Способы сварки алюминия

[tvin270584]

Алюминиевые детали обладают высокой теплопроводностью и низким весом. Эти свойства материала сделали его очень популярным в различных производственных областях. Тем не менее, технология сварки алюминия и его сплавов не так проста. Необходимо учесть много разных факторов и особенностей материала, чтобы выполнить сварочные работы на высоком уровне. В статье мастер сантехник расскажет о том, какие технологии соединения алюминия бывают и чем они отличаются между собой.



Сложности процесса



Прежде чем переходить к непосредственному описанию процесса, необходимо рассмотреть, какие именно особенности металла считаются уникальными, так как основная задача сварщика - повысить и без того низкую свариваемость алюминия.

Алюминий достаточно активен, особенно это касается химических реакций с кислородом. В результате окисления на поверхности, даже после обработки, достаточно быстро появляется окисная пленка. Она по физическим свойствам отличается от основного металла.



Температура плавления пленки из оксида алюминия составляет 2044°C градуса, в то время как сам металл плавится уже при 660°C градусах.

Расплавленный алюминий после сварки начинает кристаллизоваться, при этом капли, покрытые снаружи оксидной пленкой, образуют ячеистую структуру. Сварной шов не получается сплошным, а это ведет к образованию свищей и пор. Дефекты шва негативно сказываются на его прочности и герметичности. Чтобы пресечь взаимодействие алюминия с кислородом, околошовную зону защищают от атмосферного воздуха. Обычно для подобных целей используется аргон. В силу сваей инертности, он не взаимодействует с металлом, а также вытесняет кислород, так как инертный газ тяжелее воздуха.

Несмотря на высокую теплопроводность, расплавленный алюминий не успевает отводить тепло в окружающую среду. Повышенная текучесть существенно осложняет процесс формирования шва. Необходимо дополнительно использовать различные теплоотводящие подкладки. Если применять различные средства, обеспечивающие интенсивное охлаждение, то резкий перепад температур может стать причиной возникновения мелких трещин.

Еще одной проблемой является растворенный в жидком металле водород. Он в виде пузырьков поднимается на поверхность ванны, но наружу выходит не весь. В застывшем металле могут образовываться поры или скопления пор. Наличие кремния в сплаве способствует образованию трещин при кристаллизации.



При нагревании алюминиевая заготовка увеличивается в размерах. тепловое расширение присуще каждому металлу, однако у алюминия высокий коэффициент линейного расширения. Тем не менее, на качество сварки влияет не столько расширение металла, сколько его усадка при кристаллизации ванны. Сварочный шов может подвергаться серьезным деформациям.

Высокая теплопроводность алюминия сказывается и на параметрах сварки. Чтобы достичь нужной температуры дуги приходится увеличивать силу тока. Отметим, что сварка черных металлов производится при более низких значениях сварного тока, несмотря на то, что их температура плавления выше, чем у алюминия.

Наконец, последняя сложность, препятствующая проведению работ в домашних условиях, состоит в том, что без специальных средств и материалов практически невозможно определить состав сплава, из которого изготовлены детали.

Способы сварки алюминия

Напомним, что сварка металлов может осуществляться различными методами. Их отличия основываются на разнице в технологии, расходных материалах и вспомогательных средств. Наиболее популярны такие процессы:

• Ручная дуговая сварка MMA. Такая сварка ведется покрытыми плавящимися электродами.
• Сварка алюминия аргоном TIG. Имеется в виду аргонодуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом в среде инертного газа - аргона. В международной классификации данный режим сварки обозначается, как TIG.
• Полуавтоматическая сварка MIG. Используются защитные газы, присадочный материал в виде проволоки подается специальным механизмом. Инверторы, ведущие сварку в режиме MIG, называют полуавтоматами за наличие такого механизма.
• Сварка алюминия газовой горелкой. Сварка алюминия в домашних условиях.

При выборе любого из перечисленных методов задача сварщика сведется к разрушению и дальнейшему препятствованию образования оксидной пленки.

Подготовка поверхностей



Технология подготовки поверхностей алюминиевых изделий может несколько отличаться, в зависимости от условий проведения работ. Тем не менее, несмотря на отличия, требования к состоянию кромок, зазоров и поверхностей вполне определены ГОСТ. Подготовительные работы можно разделить на несколько этапов.

На первом этапе происходит очистка поверхностей от грязи, пыли, масляных и жировых отложений. Полезно обезжирить поверхности бензином, растворителем, ацетоном или уайт-спиритом. Неотъемлемым этапом является разделка кромок. Особенно актуален процесс разделки, когда толщина деталей превышает 4 мм (20 мм для ручной дуговой сварки). В противном случае нельзя гарантировать проплавление металла по всей толщине, поэтому шов будет некачественным. Но даже при работе с тонким листовым металлом кромки приходится подготавливать, производят их отбортовку.



