Сварка алюминия аргоном

Пошаговое руководство

В домашних условиях соблюдайте алгоритм действий:

1. Подберите наконечник, который будет больше проволоки на несколько миллиметров. Материал расширяется при нагревании, поэтому мастер должен учитывать изменение объемов. С помощью шлифовальной машины либо щетки из металла зачистите заготовку до блеска. Наденьте специальную одежду, закройте лицо маской. Нужно защитить дыхательные органы, поскольку легирующие добавки могут оказаться токсичными.
2. Оградите рабочее пространство от ветра. Сквозняк будет сдувать аргоновое облако.
3. Выберите подходящий режим для полуавтоматической сварки алюминия. Разрешается применить настроечные таблицы.
4. За 5-10 секунд до розжига дуги начинайте подавать аргон. В процессе должно возникнуть защитное газовое облако. Разожгите дугу. При этом зазор между насадкой и ванной расплава должен составить 1-1,5 см.
5. В процессе регулируйте скорость подачи. Не устанавливайте максимальную на начальных этапах работы. Следите, чтобы алюминий хорошо проварился.
6. Ровно ведите дугу, чтобы наплавочный валик формировался равномерно.
7. Когда работа будет завершена, не отключайте ток сразу. Сначала отведите в сторону дугу. Защитный газ подавайте еще 10-20 секунд. За это время поверхность шва остынет. Если подача будет прекращена раньше, материал может вступить в реакцию с кислородом.

Технология сваривания алюминия

Помимо уже имеющейся информации важно изучить технологию полуавтоматической алюминиевой сварки. Без знания технологических нюансов добиться качественного шва будет очень сложно

Для этого нужно провести зачистку. В начале статьи упоминалось, что есть два способа борьбы с пленкой. Их стоит применять в связке. Помимо этого, на поверхности не должно быть ржавчины, загрязнений.

После зачистки проводится обезжиривание. Для этого можно использовать растворитель.

Подготовив металл, нужно подготовить оборудование. Убедиться, что диаметры шланга и проволоки имеют указанное выше различие. Провести загрузку прутка в подающий механизм, провести подготовку защитного газа.

Если применяется полуавтоматическая TIG сварка, подготавливаются электроды. Они должны быть правильного типа и без лишней влаги.

Теперь можно включить полуавтомат и зажечь дугу. Стабильность горения сварочной дуги на протяжении всего процесса – важный момент работы.

Нужно следить за ней и за расстоянием между дугой и поверхностью детали. Это расстояние не должно превышать 15 мм.

Формирование шва должно проходить равномерно, не стоит делать резких скачков в скорости сварки. После завершения создания соединения дуга отводится плавно, без рывков.

Газ подается еще секунд 10-15. Это убережет шов от появления сварочных дефектов, таких как трещины и кратеры.

Настройки оборудования

• режимы выбираются исходя из толщины заготовки, состава сплава; способа разделки кромок, выбранных сварочных материалов, справочные таблицы приведены в ГОСТе;
• следует проверить исправность вытяжной вентиляции, чтобы удалять образующуюся копоть;
• наконечники подбираются с запасом на тепловое расширение проволоки;
• тщательная зачистка проводится непосредственно перед сваркой;

Во время работы, особенно с тонколистовыми заготовками, необходимо следить за режимом теплоотвода. Это позволит избежать перегрева деталей и связанных с ним дефектов.

Постоянным током обратной полярности

В ходе работы по технологии MIG электродуга плавит присадочный материал. Ионизированные капли расплава притягиваются имеющей противоположный потенциал поверхностью расплава. При этом они теряют свой заряд и выделяют энергию. Это разрушает слой оксидов, возникающий на поверхности расплава. После остывания расплав кристаллизуется, формируя шовный материал.

Сварка алюминия полуавтоматом в аргоне

Сварка алюминия полуавтоматом в режиме MIG/MAG позволяет преодолеть сопротивление оксидной пленки. Название говорит само за себя MIG (metal, inert gas), то есть происходит присадка металла плавящегося электрода в сварочную ванну, в среде инертного газа. Смысл полуавтоматической сварки заключается в том, что плавящийся электрод или проволока подается толкающими роликами автоматически, а горелку сварщик ведет вручную.

