Сварка алюминия аргоном: подробная инструкция для начинающих

Алюминий – не самый легкий материал для металлообработки. Однако, при соблюдении определенных правил и рекомендаций, сварка этого металла не вызывает трудностей. Сварные соединения можно выполнять разными способами, но самый надежный и красивый шов, который не нуждается в дополнительной обработке, можно получить только при использовании аргона.

Специфические свойства алюминия

Прежде чем на практике осваивать сварку в аргоне соединений «летучего» металла, следует хорошо понимать его свойства и обязательно учитывать их. Такие характеристики, как небольшой удельный вес, высокая прочность и стойкость к коррозии, позволяют создавать легкие и надежные конструкции. Но несмотря на то, что алюминий легко поддается механической обработке и формовке, создание неразъемных соединений с ним имеет свои особенности:

• Алюминий - высоко активное вещество. При взаимодействии с кислородом он окисляется. На его поверхности образуется «защитный» слой в виде оксидного покрытия, для нагрева которого нужна температура свыше 2 тыс. градусов, тогда как t плавления самого металла в зависимости от его чистоты составляет 640-660 ⁰C.
• Из-за высокой теплопроводности данного цветного металла происходит интенсивный отвод тепла от места сварки в соединяемые детали и глубина провара становится меньше. Чтобы такого не происходило, заготовку предварительно нагревают.
• Когда алюминий плавится, то не меняет цвет, что создает определенные трудности. Потому как визуально невозможно оценить нагрев соединяемых элементов. Из-за чего случаются прожоги и утечки.
• При проведении сварочных работ необходимо учитывать значительный коэффициент линейного расширения алюминия. В следствие литейной усадки могут возникать деформации и трещины внутри соединительного шва. В этом случае выполняют его модификацию или увеличивают расход проволоки.

Еще один важный момент - определить расход газа. Чем толще материал, тем он выше.

Чтобы металл при взаимодействии с кислородом не окислялся, рабочую зону защищают аргоновым куполом. Если использовать сварочные полуавтоматы, то две задачи решаются одновременно: непрерывная подача проволоки и защита зоны плавления от внешнего воздействия.

Сварка алюминия. Основные способы

Металлообработку алюминия в большинстве случаев проводят полуавтоматом, аргоном, инвертором.

При сварке полуавтоматическим аппаратом (MIG/MAG) вместо электрода используется сварочная проволока. Она бывает двух видов: омедненная и флюсовая. Поскольку проволока подается автоматически, то нет необходимости следить за расстоянием между горелкой и металлом. Оно постоянно.

Шов получается доброкачественным, хотя скорость выполнения ниже, чем при втором способе.

При аргонодуговой сварке (TIG) работают с электродами из вольфрама. Детали нагреваются посредством электрической дуги, которая горит между электродом и местом соединения. В область расплавления металла подается алюминиевый провод, благодаря чему формируется сварочный шов.

Варить такой материал, как алюминий, инвенторными аппаратами не всегда удобно, поскольку сложно контролировать качество. При использовании плавящихся электродов с покрытием сварка выполняется постоянным током, где держатель с электродом присоединяется к плюсовой клемме инвентора. В случае с вольфрамом используется переменный ток.

Технология аргоновой сварки

Данная технология применяется там, где важен вид и качество сварного соединения. Для её выполнения потребуется источник тока, баллон с аргоном, подающее устройство, которое проталкивает присадочную проволоку в рабочую зону, и аппарат. Если он двухрежимный, то необходимо выбрать режим переменного тока (АС). Первоначально работают с большой силой тока, чтобы быстрее прогреть металл. Затем её уменьшают, во избежание пережогов.

Чтобы снизить расход аргона, необходимо укомплектовать горелку газовой линзой со специальной сеткой.

Настройка аппарата

Алюминий и его сплавы свариваются на прямой полярности, на электроде минус. Сварку выполняют переменным током.

Настройка аппарата производится следующим образом:

• Непосредственно перед работой выставляют давление газа (6-12 л). Оно зависит от условий (помещение или открытый воздух) и диаметра сопла. Нужно учитывать такое понятие как турбулентность. Когда из сопла выходит большой напор газа, он перемешивается с воздухом, и защита зоны снижается.
• Далее определяются с режимом работы.
• Устанавливают продувку шва (сек) и ток старта (А).
• Возрастание тока (2 сек).
• Затем выставляют основной ток, который зависит от вида и толщины материала.