Перед непосредственной сваркой оксидную пленку нужно удалить, что производится механическим способом. В качестве инструмента подойдет напильник, наждачная бумага или металлическая щетка. Окисляется алюминий быстро, поэтому данную процедуру бессмысленно проводить задолго до начала работ. Предусмотрен и химический способ борьбы с окислом. Поверхность протирается каустической содой. Но после обработки придется деталь промыть водой и высушить.

Ручная дуговая сварка



Аббревиатурой MMA обозначается ручная дуговая сварка при использовании покрытых электродов. Метод применяется для соединения конструкций и деталей из алюминия, на которые не приходится ответственная нагрузка. Это связано с недостатками MMA-сварки:

• Трудно получить ровный шов;
• Процесс плавления электрода сопровождается сильным разбрызгиванием;
• Не высокая прочность создаваемого шва, отличающегося пористой структурой;
• Затруднена очистка шва от шлаков.

MMA-сварка может применяться, если у металла толщина не меньше такой же характеристики электрода. Метод используется при невозможности применения дорогого и громоздкого оборудования.

Инверторная сварка



Сварка алюминия электродом - сложная операция. Для облегчения процесса рекомендуется применять инвертор, обладающий рядом достоинств:

• Эффективное потребление электрической энергии благодаря преобразователю, автоматически отключающемуся при прекращении работы;
• 95-процентный КПД, достигаемый за счет наличия полупроводникового высокочастотного преобразователя импульсного типа, препятствующего появлению индуктивных потерь;
• Стабильное горение дуги, которая зажигается максимально быстро после удара электродом по металлу;
• Ручка регулятора позволяет выполнить точную установку нужного значения силы сварочного тока, зависящей от толщины применяемых электродов;
• Выдача требуемого напряжения даже при просадках в электросети благодаря автоматической подстройке преобразователя импульсного типа под входные параметры.

Инверторный аппарат для сварки алюминия - компактное оборудование небольшого веса. Это позволяет удобно переносить и перевозить устройство при выполнении работ.

Технологические особенности сварки



Вначале выбираются электроды по алюминию для инверторной сварки. Они характеризуются высокой скорости плавления. По этой причине сварочный процесс выполняется в 2-3 раза быстрее по сравнению с другими материалами. Для инвестора подходят все расходники с покрытием, применяемые при сварке алюминия. Чаще всего используют стержни марки «ОЗАНА», «УАНА», «ОЗА» и серии «ОК» от шведской компании ESAB. Чтобы сформировать надежный сварочный шов, все электроды нужно предварительно прогревать. Для этого используется специальная печка.

Перед сваркой алюминия инвертором и при применении других технологий проводится очистка металла от загрязнений и оксидной пленки при использовании щетки с жесткой щетиной и любых доступных моющих средств. После этого требуется промыть поверхностей холодной водой. Потом металл обезжиривается ацетоном, уайт-спиритом или другим органическим растворителем. При небольших размерах алюминиевых деталей элементы погружаются на несколько минут в щелочной раствор с температурой не более 60°C. Затем поверхности шлифуются щеткой с металлической щетиной. Не допускается применять абразивные средства, потому что рабочие частицы остаются на металле. В заключение поверхности промываются при использовании растворителя, который обязан высохнуть самостоятельно. Подготовка позволяет получить не кривой и прочный шов.

Выполняется ручная дуговая сварка алюминия током обратной полярности, у которого не меняется направление и величина. Он используется из-за образования оксидной пленки на поверхности металла. Она разрушается благодаря катодному распылению именно при обратной полярности. Сила тока вычисляется исходя из следующей зависимости: на каждой 1 мм толщины электрода требуется от 20 до 25 А.

Поверхности алюминиевых деталей нужно прогревать до 400°C, чтобы создать качественный шов. Нагрев позволяет исключить вероятность деформации металла и образование горячих трещин.



Во время сварки инверторной алюминия электрод должен занимать вертикальное положение. Допускается также стержень держать под небольшим углом. При работе его необходимо перемещать в направлении шва. Опытные сварщики советуют не совершать поперечных движений, а выполнять процесс на короткой дуге исключительно в один проход.

Обязательно требуется удалять корку шлака с конца электрода и кратера между соединяемыми деталями, если произошел обрыв дуги. Это позволит упростить процесс повторного розжига дуги и продолжить сварку. Рекомендуется стараться варить непрерывно при использовании одного электрода, пока расходник полностью не расплавится. После создания шва нужно участок очистить от шлака и промыть водой.

