Зварювання алюмінію: чим і як варити «летючий» метал

зварювання алюмінію

До популярних металів, що використовуються в промислових масштабах, відноситься алюміній (Al). Це обумовлено його відмінною стійкістю до негативних зовнішніх впливів, хорошою тепло- і електропровідністю. Зварювання алюмінію відрізняється цілим рядом особливостей в порівнянні зі звичайною сталлю. Не кожен новачок без підготовки зможе впоратися з таким процесом. Тому необхідно як мінімум вивчити існуючі технології і пройти практику. Тільки в цьому випадку початківець зварювальник зможе стати серйозним фахівцем, здатним створювати якісні нероз’ємні з’єднання алюмінієвих деталей.

Зварювання алюмінію аргоном

Абревіатурою TIG позначається зварювальний процес в середовищі аргону при застосуванні не плавкого електроду з вольфраму діаметром від 1,6 до 5 мм і присадного дроту товщиною від 1,6 до 4 мм. Виконується він за допомогою обладнання, що має високочастотне запалювання дуги і створює змінний струм.

Зварка алюмінію аргоном

Устаткування для аргонового зварювання

Багато зварювальних апаратів для зварювання алюмінію виготовляються з можливістю регулювання частоти струму, безперервно змінюється за напрямком і величиною через рівні відрізки часу. За допомогою налаштування зварювальник може точно контролювати ширину дуги. Це дозволяє зварювати тонкий матеріал і виконувати процес в кутах з обмеженим доступом.

Апарати оснащуються також регулюванням балансу змінного струму. Ця можливість дозволяє управляти раскислением алюмінію. При зміні непостійного струму в позитивну полярність відбувається на поверхні «летючого» металу руйнування оксиду. Тому стає можливим виконати аргонове зварювання алюмінію. Чистота металу і швидкість процесу впливає на кількість необхідного розкислення матеріалу. Стабільність дуги знижується при високому балансі струму. Низьке значення не дозволить повністю розплавити оксидну плівку.

Стандартний набір для проведення аргонової зварки алюмінію складається з наступних пристроїв та матеріалів:

  • джерела непостійного струму (інвертора);
  • заземлення, що забезпечує безпеку при виконанні роботи;
  • електродів з вольфраму;
  • присадного дроту;
  • охолоджуючого блоку для пальника, що використовується під час масштабних робіт;
  • сопла для пальника;
  • шланга для газу;
  • балона з аргоном;
  • редуктора, що використовується для зниження тиску газу.

Роботи необхідно виконувати при використанні Краг, маски «Хамелеон» або зварювального щитка, оснащеного хорошим світлофільтром. Професійні зварювальники застосовують педаль для керування змінним струмом.

Переваги аргонової зварки

Складність обробки алюмінію полягає в утворення оксидної плівки на поверхні металу, коли відбувається його контакт з киснем. Вона розплавляється при температурі 2550 С0 в той час як сам матеріал плавиться при 660 Со.

Аргонодугове зварювання алюмінію відрізняється наступними перевагами:

  • універсальність способу, що застосовується для з’єднання деталей і конструкції з чистого алюмінію і його сплавів;
  • можливість створення акуратного шва з невеликою товщиною;
  • стабільність зварювальної дуги;
  • можливість утворення міцних з’єднань на ділянках, на які діє відповідальне навантаження.

Завдяки застосуванню аргону витісняється кисень, і створюється перешкода для процесу окислення. Дуга пальника розплавляє дріт для зварювання алюмінію, що дозволяє сформувати шов.

Технологія аргонового зварювання

Під час виконання TIG зварювання алюмінію присадка у вигляді прутка зобов’язана розташовуватися перед вольфрамовим електродом. Її переміщати потрібно виключно у напрямку шва.

