Технологии сварки алюминия и его сплавов

• Почему сварка алюминия и его сплавов вызывает трудности?
• Когда требуется сварка алюминия
• Как подготовить заготовки
• Способы сварки алюминия
• Технология ММА
• Технология TIG
• Технология сварки MIG
• Лазерная технология сварки
• Плазменная сварка
• Выбор сварочных материалов для сварки алюминия

Даже опытные сварщики могут испытывать трудности при сварке алюминия и его сплавов. При проведении сварочных работ необходимо в обязательном порядке учитывать свойства металла, а также правильно подбирать технологию и использовать специальное оборудование. В противном случае у оператора не получится достичь высокого качества сварного соединения. Шов может быть неровным, слишком толстым, непрочным или неэстетичным. Попробуем разобраться, как же следует проводить сварку алюминия и его сплавов в производственных и бытовых условиях и на какие параметры обращать особо пристальное внимание.

Почему сварка алюминия и его сплавов вызывает трудности?

Как показывает практика, качественно сварить алюминий и его сплавы с магнием, марганцем и другими металлами намного сложней, чем соединить любые сорта стали. Проблема заключается в том, что у оксидной пленки, которая образуется на поверхности алюминия, и у самого металла разные температуры плавления. Этот фактор обязательно следует учитывать.

Температура плавления оксидной пленки составляет более 2000 С (точнее – 2044С), а у алюминия и сплавов – 660. Если оператор будет проводить сварку при низкой силе тока, ему не удастся проплавить пленку. Если температура будет завышена, то велики риски прожига металла.

Второй момент, который необходимо учитывать – высокая теплопроводность металла. Это означает, что при сварочном процессе будет сильно нагреваться зона рядом со швом, что приведет к деформации металла. Именно поэтому при алюминиевой сварке многие сварщики жалуются, что шов получается косой.

Кроме того, если долго держать горелку на одном месте, то металл проваливается, образуются поры, шов теряет герметичность.

Третий важный момент – повышенная текучесть металла. Эта характеристика алюминия затрудняет контроль сварочной ванны. В результате проявляются такие дефекты, как неровности и наплывы шва.

Также при сварке алюминия сталкиваются со следующими трудностями:

• металл быстро окисляется, что приводит к образованию на капельках металла оксидной пленки, препятствующей образованию однородно шва;
• материал дает значительную усадку, это может привести к деформации сварочного соединения после затвердевания;
• качество результата в большой мере зависит от правильной подготовки заготовок.

Если с алюминием работает неопытный сварщик, то добиться качественного шва практически невозможно. Как правило, первые «опыты» дают косой и пористый шов. Поэтому обучаться рекомендуется на неответственных деталях и конструкциях.

Когда требуется сварка алюминия

Необходимость сваривать алюминиевые детали и элементы возникает достаточно часто. Если рассматривать производственные условия, то подобная технология применяется на пищевых производствах, в химической промышленности, в автомобилестроении, самолетостроении и проч.

Нередко с необходимостью соединения алюминиевых деталей сталкиваются и домашние мастера. К примеру, если автовладелец хочет своими руками починить автомобиль, который неудачно заехал на бордюр или получил другие повреждения. Навыки сварки алюминия помогут сэкономить значительную сумму.

Как подготовить заготовки

Как уже упоминалось, при сварке алюминия очень важно провести предварительную подготовку деталей, от этого этапа напрямую зависит качество конечного результата. Подготовка зависит от технологии сварки, которую будет применять оператор. Специалисты советуют придерживаться следующих рекомендаций:

1. Если вы планируете работать с помощью технологии газоэлектрической сварки, то потребуется подобрать подходящее помещение. Недопустимо наличие пыли и повышенная влажность.
2. Скорость движения воздуха в помещении для сварки не должна превышать 2 метра в секунду. Недопустимы сквозняки или вентиляционные потоки.
3. Все детали и элементы предварительно очищают. Способ очистки зависит от выбранной технологии.
4. При газоэлектрической сварке в качестве инертного газа допустимо использовать только аргон или гелий высокой чистоты (ВЧ). Это правило регламентируется требованиями ГОСТ.
5. Все оборудование, необходимое для работы: шланги, горелки, арматуру – тщательно промывают спиртом перед началом сварки, также требуется периодическая промывка во время работы.

