Чем заварить алюминий в домашних условиях. Технология сварки алюминия: как правильно это делать и на что обратить внимание при подготовке

Алюминий не только славится высокой теплопроводностью, но и обладает значительным теплосодержанием, равным 96 кал/г. Это свойство является основополагающим для технологии сварки алюминия, так как для формирования качественного сварного шва требуется непосредственное воздействие сварочной дуги на полную площадь контакта между жидкой и твердой фазами внутри сварочной ванны.

Технология сварки алюминия: как правильно это делать и на что обратить внимание при подготовке

Алюминиевые изделия обладают высокой теплопроводностью и низкой плотностью, что делает этот материал популярным в различных производственных сферах. Однако технология сварки алюминия и его сплавов представляет собой сложный процесс, требующий учета множества факторов и особенностей самого материала для достижения высокого качества сварных швов. В этой статье мы детально рассмотрим различные методы соединения алюминия и их отличия.

В процессе сварочных работ с алюминием и его сплавами могут возникнуть различные проблемы, которые существенно влияют на качество образуемых швов. Рассмотрим некоторые из наиболее распространённых трудностей:

Управление сварочной ванной затруднено из-за высокой текучести металла, что делает необходимым использование теплоотводящих подкладок.
Алюминий подвержен окислению, что приводит к образованию тугоплавкой пленки на каплях расплавленного металла, препятствующей их соединению. Эффективная защита сварочной зоны от воздействия окружающего воздуха помогает предотвратить образование этой пленки.
Поверхность алюминиевых изделий обычно покрыта окисной пленкой Al₂O₃, имеющей температуру плавления около +2040 °C, в то время как сам алюминий плавится при температуре +660 °C.
Существенная усадка материала может вызвать деформацию сварного шва после охлаждения и затвердевания.
Механические характеристики материала могут ухудшаться из-за склонности к порообразованию и образованию трещин в сварном соединении.
Из-за высокой теплопроводности алюминия для успешного выполнения сварочных работ требуется использование значительных токов.

Несмотря на перечисленные сложности, они поддаются преодолению, что обуславливает непрекращающуюся популярность различных технологий сварки алюминия. Этот металл позволяет создавать прочные и надежные конструкции.

Технология сварки алюминия: подготовка материалов и деталей

Для того чтобы получить сварное соединение высшего качества, необходимо обеспечить максимальную защиту зоны сварки от загрязняющих факторов:

Помещение для газоэлектрической сварки должно быть чистым, сухим и без пыли.
Скорость движения воздуха не должна превышать 0,2 м/сек.
Обрабатываемые детали и присадочная проволока должны быть тщательно очищены с использованием подходящих методов.
Используемые защитные газы должны быть только высококачественным аргоном марки А по ГОСТ 10157–62 или гелием ВЧ (высокой чистоты) по МРТУ 51-04-23-64.
Перед началом сварочных работ необходимо тщательно промыть газоподводящую арматуру, шланги и сварочную горелку спиртом, и периодически выполнять эту процедуру в процессе работы.

Технология качественной очистки сварочной проволоки включает смывание консервационной смазки с использованием растворителей или горячей воды, а также удаление окисной пленки с химической обработкой.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Для осуществления вышеупомянутых процедур необходимо выделить отдельное место, отличное от зоны сварки. Химическая обработка включает несколько способов очистки. Наиболее распространенным является следующий последовательный процесс:

Травление в 5%-ном растворе каустической соды (NOH) при температуре +60…+65 °C в течение 2-3 минут;
Промывка в горячей воде (+45…+50 °C), за которой следует промывка в холодной проточной воде.
Обработка в 15–30%-ном растворе азотной кислоты (HN0₃) при температуре +60…+65 °C на протяжении 2-3 минут;
После обработки снова промыть в горячей (+45…+50 °C) воде, а затем в холодной проточной воде.
Сушка при температуре не ниже +60° C до полного удаления влаги.

Если у вас нет возможности сразу использовать сварочную проволоку после сушки, храните ее в специально предназначенном для этого месте. Для хранения подойдут ящики или шкафы с плотно закрывающимися дверцами.

Обработанная проволока может храниться не дольше 12 часов, если это присадочная проволока малого диаметра (до 1,6 мм) для работы на малых токах неплавящимся электродом. Если речь идет о более толстой проволоке (4-5 мм) для использования плавящимся электродом на токах свыше 400 ампер, то допускается более длительный срок хранения (до полутора суток), при этом качество сварного шва останется неизменным. Важно лишь соблюдать правила хранения обработанной проволоки и придерживаться технологии сварки алюминия. Во время работы подготовленную проволоку нельзя захватывать голыми руками, поскольку это может привести к попаданию жировых частиц на её поверхность.

