Сварка алюминия аргоном: инструкция для начинающих

СОДЕРЖАНИЕ:

• Необычные свойства алюминия.
• Основные способы сварка алюминия.
• Процесс аргоновой сварки.
• Подготовка аппарата.
• Расходные материалы и горелки.
• Подготовка деталей для сварки.
• Использование переменного тока в сварочных работах.
• Особенности обработки металла в аргоновой среде.
• Плюсы и минусы аргоновой сварки.
• Основная ошибка начинающих при сварке алюминия.
• Советы для начинающих.

Необычные свойства алюминия

Перед началом практики сварки в аргоне алюминиевых соединений, важно основательно изучить свойства этого "летучего" металла. Его легкий вес, высокая прочность и устойчивость к коррозии позволяют создавать прочные и легкие конструкции. Однако, несмотря на его легкость в механической обработке, формирование неразъемных соединений с алюминием требует особого внимания.

• Алюминий является химически активным веществом, подверженным окислению при взаимодействии с кислородом. На его поверхности образуется оксидное покрытие, служащее защитой. Для его образования требуется высокая температура, превышающая 2 тыс. градусов, в то время как температура плавления самого металла варьируется от 640 до 660 ⁰C в зависимости от его чистоты.

• Высокая теплопроводность цветного металла, алюминия, приводит к эффективному отводу тепла от места сварки, что может снизить глубину провара. Для предотвращения этого эффекта перед сваркой проводится предварительное нагревание заготовки.

• При плавлении алюминия его цвет не изменяется, что создает сложности при визуальной оценке температуры соединяемых элементов. Это может привести к непредвиденным прожогам и утечкам, поскольку нагрев становится невидимым.

• Во время сварочных работ важно учитывать высокий коэффициент линейного расширения алюминия. Из-за литейной усадки возможны деформации и трещины внутри шва. Для предотвращения этого производится модификация соединительного шва или увеличивается расход проволоки.

Необходимо учесть важный фактор - определение расхода газа. С увеличением толщины материала требуется больший объем газа для проведения сварочных работ.

Для предотвращения окисления металла при воздействии кислорода, применяется аргоновый купол, обеспечивающий защиту в рабочей зоне. Использование сварочных полуавтоматов решает две задачи сразу: непрерывную подачу проволоки и защиту зоны плавления от внешнего воздействия.

Основные способы сварка алюминия

Обработка алюминия чаще всего выполняется полуавтоматически с использованием аргонного защитного газа и инверторных технологий.

При сварке с использованием полуавтоматического аппарата (MIG/MAG) вместо электрода используется сварочная проволока, бывшая омедненной или флюсовой. Поскольку подача проволоки автоматизирована, нет необходимости контролировать расстояние между горелкой и металлом, оно поддерживается постоянным.

Получаемый шов обладает высоким качеством, несмотря на более низкую скорость выполнения по сравнению со вторым методом.

При аргонодуговой сварке (TIG) применяют электроды из вольфрама. Электрическая дуга, возникающая между электродом и соединяемой деталью, служит источником нагрева. Алюминиевая проволока подается в зону расплавления металла, формируя сварочный шов.

Сварка алюминия инверторными аппаратами может быть неудобной из-за сложности контроля за качеством. При использовании плавящихся электродов с покрытием сварка осуществляется постоянным током, при этом держатель с электродом подключается к плюсовой клемме инвертора. В случае использования вольфрамовых электродов применяется переменный ток.

Процесс аргоновой сварки

Эта методика используется в ситуациях, где важны внешний вид и качество сварного соединения. Для реализации необходим источник тока, баллон с аргоном, подающее устройство для присадочной проволоки и соответствующий аппарат. При использовании двухрежимного аппарата следует выбрать переменный ток (AC). Начальная работа ведется с высокой силой тока для быстрого прогрева металла, который затем уменьшают, чтобы избежать пережогов.

Для уменьшения расхода аргона рекомендуется оборудовать горелку газовой линзой с специальной сеткой.

Подготовка аппарата

Сварка алюминия и его сплавов осуществляется с использованием прямой полярности, где электрод подключен к минусовому полюсу. Процесс сварки выполняется переменным током.

Настройка аппарата:

• Перед началом работы необходимо настроить давление газа (в пределах 6-12 литров), учитывая условия окружающей среды (помещение или открытая местность) и диаметр сопла. Важным аспектом является учет турбулентности - при сильном напоре газа из сопла происходит его смешивание с воздухом, что может снизить эффективность защиты рабочей зоны.

• Далее определяются с режимом работы.

• Устанавливают продувку шва (сек) и ток старта (А).

• Возрастание тока (2 сек).

• После этого регулируется основной ток в зависимости от типа и толщины используемого материала.

Затем переходят к настройке переменного тока, которая обычно включает частоту 200 Гц и баланс переменного тока на уровне 40% при небольшой ширине сварочного шва.