Для сварки алюминия используется однородная проволока высокого качества. Скорость подачи проволоки сварщик регулирует полагаясь на свои способности и уровень мастерства. Профессионалы предпочитают делать это ножной педалью. Можно задавать нужное значение скорости подачи проволоки на самом аппарате. При сварке массивных изделий требуется более глубокий провар, и количество присадочной проволоки увеличивается.

Для достижения отличного результата используют сварочные полуавтоматы с режимом импульсной сварки. На основной сварочный ток накладывается дополнительный ток высокой амплитуды. Этот процесс происходит с заданной частотой (регулировка этого параметра также предусмотрена). Импульсы с легкостью пробивают оксидную пленку.

Основная задача импульсов – мелкокапельный перенос электродного металла и перемешивание его с основным металлом.

Второе происходит за счет ударного вторжения капли в сварочную ванну. Хорошо подобранная частота импульсов обеспечивает эстетически красивый шов.

Как осуществляется подготовка металла к сварке

Вне зависимости от того, в каких условиях свариваются детали из алюминия – производственных или домашних, необходимо тщательно подготовить кромки этих деталей. Такая подготовка заключается в следующем.

• Поверхности деталей, которые предстоит сваривать (а также присадочный материал) очищаются от грязи, масла и жира. Чтобы обезжирить поверхности, их обрабатывают уайт-спиритом, ацетоном, авиационным бензином и любым другим растворителем.
• К подготовке относится и разделка кромок свариваемых деталей, которую выполняют, если в этом есть необходимость. Если сварку деталей из данного металла проводят не с помощью покрытых электродов, то разделку кромок следует производить при толщине соединяемых деталей, превышающей 4 мм. Если же для сварки применяются электроды, то разделку кромок выполняют, когда толщина деталей превышает 20 мм. Если сваривать предстоит алюминиевые листы толщиной, не превышающей 1,5 мм, то их торцы отбортовывают перед выполнением соединения.
• С поверхности деталей из данного металла перед выполнением их сварки необходимо удалить оксидную пленку. Для такой процедуры используется напильник или щетка с ворсинками из нержавеющей стали, с помощью которых с кромок соединяемых заготовок (на ширине 25–30 мм) удаляется оксидная пленка.

Обработка места сварки проникающим составом с целью выявления дефектов и определения места наложения шва

Способы алюминиевой сварки

Когда вы успешно освоили уроки по металловедению для новичков, можете выбирать тот или иной метод сварки алюминия в среде инертных газов.

Для сварочных работ используются такие виды аппаратов: электродуговой; аргоно-дуговой; газоплазменная установка.

При использовании такой установки применяется флюс, который делают на основе хлористых и фтористых солей. Когда места сварки нагреваются, оксидная пленка разрушается флюсом на поверхности материала, а соединение осуществляется при температуре, которая максимально приближена к температуре плавления.

Само сваривание происходит посредством алюминиевого прутка, при этом материала будет расходоваться минимум. Помните, что флюс поверхность металла разъедает, когда работы по сварке завершатся, его остатки потребуется удалить, а саму деталь промыть водой.

Сварка электродуговым аппаратом осуществляется посредством постоянного тока с обратной полярностью. Применяются при этом алюминиевые электроды либо присадочная проволока с флюсовой обмазкой.

Однако самый качественный шов при сварке алюминиевых деталей обеспечивается при использовании аргонно-дугового аппарата. Дугу создает вольфрамовый электрод. Он работает в течение длительного времени, тем самым сокращая стоимость соединительных работ. Дуга зажигается между деталью и вольфрамовым электродом.

В зону горения дуги будет подаваться алюминиевая проволока. В зоне горения оксидная пленка на поверхности металла может разрушиться на фоне высокой температуры. Сварку проводят при быстром движении электрода на узком участке. В данном режиме алюминий не успеет перейти в жидкое состояние и вытечь наружу.