Также необходимо тщательно обрабатывать саму деталь и её кромку перед началом сварочных работ. Химическая обработка деталей, описанная ранее, предпочтительнее. Небольшие детали обрабатываются целиком, а крупные заготовки подвергаются обезжириванию только в стыках и в радиусе до 10 см от них.

При сварке малых соединений очистку кромок производят непосредственно перед началом сварки при помощи шабера. Необходимо также удалить окисную пленку в месте, где будет проходить ток, с использованием шабера или стальной проволочной щетки.

Специфические свойства алюминия

Прежде чем приступить к сварке алюминия с использованием аргоном, важно глубоко понимать его характеристики и учитывать их. Такие особенности, как малый удельный вес, высокая прочность и стойкость к коррозии, позволяют создавать легкие и надежные конструкции. Однако, несмотря на легкость механической обработки алюминия, создание неразъемных соединений с ним имеет свои сложности:

Алюминий – это высокоактивное вещество, легко окисляющееся при взаимодействии с кислородом. На его поверхности образуется защитный слой в виде оксидного покрытия, для разогрева которого требуется температура свыше 2000 °C, в то время как температура плавления самого металла, в зависимости от его чистоты, составляет 640-660 °C.
Из-за высокой теплопроводности алюминия происходит интенсивный отвод тепла от зоны сварки в соединяемые детали, что уменьшает глубину провара. Для предотвращения этого заготовки часто предварительно нагреваются.
При плавлении алюминий не меняет цвет, что создает определённые трудности — визуально невозможно определить состояние нагрева соединяемых элементов, что может привести к прожогам и утечкам.
Большой коэффициент линейного расширения алюминия требует учета при сварке. Из-за литейной усадки могут возникать деформации и трещины в шве соединения. В таких случаях модификация шва или увеличение расхода проволоки могут быть полезны.

Помимо этого, важно учитывать расчеты расхода газа: чем толще материал, тем выше этот показатель.

Рабочую зону защищают аргоновым куполом, чтобы алюминий не окислялся при контакте с кислородом. Использование сварочных полуавтоматов решает две задачи одновременно: обеспечивает непрерывную подачу проволоки и защищает зону плавления от внешнего воздействия.

Сварка алюминия. Основные способы

Металлообработка алюминия чаще всего осуществляется с использованием полуавтоматов, аргоном или инверторных аппаратов.

При сварке с полуавтоматами (MIG/MAG) используется сварочная проволока вместо электрода, которая бывает двух видов: омедненная и флюсовая. Автоматическая подача проволоки избавляет от необходимости контролировать расстояние между горелкой и металлом, которое остается постоянным.

Швы при этом получаются качественными, но скорость выполнения несколько ниже, чем при других методах.

Аргонодуговая сварка (TIG) осуществляется с использованием вольфрамовых электродов. Нагрев деталей проходит за счет электрической дуги, горящей между электродом и местом соединения. В растворенный металл подается алюминиевый проволока для формирования сварного шва.

Использовать инверторные аппараты для сварки алюминия не всегда удобно из-за сложности контроля качества. При работе с плавящимися электродами с покрытием сварка выполняется постоянным током, где держатель с электродом подключается к положительной клемме инвертора, в то время как для вольфрама используется переменный ток.

Способы сварки алюминия

Существует множество методов и способов сварки алюминия и его сплавов, которые различаются не только методами работы, но и используемым оборудованием и дополнительными материалами. Наиболее часто применяются три основных способа сварки:

использование вольфрамовых электродов в инертной среде;
полуавтоматическая сварка в инертной среде;
сварка без газов с применением плавящихся электродов.

Третий способ представляет собой довольно распространенную технологию сварки алюминиевых деталей без использования аргона.

Важно! Сварочные работы с алюминиевыми сплавами требуют разрушения оксидного слоя, образованного на поверхности из-за окислительных процессов. Для этого часто применяется переменный ток или постоянный с обратной полярностью.

Для оптимизации качества и увеличения скорости выполнения работ вы всегда можете воспользоваться нашими сварочными столами собственного производства от компании VTM.

Что нужно для сварки алюминия

Процесс начинается с подготовки соединяемых заготовок. Главная задача заключается в очистке поверхности от загрязнений и посторонних внедрений. Кромка алюминия очищается с помощью различных химических составов. После полного высыхания поверхность обезжиривается с помощью бытового растворителя. Практически любые обезжиривающие составы, такие как уайт-спирит, ацетон или высокооктановый бензин, подойдут для этой цели.

