Как варить алюминий электродом

Требования к оборудованию для полуавтоматической сварки алюминия

Сварка алюминия полуавтоматом может выполняться на любом оборудовании, но лучших результатов позволяют добиться импульсные сварочные аппараты. Инверторные устройства (ТИГ), на которых сварка выполняется на переменном токе высокой частоты, также обеспечивают высокое качество получаемого соединения, но процесс на них происходит в три раза медленнее, по сравнению с импульсным оборудованием. Однако для тех домашних мастеров, которые собираются варить детали из алюминия своими руками, ТИГ-аппараты являются оптимальным выбором.

Технология сварки алюминия полуавтоматом подразумевает использование защитного газа, в качестве которого используется аргон или смесь этого газа с гелием (если варить необходимо заготовки большого сечения). В отдельных случаях полуавтоматическая сварка данного металла может выполняться и без газа, но тогда необходимо использовать специальную порошковую проволоку, испарения которой формируют защитную среду, либо осуществлять процесс под слоем флюса.

Полуавтомат для сварки алюминия должен соответствовать ряду требований, которые учитывают особенности как свариваемых деталей, так и расходных материалов, используемых для выполнения соединения. Среди таких требований необходимо выделить следующие:

• Диаметр отверстия в наконечнике, через которое подается сварочная проволока, должен иметь некоторый запас по своему размеру. Объясняется это требование тем, что , используемая для сварки, в процессе нагрева значительно расширяется, что может привести к ее застреванию в подающем отверстии.
• Шланг полуавтомата, через который подается сварочная проволока, должен быть не слишком длинным (не более 3 метров), что объясняется мягкостью используемой проволоки из алюминия, которая может деформироваться. Не допускается, чтобы на таком шланге были скручивания и сильно изогнутые участки.
• Чтобы минимизировать силу трения сварочной проволоки, подающейся через шланг полуавтомата, рекомендуется заменить обычный канал подачи на тефлоновый.
• Чтобы механизм подачи сварочного полуавтомата не заминал мягкую алюминиевую проволоку, он должен быть оснащен 4 роликами, имеющими U-образные канавки. Использование такого подающего механизма позволит обеспечить минимальное механическое воздействие на поверхность проволоки.

Четырехроликовый механизм, обеспечивающий плавную подачу алюминиевой проволоки

Если вы собираетесь выполнять достаточно часто и вам важна производительность данного технологического процесса, то лучше использовать для этих целей специализированное оборудование, работающее в импульсном режиме. В таком полуавтомате изначально заложен синергетический режим сварки, что дает возможность эффективно использовать это устройство для соединения деталей, изготовленных из алюминия.

Если же вас в первую очередь интересует качество формируемого сварного шва, а не скорость технологического процесса, то лучше использовать для сварки алюминиевых деталей в среде аргона упомянутый выше инвертор ТИГ. Такое оборудование стоит значительно дороже, но обеспечивает высокое качество сварного шва, его однородность и отсутствие в нем пор.

Инверторный полуавтомат марки «Кедр» с выносным механизмом подачи проволоки

Сварка с аргоном

Сварка в среде аргона может осуществляться в двух видах: ручная с неплавящимся электродом и полуавтоматическая со специальной плавящейся проволокой.

Ручная TIG сварка

Это наиболее распространенный вид соединения алюминиевых деталей. Он обеспечивает надежность соединения.

Аргон, который подается в сварочную ванну, закрывает доступ атмосферному кислороду, что не позволяет образовываться оксидной пленке.

Что нужно для такого типа сварки?

• Во-первых, электроды используются неплавящиеся из вольфрама. Их диаметр зависит от толщины деталей, а также от вида стыка у заготовок.
• Во-вторых, присадочный материал — обязательное условие для получения качественного сварного шва.
• В третьих, это защитный газ, чаще всего аргон или гелий.

Какие параметры нужно учитывать перед началом сварочного процесса?