Чтобы обеспечить высокое качество сварного шва, проволока должна обладать аналогичной со свариваемым материалом структурой. Данный сварочный способ выполняется с помощью полуавтомата.

В разных условиях производства сварка осуществляется импульсным или постоянным током. На предприятиях есть специальные сварочные установки, работающие с переменным током.

https://youtube.com/watch?v=5y16U1ezbs8

Технологические особенности сварки

Полуавтоматическая сварка алюминия должна выполняться под защитой инертного газа. В основном для этого используют аргон. Иногда к нему добавляется гелий.

Допускается выполнение сварного шва полуавтоматом без применения нейтрального газа при условии использования порошковой расходной проволоки. При нагреве она начинает распылять железосодержащий порошок, который образует облако и служит диэлектриком, выполняющим защитную роль также, как инертный газ.

Использование порошковой проволоки в качестве защитного флюса при сварке алюминия стоит применять только в исключительных случаях, т. к. при таком методе сварной шов не будет отличаться высоким качеством.

Задачи, которые стоят перед сварщиком при работе с алюминием, успешно можно решить с помощью сварочного полуавтомата с использованием TIG и MIG технологий.

При TIG технологии используются неплавящиеся электроды на основе вольфрама и присадочная проволока, автоматически заполняющая стык между деталями. При использовании этой технологии необходимо наличие в полуавтоматическом устройстве режима переменного тока, а также высокочастотного розжига дуги.

В этом случае окисная пленка пробивается путем «катодного» распыления ее поверхности в моменты тока с обратной полярностью.

При MIG методе в качестве присадки используют сами электроды, т. к. они являются плавящимися. Такой электрод равномерно подается в сварную зону с помощью устройства автоматической подачи проволоки.

Сварка алюминиевых сплавов полуавтоматическим аппаратом MIG способом проводится с использованием постоянного тока, имеющего обратный характер полярности. Рассмотрим его подробно.

Сварка постоянным током обратной полярности

Процесс выполнения такой сварки изображен на рисунке:

При ее проведении сварочная дуга окружена парами металлического расплава электродной проволоки. Капли жидкого алюминия при постоянной подаче проволоки в виде ионов притягиваются «катодной» поверхностью сварной ванны. При этом происходит их нейтрализация с образованием дополнительного тепла.

В результате такого процесса поверхностная оксидная пленка разрушается. Если окисный слой значительный, то перед проведением сварки его нужно удалить с помощью механической чистки или травлением.

Плавящийся электродный металл заполняет каплями область между стыками деталей, образуя при застывании прочный шов.

Как использовать?

Следует обеспечить следующие параметры и характеристики

Проволока

Выбирая алюминиевую проволоку для сварки полуавтоматом, необходимо учитывать такие моменты, как:

• химический состав должен быть близок к составу материала заготовок, это обеспечит близкие температуры плавления;
• диаметр от 0,8 до 1,6 мм.

Так, для сплавов с долей кремния менее 5% используют марку ER4043 и ER5356

Рабочие режимы для сплавов с низким содержанием кремния.

Горелка

Шланг должен иметь тефлоновый тракт подачи проволоки и длину не более 3 метров.

Наконечник подбирается с запасом до +0,4 мм относительно диаметра проволоки.

При работе токами сильнее 200А потребуется система водяного охлаждения горелки.

Механизм подачи проволоки

Чтобы мягкая алюминиевая проволока не заламывалась и не застревала, следует использовать систему подачи с четырьмя роликами. Профиль роликов должен быть U образный. Механизм нуждается в тонкой регулировке силы натяжения и прижима после каждой смены диаметра проволоки.

Положение газовой горелки

При сварке аргоном сварочным полуавтоматом горелка должна быть наклонена на 10-20о. Зазор между соплом и заготовкой нужно поддерживать в районе 10-15 мм, если отвести горелку дальше, вырастет расход аргона. Ведут горелку справа налево, или движением руки «от себя», от ванны. Это позволяет очищать поверхность шва и снижать загрязнение его шлаками.

