TIG сварка: что это такое, как работает, где применяется, ее преимущества и недостатки

Наиболее эффективным способом создания неразъемного соединения деталей, выполненных из алюминия и сплавов на основе данного металла, как показывает практика, является сварка алюминия аргоном. Любая технология сварки, предполагающая использование защитного газа, подразумевает применение специального оборудования, а также наличие у сварщика соответствующих знаний, квалификации и опыта выполнения подобных работ. Кроме того, необходимо обладать хотя бы начальными знаниями в области металловедения, чтобы понимать, какие процессы протекают в сварочной ванне.

Процесс аргонодуговой сварки алюминия

Что нужно учитывать при сварке алюминия?

Сварка алюминия осложняется специфическими свойствами металла. Для качественного соединения необходимо учитывать следующие нюансы:

1. Оксидная пленка. Она образуется при контакте металла с кислородом воздуха. Проблема заключается в большой разнице между температурами плавления алюминия и пленки: 650 и 2000 °С, соответственно. В результате оксид остается в сварном шве, создавая его неоднородность. Качественно варить алюминий можно только, удалив оксид и исключив контакт металла с кислородом.
2. Низкая температура плавления и высокая текучесть расплава. Она вызывает быстрое вытекание расплавленного металла из сварочной зоны и сквозному прожиганию заготовки. Алюминий начинает переходить в жидкую фазу уже при температуре 500-520 °С.
3. Повышенный коэффициент объемной усадки. Неправильный температурный режим вызывает появление напряжений в шве, что приводит к растрескиванию в нем и пришовной зоне, а также к деформации детали.
4. Высокая теплопроводность алюминия. При сварке существенно увеличиваются потери тепловой энергии, которая быстро распространяется по всей заготовке. Это требует увеличение мощности аппарата.
5. Быстрая кристаллизация. Это свойство алюминия приводит к появлению газовых пор в шве из-за неполного газовыделения при быстром отвердении металла.
6. Алюминий практически не изменяет цвет при расплавлении, что затрудняет визуальный контроль процесса.

Все эти особенности должен учитывать сварщик-новичок. Настройка требует особой тщательности.

Особенности и значение подготовки соединяемых деталей к сварке

Качество соединения зависит от тщательности подготовки основания перед выполнением работ. Следует помнить, что температура плавления оксидной пленки, которая покрывает поверхность, выше аналогичного показателя чистого металла. Присутствие оксида алюминия в зоне расплава приводит к снижению качества шва.

Процесс подготовки поверхности включает в себя следующие работы:

• Обезжиривание зоны соединения с помощью растворителя;
• Удаление оксидной пленки механическим или химическим способом;

Механическая обработка поверхности подручными средствами используется при выполнении работ в домашних условиях. В условиях промышленных производственных площадок обычно прибегают к химическому способу – травлению поверхности специальными составами, что исключает вероятность попадания инородных частиц в зону расплава.

Способы сварки алюминия

Алюминий может вариться несколькими способами:

1. Электродная сварка (ММА). Используются электроды УАНА, ОЗАНА, ОЗА-1 и -2, ОК 96.10 и 96.50. Применяется способ в малоответственных конструкциях и при толщине металла не менее 4 мм. Главный недостаток – недостаточная однородность шва, пористость, пониженная прочность.
2. Полуавтоматическая или электродуговая сварка. В сварочную зону постоянно подается проволока с присадочным материалом. Соединение обеспечивается за счет электрической дуги. Оксидная пленка разрушается в результате катодного распыления, обеспечиваемого переменным током или постоянным током с обратной полярностью.
3. Сварка в среде аргона. Самый распространенный способ – аргонодуговая сварка. Газ создает инертную среду без доступа кислорода, что устраняет образование оксидной пленки. Дуга зажигается между вольфрамовым электродом и заготовкой. В сварочную зону подается алюминиевая проволока.

Интересное: Что такое прямая и обратная полярность при сварке инвертором

Выбор способа зависит от конкретных требований к сварке и условий, а также наличия необходимого оборудования.