Если вы новичок в сварочном деле,то найдите таблицу, где указываются все необходимые данные по расходу газа, диаметрам электродов и присадочных прутков. Но обычно сварщик руководствуется уже полученным опытом.

Стоит знать, что зажечь электрическую дугу в аргоне довольно затруднительно. Поэтому современные аппараты имеют осциллятор, который повышает частотность тока для быстрого поджога.

• Заготовки выставляют в нужное положение, подключается масса. При этом аппарат настраивают на переменный ток!
• Дугу лучше всего зажигать в стороне на отдельной графитовой пластинке (нежелательно стучать вольфрамом по заготовке, это испортит электрод).
• Конец электрода ведут под углом наиболее приближенном к прямому (60-80 градусов). Расстояние электрода от ванны до 2 мм.
• Присадочный пруток подают постепенно к краю сварочной ванны под углом в 90 градусов к электроду. Не нужно подавать присадку непосредственно под электрод, это испортит шов.
• Горелку с электродом ведут за присадочным прутком, а не наоборот.
• Также не стоит слишком притапливать дугу или наоборот очень далеко отодвигать. Сварочная ванна (зона расплавленного металла) должна иметь овальную немного вытянутую форму.
• После завершения шва дугу гасят и возвращают горелку к сварочной ванне. Это делается для того, чтобы застывание проходило под аргоном. Подачу аргона перекрывают через 7-10 секунд после окончания сварки.

На выходе должен получиться волнообразный, немного вытянутый в направлении движения, сварочный шов. Если все сделать правильно, то соединение будет качественным.

Полуавтоматическая сварка в аргоне

Особенности полуавтоматической сварки алюминия следующие.

• Варить нужно только на переменном токе и с обратной полярностью.
• Проволока должна соответствовать материалу заготовок.
• Наконечник держателя нужен немного большего диаметра, чем сама проволока.

Алюминиевые расходники имеют большую скорость горения. Поэтому нужно быстрее вести шов (как и в случае с покрытыми электродами). Также нужно обеспечить соответствующую скорость подачи проволоки.

А что вы можете добавить к материалу этой статьи? Если у Вас имеется опыт по сварке алюминия в домашней мастерской, то поделитесь им в блоке комментариев к этой статье.

Сварка алюминия электродом в домашних условиях

Сварка алюминия дома электродами подразумевает несколько различных методов.

Самым распространенным способом является сваривание инвертором, проанализированное выше.

Также при работе с плавящимися электродами может применяться сварочный трансформатор стандартного типа. Технология практически не отличается от сварки стали, но шов может быть не самого высокого качества.

Кроме использования вольфрамовых электродов при аргонодуговой сварке, также для сваривания алюминия можно применять угольные прутки. В качестве защитного газа, подающегося из горелки, может выступать аргон, ацетилен, пропан или другие. Все зависит от наличия их у исполнителя. Также сварщику понадобится порошкообразный флюс, предотвращающий прилипание электрода и убирающий оксидную пленку. Источником питания дуги может быть сварочный инвертор или трансформатор. В некоторых случаях для стабилизации рабочего процесса необходимо магнитное поле, которое создается соленоидом.

Подготовка металла к сварке

Вне зависимости от применяемого способа сварки, обязательно следует произвести подготовительные процедуры рабочей поверхности:
Присадочные материалы и кромки изделий нужно очистить от грязи, масла и жира.

Химическая обработка включает несколько процедур:

• обезжиривание поверхности растворителем: уайт-спирит, ацетон, авиационный бензин или любой другой;
• травление с помощью концентрированной щелочи, продолжительность – 2 минуты;
• металл нужно промыть холодной водой;
• пассивирование 30% раствором азотной кислоты в течение двух минут;
• снова промывка водой;
• сушка.

Если сваривание алюминия осуществляется не покрытыми электродами, то разделка кромок проводится при работе с изделиями толщиной более 4 мм. Применение расходников с обмазкой подразумевает разделку кромок при соединении деталей со стенками толщиной свыше 20 мм. Торцы тонких алюминиевых листов (не более 1,5 мм.) нужно отбортовать.