Під час проведення ТІГ зварювання алюмінію потрібно виконувати наступні правила:

  1. Роботи здійснюються дугою мінімальної довжини від 1,5 до 2,5 мм. Тому вольфрамовий електрод повинен знаходитися максимально близько до поверхні металу.
  2. Присадний пруток зобов’язаний подаватися плавно. При ривках метал розбризкуватиметься.
  3. Електрод з вольфраму протягом всього процесу повинен розташовуватися максимально вертикально, щоб забезпечити стабільну дугу. Оптимальний кут дорівнює 70-80о.
  4. Необхідно постаратися варити на максимальній швидкості. Це дозволить отримати більш якісний шов.
  5. Кут між присадкою і електродом по можливості повинен бути прямим.
  6. Для відводу тепла від зварювальної ванни, виключення прожога тонкого матеріалу і перегріву деталей використовується підкладка з міді або сталі.
  7. При зварюванні спочатку подається газ, а потім здійснюється сам процес. При завершенні операції дії виконуються в зворотному порядку. Затримка повинна складати приблизно 5 секунд.

Зварка аргоном може виконуватися в різних просторових положеннях. Однак більш якісний шов вдається отримати, якщо процес проводиться в горизонтальній площині, так як аргон важче кисню. Коли зварювання потрібно виконати в вертикальному положенні або на стелі, рекомендується використовувати аргон, змішаний з гелієм.

Зварювання алюмінію електродом

Абревіатурою MMA позначається ручна дугова зварка при використанні покритих електродів. Метод застосовується для з’єднання конструкцій і деталей з алюмінію, на які годі й говорити про відповідальні навантаження. Це пов’язано з недоліками MMA-зварювання:

  • важко отримати рівний шов;
  • процес плавлення електрода супроводжується сильним розбризкуванням;
  • невисока міцність створюваного шва, що відрізняється пористою структурою;
  • утруднене очищення шва від шлаків.

Зварювання алюмінію електродом

MMA-зварка може застосовуватися, якщо у металу товщина не менше такої ж характеристики електрода. Метод використовується при неможливості застосування дорогого і громіздкого обладнання.

Інверторне зварювання

Зварювання алюмінію електродом – складна операція. Для полегшення процесу рекомендується застосовувати інвертор, що має низку переваг:

  • ефективне споживання електричної енергії завдяки перетворювача, автоматично відключається при припиненні роботи;
  • 95-відсотковий ККД, що досягається за рахунок наявності напівпровідникового високочастотного перетворювача імпульсного типу, що перешкоджає появі індуктивних втрат;
  • стабільне горіння дуги, яка запалюється максимально швидко після удару електродом по металу;
  • ручка регулятора дозволяє виконати точну установку потрібного значення сили зварювального струму, що залежить від товщини застосовуваних електродів;
  • видача необхідного напруги навіть при просадках в електромережі завдяки автоматичній підстроюванні перетворювача імпульсного типу під вхідні параметри.

Інверторний апарат для зварювання алюмінію – компактне обладнання невеликої ваги. Це дозволяє зручно переносити і перевозити пристрій при виконанні робіт.

Технологічні особливості зварювання

Спочатку вибираються електроди по алюмінію для инверторного зварювання. Вони характеризуються високою швидкістю плавлення. З цієї причини зварювальний процес виконується в 2-3 рази швидше в порівнянні з іншими матеріалами. Для інвестора підходять всі витратні матеріали з покриттям, що застосовуються при зварюванні алюмінію. Найчастіше використовують стрижні марки «ОЗАНА», «Уана», «ОЗА» і серії «ОК» від шведської компанії ESAB. Щоб сформувати надійний зварювальний шов, всі електроди потрібно попередньо прогрівати. Для цього використовується спеціальна піч.

Перед зварюванням алюмінію інвертором і при застосуванні інших технологій проводиться очистка металу від забруднень і оксидної плівки при використанні щітки з жорсткою щетиною і будь-яких доступних миючих засобів. Після цього потрібно промити поверхонь холодною водою. Потім метал обезжиривается ацетоном, уайт-спіритом або іншим органічним розчинником. При невеликих розмірах алюмінієвих деталей елементи занурюються на кілька хвилин в лужний розчин з температурою не більше 60оС. Потім поверхні шліфуються щіткою з металевою щетиною. Не допускається застосовувати абразивні засоби, тому що робочі частки залишаються на металі. На закінчення поверхні промиваються при використанні розчинника, який зобов’язаний висохнути самостійно. Підготовка дозволяє отримати не кривий і міцний шов.