Видео

В сюжете - Сварка алюминия электродом

Click to view

В сюжете - Свариваем алюминий без аргона

Click to view

Выбор оборудования

Популярные аппараты для сварки алюминия электродом.

Ресанта САИ 190ПН

В основу конструкции аппарата положены передовые инверторные технологии, базирующиеся на выпрямителе с импульсно-модульной регулировкой и стабилизатором тока. Питается устройство от обычной однофазной электросети на 220 В. Данный сварочный инверторный аппарат стал довольно распространенным инструментом для создания максимально прочного соединения металлических деталей в условиях частных домовладений, мастерских и других профессиональных или бытовых случаях. С помощью этого довольно компактного аппарата можно обеспечить высокое качество и точность сварного шва, формируемого электродом при помощи постоянного тока. В комплект поставки входит кабель со специальным удобным электрододержателем, а так же кабель с крепежным приспособлением, обеспечивающий замкнутость контура. Длина каждого кабеля - 2 метра.

Особенности:

• Защита от перегрева;
• Функция «ANTI STICK» (антизалипание);
• Функция «HOT START» (горячий старт);
• Функция «ARC FORCE» (форсаж дуги);
• Напряжения от 140 до 240 В;
• Сварочный ток 10-190 А.

Kittory KT 220 Prof

Инверторный сварочный аппарат для профессионального использования. Предназначен для дуговой сварки штучными электродами с покрытием (технология MMA). Панель приборов оснащена электронным амперметром. Улучшенный дизайн - пластиковые накладки, ручки и плечевые ремни. Инвертор KT 220 Prof оборудован блоком стабилизации. Уверенно работает от напряжения сети 140 В. Предусмотрена сварка по технологии TIG. Класс изоляции H. Класс электромагнитной совместимости A. Степень защиты IP21S. Система охлаждения - принудительная (вентилятор).

Особенности:

• Защита от перегрева;
• Функция «ANTI STICK» (антизалипание);
• Функция «HOT START» (горячий старт);
• Функция «ARC FORCE» (форсаж дуги);
• Напряжения от 140 до 220 В;
• Сварочный ток 20-220 А;
• ПВ 80%, КПД 85%.

Foxweld Мастер 202М

Мастер 202М - сварочный аппарат инверторного типа, изготовленный по современной IGBT технологии, предназначен для ручной дуговой сварки штучным покрытым электродом на постоянном токе. Аппарат отличается повышенной надежностью, высокой мощностью, хорошими техническими характеристиками, имеет программно-установленные характеристики Hot Start, Antisticking и регулируемую функцию Arc Force, работает при пониженном напряжении сети (от 140В).

Особенности:

• Технология сборки IGBT;
• Очень простая и удобная панель управления;
• Цифровой дисплей для отображения величины сварочного тока;
• Встроенные функции Hot Start, Antisticking и регулируемая Arc Force;
• 2 светодиода для контроля за работой сварочного источника;
• Малый вес.

Аргонодуговая сварка



Аббревиатурой TIG обозначается сварочный процесс в среде аргона при применении неплавящегося электрода из вольфрама диаметром от 1,6 до 5 мм и присадочной проволоки толщиной от 1,6 до 4 мм. Выполняется он с помощью оборудования, имеющего высокочастотное зажигание дуги и создающего переменный ток.

Оборудование для аргоновой сварки



Многие аппараты сварочные для сварки алюминия изготавливаются с возможностью регулирования частоты тока, непрерывно изменяющегося по направлению и величине через равные отрезки времени. С помощью настройки сварщик может точно контролировать ширину дуги. Это позволяет сваривать тонкий материал и выполнять процесс в углах с ограниченным доступом.

Аппараты оснащаются также регулировкой баланса переменного тока. Эта возможность позволяет управлять раскислением алюминия. При изменении непостоянного тока в положительную полярность происходит на поверхности «летучего» металла разрушение оксида. Поэтому становится возможным выполнить аргоновую сварку алюминия. Чистота металла и скорость процесса влияет на количество требуемого раскисления материала. Стабильность дуги снижается при высоком балансе тока. Низкое значение не позволит полностью расплавить оксидную пленку.

Стандартный набор для проведения аргонной сварки алюминия состоит из следующих приспособлений и материалов:

• Источника непостоянного тока (инвертора);
• Заземления, обеспечивающего безопасность при выполнении работы;
• Электродов из вольфрама;
• Присадочной проволоки;
• Охлаждающего блока для горелки, использующегося во время масштабных работ;
• Сопла для горелки;
• Шланга для газа;
• Баллона с аргоном;
• Редуктора, использующегося для снижения давления газа.

