Сварка алюминия затруднена многими факторами (в первую очередь его характеристиками), но специалисты постоянно работают над совершенствованием технологий, позволяющих надежно соединять детали, выполненные из данного металла и его сплавов. Сам алюминий и его сплавы отличаются поистине уникальными свойствами: небольшим удельным весом, высокой электро-, а также теплопроводностью, устойчивостью к механическим нагрузкам.
Процесс сварки алюминия
Особенности сварки алюминия и его сплавов
Трудности сварки алюминиевых сплавов и чистого металла связаны с его свойствами:
- Температура плавления окисной пленки, покрывающей поверхность этого материала, 2044⁰C, а металла — 660⁰C.
- Поверхность капель, образующихся при плавлении алюминия, мгновенно окисляется, что препятствует созданию монолитного шва. Поэтому сварочную ванну приходится ограждать от контакта с воздухом.
- Из-за высокой текучести металла в расплавленном виде контроль над сварочной ванной затруднен. Проблема решается подкладкой под заготовки железных пластин для отвода тепла.
- В алюминии содержится водород, который при остывании шва выходит наружу, образуя поры и трещины. В сплавы входит кремний, способствующий растрескиванию во время охлаждения соединения.
- У алюминия высокий коэффициент температурного расширения, поэтому усадка при остывании приводит к деформации заготовок.
- Из-за высокой теплопроводности сварку приходится вести током в 1,5 — 2 раза большим, чем при работе со сталью.
- При сварке алюминия своими руками не всегда удается определить марку сплава, поэтому настройка оптимального режима сварки затруднена.
Чем и как сваривают алюминий
Для сварки алюминия применяют разные технологии, основная задача которых исключить контакт очищенной алюминиевой поверхности с кислородом воздуха, чтобы не допустить образование окисной плёнки.
Алюминий можно сваривать следующими способами:
- TIG (WIG);
- MIG/MAG;
- MMA.
Аргонно-дуговая сварка
При первом способе используется молибденовый (TIG) или вольфрамовый (WIG) неплавящийся электрод и присадочный материал. Обычно он изготовляется из алюминия высокой степени чистоты. Сварочные работы производятся в среде какого-либо газа, который подаётся в зону сварки из баллона. Для этой сварки используется специальная горелка.
MIG/MAG это обозначение промышленной сварки с применением сварочных полуавтоматов, где присадочная проволока непрерывно подаётся в зону сварки специальным устройством. От контакта с воздухом точку соприкосновения электрода и свариваемых деталей предохраняет поток газа под давлением. Технология MIG подразумевает применение нейтральной газовой среды, а при сварке MAG применяются активные газы, такие как азот или углекислый газ. Конструкция сварочных устройств, при этом, остаётся одинаковой.
В бытовых условиях наибольшее распространение получила ручная сварка (MMA) с применением электродов со специальным покрытием. Поскольку при таких работах газ не используется, перед сваркой осуществляется растворение окисной плёнки специальными жидкостями, которые удаляют плёнку и препятствуют её образованию. Сварка алюминия электродом в домашних условиях, чаще всего производится с использованием аппарата инверторного типа.
Что требуется для сварки алюминия и сплавов
В зависимости от вида сварки, в этом процессе используются дополнительные принадлежности:
- Особые электроды;
- Ёмкости с газом;
- Осцилляторы.
Способы сварки алюминия
Выбор метода, которым можно сварить алюминий дома, определяется имеющимся оборудованием. Разработано несколько способов, но популярными стали только три.
Вольфрамовым электродом
Этим способом сваривают алюминий, когда к прочности шва предъявляются жесткие требования. Он создается за счет плавления присадочной проволоки диаметром 1,6 — 4 мм дугой, создаваемой неплавящимся электродом из вольфрама. Для защиты от окисления к месту сварки подается аргон или гелий.