Скорость ведения

Алюминий следует сваривать быстрым движением горелки, высокотемпературной электродугой. Это позволяет избежать прожогов при высоких значениях рабочего тока, необходимого для прогрева детали.

Выпуклые швы

Соединение алюминиевых заготовок подвержено риску образования трещин из-за высокого коэффициента расширения материала. Если на шве образовался кратер, он служит точной концентрации напряжений и началом для трещин. Образующиеся в ходе сварки кратеры необходимо заваривать до образования выпуклости, усиливающей шов. Для этого следует провести горелку в обратном направлении, не гася дугу.

Меры предосторожности

• использовать средства индивидуальной защиты от брызг металла и ультрафиолетового излучения сварочной дуги: плотную несгораемую одежду и обувь, маску сварщика с адаптивным светофильтром, спилковые краги;
• защищать органы дыхания респиратором либо индивидуальным дыхательным аппаратом с подачей чистого воздуха из баллона или от магистрали;
• перед началом работы проверять исправность оборудования, отсутствие механических повреждений, нарушения изоляции и утечки газа.

Возможные сложности

К сложностям, с которыми можно столкнуться при сварке алюминия, относятся:

• недостаточный прогрев толстостенных заготовок, ведущий к неполному проплавлению кромок;
• образование оксидного слоя при некачественной или преждевременной зачистке;
• возникновение трещин из-за перегрева заготовки и последующей усадки;
• сложность определения температуры заготовки «на глаз», поскольку алюминий не меняет цвет при нагреве;

Опытные сварщики дают один общий совет: точное соблюдение режимов сварки и технологических требований поможет избежать этих проблем.

Особые свойства алюминия

Для правильного выполнения сварочных операций следует знать особенности данного материала. Среди наиболее важных физико-химических свойств алюминия можно назвать следующие:

• не изменяет цвет при нагреве;
• алюминий и его сплавы обладают слишком широким диапазоном температур плавления;
• теплопроводность металла в несколько раз выше, чем у стальных сплавов.

Неопытному сварщику следует помнить о вышеперечисленных особенностях металла и соблюдать меры предосторожности, чтобы не получить травму либо не повредить свариваемую поверхность

Чтобы произвести расплавление окисного слоя и при этом не повредить металлическую поверхность, рекомендуется правильно подготовить материал, а также придерживаться основных правил сваривания легкоплавкого металла.

Требования к оборудованию для полуавтоматической сварки алюминия

Сварка алюминия полуавтоматом может выполняться на любом оборудовании, но лучших результатов позволяют добиться импульсные сварочные аппараты. Инверторные устройства (ТИГ), на которых сварка выполняется на переменном токе высокой частоты, также обеспечивают высокое качество получаемого соединения, но процесс на них происходит в три раза медленнее, по сравнению с импульсным оборудованием. Однако для тех домашних мастеров, которые собираются варить детали из алюминия своими руками, ТИГ-аппараты являются оптимальным выбором.

Технология сварки алюминия полуавтоматом подразумевает использование защитного газа, в качестве которого используется аргон или смесь этого газа с гелием (если варить необходимо заготовки большого сечения). В отдельных случаях полуавтоматическая сварка данного металла может выполняться и без газа, но тогда необходимо использовать специальную порошковую проволоку, испарения которой формируют защитную среду, либо осуществлять процесс под слоем флюса.