Технология сварки алюминия с помощью аргона

С появлением современного оборудования аргоновая сварка стала широко доступна даже для использования в бытовых условиях. Она может осуществляться в ручном (TIG сварка), полуавтоматическом и автоматическом режиме. Поможет осуществить сварку алюминия аргоном для начинающих пошаговая инструкция, она позволит сделать все правильно и качественно.

Что нужно для сварки?

Оборудование для сварки алюминия
Для осуществления сварки алюминия аргоном начинающему сварщику необходимо заранее приготовить:

1. Источник тока — TIG-инвертор.
2. Специальная аргонная горелка. Желательно в нее вставить газовую линзу (цангодержатель) для очистки газа.
3. Баллон с аргоном и шланг для его соединения с горелкой.
4. Присадочная проволока. Она выбирается с учетом марки алюминия или сплава. Для чистого алюминия рекомендуется пруток № 5356, для алюминия с примесями – пруток с кремнием №4043.
5. Вольфрамовые электроды. Рекомендуемые марки: WT 20 (имеет красный наконечник), WC 20 (серый наконечник) или WL 15 (жёлтый наконечник). Минимальный диаметр электрода — 2,4 мм.

Важно! Инвертор следует подбирать с наличием таких функций: бесконтактный поджиг, заварка кратера, регулировка тока.

Как правильно подготовить алюминий?

Качественно сварить алюминий можно только после тщательной предварительной подготовки металлических заготовок. Прежде всего, необходимо очистить поверхность деталей от грязи, жира, машинных масел и окисной пленки. Можно использовать механический и химический метод очистки.

Механический способ подразумевает применение наждачной бумаги, шабера или металлической щетки. Лучше всего, применять специальную щетку для алюминия с нержавеющими проволоками диаметром не более 0,15 мм. Ее не следует использовать для обработки других металлов, чтобы не оставались на ней их частицы.

Химическую очистку можно произвести спиртом, ацетоном или специальными растворителями. Хорошо зарекомендовал себя такой состав: раствор едкого натра (50 г) и фтористого натрия (45 г) в воде (1 л). После обработки таким растворителем чистота поверхности сохраняется до 4 суток.

Непосредственно перед сваркой алюминиевые заготовки следует хорошо прогреть (прокалить). Для этого они нагреваются до температуры порядка 300 °С в течение 20–30 минут.

Интересное: Описание и типы сварных соединений

Подготовки требуют кромки свариваемых заготовок. При толщине металла более 4 мм их необходимо разделать для сварки встык. Большие неровности лучше зачистить шлифовальной машинкой или напильником.

Подготовка аргона для сварки

Важное значение имеет подготовка аргона для проведения сварки. Баллон с газом устанавливается на безопасном расстоянии и обязательно оснащается редуктором понижения давления. При покупке следует выбирать чистый аргон, без примесей воздуха.

В горелку рекомендуется устанавливать цангодержатель. В нем имеется сетка, обеспечивающая дополнительную очистку газа перед подачей его в сварочную зону.

Настраивается расход газа. Он зависит от диаметра присадочной проволоки. Для аргона российского производства устанавливается такой расход: при диаметре до 1 мм — 12–14 л/мин, при 1,2 мм — 14–16 л/мин, при 1,6 мм — до 22 л/мин. При использовании газа чешского производства – расход составляет 7–10 л/мин.

Процесс сварки алюминия аргоном

Схема аргонодуговой сварки
Начинающему сварщику следует придерживаться такой пошаговой инструкции:

1. После проведения всех подготовительных работ выбранный электрод диаметром 2,5–5,5 мм вставляется в горелку. Его вылет должен быть порядка 2 мм. Залог обеспечения нужной дуги – хорошая заточка электрода.
2. Возбуждение сварочной дуги. В правую руку берется горелка с электродом, а в левую – присадочный пруток (проволока). Электрод подводится на небольшое расстояние к поверхности заготовок (2–3 мм), достаточное для возникновения дуги. Касаться электродом металла нельзя, т.к. придется снова его затачивать. Горелка держится вертикально, а дуга направлена в начало шва. Меняя расстояние между наконечником электрода и металлом, можно изменять размер дуги.
3. Формирование сварочной ванны. Она обеспечивается за счет расплавления алюминиевой проволоки. Ее следует подавать после обеспечения стабильной дуги. Принято считать, что количество секунд, необходимых для формирования сварочной ванны, совпадает с толщиной заготовки (в мм).
4. Формирование сварного шва. После образования сварной ванны обеспечивается регулярная подача проволоки и плавное перемещение горелки вдоль линии соединения заготовок. Электрод держится под углом 60-80°, а присадочный пруток — 10–30°. Желательно, чтобы угол между горелкой и проволокой составлял порядка 90°. Шов формируется пот принципу «капля за каплей», а значит надо следить за их разномерным распределением и одинаковым размером.
5. Завершение шва. Последний этап – заварка кратера. Основная цель – избавиться от шлаков. Для этого уменьшается подача проволоки и увеличивается скорость движения электрода. Постепенно должна исчезнуть сварочная ванна.