Осуществляют настройку режима "заварка кратера" для предотвращения образования усадочной раковины при резком прекращении дуги. Регулируют параметры времени спада, тока завершения и обдува шва. При мастерстве сварщика замок не должен отличаться от основного шва, и кратера не должно образовываться, в соответствии с определенными настройками.

Расходные материалы и горелки

Обычно комплект поставки сварочного аппарата включает аргоновую горелку TIG, которая подходит для большинства работ. Однако при длительной работе с алюминием рекомендуется приобрести или изготовить блок жидкостного охлаждения для горелки, что увеличит ее срок службы. Горелки бывают американского типа с круглой ручкой, европейского типа с более сложной эргономикой, а также российского варианта, который часто считается излишне тяжелым и громоздким.

Расходники к горелкам:

• Для решения большинства задач обычно применяются электроды из вольфрама диаметром 2,4 мм. В случае необходимости работ с токами выше 150 А, можно использовать электрод диаметром 3,2 мм. В общем, этих диаметров будет достаточно для большинства ситуаций.

• В стандартном комплекте предоставляются обычные сопла без газовых линз. Однако, для экономии газа и повышения эффективности газовой защиты, рекомендуется установить газовые линзы.

• Наиболее распространенным является сопло №7, и для сварки алюминия не рекомендуется использовать.

• Людям, планирующим заниматься ремонтной сваркой, рекомендуется обзавестись колпачками различных размеров.

Разумно приобрести комплект с расходными материалами. Хотя его стоимость выше, он обеспечит долгосрочное решение проблемы с заменой расходных деталей.

Подготовка деталей для сварки

Поверхности будущих свариваемых деталей выравниваются и делаются максимально плоскими. Если имеется ленточный гриндер (станок для финишной обработки материала), его можно использовать для удаления зазоров, либо воспользоваться болгаркой. Завершающую обработку краев проводят с помощью напильника или металлической щеткой с мелким ворсом.

Необходимо обеспечить чистоту деталей, удаляя с их поверхности все загрязнения, такие как грязь, пыль, и жир, с применением моющих средств. Оксидные пленки устраняются с помощью щетки с жесткой щетиной. После этого детали тщательно промываются чистой водой и обезжириваются ацетоном или другим растворителем, который должен естественным образом высохнуть.

При небольших размерах заготовок их помещают в подогретый до 60°C щелочной раствор, где они выдерживаются в течение нескольких минут. После этого поверхность обрабатывается металлической щеткой.

Подготовительные мероприятия выполняются прямо перед началом операции, пока окислительные процессы еще не начались.

Использование переменного тока в сварочных работах

Сварочные операции с использованием аргона проводятся на переменном токе. Одна из первостепенных задач при работе с алюминием - разрушение оксидной пленки. Этот процесс в каждом сварочном аппарате может обозначаться по-разному: баланс переменного тока, очистка, обратная полярность. На практике это настройка баланса переменного тока, что включает регулирование времени обратной полярности.

Обычно устанавливается процентное соотношение 50/50 для переменного тока, где верхнее значение обозначает прямую полярность, а нижнее - обратную. Важно понимать, что регулируется не сила тока, а время, проведенное в обратной полярности. При уменьшении этого времени улучшается глубина проплавления, сужается дуга, увеличивается ее стабильность, но качество разрушения оксидной пленки может уменьшиться.

При увеличении времени, проведенного в обратной полярности, дуга расширяется, а также зона очистки увеличивается, что способствует более быстрому разрушению оксидной пленки. Однако это может привести к уменьшению глубины провара и нестабильности дуги, которая начинает маяться.

Длительное пребывание в обратной полярности влияет на состояние вольфрамового электрода, увеличивая механическую нагрузку на него и, в конечном итоге, вызывая его разрушение или оплавление.

При уменьшении баланса в сторону увеличения прямой полярности возможно, что из вольфрамового электрода будут отколачиваться частицы, которые будут отлетать в направлении обрабатываемой детали. Электрод при этом может слоиться и разрушиться. Поэтому важно настроить оптимальный баланс переменного тока.

Особенности обработки металла в аргоновой среде

Процесс сварки элементов начинается с установки прихвата с обеих сторон. После этого производится поворот заготовки, и создаются еще два дополнительных прихвата. В случае, если деталь имеет большую длину, может потребоваться создание 3-4 дополнительных прихватов для обеспечения стабильности сварочного соединения.

При наличии педали управления, удобнее регулировать подачу тока с её помощью. В начале сварочного процесса, когда металл еще не разогрет и алюминий не расплавлен, не вводят присадочный материал. Выбор присадки осуществляется в соответствии с толщиной используемого материала. Расстояние между электродом и обрабатываемой заготовкой должно быть не более 3 мм; чем меньше это расстояние, тем лучше, хотя такие настройки чаще используют опытные специалисты.