Виконується ручна дугова зварка алюмінію струмом зворотної полярності, у якого не змінюється напрямок і величина. Він використовується через утворення оксидної плівки на поверхні металу. Вона руйнується завдяки катодного розпорошення саме при зворотній полярності. Сила струму обчислюється виходячи з такою залежністю: на кожній 1 мм товщини електрода потрібно від 20 до 25 А.

Поверхні алюмінієвих деталей потрібно прогрівати до 400оС, щоб створити якісний шов. Нагрівання дозволяє виключити ймовірність деформації металу і утворення гарячих тріщин.

Під час зварювання инвертором алюмінію електрод повинен займати вертикальне положення. Допускається також стрижень тримати під невеликим кутом. При роботі його необхідно переміщати в напрямку шва. Досвідчені зварювальники радять не робити поперечних рухів, а виконувати процес на короткій дузі виключно в один прохід.

Обов’язково потрібно видаляти кірку шлаку з кінця електрода і кратера між з’єднувальними деталями, якщо стався обрив дуги. Це дозволить спростити процес повторного розпалювання дуги і продовжити зварювання. Рекомендується намагатися варити безперервно при використанні одного електрода, поки росхідник повністю не розплавиться. Після створення шва потрібно ділянку очистити від шлаку і промити водою.

Зварювання алюмінію напівавтоматом

Абревіатурою MIG позначається зварка напівавтоматом, що здійснюється при використанні газів, що створюють захисну середу. Процес виконується при використанні спеціального дроту з алюмінію, який подається в автоматичному режимі через пальник, переміщуваний ручним способом.

Зварка алюмінію напівавтоматом

Устаткування для зварювання являє собою імпульсні напівавтомати. Саме імпульс високої напруги руйнують тонку оксидну плівку на алюмінію, знижує перегрів металу і зменшує ймовірність появи провару. Він же сприяє так званому вдавленню розплавленого електродного матеріалу в зварювальну ванну. За допомогою MIG технології вдається отримати надійні і щільні з’єднання алюмінієвих деталей і конструкцій.

При зварюванні алюмінію напівавтоматом використовується постійний струм, який має зворотну полярність. В якості захисного газу потрібно застосовувати чистий аргон. Для якісного процесу важливо також правильно вибрати товщину і марку дроту. Вид розхідників підбирається експериментальним шляхом або з урахуванням складу зварюваного металу. Тонкий розхідник діаметром 0,8 мм важко використовувати, так як існує складність його подачі через пальник через підвищену м’якість алюмінію. Тому рекомендується застосовувати в роботі пристрою Push Pull. Вони оснащені механізмом подачі дроту. Можна також використовувати пальники з маленькою довжиною. Для запобігання утворенню дротом петель механізм, що подає повинен бути оснащений 4 роликами. Щоб розплавити розхідник товщиною від 1,2 до 1,6 мм, потрібно використовувати більший струм для зварювання.

Правильний пальник для напівавтоматичного зварювання має такі особливості в конструкції:

  1. Контактний наконечник з отвором, розмір якого більше в порівнянні з діаметром звичайного пристосування, що використовується при роботі зі сталлю. На це впливає суттєве розширення алюмінію при нагріванні. Наконечники для алюмінію позначаються буквами «AL».
  2. Гладкі і без насічок ролики механізму подачі, що мають u-образну форму. Вони не дозволяють заминатися дроту з алюмінію.
  3. Рукав з тефлону або графіту, що знижує силу тертя при русі дроту.

Розхідник з алюмінію плавиться швидше в порівнянні зі сталевим дротом. Тому швидкість його подачі повинна бути вище. Зазвичай вона перевищує на 15% темп руху дроту для зварювання сталі. При недотриманні цього правила розхідник не встигатиме потрапляти на зварювану ділянку. Це призведе до повного пошкодження функціонування наконечника.