С помощью напильника, щетки с ворсинками из нержавейки/стали (на картинке) или наждачной бумаги зачищается свариваемая поверхность.

Сварочный процесс

После подготовки изделия, сварщик может приступать в основным работам.

Процесс сваривания алюминия и его сплавов включает несколько важных этапов:

• прогрев изделия до температуры в 150°С;
• настройка сварочного аппарата на необходимый режим;
• возбуждение сварочной дуги, в зависимости от метода сварки, может проводиться контактным и безконтактным способом;
• создание сварочной ванны, формирование которой происходит за несколько секунд (требуемое время примерно равно толщине детали в миллиметрах); в зоне прогрева должно появиться пятно расплавленного алюминия, имеющее зеркальную поверхность;
• после образования ванны, можно начинать подавать присадку и выполнять сваривание;
• сварка проводится дугой в 2-6 мм., используется постоянный ток обратной полярности.

Видео

Отличный демонстрационный ролик от компании Zeller, который дает представление о процессе.

Техника безопасности

Сваривание различных конструкций из алюминия подразумевает обеспечение защиты для исполнителя. Для этого необходимо использовать специальные средства: маска, рукавицы, прорезиненная обувь, асбестовое или брезентовое полотно, листовое железо.

Нужно изолировать все элементы электрической цепи.

Нельзя проводить работы в помещениях, где находятся легковоспламеняющиеся предметы.

Обязательно наличие вентиляции в комнате, чтобы избежать отравления газами.

Правила техники безопасности НЕОБХОДИМО соблюдать, так как при работах в домашних условиях возрастает риск получить травму.

1 Возможные проблемы при сварке алюминия

Благодаря своим характеристикам этот материал широко применяется в различных областях человеческой деятельности. В частности, среди других металлов его выгодно выделяет небольшая удельная масса – всего 2,7 г/см³. Алюминий является отличным проводником благодаря высокой тепло- и электропроводности, однако именно эти свойства зачастую препятствуют его сварке в обычных режимах. Из-за большой тепловой проводимости постоянно присутствует угроза прожога. Однако мощность тока требуется, по меньшей мере, в 3 раза большая, чем для сваривания стальных элементов, нужно лишь не допускать чрезмерного перегрева в точке расплава.

Профессиональная сварка алюминия аргонодуговой сваркой

Второй помехой для сварки является разная температура плавления самого алюминия и его окисла на поверхности. Для того чтобы расплавить металл, нужно всего 660 градусов, а для внешней плёнки требуется уже 2044 градусов. Из-за такой высокой тугоплавкости даже при образовании ванны жидкого алюминия под воздействием дуги электрода плёнка будет препятствовать свариванию, расплав станет распадаться на отдельные капли. Чтобы избежать этого, используются специальные подготовительные процедуры, позволяющие облегчить плавление алюминия. А непосредственно в процессе работ, чтобы защитить ванну от воздушной среды можно использовать аргон.

Также некоторую сложность создает повышенная текучесть металла при расплавлении, причём плёнка окисла никуда не исчезает, что, как уже говорилось ранее, мешает при работе. Получается, что при образовании ванны расплавленного алюминия она тут же заполняется жидкой массой, но потёки от разных фрагментов металла из-за окисла не смешиваются. Ниже в статье мы рассмотрим способы, как бороться с подобным явлением. И, наконец, с чем предстоит столкнуться при сварке алюминия – это появление трещин при кристаллизации в момент застывания, а также высокая степень усадки. И это уже неизбежные факторы, которые можно лишь уменьшить правильным подбором режима и выполнением определенных правил.

Особенности сварки инвертором

Инверторная сварка является самой подходящей и лучшей для изделий из алюминиевой основы. Процесс сварки металла выполняется в специальной оболочке из защитного газа, которая зачастую состоит из аргона. Обязательно используются вольфрамовые электроды с неплавящейся структурой.

