Сварка дюралюминия: требования, подготовительные работы

Одним из самых распространенных цветных металлов является алюминий, его применяют как в чистом виде, так и в составе сплавов. Из дюралюминия делают разные детали, поэтому сварщикам приходится часто сталкиваться с этим материалом. Сложность обусловлена тем, что кроме алюминия, в составе такого сплава есть и другие металлы, такие как Cu, Mg, Mn. Сварка дюралюминия – сложный технологический процесс, требующий некоторых навыков, поэтому новичку справиться с ним будет сложно.

Сварщики часто сталкиваются с алюминием.

Что такое дюралюминий

Дюралюминий состоит из следующих элементов: алюминия – 93,5%, меди – 4,5 %, магния – 1,5%, марганца – 0,5 %. Такой состав обуславливает эксплуатационные характеристики сплава. Основной компонент влияет на химическую активность дюралюминия, поэтому он быстро окисляется на открытом воздухе, в результате чего на поверхности образуется прочная оксидная пленка.

Приведенный состав сплава не является постоянным, он может меняться. Значение имеет не только соотношение металлов, но и технология термообработки дюралюминия.

Свойства и свариваемость дюралюминия

Сложности процесса сварки дюралюминия во многом объясняются его тугоплавкостью. По сравнению с основным компонентом, такой состав получился более плотным, поэтому он менее мягкий и гибкий. Во время сварочных работ быстро расходуются электроды, а текучесть сплава повышается. К этому надо подготовиться до начала сварки. Устранить указанную проблему помогает предварительная закалка дюралюминиевых деталей, ее выполняют при температуре +500°C.

Основные свойства:

плотность – 2,5-2,8 тонн/м³;
температура плавления – +650°C;
мах текучесть – 250 МПа.

Такой материал обладает высокой прочностью и сравнительно небольшим весом, что позволяет изготавливать из него детали, механизмы и конструкции, применяемые в разных отраслях промышленности, народного хозяйства и в быту.
В связи с высокой склонностью к окислению, варят дюралюминий при температуре в пределах +300°С, при этом используют защитную атмосферу инертных газов или флюс.

Данный материал весьма тугоплавкий.

Сварочный процесс-трудности работы с материалом

Электрической дугой можно соединять многие виды железа. У нее достаточно высокая температура горения, что позволяет хорошо проплавлять разную толщину пластин и создавать надежные и герметичные соединения. Но сваривать алюминий инвертором сложнее ввиду нескольких специфичных особенностей этого материала.

Первой трудностью являются гигроскопичные свойства алюминия. Материал способен впитывать окружающую влагу и накапливать в себе. Это не проявляется видимым образом на охлажденном изделии, но сразу станет заметно при ведении сварки. Когда зажигается дуга и металл оказывается в зоне повышенной температуры, то влага начинает испаряться с его поверхности, неизбежно попадая в зону сварки. Это приводит к чрезмерным брызгам и помехам при выполнении шва. Чтобы предупредить такое явление, требуется предварительный подогрев изделия горелкой при температуре 150-190 градусов. Во время выполнения процедуры можно увидеть выделение влаги на поверхности.

Еще одной сложностью является оксидная пленка, покрывающая все изделие тонким слоем. Она защищает металл от разрушения в кислотной среде, но существенно мешает свариванию инвертором в домашних условиях. Трудность заключается в огромной разнице температур плавления. Алюминиевый материал плавится при 500 градусах, а его оксид при 2000 градусах. Чтобы устранить этот перепад необходимо зачистить место сварки железной щеткой, дающей доступ к основному металлу.

Взаимодействие с окружающим воздухом способствует образованию пор в структуре шва, что значительно понижает его герметичные свойства. Защита сварочной ванны выполняется подачей аргона в случае TIG, или созданием газового облака от покрытых электродом при сварке инвертором в домашних условиях.

Поскольку чистый алюминий не используется в изделиях, то трудностью для сварки могут быть другие элементы входящие в сплав. Так, марки Ал2 и Ал9 с содержанием силумина от 4 до 13% считаются ограниченно свариваемыми. Такие же показатели имеют марки AMr1 и AMr6, где марганец может добавляться от 2 до 6%. Дюралюминий Д16 относится к трудносвариваемым.

