Сварка алюминия и его сплавов

Сварка алюминия и его сплавов

Внушительный список достоинств сделал алюминий востребованным материалом во всех отраслях экономики, включая корабле- и самолетостроение. Но, как и любой другой металл, он имеет и недостатки. Один из них – технологические сложности при сваривании заготовок из алюминия и его сплавов. Качественно выполнить подобную работу могут только высококвалифицированные специалисты.

  • Почему свариваемость алюминия низкая?
  • Способы сварки алюминия
  • Что нужно для сварки алюминия
  • Чем варить алюминий в домашних условиях
  • Сварка вольфрамовыми электродами в инертной среде
  • Задействуем полуавтомат
  • Выполняем работы инвертором
  • Технология сварки алюминия при помощи флюсов
  • Заключение

Сложности процесса

Свойства алюминия должны учитываться и при проведении сварки в домашних условиях, независимо от того, будет ли металл свариваться газовой горелкой, инвертором или полуавтоматом.

Проблемы в сплавлении этого материала с другими металлами (сварка алюминия и сталью, в частности) объясняются следующими причинами:

  • сложность тепловой обработки поверхности заготовок, так как она постоянно покрыта тугоплавкой окисной плёнкой, мешающей формированию качественного шва;
  • высокая текучесть металла в расплавленном состоянии, затрудняющая процесс образования сварочной ванны из алюминиевых сплавов;
  • наличие в структуре материала водорода и кремния, которые при остывании шва пытаются вырваться наружу и образуют поры и трещины;
  • высокий коэффициент линейного расширения алюминия, также способствующий образованию трещин.

Для исключения нежелательных последствий принимаются определённые меры защиты зоны сплавления, такие например, как сварка в аргоне, ограничивающем доступ кислорода к месту контакта.

Помимо аргона для этих целей могут применяться и другие газы, замедляющие процесс окисления алюминия и относящиеся к категории инертных (углекислота, например).

Кроме того, для компенсации эффекта текучести расплавленного металла в жидкой ванне специалистами разработаны особые технологии сварки. Они предполагают применение при работе с алюминием специальных подкладок для отвода тепла.

В связи с высокой теплопроводностью материала, согласно требованиям нормативов, сварка алюминия должна осуществляться при больших величинах тока дугового разряда.

В домашних условиях ко всем описанным трудностям добавляется сложность точного определения марки свариваемых материалов и учёта соответствующих требований ГОСТ 14806-80. Последнее обстоятельство заметно затрудняет выбор подходящего режима их обработки, а также используемых при этом методов теплового воздействия.

Выбор сварочного аппарата и электродов

Алюминий относится к плохо поддающимся сварке металлам. Сила рабочего тока должна быть в 1,5 раза выше, чем для стали. Сварочный аппарат должен генерировать постоянный ток до 250–300 ампер. Для работы подойдет бытовой аппарат для сварки, работающий от сети 220 В. Можно подобрать выпрямители, трансформаторы или генераторы, но лучше остановить выбор на инверторе, его преимущества:

  • высокий КПД, до 95%;
  • низкие индуктивные потери;
  • снижение расхода тока за счет автоматического отключения;
  • аппарат спокойно переносит просадку напряжения в сети;
  • поддерживается стабильная дуга, достаточно задеть заготовку;
  • есть дополнительные функции;
  • небольшие габариты, можно переносить его в любое место.

Легкие сплавы несколькими электродами с солевой обмазкой, образующей шлаковый защитный слой:

  • Озана, Озана-2 производства Спецэлектрод;
  • ОК 96.20, 96.10, 96.50, шведская компания ESAB;
  • УАНА отечественных производителей.

Можно использовать другие расходники, предназначенные для сварки алюминиевого литья и сплавов. Заготовки 2мм варят диаметром 2,5, для 3–4 мм деталей выбирают толщину 3,2; максимальный диаметр стержней – 4

Свойства и свариваемость алюминия

В первую очередь следует разобраться со свойствами металла. Когда идет сварка алюминия электродом, то любой мастер сможет заметить, что поведение сварочной ванны заметно отличается от стальных изделий. Это обусловлено высокой жидкотекучестью материала. В расплавленном состоянии алюминий не вязкий, а больше напоминает воду, так что формирование шва в данном случае становится физически сложным процессом. По этой же причине практически невозможно провести нормально потолочную и вертикальную сварку. Даже в горизонтальном положении приходится использовать пониженный ток.

