Сварка алюминия: чем и как варить «летучий» металл

К популярным металлам, использующимся в промышленных масштабах, относится алюминий (Al). Это обусловлено его отличной стойкостью к негативным внешним воздействиям, хорошей тепло- и электропроводностью. Сварка алюминия отличается целым рядом особенностей по сравнению с обычной сталью. Не каждый новичок без подготовки справиться с таким процессом. Поэтому необходимо как минимум изучить существующие технологии и пройти практику. Только в этом случае начинающий сварщик сможет стать серьезным специалистом, способным создавать качественные неразъемные соединения алюминиевых деталей.

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 аргонной сварки

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

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:

1. Работы осуществляются дугой минимальной длины от 1,5 до 2,5 мм. Поэтому вольфрамовый электрод должен находиться максимально близко к поверхности металла.
2. Присадочный пруток обязан подаваться плавно. При рывках металл будет разбрызгиваться.
3. Электрод из вольфрама в течение всего процесса должен располагаться максимально вертикально, чтобы обеспечить стабильную дугу. Оптимальный угол равен 70-80о.
4. Необходимо постараться варить на максимальной скорости. Это позволит получить более качественный шов.
5. Угол между присадкой и электродом по возможности должен быть прямым.
6. Для отвода тепла от сварочной ванны, исключения прожога тонкого материала и перегрева деталей используется подкладка из меди или стали.
7. 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.

Популярное оборудование для TIG-сварки алюминия

1) Кедр UltraTIG-200P AC/DC

Аппарат аргонодуговой сварки КЕДР UltraTIG-200P AC/DC является незаменимым универсальным инструментом любой мастерской или ремонтной бригады. Импульсный режим как переменным, так и постоянным током облегчает процесс сварки и помогает получить сварные соединения с постоянной глубиной проплавления, красивым внешним видом и равномерными геометрическими размерами. В любых условиях эксплуатации аппарат позволит реализовать самые смелые проекты не зависимо от свариваемого материала. Разъем TIG горелки: 3/8G.

---

2) Fubag INTIG 200 AC/DC PULSE

Fubag INTIG 200 AC/DC PULSE – надежный сварочный инвертор для аргонодуговой сварки низкоуглеродистой и нержавеющей сталей, меди, титана. Аппарат оснащён функциями высокочастотного поджига HF TIG и TIG-LIFT, что делает возможным быстрый и качественный старт сварочных работ.

---

3) Ресанта САИ-315АД АС/DC

Сварочный инверторный аппарат Ресанта САИ-315АД АС/DC 65/83 - современная 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).

Использование и развитие инверторной технологии в сварке существенно уменьшает массо-габаритные характеристики. Поэтому наши сварочные аппараты AC/DC легче и более эффективны по сравнению с традиционными.

Основным принципом AC/DC установки является использование двойного инвертора и создание полуволн прямоугольной формы, которая делает сварочную дугу более стабильной, увеличивает тепловложение и очищающий эффект.

Дополнительный способ сварки: Ручная дуговая сварка штучным покрытым электродом на постоянном токе электродами с рутиловым и основным покрытием (режим ММА). Для сварки электродом защитный газ не требуется.

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 60оС. 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 400оС, 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.

Популярные аппараты для сварки алюминия электродом

1) Aurora PRO STICKMATE 165

Сварочные инверторы серии предназначены для ручной дуговой сварки плавящимся электродом (ММА) с возможностью аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом (Lift TIG). Благодаря расширенным функциональным возможностям аппараты прекрасно подойдут для профессионального применения в различных областях производства.

---

2) Сварог REAL ARC 200 (Z238N)

Сварочный аппарат серии REAL ARC 200 (Z238N) предназначен для ручной дуговой сварки покрытым электродом (MMA) на прямой и обратной полярности. Агрегат имеет простое классическое управление и не доставляет сложностей в эксплуатации. Модель стабильно работает при просадках напряжения в сети до 160 В, поэтому подходит для использования в полевых условиях.

---

3) Fubag IR 180

Надежный сварочный инвертор для аргонодуговой сварки низкоуглеродистой и нержавеющей сталей, меди, титана. Аппарат оснащён функциями высокочастотного поджига HF TIG и TIG-LIFT, что делает возможным быстрый и качественный старт сварочных работ.

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.

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.

Правильная горелка для полуавтоматической сварки имеет следующие особенности в конструкции:

1. Контактный наконечник с отверстием, размер которого больше по сравнению с диаметром обычного приспособления, использующегося при работе со сталью. На это влияет существенное расширение алюминия при нагреве. Наконечники для алюминия обозначаются буквами «AL».
2. Гладкие и без насечек ролики механизма подачи, имеющие u-образную форму. Они не позволяют заминаться проволоки из алюминия.
3. Рукав из тефлона или графита, снижающий силу трения при движении проволоки.

Расходник из алюминия плавится быстрее по сравнению со стальной проволокой. Поэтому скорость его подачи должна быть выше. Обычно она превышает на 15% темп движения проволоки для сварки стали. При несоблюдении этого правила расходник не будет успевать попадать на свариваемый участок. Это приведет к постоянному нарушению функционирования наконечника.