Однако во время проведения сварочных работ поверхность данного электрода всегда требуется чистить. Дело в том, что на них скапливаются наросты, которые состоят из окисей вольфрама. В результате этого сильно ухудшается качество сварного шва.

Для удаления наростов применяется абразивный диск. При помощи него производится заточка электродов. Это позволяет сделать их поверхность чистой и гладкой, на ней не возникают заусенцы и канавки. Для заточки рекомендуется использовать отдельный диск, которые не применяется для других элементов.

Кроме этого можно самостоятельно снизить появления больших наростов на поверхности вольфрамовых электродов. Для этого данные элементы рекомендуется подвергнуть сильному охлаждению при помощи газа.

Инвертор для работы с алюминием

Изучая вопрос, чем сваривают алюминий стоит обратить внимание на функциональные устройства — инверторы. Данные приборы для сварки этого металла могут быть разными — они могут отличаться по конструкции и по модификациям

Чаще всего применяются полуавтоматические модели, но иногда могут использоваться электродуговые установки.

Основное преимущество инверторных устройств состоит в том, что они всегда подают стабильное напряжение. Именно это обеспечивает высокое качество сварного шва. Также как и у полуавтоматических устройств, у инверторного оборудования предусмотрена специальная приставка, которая обеспечивает высокую защиту во время работы в газовой среде.

Обычно данная приставка имеет маркировку TIG. Зачастую на многих аппаратах предусмотрена функция, которая позволяет производить быстрый переход в режим эксплуатации в среде защитных газов.

При проведении сварки алюминиевых труб и других элементов из данного цветного металла при помощи инверторного оборудования важно помнить несколько важных рекомендаций:

на поверхности изделий из алюминия всегда образуется оксидная пленка, которая может затруднить сварочный процесс

Именно по этой причине важно предварительно поверхность обработать при помощи абразивного диска, он поможет полностью устранить пленку;
при нагревании алюминий и его сплавы не изменяют цвет. Именно это намного усложняет процесс контролирования состояния сварочной ванны;
важно помнить, что сварочные работы с использованием инвертора, которые проводятся дома, должны выполняться правильно

В этом деле не стоит спешить, необходимо выждать время, чтобы было нужное прогревание;
если металл прогреть слишком сильно, то это может привести к деформированию детали. При проведении сварки алюминия с медью и другими цветными металлами в домашних условиях требуется дополнительно вместе с инвертором использовать специальную приставку, она позволит обеспечить контроль над проведением работы и предоставить возможность создать качественный, прямой и прочный шов;
способы и особенности сварки алюминия и его сплавов практически ничем не отличаются от сварки черных металлов. Для того чтобы справиться самостоятельно с процессом обработки алюминия достаточно иметь минимальные навыки. Дополнительно можно изучить специальную литературу и видеоматериалы.

Конечно, если соблюдать вышеперечисленные рекомендации при сварке алюминия в домашних условиях, все равно не получится получить шов высокого качества. Стоит учитывать, что процесс сваривания достаточно тяжелый и затратный.  Самым лучшим вариантом будет приобретение осциллятора. Данный прибор позволит выдавать необходимые параметры тока.

Если при сварке будет применяться осциллятор, то обязательно дополнительно потребуются вольфрамовые электроды. Могут использоваться плавящиеся и неплавящиеся расходники. Все зависит от вида шва, который требуется получить в результате, а также от материала, применяемого в процессе работы.

Обычно самые прочные сварные алюминиевые конструкции получаются при проведении термического сваривания. Однако данный способ невозможно выполнить в домашних условиях. Для него потребуется подготовить специальную смесь, которая должна состоять из свинцовой стружки, марганцовки, алюминиевой пудры, канифоли.

Для этого обязательно требуется знать точные пропорции всех компонентов. Полученная смесь высыпается в область трещины и поджигается, это все приводит к возникновению небольшого взрыва, который и вызывает сплавление шва.