Отдельно стоит остановиться на методах очистки присадочной проволоки. Согласно предписанной технологии, сначала проводят очистку от консервационной смазки. Для этого проводят промывку горячей водой или растворителем. Затем проводят удаление оксидной пленки химическими методами.

Наиболее часто для удаления оксидной пленки применяют следующую технологию:

• заготовки протравливают в растворе акустической соды (раствор 60%) при температуре от 60 до 65С.
• промывают в горячей воде (температура 50-60С);
• промывают повторно в холодной проточной воде;
• проводят осветление в 30% растворе азотной кислоты в течение 2 минут, температура раствора – 55-60С;
• промывают в горячей воде (55-60С);
• промывают в проточной холодной воде;
• тщательно сушат элементы или детали до полного удаления влаги.

Для подготовки заготовок из алюминия оборудуют специальное помещение вне сварочной зоны.

Период хранения обработанных заготовок зависит от толщины. Проволока до 1,6 мм хранится 12 часов, проволока с диаметром 4-5 мм – 36 часов. В случае, когда нет возможности провести сварку в течение периода срока хранения, проволоку помещают в специальный ящик или шкаф с плотно закрываемыми дверцами.

Также необходимо предварительно подготовить соединяемые детали. Деталь и ее кромку обрабатывают химическим способом непосредственно перед проведением сварочных работ.

Способы сварки алюминия

Существует всего три традиционных метода сварки алюминия и алюминиевых сплавов:

• ММА;
• MIG;
• TIG.

Однако в последние годы популярными технологиями стали лазерная и плазменная сварка, которые также можно использовать для соединения алюминиевых элементов.

Рассмотрим подробно каждую из технологий, выделим ее недостатки и преимущества.

Технология ММА

При сварке ММА используется инверторный аппарат с постоянным током. Такая технология подходит для бытового использования, поскольку с помощью ММА сварки трудно достичь высокого качества сварного соединения, метод не применяют в промышленных условиях. Для сварочного процесса требуются покрытые электроды. Учитывайте, что полярность должна быть обратной, электроды должны иметь сердечник AI, в качестве добавок обычно используется кремний.

При сварке алюминия и алюминиевых сплавов методом ММА действовать нужно следующим образом:

• предварительно рассчитайте необходимую силу тока (на каждый мм металла 30 ампер);
• если вам предстоит сваривать элементы с толщиной свыше 5 мм, предварительно проведите разделку кромок;
• электрическую дугу следует вести аккуратно и быстро, недопустимы остановки в процессе сварки, это приведет к кристаллизации шлаков и образованию диэлектрической преграды, что скажется на качестве сварного соединения.

Метод сварки ММА отличается дешевизной, простотой и отлично подойдет для домашнего мастера. К преимуществам технологии также относят:

• невысокую стоимость оборудования и расходных материалов;
• возможность производить сварку без подключения к источнику постоянной подачи тока (можно использовать генератор);
• небольшой вес и компактность оборудования, что облегчает транспортировку и хранение.

Однако у этой технологии есть и серьезные недостатки. Как уже упоминалось, ММА сварка не обеспечивает высокое качество шва при соединении элементов из алюминия и алюминиевых сплавов. Шов получается пористым, неоднородным, грубым. После сварки в обязательном порядке требуется обработка сварочного соединения, позволяющая частично сгладить дефекты. Такая технология не применяется при создании ответственных конструкций, а также в случаях повышенных требований к качеству сварного соединения.

Повысить качество шва поможет предварительный прогрев деталей из алюминия. Температуру прогрева можно узнать из технических рекомендаций к используемым электродам. Если информация отсутствует, то можно придерживаться общих правил: детали толщиной до 2 мм прогревают до температуры 250-300С. Детали до 4 мм прогревают до температуры 400С.

Технология TIG

Технология TIG-сварки – более совершенный метод соединения деталей и элементов из алюминия и алюминиевых сплавов. Такую сварку можно применять в производственных условиях, поэтому существуют ГОСТы, в которых четко прописаны все требования к процессу, включая подготовительный этап. Нормативные документы регулируют правила подготовки всех типов кромок, диапазон допустимых сечений соединяемых деталей и элементов. Также существует ГОСТ, который регулирует сварку элементов под разными углами.