Преимущества и недостатки

Среди преимуществ указанного сплава отмечают следующие:

небольшой вес, но при этом дюралевые детали способны выдерживать высокие нагрузки;
сварочные работы выполняют, используя разные технологии, их выбор зависит от условий проведения работ и других факторов;
подготовка изделий не требует больших трудозатрат и времени;
необходимые электроды всегда можно приобрести в специализированных магазинах.

Рекомендуем к прочтению Как варить алюминий полуавтоматическим аппаратом

Есть у данного процесса и ряд недостатков:

сварочный шов имеет низкую устойчивость против коррозии;
после создания такого соединения характеристики сплава ухудшаются;
для проведения работ надо иметь высокую квалификацию, быть внимательным и все выполнять с высокой точностью;
чтобы подобрать электроды, надо точно знать марку сплава;
высокая текучесть дюралюминия создает сложности при формировании сварочного валика;
для качественного выполнения работ приходится использовать флюс или защитный газ;
стоимость расходных материалов высокая;
при выполнении скоростной сварки сложно организовать контроль качества шва.

Шов может подвергаться коррозии.

Выполняем сварку: этапы работы

Как сварить алюминий стало понятно после многочисленных попыток и экспериментов. Далее представлены пошаговые действия, позволяющие получить качественное соединение в домашних условиях:

Если свариваемые пластины имеют толщину более 5 мм, то необходима разделка кромок. Стандартом считается срез краев под 45 градусов, но допускаются и другие значения. Стоит отметить, что чем больше угол разделки, тем шире получится сварочный шов. При толщине пластин более 7 мм между ними требуется технологический зазор в 2 мм. Если рабочим объектом является трещина, то ее необходимо расширить отрезным диском и «болгаркой», иначе шов будет поверхностным.
Подготовленное изделие необходимо прогреть. Удаление влаги производится пропан-кислородным пламенем. Это может быть резак или обычный баллончик с бытовой горелкой. Нагреть необходимо поверхность до 150 градусов. Проверить это можно специальным аппаратом или визуально по сухому состоянию материала.
После нагрева быстро осуществляется зачистка оксидной пленки. Для этого подойдет обычная щетка по металлу. Снять тугоплавкий слой важно в начале зоны сварки. Последующее действие будет оказывать электрод, чей состав и температура разъедают оксид, позволяя производить сварку.
На подготовленном материале ставятся прихватки, фиксирующие свариваемые стороны. Корневой шов необходимо провести ровно, заполнив зазор. Угол относительно свариваемых частей необходим в 90 градусов. Это непривычно для начинающих сварщиков, или тех, кто работал только с углеродистой сталью. Но так расплавляемый металл будет точнее попадать в место соединения. После небольшого остывания поверхности отбивается шлак. Это происходит довольно трудно, поэтому требуется острый молоточек.
Последующие слои шва наносятся до того уровня, чтобы заполнить всю толщину материала и создать небольшой валик поверх места соединения.
Швы ведутся короткой дугой. Чрезмерное увеличение зазора может приводить к обрыву дуги. На конце электрода образуется нагар в виде белого слоя. Это выступающая щелочь. Чтобы продолжить сварку требуется удалить этот диэлектрик.

Электрод при сварке алюминия инвертором плавится быстрее, чем при работе с обычной сталью, поэтому тренировки на нерабочей поверхности помогут привыкнуть руке к сохранению дистанции.

Требования, выдвигаемые к сварке

Сваривая детали из дюралюминия, надо придерживаться таких требований:

на место соединения предварительно наносят и равномерно распределяют флюс, это позволяет улучшить процесс сваривания;
нагрев соединяемых деталей проводят равномерно, иначе под действием температуры они могут деформироваться;
после завершения работ некоторое время выполняют подогрев созданного шва, делают это, пока металл не остынет;
после сварки и остывания шва его очищают от шлака и проверяют на наличие трещин, раковин, повреждений.