Сварка алюминия электродами (MMA)

MMA (Manual Metal Arc) — ручная дуговая сварка покрытыми электродами. Этот способ далеко не самый эффективный при работе с алюминиевыми изделиями. Недостатки ручной дуговой сварки:

• сложно сделать ровный шов;
• шов может быть пористым и не очень прочным;
• при плавлении электрода наблюдается сильное разбрызгивание;
• тяжело очищать шов от шлаков.

И всё же, несмотря на перечисленные недостатки, бывают ситуации, когда без ручной дуговой сварки не обойтись. Сварка способом MMA может осуществляться для соединения алюминиевых конструкций, которые не несут ответственной нагрузки. Минимальная толщина металла должна быть не меньше толщины электрода (4 мм).

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами пригодится в домашних условиях, когда нет возможности использовать громоздкое и дорогостоящее оборудование.

Сварка инвертором

Почему, если уж нет вариантов кроме MMA, то тогда рекомендуется сварка алюминия инвертором? Хоть и сварка алюминия электродами — довольно-таки сложный процесс, есть способ немного облегчить себе жизнь. Алюминий относится к плохо свариваемым металлам, поэтому для достижения ровного и качественного шва следует использовать инвертор.

Конечно, существует другая техника, которая может применяться при ручной дуговой сварке: выпрямители, трансформаторы или генераторы. Однако инвертор является наиболее выгодным вариантом, благодаря следующим преимуществам:

• Высокий КПД — до 95% и выше. Высокочастотный импульсный полупроводниковый преобразователь позволяет полностью исключить индуктивные потери.
• Эффективный расход электроэнергии. Преобразователь автоматически отключается, когда прекращается работа.
• Защита от нестабильной электрической сети. Инвертор выдаёт нужное напряжение независимо от просадок в сети. Импульсный преобразователь автоматически подстраивается под входное напряжение и обеспечивает требуемые выходные параметры.
• Точная регулировка сварочного тока. Сила тока, необходимая для конкретных сварочных работ, напрямую зависит от толщины используемых электродов. Ручка регулятора инвертора позволяет установить нужное значение перед началом работ.
• Быстрый поджиг дуги. Достаточно легко ударить электродом по детали. Инвертор обеспечивает стабильное горение сварочной дуги.
• Удобно использовать в домашних условиях. Инверторы, как правило, имеют компактные габариты. Для сравнения — сварочный трансформатор мощность 8 кВт весит более 40 кг, в то время как инвертор такой же мощности — менее 5 кг.

Методы сварки алюминия и его сплавов

Таких методов несколько, они предполагают самые разные расходные материалы и оборудование типа флюсовых гранулированных смесей, инертных газов или специализированных электродов.

Самые популярные способы сварки алюминия следующие:

1. AG TIG – аргонодуговая сварка алюминия в защитном облаке инертных газов с использованием неплавящихся вольфрамовых электродов.
2. DC MIG – полуавтоматический метод с автоматической подачей присадочной проволоки в среде инертных газов.
3. MMA – использование специальных электродов с различными покрытиями.

По техническим сравнительным характеристиками самым оптимальным методом является холодная сварка для алюминия TIP TIG. В сравнении с другими методами TIP TIG имеет прекрасные показатели практически по всем пунктам:

• высокая скорость процесса;
• высокий уровень производительности процесса наплавки – до 3,6 кг\час;
• возможность варить металл с толщиной кромки свыше 2,5 мм;
• ненужный затратный процесс очистки от шлака и брызг металла;
• низкая загазованность процесса;
• не требуется высокой квалификации сварщика, холодная сварка алюминия очень демократична.

В этом случае работает эффект так называемого катодного распыления, которое является грозным убийцей нашей тугоплавкой оксидной пленки.

Постоянный ток прямой полярности в сварке алюминия никак не работает: при этой комбинации не образуется катодное распыление.