Важно! Работа завершается проверкой прочности соединения и визуальным контролем качества шва.

Правила удержания электрода и присадочной проволоки

Подбор электрода

Технология сварки алюминия аргоном требует и правильного выбора вольфрамового электрода, диаметр которого должен быть максимально близок к толщине свариваемых частей. Заточка выполняется классическим способом, но без острого кончика, как в случае со сваркой нержавейки. Во время первых секунд горения электрод примет форму капли на конце и так придется вести шов. Вылет из сопла необходим на 3-5 мм, чтобы избежать перегрева вольфрама. При сварке мелкие брызги алюминия будут налипать на электрод, что потребует повторной заточки.

Научиться сваривать алюминий не просто. Но зная вышеизложенные принципы и просмотрев видео с уроками от специалистов, можно уверенно пробовать свои силы на практике.

Настройка аргоновой сварки для алюминия

Настройка процесса сварки алюминия включает следующие действия:

1. Настройка сварочного аппарата. На нем устанавливаются такие параметры: баланс тока с установкой полярности (CLEAN WD.), величина сварочного тока (CURRENT), функция заварки кратера (тумблер DOWN SLOPE) или медленное затухание дуги, функция продувки газом (POST TIME) для охлаждения сварной ванны и горелки.
2. Настройка электродов. Правильно подбирается диаметр электродов и их вылет из горелки.
3. Настройка расхода аргона. Она зависит от диаметра присадочного прутка. При сварке на открытом воздухе расход увеличивается.

Интересное: Основные виды сварки металлов

При настройке режимов используются соотношения, приведенные в таблице:

Настраивать оборудование и режимы необходимо с особой тщательностью. Начинающим сварщикам лучше обратиться за помощью к опытным специалистам.

Какую присадочную проволоку выбрать

Для сварки в режиме AC TIG промышленностью производятся стандартные прутки, предназначенные только для алюминия. Их вид показан на фото ниже:

Выпускаются они в различных диаметрах и выбираются в зависимости от толщины металла и режима сварки по току. Ориентировочная таблица поможет в правильном выборе припоя.

Таблица 1

Универсальная ER 4043 — для сварки алюминия, и его сплавов АД31, АД33, АД35 с магнием, кремнием и другими элементами.Виды промышленных припоев для сварки алюминия TIG определяются ГОСТ 7871-75. Наиболее распространены:

• AL ER5356 — для сплавов AlMg4, AlMg3, AlMg5, AlMg6.

От выбора припоя зависит как качество, так и скорость сварки, что немаловажно — процесс сварки TIG происходит в несколько раз медленнее, чем ММА или MIG, поэтому возможность его ускорения весьма актуальна.

Техника безопасности

При проведении работ необходимо учитывать наличие электрического тока, яркого свечения дуги, раскаленного металла, который может разбрызгиваться, высоких температур. Сварщик должен надеть специальную маску со световым фильтром синего цвета. Обязательны перчатки, защищающие руки от брызг расплава и одежда, способная защитить от них все тело.

Электрооборудование должно быть надежно защищено. Необходимо использовать устройство защитного отключения и автоматические выключатели. Газовый баллон комплектуется редуктором понижения давления. Перед началом работ необходимо изучить правила техники безопасности и строго их соблюдать.

При сварке алюминия приходится сталкиваться со сложностями, вызванными его специфическими свойствами. Аргонная сварка при правильном подходе, использовании качественных материалов и оборудования обеспечивает надежность соединения.