Подготовка перед сварочным процессом

Для получения качественного соединения перед началом работ поверхность деталей надо правильно подготовить. Это поможет убрать оксидную пленку, которая имеет высокую плотность и температуру плавления, что не позволяет стабильно образовываться дуге, в результате чего надежность соединения снижается.

Подготовительный процесс состоит из таких этапов:

Зачистка поверхности от коррозии, масла и других загрязнений.
Удаление тугоплавкого слоя, для этого используют щетку по металлу и мелкозернистую наждачную бумагу. На производстве оксидную пленку чаще всего удаляют методом катодного распыления, в таком случае она обрабатывается ионами, что позволяет быстро и качественно очистить поверхность.
Обезжиривание поверхности. При этом не только удаляются остатки масла, но и оставшиеся частички, которые в процессе сварки мешают качественно выполнить работу.
Обработка кромок. Если толщина свариваемых участков больше 4 мм, их углы скашивают под углом 35°.

Перед использованием электродов их прогревают при температуре +150°С, что помогает удалить лишнюю влагу. После проведения подготовительных работ рекомендуется начинать сварку, на протяжении 3 часов делать это можно не позже чем через сутки, т.к. снова образуется прочная оксидная пленка.

Избавление от коррозии.

Бытовой метод сварки без аргона

Метод чаще называют пайкой, потому что в процессе не используется электричество, но соединение деталей из алюминия и его сплавов получаются достаточно крепкими. Необходимо иметь лишь портативную газовую горелку, желательно с большим объемом баллона и проволоку с припоем, например, HTC-2000.

Процесс соединения деталей или заделки трещин прост. Разогреваете деталь до температуры, пока стержень с припоем не начнет плавиться, заливайте припоем щели, соединяйте поверхности. Но не нужно забывать предварительно очистить детали от оксидной пленки.

Если вы профессионал в процессах сварки алюминия и вам есть что дополнить или поспорить, то присоединяйтесь к дискуссии в блоке комментариев.

Необходимое сварочное оборудование

Для проведения сварочных работ с дюралюминиевыми деталями используют стандартный электродуговой сварочный аппарат и плавящиеся электроды, а также это делают с помощью газовой горелки. На производстве для таких целей используют:

полуавтоматы, в которых проволока подается в среде защитных газов, их обозначают DC MIG;
сварочное оборудование, работающее с неплавящимися электродами, помещенными в среду аргона, их обозначают AC TIG.

Рекомендуем к прочтению Как варить алюминий самостоятельно

Для сварки дюралюминия применяют оборудование, поддерживающее работу с постоянным и переменным током. Оно должно быть инверторным, компактным, чтобы его можно было перевозить. Хорошо, когда аппарат оснащен осциллятором для сварки, а длина шланга для подключения горелки до 3 м.

Технология сварки дюралюминия

Хотя в домашних условиях и на производстве для сварки дюралевых деталей используют разное оборудование, технология проведения работ одинаковая. Обязательно учитывают высокую текучесть этого материала, поэтому чаще всего работу выполняют в нижнем положении.

Чтобы избежать образования большой ванны расплава, шов делают с большой скоростью, а для этого понадобится высокая квалификация. В домашних условиях при использовании электродуговой сварки получить соединение высокого качества не получится. Он будет пористым, в нем остаются остаточные напряжения и появляются трещины.

Аргонодуговая

Данная технология подразумевает использование неплавящегося вольфрамового электрода, который работает в среде защитного газа. Сварку выполняют переменным током, в современных аппаратах есть все необходимые настройки, что помогает упростить процесс. Использование данного метода помогает получать прочный и качественный шов, при этом вероятность его коррозии будет минимальной.

Полуавтоматическая

Применение полуавтомата при сварке дюраля похоже на то, как этим способом соединяют стальные элементы. Различие заключается в том, что надо более тщательно контролировать мощность дуги и продвижение проволоки, а также увеличить ее подачу.

Разновидности сварки алюминиевых сплавов

В промышленности, мастерских и быту используется три основных метода сварки сплавов алюминия:

полуавтоматом с подачей проволоки в среде защитных инертных газов — DC MIG;
электродами из вольфрама в среде защитных инертных газов AC TIG;
покрытыми электродами без применения инертных газов — MMA;
газовой горелкой с покрытыми электродами без аргона.