Сварочный процесс проводят наклонной горелкой, угол наклона к свариваемой поверхности может быть от 45 до 80 градусов. Силу тока оператор подбирает с учетом толщины материала. При расчете придерживаются следующих правил: на каждый миллиметр берут силу тока 25 Ампер. Также регламентируется расход газа при сварке: 10 литров в минуту.

Материал предварительно продувают газом в течение двух секунд и в течение 6 секунд проводят прогрев, проводя горелкой вдоль будущего сварного шва. Температура нагрева соединяемых элементов, в зависимости от толщины, должна быть от 250 до 400С.

Метод TIG позволяет получить плотный шов с отсутствием или минимальным количеством пор. Шов получается достаточно ровным и аккуратным, последующая обработка не требуется.

При проведении сварки TIG стоит учитывать повышенную текучесть алюминия и наличие оксидной пленки. Из-за необходимости обработки твердой поверхности пленки и наличия брызг требуется очищать вольфрамовую иглу по завершении каждого очередного шва.

Что касается стоимости сварочного процесса, то применение технологии TIG обойдется дороже, чем сварка ММА. Повышение себестоимости обусловлено необходимостью использовать инертный газ.

Еще один момент, который следует учитывать при сварке алюминия и алюминиевых сплавов методом TIG. Разница плавления металла и оксидной пленки. Чтобы металл не проваливался, свариваемые элементы помещают на толстую стальную подложку. Подложка выполняет не только функцию опоры, облегчающей сварочный процесс, но и отводит от сварочного шва избыточное тепло, снижая температуру металла в области соединения.

Чтобы получить достойное качество шва при сварке алюминия и алюминиевых сплавов, следует внимательно относиться к выбору оборудования. Рекомендуется выбирать инверторные аппараты, оснащенные следующими функциями:

• возможность понижения силы тока до 10 Ампер (в этом случае вы сможете производить сварку тонких элементов, от 0,8 мм);
• наличие импульсного режима, такая функция позволяет снизить тепловложение, следовательно, уменьшить риски деформации металла.

В небольших цехах иногда используют оборудование ММА, оснащают его горелкой и производят сварку алюминия методом TIG. Однако в этом случае страдает качество шва, лучше потратиться на полноценный аппарат. В этом случае вы можете гарантировать качество продукции.

Технология сварки MIG

Все параметры и требования к сварочному процессу также регулируются требованиями ГОСТ. Технология позволяет соединять детали с сечением от 0,8 до 50 мм. Оборудование для полуавтоматической сварки в среде инертного газа должно быть оснащено функцией импульсного режима. С помощью импульса оператор может быстро прожечь оксидную пленку, затем напряжение снижают и проводят расплав металла. Такой метод позволяет значительно снизить риски прожига и сформировать качественный, надежный и ровный сварочный шов.

К преимуществам технологии MIG для сварки алюминия относят:

• высокую скорость сварочного процесса;
• возможность соединять элементы разной толщины;
• удобный контроль процессов, происходящих в сварочной ванной.

Что касается недостатков, то в первую очередь отмечают высокую стоимость оборудования. Также при сварке может вызывать трудности необходимость держать горелку вертикально по отношению к свариваемым поверхностям. Это необходимо, потому что алюминий обладает высокой текучестью и сильно разбрызгивается при сварке.

Проблемы также могут возникнуть при подаче инертного газа. Если работы проводятся на крупном предприятии, то газ подается централизованно. На небольших предприятиях обычно используют баллоны с аргоном.

Для повышения качества результата необходимо проводить тщательную очистку свариваемых элементов. Поверхности очищают от следов масла и всех загрязнений. Если толщина деталей превышает 4 мм, то также проводят разделку кромок. Толстые элементы сваривают встык.

Если вам постоянно приходится сваривать алюминиевые элементы, то стоит вложиться в качественное и надежное оборудование. Оптимальным выбором будет полуавтомат с двойным импульсом и синергетическим управлением.

С помощью двойного импульса вы получаете шов с повышенной герметичностью и с отсутствием пор. Также стоит отметить, что повышается чешуйчатость шва, что придает соединениям более эстетичный вид.