Работа выполняется на переменном токе. Если работа проводится в помещении, расход газа настраивают в пределах 5 — 8 л/мин, на улице больше. Диаметр электрода и сила тока в зависимости от толщины деталей определяются по таблице:
| Диаметр электрода, мм | Толщина металла, мм | Величина тока, А |
| 1 | 1 — 2 | 10 — 15 |
| 1,6 | 2 — 3 | 30 — 90 |
| 2 | 3 — 4 | 50 — 100 |
| 3 | 4 — 6 | 100 — 160 |
| 4 | 6 — 7 | 150 — 220 |
| 5 | 7 — 9 | 210 — 280 |
| 6 | 9 — 10 | 260 — 300 |
При выполнении сварки следует учитывать нюансы метода:
- длину дуги поддерживают на уровне 2,5 мм;
- электрод устанавливается под углом 80⁰ к стыку;
- проволока подается под углом 90⁰ к электроду;
- горелку с электродом перемещают следом за проволокой без поперечных движений;
- для равномерного заполнения стыка проволоку подают короткими отрезками;
- на конце электрода должен образоваться шарик правильной формы, если нет — нужно увеличить ток;
- газ подают за 4 — 5 секунд до сварки изделий, после завершения перекрывают спустя 6 — 7 сек.
Сварка с применением защитного газа
Сварка алюминия, которая предполагает применение защитного газа, может считаться наиболее распространенной технологией. Она позволяет получать соединения, отличающиеся высокой надежностью, прочностью и эстетичностью.
Прутки алюминиевые (присадочные) для сварки
Основными расходными материалами сварки по данной технологии являются вольфрамовые электроды (Ø 1,6–5 мм) и прутки (Ø 1,6–4 мм), используемые в качестве присадки. Защитными газами могут быть гелий или аргон, отличающиеся высокой чистотой.
Эффективное разрушение оксидной пленки, обязательно присутствующей на поверхности соединяемых заготовок, обеспечивается посредством запитывания сварочной дуги от источника, выдающего переменный ток. Все режимы сварочного процесса, которые зависят от типа выполняемого соединения и толщины соединяемых деталей, подбираются по специальным таблицам. К таким режимам, в частности, относятся диаметр вольфрамового электрода, а также присадочного прутка, величина силы сварочного тока, значение скорости, с которой подается защитный газ.
Ориентировочные параметры сварки при работе с аргоном
Имея соответствующее оборудование и расходные материалы, сварку по данной технологии можно с успехом выполнять и в домашних условиях, получая с ее помощью качественные, красивые и надежные соединения. Чтобы научиться выполнять сварку в среде защитных газов своими руками, можно посмотреть обучающее видео и запомнить нескольких несложных правил ее выполнения.
- Между вольфрамовым электродом и горизонтальной поверхностью соединяемых деталей следует выдерживать угол, равный 70–80 градусов.
- Угол между вольфрамовым электродом и присадочным прутком должен составлять порядка 90 градусов.
- Длина дуги должна находиться в интервале 1,5–2,5 мм.
- При формировании шва первым двигается присадочный пруток и только за ним горелка (так обеспечивается эффективная защита сварного шва).
- Подача присадочного прутка в зону сварки осуществляется так, как будто вы держите в руках кисть, которой рисуете картину. Кончик присадочного прутка подводят к краю сварочной ванны, касаясь ее, а затем отводят назад и вверх. Поперечные движения электродом и присадочным прутком, что важно, совершать не рекомендуется. Очень хорошо можно изучить данный процесс, используя соответствующее видео.
- Чтобы исключить перегрев соединяемых деталей и прожог тонких листов, а также обеспечить быстрый отвод тепла из зоны сварки, под них помещают стальную или медную подкладку, выполняющую роль радиатора.
- Подача защитного газа в зону сварки включается за несколько секунд до начала ее выполнения (3–5), а выключают подачу спустя некоторое время (5–7 секунд) после обрыва дуги.
Выполняя сварку деталей из алюминия в среде защитных газов, необходимо очень тщательно следить за такими параметрами процесса, как скорость сварки и расход газа, так как они оказывают серьезное влияние на качество формируемого шва. При слишком большом расходе газа, например, в зону сварки будет засасываться воздух, что ухудшит ее защиту. Эффективная защита зоны сварки также не будет обеспечена в том случае, если расход газа слишком маленький, а скорость выполнения соединения слишком высока.