Каждый метод соединения металлов имеет свои преимущества и недостатки и предназначен для различных задач.

Сварочные полуавтоматы

Полуавтоматы для сваривания алюминия работают в импульсном режиме. Высоковольтный импульс напряжения разрушает оксидную пленку. Между импульсами происходит разогрев металла, капля затекает в сварочную ванну и образовывает качественный шов.

Принципиально полуавтомат для алюминия не отличается от устройств для сварки черных металлов, которыми некоторые умельцы варят силумин и дюраль. Но следует учитывать технологические особенности:

алюминий и его сплавы не сваривают постоянным током с минусовой полярностью на электроде, только с плюсовой;
необходимо использовать механизм подачи проволоки с 4 роликами и тефлоновым вкладышем, иначе проволока будет путаться;
скорость подачи проволоки должна быть в 2-4 раза выше, чем в аппаратах для сварки стали.

Полуавтоматы для сварки сплавов алюминия намного дороже аппаратов для черных металлов, поэтому иногда дешевле модернизировать обычный сварочник для универсального использования.

Метод быстрый, но уступает по качеству шва дуговой сварке.

Сварка вольфрамовыми электродами

Дуговой метод сварки вольфрамовыми электродами подразумевает использование аргоновой среды. Такой метод обеспечивает наиболее качественное и аккуратное создание шва.
Чтобы не образовывалась оксидная пленка, процесс происходит в защитной среде инертного газа — аргон. Возможно использование и других газов, как ксенон, криптон, азот, но они дороже и их использование может быть оправдано только специальными условиями.

Сварка дюралюминия вольфрамовым электродом с использованием трехфазной дуги повышает эффективность работы в 3-5 раз и позволяет сваривать детали толщиной 3 см в один проход. При обычном подключении за один проход можно сварить поверхности толщиной до 0,3 см.

Сварка покрытыми электродами без защитных газов

Такой метод сварки позволяет производить работы там, где использование газов не рекомендуется или запрещено:

труднодоступные места;
на улице;
внутри резервуаров.

Электрод с внутренним стержнем, близким по составу к свариваемым металлам, покрывается хлористыми и фтористыми солями натрия и калия, криолитом. В процессе, при испарении, внешний слой электрода создает защитную среду.

Сварка покрытыми электродами не требует громоздкого оборудования, газовых баллонов и достаточно дешева.

Сварка дюралюминия в домашних условиях

Часто возникает необходимость выполнять сварку дюралюминия в быту. При наличии достаточных навыков можно получить сравнительно прочный и надежный шов. Работают с помощью электродугового аппарата и специальных плавящихся электродов, которые продаются в специализированных магазинах.

Электроды

В зависимости от вида дюраля используют следующие типы стержней, легированные разными металлами:

ОЗА-1 – титаном, медью;
ОЗА-2 – алюминием с железом, титаном;
ОЗАНА-1, ОЗАНА-2 – кремнием, железом;
ОК96.10, ОК96.20 – марганцем, кремнием, железом.

Электроды для сварки алюминия

Устройства

В бытовой электросети недостаточная частота тока, поэтому, чтобы соединить дюралюминиевые детали, надо использовать аппараты для повышения этого параметра.

Можно выполнить сварочные работы с применением ацетилено-кислородной горелки. При ее горении создается температура, превышающая температуру плавления дюрали. Применение такого варианта приводит к окислению алюминия и образованию оксидной пленки, для устранения этого недостатка работу выполняют в среде аргона.

Удобнее сварку проводить с применением водородно-кислородных горелок, которые еще называют плазменными. Они позволяют создать качественный и прочный шов, который меньше подвергается деформации и коррозии.

Даже имея необходимое оборудование, опыт и знания, дома сложно получить надежное сварочное соединение дюралюминиевых деталей. Если к качеству шва предъявляются высокие требования, то в таких случаях лучше обращаться в специализированные организации.

Рекомендуем к прочтению Как варить алюминий самостоятельно

Сварка с помощью плазменной грелки.