Полуавтомат для сварки алюминия должен соответствовать ряду требований, которые учитывают особенности как свариваемых деталей, так и расходных материалов, используемых для выполнения соединения. Среди таких требований необходимо выделить следующие:

• Диаметр отверстия в наконечнике, через которое подается сварочная проволока, должен иметь некоторый запас по своему размеру. Объясняется это требование тем, что алюминиевая проволока, используемая для сварки, в процессе нагрева значительно расширяется, что может привести к ее застреванию в подающем отверстии.
• Шланг полуавтомата, через который подается сварочная проволока, должен быть не слишком длинным (не более 3 метров), что объясняется мягкостью используемой проволоки из алюминия, которая может деформироваться. Не допускается, чтобы на таком шланге были скручивания и сильно изогнутые участки.
• Чтобы минимизировать силу трения сварочной проволоки, подающейся через шланг полуавтомата, рекомендуется заменить обычный канал подачи на тефлоновый.
• Чтобы механизм подачи сварочного полуавтомата не заминал мягкую алюминиевую проволоку, он должен быть оснащен 4 роликами, имеющими U-образные канавки. Использование такого подающего механизма позволит обеспечить минимальное механическое воздействие на поверхность проволоки.

Четырехроликовый механизм, обеспечивающий плавную подачу алюминиевой проволоки

Если вы собираетесь выполнять сварку заготовок из алюминия своими руками достаточно часто и вам важна производительность данного технологического процесса, то лучше использовать для этих целей специализированное оборудование, работающее в импульсном режиме. В таком полуавтомате изначально заложен синергетический режим сварки, что дает возможность эффективно использовать это устройство для соединения деталей, изготовленных из алюминия.

Если же вас в первую очередь интересует качество формируемого сварного шва, а не скорость технологического процесса, то лучше использовать для сварки алюминиевых деталей в среде аргона упомянутый выше инвертор ТИГ. Такое оборудование стоит значительно дороже, но обеспечивает высокое качество сварного шва, его однородность и отсутствие в нем пор.

Инверторный полуавтомат марки «Кедр» с выносным механизмом подачи проволоки

Выбор и настройка оборудования

Сварочный полуавтомат для алюминия

Сварка алюминия стандартными MIG- аппаратами носит условный характер, т.е. сварить с ним можно, но ожидать хорошего результата не стоит.

Оптимальным решением в выборе является полуавтомат для сварки алюминия с импульсным режимом. Импульсы пробивают оксидную пленку, уменьшают перегрев алюминия и снижают вероятность прожога.

Импульсная сварка алюминия на постоянном токе

Синергетические импульсно-дуговые аппараты, снабженные специальной программой, еще больше облегчают задачу. Сварщику необходимо определиться с выбором свариваемых сплавов и подобрать  соответствующую программу. Далее выставить значение силы тока кнопочным регулятором. Подбор остальным параметров осуществляется микроконтроллером автоматически.

Хочется отметить, что данные полуавтоматы не дешевое удовольствие и оправданы в профессиональном применении. В домашних условиях вполне можно обойтись оборудованием без навороченных программ, однако и качество сварочного шва будет несопоставимым.

При покупке универсального сварочного полуавтомата в ценовом диапазоне до 40 т.р., рассчитанного на сварку цветных металлов, в т.ч. алюминия, можно присмотреться к следующим моделям:

• Сварог REAL MIG 200 (N24002)
• Сварог PRO MIG 160 SYNERGY (N227)
• Сварог PRO MIG 200 SYNERGY (N229)
• Grovers MULTIMIG 200 SYN
• Aurora PRO OVERMAN 180

Проволока для полуавтомата

При сварке алюминия полуавтоматом накладываются  определенные требования при выборе сварочной проволоки

Важные моменты, на которые нужно обращать внимание:

• температура плавления проволоки должна быть сопоставима с температурой свариваемого металла. Меньше разброс – процесс сварки легче;
• оптимальный диаметр проволоки 1,2- 1,6 мм;
• больше диаметр-легче подача в зону сварки.

Распространенными  типами алюминиевой сварочной проволоки являются  ER4043 и ER5356. Предназначены для сварки и ремонта изделий из алюминия и его сплавов с  содежанием кремния не более  5%.