После чего приступают к настройкам переменного тока. Как правило, это частота в 200 Гц и баланс переменного тока 40% при небольшой ширине шва.

Устанавливают режим «заварка кратера» (усадочная раковина, возникающая в результате резкого обрыва дуги), время спада, ток завершения и обдув шва. По определению кратера быть не должно. Есть замок и он не должен отличаться от основного шва, но это зависит от мастерства сварщика.

Горелки и расходные материалы

Аргоновая горелка TIG, как правило, входит в комплект поставки аппарата. Для большинства видов работ её будет достаточно. Но когда планируют работать с алюминием продолжительное время, то лучше приобрести или изготовить самостоятельно блок жидкостного охлаждения. Тем самым продлевают срок службы горелки. Они бывают двух видов: американские с круглой ручкой и европейские, довольно сложные в плане эргономики. Есть и российский вариант, но излишне тяжелый и громоздкий.

Расходники к горелкам:

• Электроды из вольфрама диаметром 2,4 мм используются для решения большинства задач. Для токов свыше 150 А можно приобрести электрод 3,2 мм. Этих диаметров будет вполне достаточно.
• В комплекте поставляются обычные сопла без газовых линз. Но если хотите сэкономить на газе и повысить газовую защиту, то её лучше поставить.
• Самое ходовое сопло № 7, для алюминия больше брать не рекомендуют.
• Для тех, кто собирается заниматься ремонтной сваркой, нужно иметь колпачки разных размеров.

Можно приобрести сразу комплект с расходными материалами. Стоит он недешево, зато надолго закроет проблему с расходниками.

Подготовка соединяемых деталей к работе

Части, которые будут свариваться между собой, делают максимально ровными и плоскими. Если имеется ленточный гриндер (станок для финишной обработки материала), то для удаления зазоров можно воспользоваться им или болгаркой. Края обрабатывают напильником или металлической щеткой с мелким ворсом.

Детали должны быть чистыми. С их поверхности удаляют любые загрязнения (грязь, пыль, жир), используя моющие средства. Оксидную пленку снимают щеткой с жесткой щетиной. После чего детали промывают чистой водой и обезжиривают при помощи ацетона или любого другого растворителя, который должен высохнуть сам по себе.

Если размер заготовок небольшой, их помещают в нагретый до 60⁰C щелочной раствор, и держат в нем несколько минут. Затем поверхность шлифуется металлической щеткой.

Подготовительные работы проводятся непосредственно перед началом операции, пока не начались окислительные процессы.

Почему используют переменный ток

Сварочные работы аргоном выполняют на переменном токе. И первая его цель при работе с алюминием – разрушение оксидной пленки. В каждом аппарате эта настройка называется по-своему: баланс переменного тока, очистки, обратной полярности. Но по факту это баланс переменного тока, то есть регулировка времени включения обратной полярности.

Обычно выставляется процентное соотношение 50/50. Верхняя цифра – прямая полярность, нижняя - обратная. Надо понимать, что регулируется не сила тока, а время нахождения в обратной полярности. Когда его убавляют, улучшается глубина проплавления, сужается дуга, увеличивается её стабильность, но качество разрушения оксидной пленки снижается.

Когда время нахождения в обратной полярности увеличивают, то дуга расширяется, как и зона зачистки, оксидная пленка разрушается быстрей, но уменьшается глубина провара и стабильность дуги. Она начинает рыскать.

Обратная полярность влияет на физическое состояние вольфрамового электрода. При увеличении времени возрастает нагрузка на него, что приводит к разрушению (оплавлению).

Если убавить баланс обратной полярности, то превышение амперных нагрузок приведет к тому, что от вольфрама будут отрываться частички и улетать в деталь. Электрод при этом расслаивается и разрушается. Вот почему важно поймать баланс переменного тока.

Некоторые особенности металлообработки в среде аргона

Сваривание элементов начинают с прихвата, с одной и другой стороны. Затем переворачивают заготовку и делают два дополнительных прихвата, а в случае большой длины – 3-4.

Если есть педаль, то регулировать подачу тока удобней ей. Пока металл не разогрет и нет расплавленного алюминия, присадку не подают. Присадку подбирают по толщине материала. Расстояние между электродом и заготовкой должно быть не больше 3 мм, чем меньше, тем лучше, но это для продвинутых.