Также стоит отметить главного врага нормальной свариваемости – оксидную пленку. Она постоянно образуется на алюминии, а также скорость ее образования является достаточно высокой. Она вредна тем, что имеет температуру плавления выше, чем у алюминия практически в три раза. Если ее не убрать, то капли расплавленного металла будут обволакиваться ею и не смогут нормально соединиться и шов получается неровный, расплывчатый и не выполняет свою функцию должным образом.

Оксидная пленка при сварки алюминия электродом

К одному из свойств металла можно отнести высокий коэффициент расширения, который обеспечивает усадку, отличающуюся от сталей. Если неправильно действовать, то деталь может получиться деформированной, когда начнет остывать. Для этого следует сделать грамотный расчет расходного материала, чтобы он в должной мере заполнил место соединения. Не стоит забывать и о температурных деформациях, которые нередко встречаются при работе с тонкими листами. Сварка алюминия в домашних условиях должна проводиться с учетом высокой электропроводности и теплопроводности материала.

Оксидная пленка при сварки алюминия электродом

Проблемы возникают в основном в швах уже после того как завершена сварка. Часто приходится иметь дело с трещинами и порами. Металл подвержен образованию напряжений, которые могут получиться из-за имеющегося в сварочной ванне водорода. Он попадает в металл, а затем пытается выбраться наружу, из-за чего через некоторое время в целом шве могут появиться трещины. Если не обеспечить достаточную защиту от кислорода из атмосферы, могут появиться поры на поверхности соединения, так что обмазка электрода перед употреблением должна быть просушена и тщательно подобрана, соответственно особенностям данного процесса. Сварка алюминия обычным электродом, а также его сплавов этого металла, проводится согласно ГОСТ 14806-80.

Другие способы сварки

Функция TIG предусматривает дополнительное использование аргона, как защиты от кислорода. Вследствие этого не образуется оксид алюминия. И шов получается намного прочнее.

При этом используют вольфрамовый стержень в качестве электрода.

Сваривание в аргоновой атмосфере проводят на переменном токе. Преимущество этой технологии во-первых, в качественном шве, а во-вторых, можно варить тонкостенные (тоньше 4-х миллиметров) конструкции.

Нужная прочность при аргоновом способе достигается и за счет использования специальных присадок. Их приобретают дополнительно в виде проволоки.

Присадка подается в зону сварки во время сварочного процесса.

Также, благодаря распространению относительно недорогих аппаратов, стала доступна сварка алюминия в домашних условиях и полуавтоматом.

Полуавтомат сваривает детали за счет расплавления специальной проволоки (в данном случае — алюминиевой) в аргоновой среде.

Проволока уже имеет в своем составе необходимые присадочные элементы, а аргон не допускает попадание кислорода в сварочную ванну.

Единственный недостаток использования таких аппаратов на бытовом уровне — это их довольно высокая цена. Обычный ММА (ручная электродуговая сварка) прибор обойдется в два раза дешевле. К тому же дополнительно придется приобретать и газ (аргон или гелий), присадки, вольфрам.

Несмотря на недостаточное совершенство сварки алюминия электродами, это самый доступный способ быстро соединить или починить изделия из этого металла. К тому же инверторы ММА чаще всего используют для сварки стали, которые и придется варить в большинстве случаев.

Читайте также  Фотообои с перспективой

Использование аппаратов аргонодуговой сварки в домашнем хозяйстве более целесообразно, если Вам приходится часто работать с цветными металлами. Для сварки алюминия в единичных случаях лучше использовать способ варки электродами, а если соединение нужно качественное, то лучше обратиться к профессионалу.

А что Вы сможете добавить к материалу этой статьи? Имеете ли Вы опыт сварки алюминия электродами, насколько важно соблюдение всех перечисленных технологий? Если Вы можете что-то добавить — оставьте свои комментарии к этой статье.

Другие промышленные методы сварки алюминия

Одним из промышленных, полностью автоматизированных способов сварки является сварка плазменной дугой алюминия на переменном токе. В сравнении с обычными методами сварки данный метод является более производительным и менее энергозатратным.

