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

Особенности деталей

Особый подход к работе с тонкими деталями объясняется тем, что любое непроизвольное или неосторожное движение электродом может привести к прожиганию металла в месте сварки и получению нежелательного отверстия. Но и излишняя осторожность при этом также не приветствуется, поскольку при медленном сваривании не исключена вероятность повреждения заготовки.

Данное утверждение справедливо для всего спектра приёмов, используемых при работе электросваркой, включая сплавление тонколистовых материалов посредством импульсного инвертора, полуавтоматом или же обычным (непокрытым) электродом.

Рассмотрим каждый их перечисленных методов сварки листового металла более подробно.

Флюс для пайки нержавейки и его приготовление

Одним из наиболее важных вопросов, которые приходится решать перед выполнения пайки – выбор наиболее подходящего флюса. Иногда специалисты отдают предпочтение не покупке готового, а самостоятельно готовят расходный материал. Классический рецепт предполагает использование таких элементов:

• фтористый кальций – 10%;
• борная кислота – 20%;
• бура – 70%.

Для соединения заготовок небольшого размера можно использовать флюс, включающий в себя только два элемента: буру и борную кислоту в соотношении 1:1. Компоненты в сухом виде смешиваются между собой в равных пропорциях и только после этого добавляется вода. Полученный раствор пригоден к работе и может наноситься на место будущего соединения.

Сварка инвертором

При сваривании тонкого металла посредством инвертора начинающим электрикам следует придерживаться определенных правил, предполагающих учёт таких важных моментов, как:

• тщательный выбор условий и режима, в которых предполагается вести сварку тонких листов металла (учитываются толщина электрода, величина сварочного тока и особенности расположения стержня по отношению к свариваемому стыку);
• внимательное отслеживание параметров дуги и поддержание её в пределах регламентируемых показателей;
• использование подсобного инструмента для сварки, посредством которого можно будет своевременно избавляться от окалины, образующейся при сваривании любых металлических заготовок.

Для выполнения каждого из этих условий следует строго придерживаться требований методик работы с инвертором.

Особое внимание уделяется выбору сварочных стержней, толщина которых должна соответствовать данным таблицы.

Как правило, этот показатель варьируется в диапазоне от 2-х до 3-х миллиметров.

Величина рабочего тока инвертора выбирается, исходя из характера самих листовых заготовок из тонкого металла (иногда этот показатель для различных материалов указывают непосредственно на кожухе, которым закрывается сварочный аппарат).

Ещё одним важным условием эффективной работы с инвертором является правильное поднесение электрода к свариваемому стыку и продольное его ведение. Профессиональные сварщики рекомендуют удерживать его в зоне контакта на определённом удалении от стыка, что исключает нежелательные залипания и остановки.

Перед тем как приварить листовую заготовку к основанию, следует грамотно зажечь дугу, точечно прикоснувшись к стыку слегка наклонённым стержнем. При этом правильно выбранный наклон позволяет ускорить процесс и быстро начать сваривание листов.

Профессиональные сварщики выбирают угол наклона и расстояние до свариваемого стыка чисто интуитивно (последнее не должно превышать диаметра самого стержня).

Появляющаяся в процессе сваривания тонкого металла окалина удаляется с помощью специального подручного инструмента (небольшого по размерам молотка).

Технология сварки

Сварку алюминиевых конструкций можно проводить разными способами:

• При помощи вольфрамовых электродов в среде инертных газов;
• Полуавтоматической сваркой в инертных газах;
• С помощью покрытых плавящихся электродов;
• Методом контактной сварки.

Для сваривания ответственных участков используют аргонодуговой способ. Технология сварки алюминия и его сплавов при помощи тугоплавких вольфрамовых электродов предполагает, что присадочная проволока будет перемещаться только вдоль шва, перед электродом. Длина дуги должна быть минимальной, а подача проволоки — плавной. Для сварки по алюминию следует использовать максимальную скорость, иначе соединение будет иметь дефекты. Как правило, сваривают во всех положениях. Масса аргона гораздо больше, чем у воздуха, поэтому лучшее качество шва будет у горизонтальных соединений. Для сварки алюминия в потолочном и вертикальном положениях лучше смешать аргон с гелием.

Обычно сварка алюминиевых радиаторов и других конструкций проходит с помощью полуавтомата тогда, когда они толще 3-х мм. Для сварки алюминия полуавтоматом используется алюминиевая проволока. Она подается в автоматическом режиме, а газовая горелка перемещается вручную. Инертный газ, поступающий во время работы, служит для защиты алюминиевых деталей от окисления. Режимы сварки алюминия подбираются в зависимости от толщины деталей и электродов, а также силы тока. Перед тем, как сварить алюминий, убедитесь, что ток — обратной полярности, наконечник имеет диаметр больший, чем проволока, а подающий проволоку механизм снабжен четырьмя роликами. Такие меры обеспечат целостность оксидной пленки и нормальный вылет проволоки из сопла, без излишнего трения и сминания.