При работе с заготовками толщиной 4 мм и более кромки необходимо предварительно обработать. Существует несколько методов выполнения этой работы, среди которых наиболее распространен вариант создания конусовидной формы кромки. Завершает процесс удаление окисной пленки с помощью напильника или любого другого абразивного инструмента, в том числе наждачной бумаги с крупным зерном.

Технологии сварки алюминия

Существует множество способов сварки алюминия, которые различаются по используемому оборудованию (ручная или полуавтоматическая сварка), а также расходным материалам — типов электродов, сварочной проволоки и инертного газа. Некоторые технологии чаще используются на заводах, другие в быту. Каждая из них имеет свои особенности и характерные отличия в качестве шва.

Сварка плавящимися и неплавящимися электродами

Этот метод применяется довольно редко и подходит в следующих случаях:

при отсутствии возможности транспортировки оборудования, то есть если работа ведется в полевых условиях;
в случае сварки 1-2 элементов с отсутствием необходимости приобретения специального оборудования.

Существует несколько типов электродов для алюминия в зависимости от покрытия и добавок. Например, электрод на основе алюминиевых сплавов ESAB OK 96.40 подходит для технологии ММА. Такие электроды используются для сварки алюминия марки АД31 и аналогичных.

Важно знать о технологии ММА:

Рекомендуется использовать обычный трансформатор, а не инверторный источник, так как не каждый из них будет подходить для этих целей.
Сварка должна осуществляться постоянным током с обратной полярностью. Очень редко сварка выполняется на переменном токе, но такой подход является менее эффективным.
ТокВыбор вычисляется следующим образом: на 1 мм диаметра электрода требуется 20-30 ампер.
Деталь необходимо предварительно прогреть до 200 градусов.

При этом следует учитывать особенности сварки: дуга может быть нестабильной и может гаснуть; электрод плавится значительно быстрее, чем стальной; несоответствия в дуге могут вызывать образование кратеров. Но даже при идеальных условиях шов может быть низкого качества, с образованием значительного количества шлака, который необходимо немедленно удалять. Начиная с покрытых электродов, они подходят только для соединений толщиной не более 4 мм.

Также можно использовать угольный электрод, который требует работы на постоянном токе прямой полярности с добавлением алюминиевой присадки. Диаметр прутка должен быть от 2 до 8 мм, в зависимости от толщины соединяемых кромок. Для защиты от кислорода и поддержания сварочной дуги можно использовать флюс как на заготовках, так и на стержне.

Сварка алюминия аргоном

Основная задача инертного газа – вытеснить кислород из сварочной ванны, чтобы избежать образования оксидной пленки во время нагрева металла, что мешает надежному соединению.

Наиболее часто при ручной сварке используются вольфрамовые электроды. Этот метод называется AC TIG. Это хороший аналог автоматической сварки, который позволяет получать качественный шов благодаря защитному действию инертного газа. Важно знать:

Диаметр электрода может варьироваться от 1,6 до 5 мм.
Присадочный металлолом представлен алюминиевыми прутками диаметром от 1,6 до 4 мм.
Под изделие желательно разместить теплоотводящую прокладку, часто используемой медный лист.
В качестве инертного газа подойдут гелий или аргон, который следует подавать за 5 секунд до розжига дуги.
Расстояние между электродом и поверхностью должно составлять от 1,5 до 2,5 мм.
Электрод должен быть расположен под углом 70-80 градусов к заготовке.
Скорость работы должна быть высокой, что уменьшает вероятность дефектов и повышает качество шва.

Работа должна выполняться на переменном токе. При использовании высоких токов существует риск прожога материала. Переменный ток помогает сначала удалить оксидную пленку, а затем проварить материал на необходимую глубину.

Сварка с применением защитного газа

Сварка алюминия с использованием защитного газа является одной из самых распространенных технологий. Она позволяет достигать соединений, отличающихся высокой надежностью, прочностью и эстетичностью.

Прутки алюминиевые (присадочные) для сварки

Основными расходными материалами при данной технологии являются вольфрамовые электроды (Ø 1,6–5 мм) и прутки (Ø 1,6–4 мм), используемые для присадки. Защитными газами могут служить гелий или аргон, обладающие высокой чистотой.

Эффективное разрушение оксидной пленки, присущей поверхности соединяемых заготовок, обеспечивается за счет подачи сварочной дуги от источника переменного тока. Все параметры сварочного процесса зависят от типа сварного соединения и толщины деталей и подбираются согласно специальным таблицам. К такой подборке относятся, в частности, диаметр вольфрамового электрода, прутка для присадки, величина сварочного тока, а также скорость подачи защитного газа.