Очевидно, что при наличии соответствующего оборудования и навыков выполнения подобных работ вполне можно выполнять сварку деталей из алюминия своими руками по данной технологии в условиях домашней мастерской или гаража.
Подготовка поверхностей к сварке
Под правильным свариванием алюминия подразумевается не только настройка параметров процесса, но и предварительная обработка заготовок:
- Место соединения на расстоянии 2 — 3 см от стыка очищают от грязи и обезжиривают любым растворителем.
- При сварке деталей толщиной больше 4 мм неплавящимися электродами с кромок снимают фаски под углом 45 — 65⁰. У листов толщиной до 1,5 мм делают отбортовку торцов. У заготовок, соединяемых плавящимися электродами с покрытием, кромки разделывают, если толщина больше 20 мм.
- Прежде чем сваривать алюминий, с поверхностей возле стыка напильником или металлической щеткой удаляется оксидная пленка. Обработка проводится без надавливания, чтобы в царапинах не остались ее частички.
Популярные способы
Сварка в условиях дома выполняется не только простым способом ММА, но и некоторыми другими.
Использование вольфрамового электрода
Такой расходный материал применяют при работе в защитной газовой среде. Вольфрам выдерживает нагрев до 4000°С, поэтому электроды относят к категории тугоплавких. Их используют в сочетании с присадочной проволокой, что повышает свариваемость алюминия. Для защиты рабочей области используют гелий или аргон, поэтому сварочный аппарат соединяют с баллоном. В бытовых условиях применяют небольшие резервуары. Дуга поддерживается за счет источника переменного тока. Аргонодуговая сварка – сложный способ. Он редко применяется для рутинных операций.
Сварка плавящимся электродом
Это самый несложный вариант соединения профилей из рассматриваемого материала. Для проведения процедуры приобретают электроды марок УАНА, ОЗА и т.п. Стержни, обработанные специальным составом, и инверторный аппарат позволяют сваривать детали любой толщины. Оборудование настраивают на режим постоянного тока обратной полярности. Сила устанавливается с учетом толщины металла. 1 мм соответствует 25 А. Для защиты сварочной ванны используют инертный газ.
Для прогрева металла применяют горелку. Сварка плавящимися электродами применяется при отсутствии особых требований к качеству шва.
Рекомендуем ознакомиться
Какие электроды по алюминию выбирать
С помощью полуавтомата
Несмотря на высокое качество сварных соединений, данный метод применяют редко. Это связано с высокой стоимостью аппаратуры. Полуавтоматическое устройство выдает короткий импульс высокого напряжения, разрушающий оксидный налет.
Рекомендуем к прочтению Как варить алюминий в аргоновой среде
Частицы расплавленного электрода проникают в сварочную ванну. Чтобы понять, как заварить стык между алюминиевыми деталями, необходимо ознакомиться с особенностями работы с оборудованием:
- всегда устанавливают обратную полярность;
- чтобы проволока не застревала в механизме подачи, его снабжают специальным наконечником увеличенного диаметра;
- алюминиевый пруток образует петли, чтобы исключить этот недостаток, устанавливают подающее устройство с 4 валиками, тефлоновым вкладышем и узким рукавом;
- проволоку выводят в рабочую область ускоренными темпами, поэтому менять наконечник часто не придется.
Некоторые сварщики переделывают обычные полуавтоматы под приборы, работающие с алюминием.
Полезные советы
Повысить качественные показатели сварки алюминия в домашних условиях помогут рекомендации специалистов:
- разделывая кромки, следует учитывать, что при уменьшении угла фасок увеличивается ширина шва;
- при соединении деталей толщиной больше 7 мм между ними нужно оставить зазор 2 мм;
- чтобы шов получился ровным по ширине, детали сначала прихватывают с обеих сторон;
- перед завариванием трещину расширяют и углубляют, так как варить алюминий без ее заполнения бесполезно;
- толстостенные детали сваривают в несколько проходов до заполнения стыка, удаляя шлак с каждого шва.