Работы необходимо выполнять при использовании краг, маски «Хамелеон» или сварочного щитка, оснащенного хорошим светофильтром. Профессиональные сварщики применяют педаль для управления переменным током.

Преимущества



Сложность обработки алюминия заключается в образование оксидной пленки на поверхности металла, когда происходит его контакт с кислородом. Она расплавляется при температуре 2550°C в то время как сам материал плавится при 660°C.

Аргонодуговая сварка алюминия отличается следующими достоинствами:

• Универсальность способа, применяющегося для соединения деталей и конструкции из чистого алюминия и его сплавов;
• Возможность создания аккуратно шва с небольшой толщиной;
• Стабильность сварочной дуги;
• Возможность образования прочных соединений на участках, на которые действует ответственная нагрузка.

Благодаря применению аргона вытесняется кислород, и создается препятствие для процесса окисления. Дуга горелки расплавляет проволоку для сварки алюминия, что позволяет сформировать шов.

Технология аргоновой сварки



Во время выполнения TIG сварки алюминия присадка в виде прутка обязана располагаться перед вольфрамовым электродом. Ее перемещать нужно исключительно по направлению шва.



Во время проведения ТИГ сварки алюминия нужно выполнять следующие правила:

• Работы осуществляются дугой минимальной длины от 1,5 до 2,5 мм. Поэтому вольфрамовый электрод должен находиться максимально близко к поверхности металла.
• Присадочный пруток обязан подаваться плавно. При рывках металл будет разбрызгиваться.
• Электрод из вольфрама в течение всего процесса должен располагаться максимально вертикально, чтобы обеспечить стабильную дугу. Оптимальный угол равен 70-80°.
• Необходимо постараться варить на максимальной скорости. Это позволит получить более качественный шов.
• Угол между присадкой и электродом по возможности должен быть прямым.
• Для отвода тепла от сварочной ванны, исключения прожога тонкого материала и перегрева деталей используется подкладка из меди или стали.
• При сварке сначала подается газ, а потом осуществляется сам процесс. При завершении операции действия выполняются в обратном порядке. Задержка должна составлять примерно 5 секунд.

TIG-сварка может выполняться в разных пространственных положениях. Однако более качественный шов удается получить, если процесс проводится в горизонтальной плоскости, так как аргон тяжелее кислорода. Когда сварку нужно выполнить в вертикальном положении или на потолке, рекомендуется использовать аргон, смешанный с гелием.

Видео

В сюжете - Первое знакомство с ТИГ сваркой

Click to view

В сюжете - TIG сварка алюминия новичкам

Click to view

Выбор оборудования

Популярное оборудование для TIG-сварки алюминия.

Ресанта САИ-250АД AC/DC

Аргонодуговой сварочный аппарат инверторного типа. Одним из важнейших ее преимуществ является возможность работать на двух типах тока - переменном и постоянном - в зависимости от вида металла, из которого выполнена заготовка. Так, например, если необходимо работать с черными и нержавеющими сталями, изделиями из меди или титана, то используется постоянный ток. Для работы со сплавами алюминия, магниевыми заготовками, а также изделиями из медных сплавов большой толщины, когда необходимо удалять окислы со свариваемой поверхности в TIG-режиме, используется переменный ток. Кроме этого, конструкция и оснащение данного сварочного аппарата допускают сварку ММА, когда электрод имеет рутиловое и основное покрытие.

Особенности:

• Наличие разных режимов сварочного процесса;
• Наличие режимов работы 2Т/4Т;
• Устройство оснащено удобным цифровым светодиодным дисплеем;
• Наличие функции горячего старта (Hot Start) для более легкого и надежного запуска дуги;
• Наличие функции бесконтактного высокочастотного поджига дуги;
• Наличие функции PreFlow, выполняющей продувку горелки перед сваркой в режиме TIG с помощью газа;
• Наличие функции Down Slope для регулирования заварки кратера;
• Наличие функции Post Gas для настройки параметров времени продувки газом после сварки;
• Настройка временных параметров спада тока.

Foxweld Varteg TIG 160 AC/DC PULSE

Cовременная инверторная аргонодуговая установка, позволяющая работать как на постоянном (сварка черных и нержавеющих сталей, меди, титана и пр.), так и на переменном токе (сплавы алюминия, магния, медные сплавы больших толщин и пр., где требуется удаление окислов со свариваемой поверхности). Высокий уровень КПД обеспечивает лучшую производительность при меньших затратах энергии, что позволяет экономить ресурсы.