Популярное оборудование для МИГ-сварки

1) Foxweld UNO MIG 200 SYN

Надежный сварочный инвертор для аргонодуговой сварки низкоуглеродистой и нержавеющей сталей, меди, титана. Аппарат оснащён функциями высокочастотного поджига HF TIG и TIG-LIFT, что делает возможным быстрый и качественный старт сварочных работ.

---

2) Сварог REAL SMART MIG 200 BLACK (N2A5)

Универсальный многофункциональный сварочный аппарат с током до 200А. Предназначенный для полуавтоматической сварки сплошными и порошковыми проволоками (MIG/MAG), для ручной дуговой сварки покрытыми электродами (MMA), а также аргонодуговой сварки неплавящимся электродом (TIG).

---

3) Aurora PRO OVERMAN 180 Mosfet

Аппараты легендарной серии OVERMAN, с расширенным функционалом, соответствующим современным требованиям рынка. Новые инверторы сохранили лучшие особенности серии: MOSFET технология, надёжность конструкции, высокие динамические свойства дуги, низкий уровень брызг металла.

При бытовой сварки алюминиевого материала не всегда удается создать требуемые условия для проведения работ. Однако нередко приходится выполнять ремонт конструкций из алюминия именно в домашних условиях, но процесс обязательно будет сопровождаться сложностями. Ведь «летучий» металл не меняет цвет при нагреве. Поэтому исполнителю не удастся визуально определить, достаточно ли материал был нагрет, выполнена ли «заделка» стыка, нужно ли продолжать домашнюю сварку алюминия.

Если отсутствует возможность использования в быту TIG или ММА технологию, применяют газовую горелку:

• пропановую — прибор специального или многоцелевого назначения с автоматическим поджигом и опцией экономии газа;
• ацетиленовую — устройство используется с одноразовыми или стационарными баллонами для пайки мягким или тугоплавким припоем;
• для МАПП-газа — инструмент высокой производительности, так как топливо в виде газовой смеси при горении выделяет больше энергии по сравнению с пропаном.

Этот метод подразумевает расплавление металла с помощью температурной силы, возникающей в результате использования энергии газа. Сам процесс не сложный и требует небольшого количества средств. Тем более он самый доступный для сварки алюминия в домашних условиях.

Горение газов позволяет достигнуть нужной температуры для плавления металла. За счет этого участки 2-х деталей свариваются между собой. Соединительным элементом является алюминиевая проволока. Использование газа позволяет надежно защитить участки 2-х элементов по сравнению с обмазкой, которой покрываются электроды.

При работе с алюминием также используется флюс для улучшения сварного шва. Его чаще применяют во время газовой сварки алюминия большой толщины. Флюс способствует удалению окиси металла. В его состав входят легкоплавкие щелочные вещества, хлористые соединения и маленький процент фтористых элементов. Флюс может иметь вид порошка или пасты.

Процесс соединения алюминиевых заготовок выполняется в следующей последовательности:

1. После подготовки свариваемых участков выкладывается флюс, что позволяет улучшить текучесть алюминия и качество шва.
2. Выполняется нагрев заготовок при использовании горелки. Это позволит плавиться и растекаться припою.
3. Подносится присадочный материал к месту стыка и заполняется шов припоем, расплавленным под температурным воздействием пламени.
4. После завершения сварки алюминия газом необходимо выждать время, чтобы созданное соединение успело остыть. Затем выполняется качественная проверка шва.

Перед проведением сварки алюминия горелкой всегда нужно проверять используемое оборудование. Особое внимание необходимо уделить целостности шлангов и газового баллона, который должен располагаться не ближе 5 м от места осуществления работ.

Популярные газовые горелки

FoxWeld MT-55 — итальянский инструмент для нагрева разных металлов. Горелка подходит для работы с тугоплавкими припоями. Прибор оснащен пьезоподжигом и регулятором пламени. Используется с одноразовыми баллончиками, на которых закрепляется посредством цангового соединения.

STURM — российский инструмент с пьезоподжигом. Основным назначением насадки с двойным уплотнением является пайка предметов из металла. Прибор обладает высокой износостойкостью, хорошей эргономикой.

Stayer 55584 — немецкий инструмент, применяющийся при строительстве и ремонте алюминиевых конструкций. Прибор оснащен пьезоподжигом и цанговым зажимом для соединения с баллончиками. Устройство позволяет плавно изменять размер пламени, отличается небольшими размерами и весом.

Подготовка алюминия к сварке выполняется при использовании каждого метода. Разделка кромок металла при TIG и MIG способе осуществляется, когда толщина материала больше 4 мм. Эта операция для MMA-сварки не выполняется, если толщина алюминия меньше 20 мм. Применение электродуговой, ручной дуговой и сварки полуавтоматом требует существенных затрат от обычного обывателя. Поэтому часто в бытовых условиях используется газовая горелка для соединения алюминиевых элементов. Для получения максимально качественного шва на ответственных участках необходимо соблюдать все условия сварки алюминия и использовать TIG или MIG технологию.