Сварка алюминия электродом в домашних условиях производится тогда, когда толщина деталей превышает 4 мм, а использовать громоздкое профессиональное оборудование нет возможности. Сварка алюминия и его сплавов таким образом требует предварительного нагрева поверхностей: если они средней толщины, то до 250°С, если большой толщины, то до 400°С. Если толщина деталей превышает 20 мм, то нужно заранее выполнить разделку кромок. Как правило, сварка алюминия своими руками при помощи электрода производится электродами ОЗАНА и УАНА. Обратите внимание, что этот способ имеет ряд недостатков: металл в процессе разбрызгивается, шлак тяжело счищается с поверхностей, шов получается пористый и в результате недостаточно прочный. Поэтому дуговая сварка алюминия электродом применяется относительно редко.

Контактная сварка алюминия может быть:

• точечной,
• стыковой,
• шовной.

сварка алюминия при помощи машины контактной точечной сварки
Точечная сварка алюминия сложна тем, что сварщику необходимо перемещать электрод на высокой скорости, чтобы обеспечить равномерное давление на материал. Точечная сварка алюминия может проводиться электродами, выполненными из меди и ее сплавов. Как и материал свариваемой поверхности, они достаточно прочные и отлично проводят электричество, поэтому такая сварка задействует аккумулированную энергию.

Использование стыкового метода позволяет оплавлять металл равномерно. Величина тока при этом должна составлять примерно 15 тысяч А на 1 сантиметр сечения детали.

Шовный способ целесообразен тогда, если машина имеет большую мощность и оснащена ионными прерывателями.

Работа с полуавтоматом

Сваривание тонкого листа металла полуавтоматом подпадает под ту же категорию работ, что и сварка инвертором, и так же допускает большое разнообразие образуемых соединений. При этом стальные листовые изделия могут свариваться не только встык, но и внахлёст.

Формирование соединения внахлёст начинается с того, что стыкуемые заготовки металла укладывают одна на другую с нужным по условиям сварки перекрытием. Затем, за счёт придавливания любыми подручными грузами они соединяются таким образом, чтобы их края были плотно прижаты.

В идеальном случае между тонкими листами металла должна оставаться щель не более 2-х миллиметров.

После этого согласно инструкции выставляют необходимую величину сварочного тока. При сварке внахлёст листов миллиметровой толщины ток выбирается в диапазоне 30-50 Ампер.

Сначала прихватывают листовых изделий по месту сопряжения. Прихват выполняется короткими перемычками, наносимыми прерывистыми прикасаниями электрода к контакту с быстрым его отрывом и новым касанием.

Такой порядок работы в дуговой зоне позволяет поддерживать непрерывный режим горения, при этом тонкий материал не успевает сильно остывать.

По завершении формирования перемычек листы металла окончательно соединяются сплошным швом, прерываемым лишь на уже проваренных местах. При этом сварочный электрод иногда отклоняют в низкотемпературную зону стыка, что исключает сильное коробление металла.

Нержавейка и алюминий

Алюминий и нержавейку (в том числе и в виде тонких листовых изделий) сваривают по так называемой «аргонной» технологии, реализуемой с помощью неплавящихся электродов в среде защитного газа.

При организации сварки используется специальная горелка со встроенным в неё вольфрамовым электродом, обеспечивающая подачу в зону сваривания аргона. Инертный газ используется для ограничения доступа в зону сварки кислорода из окружающей среды.

Помимо этого сваривание неплавящимися электродами с вольфрамовым покрытием исключает разбрызгивание расплавленного металла и позволяет получить ровные и качественные швы.

Необходимость варить нержавейку и тонкий алюминий нередко возникает при сборке узлов сложного производственного оборудования, эксплуатируемого в особо агрессивных средах.

В соответствии с видом свариваемого материала производится выбор нужного типа присадочной проволоки, которая выпускается в вариантах с диаметром 2 или 3 миллиметра.

При её выборе следует исходить из того, что для сварки чисто алюминиевых деталей она должна иметь строго фиксированные или откалиброванные значения.

При работе с тонкими деталями из алюминия и нержавейки также возможны два варианта соединения заготовок: встык и внахлёст. В любом случае кромки свариваемого металла сначала тщательно зачищают примерно на 30 миллиметров по обе стороны от места сопряжения. И лишь после этого переходят к самому сварочному процессу с подбором оптимального режима по току.

Сварка нержавейки и алюминия аргоном должна проводиться в режиме постоянного тока с обратной полярностью подключения подводящих проводов. Его величина определяется толщиной сопрягаемых заготовок.

Ещё один важный момент при сварке алюминия и нержавейки – это выставление требуемого зазора между свариваемыми деталями, который не должен превышать 2-х миллиметров.

