сварки необходимо постепенно снижать сварочный ток и уменьшать длину дуги по мере ее затухания, добавляя присадочную проволоку то тех пор, пока дуга не исчезнет.

Механизация и автоматизация сварки TIG

Механизация и автоматизация сварки методом TIG может иметь несколько преимуществ:

• возможность применять более высокие скорости сварки, что дает уменьшение коробления и более узкие зоны термического влияния сварки;
• более плотный контроль сварочных параметров, что позволяет сваривать более тонкие материалы;
• более тщательный контроль качества сварки;
• возможность выполнения сварки персоналом с меньшей степенью квалификации, чем это обычно требуется при ручной сварке.

Вместе с тем, применение механизации и автоматизации имеет и некоторые недостатки, в том числе, значительно более трудоемкую подготовку свариваемых компонентов к сварке.

Источники:

1. The welding of aluminium and its alloys / Gene Mathers — Woodhead Publishing, 2002
2. Европейский стандарт EN 1011-4:2000 Welding – Recommendation for welding of metallic materials – Part 4: Arc welding of aluminium and aluminium alloys

Источник: http://aluminium-guide.ru/argonno-dugovaya-svarka-alyuminiya-neplavyashhimsya-elektrodom/