Существует метод микроплазменной сварки тонких алюминиевых листов, в качестве плазмообразующего газа, в данном случае используют аргон, защитным газом является гелий. Микроплазменная сварка позволяет сваривать тонкие листы (0,05-0,8 мм) алюминия без риска прожогов или провисания металла шва. Микроплазменная (аргоновая сварка) может проводится вручную или автоматически, использование присадочной проволоки не обязательно, возможно соединение листов путем расплавления основного металла.

Технические особенности электродов

Толщина соединяемых деталей ограничена диаметром стержня, который, в основном, колеблется от 4 до 5 мм. Операции с более тонкими электродами сопряжены с трудностями в силу повышенной скорости плавления стержня.

Последний расплавляется в три раза быстрее стального. Исходя из этого, рекомендуется сваривать алюминиевые детали толщиной не менее 4 мм. Выпускаемая длина 3-х миллиметровых стержней — 22-30 см, 4-5 — 35-45 см.

Основными трудностями, которые возникают во время сварочного процесса алюминия, являются следующие факторы:

  • оксидная пленка — формируется на поверхности стыкуемых элементов, причем температура плавления первой, более чем в три раза выше расплава самого алюминия — 2 000° C;
  • быстрое окисление металла приводит к образованию тугоплавкой пленки, что усложняет получение цельного шва;
  • чтобы предупредить растекание металла, следует применять теплопроводящие подкладки;
  • присутствие в алюминиевых сплавах кремния способствует формированию кристаллизационных трещин;
  • при случайной остановке операции на конце электрода и сварочной ванны возникает слой шлака, усложняющий повторное разжигание дуги;
  • вследствие высокого показателя линейного расширения, происходит деформирование сварочного валика при его затвердевании.

Операции сварки с алюминием потребует повышения силы тока в 1,5 раза, по сравнению с другими металлами.

Способы сварки алюминия

Существует много способов сварки алюминиевых сплавов, где используются различные виды аппаратов и сварочных материалов. Основных же три:

  1. При помощи вольфрамового электрода с инертными газами.
  2. При помощи полуавтоматов в среде инертных газов.
  3. С помощью плавящихся электродов без газов.

Последний вариант можно назвать, как технология сварки алюминия без аргона.

Внимание! В процессе сварки алюминия или его сплавов важно разрушить оксидный слой, который расположен на поверхности металла. Поэтому в данном процессе используют или переменный, или постоянный ток обратной полярности.

Как правильно варить алюминий

Все начинается с подготовки деталей, а точнее, соединяемых кромок. Основная цель – очистить их от загрязнений. Поэтому кромки алюминиевых заготовок сначала очищаются химическими составами, после высыхания производится обезжиривание, для этого можно использовать любой растворитель: ацетон, уайт-спирит, авиационный бензин и прочие жидкости.

Если планируется сваривать толстые алюминиевые заготовки (больше 4 мм), то их кромки необходимо разделать. Вариантов разделки несколько, к примеру, создания конусных кромок. И последняя операция в процессе подготовки – это очищение кромок от оксидной пленки. Для этого можно использовать напильник или крупнозернистую наждачную бумагу. Как видите, подготовка алюминия к сварке – процесс совсем простой.

Технология сварки алюминия штучными покрытыми электродами

Сварка алюминия электродом (покрытым) имеет свой код обозначения по режиму сварки – MMA. Ее используют для соединения металлов толщиною не менее 4 мм, и когда производится сборка неответственных конструкций. Данная технология является низкокачественной, потому что в процессе сварки алюминия и его сплавов внутри шва остаются поры, что снижает его прочность. Во время самого процесса происходит разбрызгивание металла, плохо отделяются шарики застывшего шлака, которые увеличивают коррозию.

Особенности сварки алюминия покрытыми электродами:

  • Варить можно только постоянным током с обратной полярностью.
  • Сила тока рассчитывается из соотношения: на 1 мм толщины заготовок используется ток силой 25-30 ампер.
  • Для образования качественного шва необходимо кромки двух свариваемых деталей нагревать до 300С, если толщина заготовок имеет среднюю величину. И до 400С при толстых заготовках.
  • Подогрев и медленное остывание – обязательное правило, которое необходимо соблюдать, чтобы получить шов высокого качества.
  • Сварку алюминия нужно выполнять непрерывно в плане использования одного электрода. Все дело в том, что при обрыве электрической дуги на ванне и на электроде образуется шлаковая пленка, которая перекрывает прохождение электрического тока, то есть, это препятствие повторному розжигу дуги.
  • После окончания процесса шов нужно очистить от шлака, который станет причиной образования зон коррозии.
  • Чистить можно горячей водой с последующей обработкой металлической щеткой.