Особенности:

• Функция Arc-force 0-10;
• КПД (%) / Коэффициент мощности 85 / 0,7;
• Поджиг дуги осциллятор;
• Возможность подключения ДУ;
• Баланс перем. тока (очищение), % 20-80;
• Время импульса, % 10-90;
• Заварка кратера, с 0-10;
• Номинальный входной ток, А 26,6;
• Продувка перед сваркой, с 0-5;
• Продувка после сварки, с 1-10;
• Установка тока паузы, % 20-90;
• Частота режима пульсации, Гц 0,5-300;
• Цифровой индикатор сварочного тока;
• Высокое качество сборки.

Fubag INTIG 200 AC/DC PULSE с горелкой

Это надежный сварочный инвертор для аргонодуговой сварки низкоуглеродистой и нержавеющей сталей, меди, титана. Наличие режима TIG AC позволяет качественно варить алюминий. Сварочный аппарат оснащён функциями высокочастотного поджига HF TIG и TIG-LIFT, что делает возможным быстрый и качественный старт сварочных работ. В конструкции сварочного инвертора INTIG 200 AC/DC PULSE предусмотрена пластиковая крышка, которая защищает панель управления от загрязнений и легких ударов. Высокое качество сварки тонких материалов обеспечивает режим TIG Pulse.

Особенности:

• Мощность 6,6 кВт;
• Горелка в комплекте;
• 9 индивидуальных программ сварки;
• Бесконтактный поджиг (HF TIG) и поджиг методом TIG LIFT;
• Система PROTEC;
• Режим импульсной сварки PULSE;
• 2-х и 4-х тактный режим работы горелки;
• Полная настройка сварочного процесса на параметрической кривой;
• Работа от электростанции.

Выбор газовой смеси

Для сварки алюминия и его сплавов, кроме применения чистого аргона, могут применяться следующие газовые смеси.

Газовая смесь НН-1

(Helishield H3): Это инертная газовая смесь, состоящая из 30% гелия и 70% аргона. Дает более эффективный нагрев, чем аргон. Увеличивается проплавление и скорость сварки. Более ровная поверхность шва и, следовательно, меньшее использование сварочной проволоки.

Газовая смесь НН-2

(Helishield H5): Это инертная газовая смесь, состоящая из 50% гелия и 50% аргона. Наиболее универсальная газовая смесь, подходит для сварки материалов практически любой толщины.

Газовая смесь НН-3

(Helishield H2): Это инертная газовая смесь, состоящая из 75% гелия и 30% аргона. Высокое содержание гелия предоставляет более продуктивную сварочную дугу. Использование этой смеси для сварки тонких материалов может существенно сократить пористость, увеличить скорость сварки и уменьшить (возможно, полностью устранить) необходимость подогрева.

Полуавтоматическая сварка



Аббревиатурой MIG обозначается полуавтоматическая сварка, осуществляемая при использовании газов, создающих защитную среду. Процесс выполняется при использовании специальной проволоки из алюминия, которая подается в автоматическом режиме через горелку, перемещаемую ручным способом.

Процесс сварки алюминия полуавтоматом



Оборудование для сварки представляет собой импульсные полуавтоматы. Именно импульс высокого напряжения разрушают тонкую оксидную пленку на алюминии, снижает перегрев металла и уменьшает вероятность появления прожога. Он же способствует так называемому вдавливанию расплавленного электродного материала в сварочную ванну. С помощью MIG технологии удается получить надежные и плотные соединения алюминиевых деталей и конструкций.

При сварке алюминия полуавтоматом используется постоянный ток, имеющий обратную полярность.



В качестве защитного газа нужно применять чистый аргон. Для качественного процесса важно также правильно выбрать толщину и марку проволоки. Вид расходника подбирается экспериментальным путем или с учетом состава свариваемого металла. Тонкий расходник диаметром 0,8 мм затруднительно использовать, так как существует сложность его подачи через горелку из-за повышенной мягкости алюминия. Поэтому рекомендует применять в работе устройства Push Pull. Они оснащены механизм подачи проволоки. Можно также использовать горелки с маленькой длиной. Для предотвращения образования проволокой петель подающий механизм должен быть оснащен 4 роликами. Чтобы расплавить расходник толщиной от 1,2 до 1,6 мм, нужно использовать больший ток для сварки.

Статья на сайте полностью не поместилась, продолжить чтение вы сможете по ссылке: https://zen.yandex.ru/media/id/6007c9d6e1be7a0d33505026/sposoby-svarki-aliuminiia-60a67c6d1b112a2f54e58d69