Горелку держат немного под наклоном. Самый лучший угол – прямой, потому как позволяет получать симметричную ванну, а она в свою очередь имеет максимальную газовую защиту. Но в этом случае не видно самого процесса сварки. Поэтому горелку слегка наклоняют, примерно на 15 градусов. Так делают в случае стыкового шва. При варке таврового соединения, если детали одной толщины, то угол наклона электрода составляет 45 градусов, причем он ставится строго между двух деталей, чтобы плавить их равномерно. Если одна деталь толще (чаще всего основание), то наклон электрода выполняют на толстый металл.

Чтобы получить качественный и красивый шов, присадку подают понемногу. Разогрели, двинули, подали. Сварка спешки не любит. Необходимо поймать момент движения горелки и подачи присадки. Подавать нужно в хорошую сварочную ванну. При недостаточном токе слышится характерный треск, как при жарке сала. Его быть не должно. Значит алюминий еще холодный, необходимо увеличить ток. А если треска нет, но ванна начинает расползаться и её невозможно контролировать, величину тока нужно уменьшить. Только тогда будет образовываться красивая чешуйка.

По поводу защиты сварочной ванны. Аргон должен быть качественным, поэтому гостовский лучше не использовать. В идеале брать аргон высокой чистоты – 99,998%. Чтобы ламинарный поток газа был правильный (не перемешивался и не пульсировал) и максимально выполнял свою функцию, на горелку устанавливают газовую линзу, а поверх нее – керамическое сопло.

Итак, подведем итог. В начале процесса подается газ и только после этого приступают к сварке, а в конце операции действия выполняются наоборот с задержкой до 5 с.

Преимущества и недостатки аргоновой сварки

Создание неразъемных соединений деталей из цветных металлов и их сплавов при помощи аргона имеет свои плюсы и минусы.

Преимущества:

• В отличие от прочих технологий, этот способ позволяет получить надежные и визуально красивые швы небольшой толщины при незначительном нагреве свариваемых элементов. Поскольку деформация минимальная, то данный метод применяют для сварки заготовок, имеющих сложную конфигурацию, и тех металлов, что не свариваются никакими другими способами.
• Аргон, являясь инертным газом, тяжелее воздуха, поэтому при соблюдении технологического процесса атмосферные газы не попадают в зону расплавленного металла.
• Электрическая дуга короткая и имеет высокую тепловую мощность, следовательно, при достаточном уровне подготовки работы проводятся качественно и не требуют большого количества времени.
• При должном усердии, учитывая основные требования и нюансы, освоить процесс нетрудно.

Недостатки:

• Если работы проводятся на открытом воздухе, то при порывах ветра газ может улетучиваться, что отрицательно скажется на качестве соединительного шва. Тогда нужно воспользоваться закрытым помещением, где установлена принудительная вентиляция.
• Высокая стоимость и сложность оборудования, работа с которым требует специальных знаний и определенных навыков.
• При использовании высокоамперной сварки необходимо заранее предусмотреть дополнительное охлаждение.

Как можно заметить, минусы незначительные и при желании устраняемые.

Главная ошибка новичков при сварке алюминия

Движение электронов происходит от минуса к плюсу или наоборот. И когда присадка подсовывается в воздух, её оплавляет температура от сварочной ванны. Она окисляется, и капля попадает в ванну. В результате появляется чернота на швах, и новички не могут понять причину. Это ошибка 80% начинающих сварщиков.

Присадка, пока она находится в воздухе, не имеет никакого заряда. Когда она касается детали, то получает тот же заряд, что и заготовка. Электроны, которые летят от вольфрамового электрода к детали, не огибают препятствие (присадку), а пробивают его. Таким образом, тепло дуги и движение электронов срезают кусочек проволоки, забирая его в ванну и нагревая.

Второй момент, это когда присадка касается сварочной ванны, последняя отдает тепло, что облегчает и ускоряет забор присадочной проволоки.

Такие мелкие нюансы обязательно нужно учитывать в процессе обучения.

Рекомендации для начинающих

Нельзя делать резких движений держателем и отводить горелку от рабочей зоны, иначе газовая защита исчезнет и в неё попадет воздух. Что приведет к появлению пор и окислов в сварочном шве. Соединение разорвется в любой момент или в нем появятся трещины.

Если шов округлой или овальной формы, то можно говорить о недостаточной глубине провара. Поэтому всегда нужно следить за сварочной ванной. В идеале она имеет удлиненную форму, с небольшим валиком.

Электрод смотрит только вперед, а присадка подается ему навстречу и обязательно равномерно. Если она поступает с перерывами, то дуга станет нестабильной, а значит увеличится расход газа и электроэнергии.