Как сварить алюминий вольфрамовыми электродами в инертном газе

Это самый распространенный вариант, и его используют тогда, когда к прочности алюминиевых конструкций предъявляется жесткое требование. Для этого используется присадочная проволока диаметром 1,6-4 мм и сам вольфрамовый электрод диаметром 1,6-5 мм. А также защитный газ: аргон или гелий.

Электропитание сварочного процесса производится от источника переменного тока. Все параметры технологической операции зависят именно от выбранного оборудования. То есть, сначала определяются режимы сварки, после чего подбираются диаметры электрода и проволоки, скорость подачи аргона, сила тока и так далее.

Есть и свои особенности сварки алюминия по этой технологии:

  • Длина дуги не должна быть больше 2,5 мм.
  • Угол между плоскостью сварки и вольфрамовым электродом должна быть в пределах 80°.
  • Между проволокой и электродом угол должен быть прямым.
  • Сначала по шву движется присадочная проволока, а вслед за ней горелка с электродом.
  • Никаких поперечных движений, только продольные, что обеспечит ровность сварного шва.
  • Проволока подается в зону сварки возвратно-поступательными движениями. Это позволит равномерно заполнить ванну.
  • Алюминиевые заготовки нужно обязательно укладывать поверх листа железа, который в этом случае будет отводить тепло от зоны сварки.
  • Аргоновый газовый поток начинает подаваться до начала сварочного процесса за 4-5 секунд, а при окончании сварки выключается после через 6-7 секунд.

Как варить алюминий полуавтоматами

Это идеальный вариант, где используется аппарат для сварки алюминия. Он импульсного действия. То есть, в зону сварки подается импульс высокого напряжения, который быстро разбивает оксидный слой. После чего напряжение падает до базового уровня. Но на сегодняшний день эти аппараты очень дороги. Поэтому сварщики стали приспосабливать под данную технологию полуавтоматы, в которых даже отсутствует режим сваривания алюминия и его сплавов.

По сути, технология сварки алюминия точно такая же, как и стали. Только вместо стальной проволоки используется алюминиевая. Есть и другие особенности.

  • Алюминиевая проволока плавится в несколько раз быстрее стальной, поэтому необходимо увеличить скорость ее подачи в зону сваривания.
  • При нагревании алюминиевая проволока расширяется больше, чем стальная, поэтому рекомендуется приобретать специальный наконечник, обозначаемый буквами «Al».
  • Так как алюминиевая проволока мягче стальной, то в процессе подачи ее в зону сваривания могут образовываться петли и скрутки, поэтому рекомендуется использовать для ее подачи механизм с четырьмя роликами.
Читайте также  Бур для столбов забора

Правила подготовки и проведение

Сваривать ответственные соединения алюминиевых заготовок лучше всего методом аргонодуговой сварки. Метод с использованием инвертора и стержневых плавких электродов позволяет получить качество, достаточное для домашнего ремонта или конструирования. Как сварить заготовки из алюминия в домашних условиях инвертором?

Прочность и долговечность шва во многом определяется качеством и тщательностью подготовительных работ. Они призваны удалить слой оксидов с высокой температурой плавления, покрывающий любую деталь из алюминия или его сплавов при контакте с воздухом.

[stextbox предварительного прогрева заготовок толще 4 мм следует использовать газовую горелку.[/stextbox]

Работы выполняются в такой последовательности:

  • зачистить область шва и околошовную область с помощью проволочной щетки или угловой шлифмашины;
  • для зачистки можно применить и химический способ, обработав поверхность реагентом;
  • прокалить электроды, чтобы избавиться от влажности обмазки;
  • при необходимости прогреть заготовки;
  • рука с горелкой должна двигаться с постоянной скоростью по прямой траектории, без поперечных качаний.

По окончании шва его следует зачистить от слоя шлака, тщательно промыть водой и просушить. Это снижает риск возникновения и распространения коррозии.

Заключение

Сварка алюминия электродом с обмазкой — доступный и несложный метод, применимый в домашних условиях. Для этого необходимо использовать инвертор, качественные электроды и соблюдать технологию.