Лазерная технология сварки

Лазерная сварка – надежный, но дорогостоящий метод соединения алюминиевых деталей. Такую технологию возможно применять только на крупных предприятиях. К преимуществам лазера относят высокую точность шва, которая получается за счет снижения зоны нагрева. Также стоит отметить следующие достоинства технологии:

• высокую производительность;
• возможность делать швы сложной конфигурации;
• производить сварку можно в любом положении.

Из недостатков, помимо высокой стоимости оборудования, отмечают невозможность обработки толстых элементов.

Плазменная сварка

Плазменная сварка является одной из современных технологий, с помощью которой обеспечивается высокая производительность работ и хорошее качество сварочного соединения. Для разогрева и расплавления металла используется не электрическая дуга, а плазма, что позволяет достигать глубокого проплавления металла за счет высокой концентрации энергии. Процесс сварки происходит в среде защитного газа, что позволяет предупреждать попадание в сварочную ванну атмосферных газов, следовательно снижать риски окисления алюминия и улучшать качество сварочного шва.

Для проведения работ требуется специальное оборудование – аппарат для плазменной сварки. Этот агрегат оснащается плазмотроном, генерирующим плазменный разряд и генератором переменного и постоянного тока. Производители предлагают аппараты с разными источниками питания и способные генерировать ток разной силы. Также могут отличаться модификации источников питания и мощность агрегата.

Плазмотрон представляет собой устройство, оснащенное плазмообразующей функцией и функцией подачи защитного газа (обычно используется аргон). Для работы горелки применяют вольфрамовые электроды или модели из гафния.

Плазменную сварку алюминия и алюминиевых сплавов можно проводить следующими методами:

• использование плавящегося электрода (в качестве защитной среды используют аргон, гелий либо аргоно-гелиевую смесь, сварка производится с помощью вольфрамовых электродов и присадочной проволоки диаметром до 2,4 миллиметров, используют ток обратной полярности);
• автоматическая дуговая сварка (требует полуоткрытой и открытой плазменной дуги, также используется плавящейся электрод и специальный флюс, предназначенный для работы с алюминием и алюминиевыми сплавами);
• ручная дуговая сварка проводится, если необходимо соединить детали из алюминия (либо сплава с магнием) с элементами из других видов металла;
• электроннно-лучевая (одна из самых эффективных технологий плазменной сварки, сваривание металлов проводится в вакуумной среде, что способствует разложению окиси и выводу водорода из сварочного шва).

Плазменная сварка является высокоэффективным методом, позволяющим получать прочный и эстетичный шов с отсутствием пор и не требующим последующей обработки. К недостаткам этой технологии относят высокую стоимость оборудования, а также высокие требования к квалификации оператора.

Выбор сварочных материалов для сварки алюминия

Помимо выбора оборудования, необходимо правильно подобрать расходные материалы, необходимые для сварочного процесса. Специалисты дают следующие рекомендации:

• При проведении ручной дуговой сварки оптимальным вариантом будут электроды, позволяющие создавать стабильную электрическую дугу, при которой происходит минимальное разбрызгивание металла. Выбирайте изделия с прочностью направленного металла 170МПА.
• ТИГ-сварку проводят при помощи вольфрамовых электродов. Выбирайте расходники, у которых в состав стержня входит оксид лантана. Такие электроды будут создавать стабильную дугу, обеспечат легкий повторный поджиг, отличаются хорошими показателями долговечности.
• если вы выбрали полуавтоматический метод сварки, вам потребуется алюминиевая присадочная проволока, учитывайте, что диаметр присадки должен быть чуть меньше диаметра свариваемых элементов.

При выборе расходных материалов вы всегда можете проконсультироваться у представителей продавца или поставщика, а также воспользоваться советами более опытных мастеров.

Если вы не располагаете оборудованием для сварки алюминия или у вас в штате нет опытного специалиста, обладающего необходимой квалификацией и навыками, вы можете заказать сварку любых элементов из алюминия и сплавов в нашей компании. В этом случае вы можете быть уверены, что результат будет точно соответствовать вашим ожиданиям и технологическим требованиям.