Достоинства

Если точно соблюдать всю технологию работы, то в итоге шов получится ровным и качественным, а металл сможет выдерживать большие нагрузки, при этом весить совсем немного.
Для осуществления сварки дюралюминия существует несколько способов (аргоновая сварка, сварка полуавтоматом), вы можете подобрать наиболее оптимальный вариант, учитывая все факторы и условия выполнения работы.
Найти электроды несложно, поскольку многие хорошо взаимодействуют с таким сплавом. Например: ОЗА-1, ОК96.20, ОЗА-2, ОЗАНА-1, ОЗАНА-2,
Любую проблему, возникающую в процессе сварки можно решить, но лучше доверить работу опытному специалисту.

Возможные сложности

Если свариваемые детали поддаются статическим нагрузкам, то работу можно выполнять плавящимися электродами. Когда в месте шва создаются скручивающие нагрузки, сварку выполняют полуавтоматом или аргонодуговым методом, т.к. они обеспечивают более надежное соединение.

Дюралюминий быстро плавится, поэтому работу надо проводить с высокой скоростью. При выгорании легирующих компонентов на месте шва часто образуется коррозия.

Проблемы возникают при неправильной настройке оборудования. Повышенная продувка сварочной зоны не позволяет шву нормально образоваться, кроме этого, увеличиваются затраты на данный процесс. Если же подача газа недостаточная, то металла в зоне проведения работ вспенивается, а вольфрамовый электрод начинает гореть.

Недостатки

Как уже отмечалось, дюралюминия характеризуется низкой устойчивостью к коррозии, а после сварки его технические характеристики становятся еще ниже.
Процесс сложный, требующий внимательности и точности, т.к. любая, даже малейшая ошибка может существенно повлиять на качество соединения.
Сформировать валик шва непросто, поскольку металл очень текучий.
Для того, чтобы процесс работы сделать проще и чтобы сварка заняла меньшее количество времени, надо использовать флюс. Он наносится на поверхность свариваемой детали.

На заметку! Флюс – вещество, которое защищает участок, подвергаемый сварке, от агрессивного воздействия окружающей среды и повышает качество соединения.

Для того, чтобы получить максимально прочное и надежное соединение, придется прибегнуть к дорогостоящим видам сварки, например, сварка дюралюминия аргоном.

Дополнительная информация

Для создания стыковых швов при работе с изделиями толщиной более 3 мм чаще используют вольфрамовый электрод. Во время сварки в рабочую зону подают инертный газ.

Применение угольного электрода и газосварки ацетиленом не позволяет создавать прочное соединение. Более качественный результат будет с использованием водородно-кислородных горелок.

Работая полуавтоматом, важно не только правильно выставить подачу проволоки, но и силу дуги, чтобы соединяемые детали не перегревались. Правильная настройка на переменный ток при выполнении аргонной сварки вольфрамовым электродом позволяет получать соединения высокого качества.

Чтобы методом сварки надежно соединить изделия из дюралюминия, надо четко придерживаться разработанных технологий, использовать исправное оборудование, иметь необходимые навыки и соблюдать правила техники безопасности.

Сложности сварки алюминия

Основные трудности, возникающие при сварке алюминия.

Во время сварочных работ, рабочее изделие нагревается до определенной температуры и начинается менять свой цвет. Так происходит с медью или железом – наиболее востребованными металлами для производства предметов быта. Изменение оттенка помогает исполнителю правильно регулировать процесс, понимать достаточный ли нагрев, определять произошла ли “заделка” шва или нужно продолжать термическую обработку. Но алюминий под действием температур
не меняет цвет. Поэтому сварщику визуально оценить результат нельзя.
Высокая теплопроводность данного металла требует ограничения по длительности термического воздействия. Превышения продолжительности влияния высоких температур может привести к деформации, появлению трещин, выпуклостей и других дефектов.