Режимы сварки для проволок ER4043 и ER5356

Диаметр проволоки, мм	Напряжение, В	Ток, А	Расход газа, л/мин
0,8	13-24	60-170	15
0,9	13-24	60-170	15
1,0	15-26	90-210	16
1,2	20-29	140-260	19
1,6	25-30	190-350	25

Проволока для сварки алюминия ER 4043

Сварочная горелка

Для сварочной горелки применяется тефлоновая направляющая для уменьшения трения проволоки. Желательно чтобы рукав для сварки алюминия предназначался только для сварки алюминия и не был слишком длинным -3 м самое то.

Push-pul- горелка

Контактный наконечник должен быть предназначен для сварки алюминия (на них помимо диаметра проволоки выбита маркировка AL) простые, используемые для сварки черных металлов и нержавеек не подходят. Связано это с сильным расширением алюминия во время нагрева. Диаметр отверстия должен быть  больше диаметра проволоки примерно на 0,4 мм, и в тоже время не сильно большим, чтобы обеспечить хороший электрический контакт.

Использовать алюминиевую проволоку диаметром 0,8 мм затруднительно ввиду пластичности металла и сложностью протяжки. Решением данной проблемы может быть применение сварочной горелки  Push Pull (пуш пул). Специальный встроенный механизм улучшит подачу проволоки и позволит увеличить длину горелки.

Механизм подачи проволоки

Ввиду повышенной пластичности и мягкости алюминиевой проволоки по сравнению со стальной, подающий механизм должен иметь ряд особенностей, таких как :

• четырехроликовое подающее устройство. Необходимо для равномерного прижатия каждой пары роликов;

• подающие ролики с U- образными бороздками, созданные специально для работы с алюминиевой проволокой.

Защитный газ

В качестве защитного газа наиболее часто используется аргон, обладающий хорошим очищающим эффектом и хорошим проникновением в сварочную ванну. При сварке алюминиевых сплавов с высоким содержанием магния в качестве защитного газа используются смеси аргона с гелием( до 75 % гелия в смеси). Такие смеси препятствуют образованию оксидов магния.

Здесь может возникнуть вопрос, как варить алюминий  в среде углекислого газа или вообще без газа, ведь аргон достаточно дорогой?

Более дешевый углекислый газ, применяемый для сварки низкоуглеродистых сталей, в данном случае не подойдет.  СО2- активный газ, он будет защищать сварочную ванну от воздуха, но при этом будет вступать в реакцию в алюминием, препятствуя образованию прочного соединения.  Поэтому в данном случае применяется именно инертный газ.

Сварка полуавтоматом  без газа возможна с применением специальной флюсовой проволоки, защищающей сварочную ванну.

Свойства алюминия

Любой начинающий сварщик должен знать не только об особенностях процесса аргоновой сварки алюминия, но и понимать, какими свойствами обладает данный материал.

Многие называют алюминий «крылатым» металлом из-за его малого удельного веса и прочности. При этом он имеет высокую химическую активность.

В числе особенностей металла:

• Имеет способность на открытом пространстве быстро вступать в кислородную реакцию и покрываться оксидной пленкой.
• Пленка имеет температуру плавления больше 2000 градусов, алюминий же — от 650 градусов соответственно.
• Во время сварки постоянным током окись способна погрузиться в металл сварного шва и нарушить его структуру.
• Алюминий при нагревании не меняет цвет, как и нержавейка или другие сорта стали.
• Алюминий обладает большим коэффициентом объемной усадки. Если такое свойство учтено не будет, то изнутри шва появится напряжение и произойдет деформация. Чтобы такого не произошло, следует повысить количество применяемой сварочной проволоки или же сделать модификацию шва.

Ключевые свойства металла таковы:

• низкая температура плавки;
• высокая химическая активность;
• крупный коэффициент объемной усадки.

Сварка алюминия посредством аргона наиболее частая, особенно с учетом перечисленных особенностей. Данный метод способен защитить сварочную зону от влияния активных газов, которые находятся в атмосфере.

При сварке полуавтоматом присадочная проволока выполняет функцию снижения внутренних шовных напряжений, потому что она компенсирует объемную усадку. Качественное сварное соединение обеспечивается и другими методами.