Узнав как сваривать алюминий в домашних условиях можно переходить к практике. Однако, чтобы не стать жертвой несчастного случая, прежде нужно запастись одеждой и перчатками из огнеупорного материала. Для работы дома лучше приобрести аппарат с возможностью проведения ручной и аргонодуговой сварки.
Технология сварки
После подготовки элементов можно переходить к основному этапу. Технология сварки алюминия инвертором состоит из следующих этапов:
- нагрев заготовок до 150°С;
- установка необходимого режима работы аппарата;
- создание электрической дуги (в зависимости от способа сварки выполняется контактным или бесконтактным методом);
- формирование сварочной ванны (время ее образования в секундах соответствует толщине металла в миллиметрах, в области воздействия обнаруживается пятно с зеркальной поверхностью);
- подача присадочного материала, создание шва.
Во время сварки алюминиевых сплавов поддерживают дугу 2-6 мм, применяют ток обратной полярности.
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.
Недостатки
- Применение газа, из-за которого требуются усиленные меры по технике безопасности;
- Подготовительные к процессу работы и уборка рабочего места в окончании занимают максимум времени;
- Весьма дорогостоящее оборудование в отличии других видов сваривания
- Используется множество приспособлений.
Материалы и инструмент
Для осуществления газового сваривания алюминия потребуются необходимые приспособления такие как
:
• Газовая горелка – через нее происходит подача газа для сварки металла. Разновидностей горелок множество, но все они имеют два отверстия для подачи газа и возможность регулировать параметры;
• Шланги – соединяются между баллоном и горелкой, требуется особое внимание, поскольку небрежное обращение может привести к утечке газа из-за трещин;
• Баллон с газом — здесь сварка металла происходит в основном благодаря кислороду, так же существуют другие газы как ацетилен и пропан;
• Присадочный материал – в основном это проволока, которая подается в качестве основного материала, формирующая сваривание. Виды проволоки подбираются идентично, в соответствии с качествами подготовленной к свариванию алюминиевой заготовке. Если производить газовое сваривание алюминия толщиной до 2мм, то проволока должна быть 1-1.5мм. Когда толщина до 5мм, проволока должна составлять 1.5-3мм, а больше 5мм, — проволока от 4мм и выше.
Подготовка кромок
При газовом сваривании алюминия очень сложно достичь требуемой глубины провара, поэтому для качественного шва нужно скашивать кромки. Когда толщина листа меньше 4мм, скос не является обязательным, поскольку температуры плавления горелки хватит для соответствующего провара.
В остальных случаях нужно совершить скос под углом от 30 до 45 градусов, наклон увеличивается, если толщина заготовки будет другая. Возможно, понадобится много проволоки, однако качество шва будет соответствовать проделанной работе. В завершении зачистка производится с помощью болгарки, напильника, или других подобных приспособлений.
Пошаговая инструкция
- Вначале заготовку требуется хорошенько почистить, снять жир, удалить оксидную пленку, и произвести скос кромок;
- Далее следует разложить флюс на месте будущего шва, он увеличит качество свариваемости, и предотвратит появление оксидной пленки на протяжении всего процесса;
- Требуется разогреть металл до необходимой температуры, что бы избежать деформации от перепада температуры, и плавления флюса;
- После начинается основной процесс сварки алюминия, где производится подача проволоки, на место образования валика шва;
- После завершения процесса, требуется понемногу понижать температуру горелки, разогревая металл, что бы избежать теплового напряжения;
- После того как деталь остынет, требуется отбить шлак и почистить ее до необходимого вида.
Преимущества
- Газовое сваривание алюминия происходит на небольшой скорости, благодаря чему шов качественно формируется, процесс варки происходит гораздо дольше в отличие электродуговой;
- Применение рабочего газа в качестве защиты сварочной ванны, от попадания в нее различной грязи, мусора, и атмосферного воздуха;
- Отсутствие применение электродов с обмазкой, где часто содержится водород, приводящий к появлению напряжения в металле;
- Высокий уровень качества сваривания, в независимости от опыта сварщика;
- Возможность производить длинные неотрывные швы, благодаря использованию присадочного материала;
- Преимущественно проще работать с тонкими листами;
- Применение газового пламени для подогрева и остывания детали.