Особенности сварки алюминия и его сплавов

Иногда во время сварочных работ по алюминию или алюминиевым сплавам возникают трудности, существенно влияющие на качество сварных швов. Приведем примеры самых распространенных проблем:

1. Сварочной ванной достаточно сложно управлять из-за высокой жидкотекучести материала. Отсюда возникает необходимость использования теплоотводящих подкладок.
2. Алюминий легко окисляется, что вызывает появление тугоплавкой пленки на каплях расплавленного металла. В результате затрудняется соединение в единый шов. Предотвратить появление пленки помогает грамотно организованная надежная защита сварочной зоны от окружающего воздуха.
3. На поверхности алюминиевых изделий всегда присутствует окисная пленка Al2O3, которая имеет температуру плавления около +2040 °C, в то время как плавление самого металла осуществляется при температуре +660 °C.
4. Значительная усадка материала может стать причиной деформации сварного шва после его охлаждения и затвердевания.
5. Возможно снижение механических характеристик материала из-за склонности к порообразованию и трещинам в шве.
6. Из-за высокой теплопроводности алюминия для сварочных работ необходим рабочий ток большого значения.

Перечисленные трудности вполне преодолимы, поэтому популярность различных технологий сварки алюминия не снижается. Этот металл позволяет создавать очень прочные и надежные конструкции.

Листовые заготовки различной толщины

На практике нередки ситуации, когда к толстому листу металла требуется приварить встык более тонкую деталь или заготовку. Для решения этой непростой задачи прибегают к всевозможным ухищрениям, которые чаще всего сводятся к двум вариантам.

В первом случае более толстый лист непосредственно в стыковой зоне стачивается до требуемой толщины, обеспечивая тем самым необходимое тонкое сопряжение. Однако этот способ не совсем удобен, поскольку в таких условиях очень сложно правильно выставлять горелку с электродом.

Второй из известных подходов предполагает приваривание к тонкому листу металла специального ободка, обеспечивающего простоту ведения сварочных работ. Единственным неудобством этого метода является то, что после сварки на тонком листе остаётся портящий вид нарост.

В отличие от работы с газосваркой, при которой основное внимание обращается на настройку пламени газовой горелки, при электросварке особый акцент делается на подготовке деталей к сплавлению и правильности ведения непокрытого электрода.

Особенности технологии

Рассмотрим особенности технологии сварки электродами по алюминию. Ручная дуговая сварка алюминия — не самый удобный процесс, поэтому важно знать и учитывать некоторые особенности проведения сварки.

• Выбор электродов.

  
  Прежде всего нужно подобрать подходящий тип электродов. Дело в том, что некоторые марки имеют покрытие, предназначенное только для работы со сплавами алюминия. Другие же используются исключительно для сварки чистого алюминия. Поэтому этот параметр следует учитывать. Производители электродов указывают назначение конкретной марки, так что вы сможете без проблем выбрать подходящую.

• Чистота поверхности. При сварке электродами большое значение имеет подготовка поверхности конструкции. Её следует хорошо обработать, чтобы шов получился ровным и прочным.
• Ток. Сварка алюминия ведётся с использованием постоянного тока обратной полярности. Это обусловлено тем, что на поверхности данного металла образуется оксидная плёнка. А при обратной полярности плёнка разрушается с помощью катодного распыления.

[ads-pc-2][ads-mob-2]

Химические свойства алюминия

Для алюминия характерна высокая растворимость водорода в жидкой форме при низкой растворимости в точке кристаллизации. Это напрямую влияет на качество сварочных работ. Если даже в металле шва растворится небольшое количество водорода, шов может стать пористым, так как водород будет стремиться выйти наружу.

Ещё одно важное химическое свойство алюминия — окисление. Соединение с кислородом создаёт оксид алюминия, который образует своеобразную плёнку на поверхности металла. С одной стороны, оксидная плёнка надёжно защищает металл от коррозии. С другой же, становится препятствием для проведения сварочных работ. При том, что алюминий плавится уже при 660.3оС, температура плавления оксидной плёнки — 2037оС.

Механические свойства алюминия

Прочность, упругость и удлинение сварного шва зависят от вида сплава, из которого изготовлены детали, а также от состава электрода. Прочность сварного соединения будет достаточно слабой в сплавах холодной закалки. Чтобы добиться хорошей прочности шва в термостойких сплавах, необходимо большее время термической обработки и медленное охлаждение.
ВАЖНО! Алюминий имеет хорошую теплопроводность, поэтому при проведении сварочных работ рекомендуется использовать теплоотводящие подкладки. Это поможет сохранить остальные части заготовок от усадок и деформаций.

Использование легирующих компонентов

Для улучшения качеств сварного шва в составе электродов по алюминию могут использоваться следующие легирующие добавки:

• Марганец (Mn) — повышает коррозийную стойкость.
• Кремний (Si) — уменьшает плавление алюминия, улучшает текучесть и свариваемость.
• Магний (Mg) — придаёт металлу отличную свариваемость и хорошую прочность. В сочетании с кремнием формирует термостойкий сплав.

Электроды ОК AlMn1 (96.20) с марганцем в составе