Техника сварки

При сварке алюминия и его сплавов необходимо использовать чистые и сухие перчатки из спилка или из другого подобного материала

Механизированную сварку стыковых соединений без разделки кромок в нижнем и вертикальном положениях выполняют обычно без поперечных колебаний электрода

При наличии разделки кромок первый шов выполняют также без поперечных колебаний, а последующие — с небольшими (до 5 мм) перемещениями электрода

При сварке угловых швов в нижнем положении угол наклона горелки относительно вертикальной стенки — 30-45°. Угловой шов на вертикальной плоскости ведут снизу-вверх «углом вперед». Однопроходную сварку выполняют с перемещениями конца электрода. Угловые швы больших сечений на вертикальной плоскости делают многопроходными путем выполнения узких швов. Так же сваривают и стыковые горизонтальные швы

С внутренней стороны шов защищают остающимися или съемными подкладками либо защитным газом, подаваемым каким-либо из способов:

1- защитный газ; 2- свариваемые детали; 3- заглушки; 4 — соединительные тросики

Схема установки заглушек в трубопровод для поддува защитного газа

При сварке деталей толщиной 4 мм и более из-за быстрого остывания сварочной ванны в шве образуются поры. Чтобы предотвратить их появление, применяют шаговую сварку с возвратно-поступательными перемещениями горелки. Каждый шаг вперед на 3-6 мм сопровождается перемещением назад на 1,5-3 мм. Такая техника сварки обеспечивает более эффективную защиту и медленную кристаллизацию сварочной ванны, что в конечном счете гарантирует отсутствие пор.

Чтобы уменьшить деформации при соединении длинномерных конструкций, широко применяют обратноступенчатый метод сварки.

Для заварки кратера горелку возвращают в обратном направлении на расстояние, немного превышающее длину кратера, и одновременно снижают скорость подачи проволоки

При сварке угловых и тавровых соединений сварку заканчивают перемещением горелки в обратную сторону по шву, одновременно замедляя подачу проволоки.

Особенности работы с алюминием

Посредством электрической дуги соединяют множество видов железа. Подобная методика обеспечивает достаточно высокую температуру горения, в результате чего происходит качественное проплавление разной толщины пластин, создавая надёжную и герметичную защиту. Однако сварка алюминия с помощью инвертора считается самой сложной из-за определенных специфических характеристик.

Первая сложность заключается в гигроскопических свойствах материала, который может накапливать в себе окружающую влагу. И хоть это нельзя заметить в естественном охлажденном состоянии, но при начале сварочных работ обязательно появятся проблемы. При зажигании дуги и прогревании металла до повышенных температур частицы влаги начинают испаряться с поверхности и неизбежно проникать в зону сварку. В результате образуются чрезмерные брызги и помехи, которые мешают провести нормальный шов.

Для предотвращения подобного явления достаточно предварительно подогреть конструкцию при температурном режиме 150−190 градусов Цельсия. В таком случае можно заметить интенсивное выделение влаги на поверхности.

Следующая сложность — наличие окисной пленки, которой покрыты все изделия. Её предназначение заключается в защите конструкции от агрессивного воздействия кислотной среды. Однако это существенно утрудняет обработку с помощью инвертора. Основная неприятность связано с большой разницей температур плавления. Известно, что сам алюминий начинает расплавляться при показателях 500 градусов Цельсия, а его оксид при 2000 градусов. Для устранения подобного перепада достаточно очистить место сварки с помощью железной щетки, чтобы обеспечить требуемый доступ к металлу.

Взаимодействие с окружающей средой обеспечивает правильное формирование пор в структуре шва, что существенно ухудшает герметичность. Для защиты сварочной ванны применяют аргон или газовое облако при инверторной сварке.

Не секрет, что чистый алюминий практически не применяется для изготовки деталей, поэтому входящие в его состав наполнители и дополнительные элементы могут стать проблемой. Для примера, марки Ал2 и Ал2 содержат в себе силумин от 4 до 13%, поэтому их принято называть ограниченно свариваемыми. Подобные показатели характерны для моделей АМ r 1 и Amr 6, где марганец добавляется в пропорции 2−6%.