Зварювання алюмінію в домашніх умовах

При побутовому зварюванні алюмінієвого матеріалу не завжди вдається створити необхідні умови для проведення робіт. Однак нерідко доводиться виконувати ремонт конструкцій з алюмінію саме в домашніх умовах, але процес обов’язково буде супроводжуватися труднощами. Адже «летючий» метал не змінює колір при нагріванні. Тому виконавцю не вдасться візуально визначити, чи достатньо матеріал був нагрітий, чи виконане «закладення» стику, чи потрібно продовжувати домашнє зварювання алюмінію.

Якщо відсутня можливість використання в побуті TIG або ММА технологію, застосовують газовий пальник:

  • пропановий – прилад спеціального або багатоцільового призначення з автоматичним підпалом і опцією економії газу;
  • ацетиленовий – пристрій використовується з одноразовими або стаціонарними балонами для пайки м’яким або тугоплавким припоєм;
  • для МАФ-газу – інструмент високої продуктивності, так як паливо у вигляді газової суміші при горінні виділяє більше енергії в порівнянні з пропаном.

Зварювання алюмінію газовим пальником

Цей метод має на увазі розплавлення металу за допомогою температурної сили, що виникає в результаті використання енергії газу. Сам процес не складний і вимагає невеликої кількості коштів. Тим більше він найдоступніший для зварювання алюмінію в домашніх умовах.

Горіння газів дозволяє досягти потрібної температури для плавлення металу. За рахунок цього ділянки 2-х деталей зварюються між собою. З’єднувальним елементом є алюмінієвий дріт. Використання газу дозволяє надійно захистити ділянки 2-х елементів в порівнянні з обмазкою, якою покриваються електроди.

При роботі з алюмінієм також використовується флюс для поліпшення зварного шва. Його частіше застосовують під час газового зварювання алюмінію великої товщини. Флюс сприяє видаленню окису металу. До його складу входять легкоплавкі лужні речовини, хлористі сполуки і маленький відсоток фтористих елементів. Флюс може мати вигляд порошку або пасти.

Процес з’єднання алюмінієвих заготовок виконується в наступній послідовності:

  1. Після підготовки зварювальних ділянок викладається флюс, що дозволяє поліпшити плинність алюмінію і якість шва.
  2. Виконується нагрів заготовок при використанні пальника. Це дозволить плавитися і розтікатися припою.
  3. Підноситься присадний матеріал до місця стику і заповнюється шов припоєм, розплавленим під температурним впливом полум’я.
  4. Після завершення зварювання алюмінію газом необхідно почекати деякий час, щоб створене з’єднання встигло охолонути. Потім виконується якісна перевірка шва.

Перед проведенням зварювання алюмінію пальником завжди потрібно перевіряти використовуване обладнання. Особливу увагу необхідно приділити цілісності шлангів та газового балона, який повинен розташовуватися не ближче 5 м від місця здійснення робіт.

Висновок

Підготовка алюмінію до зварювання виконується при використанні кожного методу. Оброблення кромок металу при TIG і MIG способі здійснюється, коли товщина матеріалу більше 4 мм. Ця операція для MMA-зварювання не виконується, якщо товщина алюмінію менше 20 мм. Застосування електродугової, ручного дугового і зварювання напівавтоматом вимагає істотних витрат від звичайного обивателя. Тому часто в побутових умовах використовується газовий пальник для з’єднання алюмінієвих елементів. Для отримання максимально якісного шва на відповідальних ділянках необхідно дотримуватися всіх умов зварювання алюмінію і використовувати TIG або MIG технологію.

Автор статті: Гбур Віталій
Мене звати Гбур Віталій. Я кваліфікований зварювальник 6-го розряду. Я створив і веду даний сайт.    Проект "Довідник зварника" - це сучасний сайт для зварників і фахівців зварювального виробництва різного віку і кваліфікації.
Гбур Віталій написав статтей: 34

Залишити відповідь