Горелку удерживают с небольшим наклоном. Оптимальный угол – прямой, так как он обеспечивает симметричную ванну и максимальную газовую защиту. Однако в этом положении не видно процесс сварки. Для наблюдения за сваркой горелку слегка наклоняют на 15 градусов. При выполнении стыкового шва используется этот метод. При сварке таврового соединения с одинаковой толщиной деталей электрод наклоняется на 45 градусов и располагается точно между деталями для равномерного расплавления. В случае разной толщины деталей, особенно если одна из них толще (как правило, основание), электрод наклоняется в сторону более толстого металла.

Для достижения высокого качества и эстетичности сварного шва, введение присадочного материала следует осуществлять постепенно. Прогрели - двинулись - подали. Важно избегать спешки при сварке, так как требуется точно поймать момент движения горелки и введения присадки. Процесс подачи присадки должен соответствовать хорошо разогретой сварочной ванне. При недостаточном токе возможно появление характерного треска, аналогичного звуку при жарке сала, что свидетельствует о том, что алюминий еще не достаточно нагрет, и требуется увеличить ток. Если треска нет, но ванна начинает размываться и становится сложно управляемой, необходимо уменьшить величину тока. Только в таком случае образуется аккуратная чешуйка.

Что касается защиты сварочной ванны, необходимо использовать высококачественный аргон, предпочтительно с чистотой не менее 99,998%, избегая использования стандартного газа по ГОСТу. Для обеспечения правильного ламинарного потока газа без пульсаций и перемешивания на горелку устанавливают газовую линзу, а поверх нее - керамическое сопло. Эти меры позволяют максимально эффективно выполнять функцию защиты сварочной зоны.

По итогам сварочной операции, процесс завершается обратным порядком действий. Сначала прекращается сварка, затем, с некоторой задержкой до 5 секунд, прекращается подача газа.

Плюсы и минусы аргоновой сварки

Плюсы:

• В отличие от альтернативных методов, данная технология обеспечивает создание надежных и эстетичных сварных швов малой толщины при минимальном нагреве свариваемых элементов. Благодаря незначительным деформациям, этот метод успешно применяется для сварки деталей с сложной формой и металлов, которые не поддаются сварке другими способами.

• Инертный газ аргон, обладая большей плотностью по сравнению с воздухом, эффективно исключает воздействие атмосферных газов на область расплавленного металла при соблюдении технологического процесса.

• Короткая и высокотепловая электрическая дуга обеспечивает эффективность и быстрое выполнение высококачественной работы, при условии достаточного уровня предварительной подготовки.

• С прилежании и учете основных требований, освоение процесса не представляет больших трудностей.

Минусы:

• В случае проведения работ на открытом воздухе, порывы ветра могут привести к улетучиванию газа, отрицательно сказываясь на качестве сварочного шва. В таких случаях рекомендуется использовать закрытое помещение с системой принудительной вентиляции.

• Использование дорогостоящего и сложного оборудования влечет за собой необходимость в специальных знаниях и опыте для его эффективного использования.

• Перед использованием сварочных операций с высоким током необходимо предусмотреть дополнительные меры по охлаждению оборудования.

Отмечается, что недостатки относительно небольшие и, при наличии желания, поддаются устранению.

Основная ошибка начинающих при сварке алюминия

Электроны перемещаются от отрицательного заряда к положительному, и когда присадка введена в атмосферу, ее плавление происходит при высокой температуре сварочной ванны. Окисление материала присадки приводит к образованию черных следов на сварочных швах, чего часто не понимают начинающие сварщики – это является типичной ошибкой, совершаемой до 80% новичков.

Присадка, находясь в атмосфере, лишена заряда. При контакте с деталью приобретает тот же заряд, что и сама заготовка. Электроны, направляющиеся от вольфрамового электрода к детали, преодолевают препятствие (присадку), перерезая ее. Таким образом, тепло дуги и движение электронов обеспечивают отсечение кусочка проволоки, который затем попадает в сварочную ванну и нагревается.

Когда присадка контактирует со сварочной ванной, ванна передает тепло, что способствует более легкому и быстрому плавлению присадочной проволоки.

Необходимо учесть эти мелкие детали при освоении навыков в процессе обучения.

Советы для начинающих

Избегайте резких движений с держателем и отводите горелку от рабочей зоны осторожно. Внезапное удаление горелки может нарушить газовую защиту, пропуская воздух, что может привести к образованию пор и окислов в сварочном шве. Это, в свою очередь, может привести к разрыву соединения или появлению трещин в любой момент.

Если сварочный шов приобретает форму округлой или овальной, это может свидетельствовать о недостаточной глубине провара. Важно постоянно контролировать форму сварочной ванны; идеальный вариант – это удлиненная форма с небольшим выпуклым валиком.

Электрод всегда направлен вперед, в то время как присадочная проволока подается ему навстречу, следуя равномерному темпу. Если подача присадки происходит с перерывами, это может привести к нестабильности дуги, увеличив расход газа и электроэнергии.