Ориентировочные параметры сварки при работе с аргоном

Имея необходимое оборудование и расходные материалы, сварку по данной технологии можно успешно осуществлять и в домашних условиях, получая качественные, эстетически привлекательные и надежные соединения. Для освоения сварки в среде защитных газов своими руками можно изучить обучающие видео и запомнить несколько простых правил.

Между вольфрамовым электродом и горизонтальной поверхностью соединяемых деталей необходимо держать угол 70–80 градусов.
Угол между вольфрамовым электродом и присадочным прутком должен составлять приблизительно 90 градусов.
Длина дуги должна находиться в диапазоне 1,5–2,5 мм.
При формировании шва приоритет следует отдавать движению присадочного прутка, а только затем — горелке (это обеспечивает безопасную защиту сварного шва).
Присадочный пруток следует вводить в зону сварки как кисть для рисования: кончик касается края сварочной ванны, после чего его отводят вниз и назад. Не рекомендуется исполнять поперечные движения электродом и присадочным прутком, такие действия могут привести к снижению качества сварки. Данный процесс можно детально изучить, просмотрев соответственные видеоуроки.
Чтобы избежать перегрева соединяемых деталей и прожога тонких листов, а также обеспечить быстрый отвод тепла из зоны сварки, помещают под деталь стальную или медную подкладку, которая действует как теплопроводник.
Подача защитного газа в зону сварки должна начинаться за несколько секунд до начала работ (примерно 3-5 секунд) и завершаться спустя несколько секунд (5-7 секунд) после отключения дуги.

При проведении сварки алюминиевых деталей в среде защитных газов важно внимательно следить за такими параметрами, как скорость сварки и расход газа, так как они существенно могут повлиять на качество шва. Слишком высокий расход газа может привести к засасыванию воздуха в зону сварки, что ухудшит защиту, в то время как слишком маленький расход будет неэффективным, если скорость выполнения соединения окажется излишне быстрой.

Использование полуавтоматического оборудования

Импульсные полуавтоматы демонстрируют высокую эффективность при сварке алюминия и его сплавов. Оксидная пленка на металлической поверхности разрушается за счет импульса высокого напряжения, который, вдобавок, вбивает в свариваемую ванну капли расплавленного материала. Эта технология обеспечивает получение плотных, качественных, красивых и надежных сварных соединений.

Для домашних условий такое оборудование практически не используется из-за высокой стоимости. Однако домашние мастера, желающие выполнять соединения из алюминия с использованием полуавтоматического оборудования, могут модифицировать обычные аппараты для этих целей.

Важно отметить, что хотя сварка алюминия с использованием вольфрамовых электродов и присадочных прутков и требует большего времени, чем полуавтоматическая (в три раза), качество получаемых швов при этом остается высоким.

Использование как импульсных, так и обычных полуавтоматических аппаратов для сварки алюминиевых деталей требует учета ряда важных особенностей:

Сварочные работы выполняются только на постоянном токе с обратной полярностью.
Мягкая алюминиевая проволока, подаваемая в зону сварки через специальный рукав, может образовывать петли. Для их предотвращения необходимо применять четырехроликовый механизм подачи, использовать более короткий подающий рукав или вставлять в него тефлоновый вкладыш, что значительно снизит трение.
Алюминиевая проволока, обладающая высоким коэффициентом расширения, может застревать в наконечнике подающего устройства при нагреве. Чтобы этого избежать, следует использовать специальные наконечники для алюминиевых проволок обозначенные буквой AL, либо выбрать обычные наконечники с немного большим диаметром по сравнению с используемой проволокой.
Подача алюминиевой проволоки должна быть высшей, чем у стальной, поскольку она плавится быстрее; в противном случае расплавленная проволока не успеет попасть в зону сварки и будет выводить из строя наконечник.

Регулятор силы подачи проволоки

Выбирая марку алюминиевой проволоки для сварочных работ, обязательно учитывайте состав материала, с которым будете работать. Если информации о составе свариваемого материала нет, проволоку придется подбирать экспериментальным путем.

Помимо указанных методов, также применяется контактная сварка алюминия, которую сложно реализовать в домашних условиях из-за необходимости наличия специального оборудования и опыта в этой области. Холодная сварка алюминия, подразумевающая сжатие деталей под высоким давлением, также редко используется в домашних условиях, так как такой процесс требует значительных усилий для разрушения оксидной пленки на поверхности деталей.