Особенности сварки алюминия и его сплавов объясняются целым спектром особенных свойств, которыми обладает металл:

Поверхность данного материала всегда покрыта оксидной пленкой, обладающей высокой температурой плавления – около 2000°С. Сам металл плавится при 660°С.
Капли расплавленного алюминия

, образующиеся во время сварки в рабочей зоне, сразу же покрываются окисной пленкой, которая препятствует формированию сплошного шва. Для предотвращения данного эффекта хорошо применять газ аргон, надежно защищающий сварную зону от взаимодействия с воздухом.
Высокая текучесть алюминия в расплавленном состоянии серьезно затрудняет формирование сварочной ванны. Поэтому технология сваривания алюминия требует применение специальных подкладок, отводящих тепло от зоны сваривания.
В состав алюминия входит растворенный водород, который стремится выйти в атмосферу. Это способствует образованию пор и кристаллизационных трещин.
Алюминий обладает достаточно высоким коэффициентом линейного расширения. Из-за этого при застывании металла происходит значительная усадка.
Из-за высокой теплопроводности данного материала сварку следует осуществлять с применением значительных величин тока.
Важная особенность – сварка алюминия часто затрудняется тем, что исполнителю сложно определить марку сплава, из которого произведены свариваемые изделия. Это осложняет выбор режима соединения и метод его выполнения.

прожоги с обратной стороны

Для проведения бытовой сварки алюминия, чаще всего применяют технологии ММА и TIG. Сваривание заготовок толщиной 5-7 мм. выполняется постоянным током обратной полярности. Для толстостенных деталей потребуется предварительная подготовка. Сварка алюминия электродом в домашних условиях включает следующие этапы:

тщательная зачистка заготовок от оксидного слоя;
обезжиривание производится с помощью растворителя;
для получения более прочного и однородного соединения, кромки изделий толщиной больше 5 мм. нужно снять под углом от 45 до 65 градусов;
покрытие электродов для алюминия характеризуется активным впитыванием влаги, поэтому перед проведением сварки следует выполнить прокалку;
свариваемую поверхность необходимо прогреть до 250°С, что способствует более эффективному расплавлению оксидной пленки;
сила тока зависит от толщины стенок изделия, параметров шва, а также от состава основного металла.

Важно! Сварной шов не должен быть толстым, иначе он будет отличаться пористостью и трещиноватостью. Поэтому при работе с массивными деталями, следует делать несколько проходов.

Более подробная информация представлена в статье “Сварка алюминия электродами”.

Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом требует больших финансовых затрат. Однако, качество шва значительно лучше, по сравнению с соединением методом ММА. Технология домашней сварки TIG включает следующие операции:

аппарат должен быть оснащен осциллятором (устройство, обеспечивающее возбуждение и стабильность дуги), который улучшает параметры сваривания и расплавления окисного слоя;
чтобы избежать перерасхода газа, необходимо выставлять вольфрамовый электрод на 5-6 мм. от наконечника;
аргон подается с расходом в 5-8 л/мин., после с небольшой задержкой подается ток;
после образования сварочной ванны поступательно плавится сварочная проволока;
сваривание проводится импульсным переменным током.

Также существуют общие правила сварки алюминия, которые рекомендуется соблюдать при любом методе:

сваривание выполняется справа налево;
длина дуги должна составлять 1,5-2,5 мм.;
присадочный материал подается короткими, поступательно-возвратными движениями;
между электродом и проволокой должен быть угол в 90 градусов;
не допускается совершать поперечные колебания вольфрамовым электродом;
сварка тонкого алюминия проводится с подкладкой из меди или железа для отвода тепла и предотвращения появления прожогов.

прожог

Стоит ли пытаться

Сварка алюминия в домашних условиях обладает целым рядом достоинств:

экономия финансовых средств, данное преимущество особенно актуально для исполнителей, имеющих в распоряжении необходимое оборудование;
мгновенный результат, который можно сразу же проверить;
возможность использования подручных средств;
отсутствие особых требований к качеству шва.

Однако, стоит отметить и недостатки:

при сварке алюминия дома исполнитель получит соединение более низкого качества;
иногда возникают трудности при выборе присадочного материала;
в домашних условиях сложно использовать передовые технологии, которые применяются на современных производствах;
сложнее соблюдать правила техники безопасности;
электроды могут храниться в неподходящих условиях, они могут отсыреть или испортиться;
отсутствие точных методов контроля качества готового соединения.