Сваривать изделия из алюминия – не самая простая задача. Если сварщик хотя бы немного отойдет от технологии или подберет не подходящий сварочный аппарат для алюминия и расходники, то гарантировано получит некачественный шов. Чтобы правильно выбрать сварочник для работы с таким металлом, необходимо знать особенности его плавления, разбираться в видах специальных приспособлений и других нюансах.
Особенности сварки алюминия
Данный металл очень капризен при сваривании из-за своих физических и химических свойств. Его поверхность даже при комнатной температуре покрывается оксидной пленкой. С одной стороны, это даже хорошо, ведь окисленный слой защищает материал от коррозии. Но если попробовать сваривать его просто так, как, например, сталь, то можно столкнуться с большой проблемой.
Температура плавления окисла на поверхности алюминиевой заготовки – около 2000 °C, когда как сам материал плавится примерно при 600 градусах по Цельсию. Сварка обычным способом приведет к тому, что присадочный материал будет просто-напросто укладываться на поверхности, не позволяя обеспечить надлежащее качество шва. Увеличение ампеража станет причиной появления прожогов. При этом сварочная ванна будет стремительно окисляться.
Алюминий при сварке:
- Быстро кристаллизуется.
Затвердевание происходит после остывания всего на 15-20 °C. - Невероятно текуч.
В расплавленном виде он напоминает воду, из-за чего вести шов нелегко, если поверхность изделия наклонена. Также именно это свойство повышает риск образования сквозных прожогов при манипуляциях. - Сохраняет цвет после расплавления.
По этой причине сложнее контролировать состояние сварочной ванны и рассчитывать необходимое количество присадочного материала. - Испаряет водород.
Это происходит из-за контакта с атмосферой. Как следствие – образовавшиеся поры в шовной структуре, которые делают соединение более хрупким. - Отличается повышенной усадкой.
Есть вероятность того, что, остыв, наплавленные валики просядут сильнее, чем нужно. Придется дополнительно заваривать кратеры в шве.
Чтобы достичь необходимого эффекта, достаточно перекрыть доступ окружающего воздуха к зоне плавления. Для этой цели используют среды инертных газов.
Некоторые особенности алюминия и сплавов на его основе
Алюминий отличается от других металлов высокой теплопроводностью, химической активностью и малым удельным весом. Сварочный аппарат для алюминия должен быстро работать и хорошо защищать сварочную ванну. Обычное оборудование для металлоконструкций и подварки кузовов не сможет обеспечить подходящие для сварки алюминия режимы.
Алюминий быстро окисляется даже в холодном состоянии при комнатной температуре. Образующаяся сверху оксидная пленка намного тверже, чем основной металл и плавится при 2000⁰C, что в 2 раза выше плавления самого алюминия. Частично прочность легких дюралевых деталей обеспечивает твердая пленка окиси алюминия. При механической зачистке до чистого металла на открытом воздухе окисная пленка очень быстро восстанавливается.
У алюминия высокий коэффициент линейного расширения при нагреве. Если детали перегреть, то их сильно покоробит.
Высокая теплопроводность способствует быстрому распространению тепла по телу детали и такому же почти мгновенному охлаждению шва, когда шлак еще не вышел наружу.
Вывод
Выбирая сварочный полуавтомат для алюминия, следует точно понимать, для чего он вам нужен. Одно дело, когда вам необходимо подварить что-то на даче и другое дело, когда вы оказываете сварочные услуги или затеваете производство. Сварочные аппараты недешевы, поэтому выбирайте оптимальный вариант, учитывая:
- силу сварочного тока;
- наличие синергетического управления;
- универсальность и наличие возможности ручной сварки;
- класс защиты;
- комплектность;
- присутствие программных функций и памяти настроек для разных процессов;
- цену.
Также обязательно следует удостовериться, что ваша электрическая сеть поддерживает потребляемую мощность приобретаемого аппарата.
Если вас интересует тема сварки алюминия полуавтоматом, выскажите свое мнение, предложите идеи или поспорьте с автором в блоке комментариев. Это интересно.
Процесс и его особенности
Исходя из особенностей металла и его сплавов, у сварочного аппарата для сварки алюминия должны быть следующие характеристики:
- взламывание оксидной пленки;
- тонкая регулировка режимов;
- работа с импульсными и переменными токами;
- инертный защитный газ;
- возможность работать с алюминиевыми и вольфрамовыми электродами;
- высокий ток;
- стабильная дуга.
В зоне сварки образуется высокая температура. Варить алюминий необходимо быстро, не прерываясь. Продолжительность работы горелки увеличивает водяное и воздушное охлаждение держака и корпуса самой горелки.
Для сварки алюминия, особенно длинных швов, следует менять обычные горелки с охлаждением на тефлоновые. Они жаропрочные и служат значительно дольше при работе высокими токами.
Остывание в зоне сварки будет происходить медленнее, если перед работой детали полностью подогреть до температуры 250 – 280⁰C. Это исключит образования переходной зоны вдоль шва и горячих трещин.
Сложность сварки алюминия в невозможности четки видеть сварочную ванну. Металл не изменяет своего цвета при нагреве и плавлении.
Преимущества
Пайка не получила широко промышленного применения из-за относительно низкой производительности работ. Тем не менее, данный метод соединения выгодно отличается от прочих способов создания неразъемных соединений:
- Классическими рабочими инструментами является электрический паяльник и газовая горелка. Наука не стоит на месте, и на отечественном рынке уже давно положительно зарекомендовали себя установки для пайки ультразвуком и электронными волнами. Эти устройства отличаются способностью к выполнению работ на загрязненной поверхности без предварительной подготовки.
Дополнительная информация. С помощью ультразвука паяют особо тонкие листы, толщиной до 0,001 мм.
- Процесс сопровождается низким температурным воздействием на обрабатываемые детали.
- Пайка сохраняет структуру металла, не меняя физические и химические свойства – шов формируется за счет расплавленного присадочного материала.
- С помощью данной технологии можно соединять даже миниатюрные элементы и тонкостенные изделия, не опасаясь поверхностной деформации заготовки.
- Имеется возможность соединения разнородных материалов.
Каким должен быть сварочный аппарат
Сварку алюминиевых сплавов производят на аппаратах в режиме TIG, переменного и импульсного тока с частотой до 200Гц и током до 200А. К ним относятся:
- полуавтоматы;
- аппараты аргонно-дуговой сварки;
- инверторы.
Для взламывания окисной пленки применяют осциллятор. Он устанавливается в корпус аппарата, увеличивает частоту колебаний до 300Гц. Работает сварочное оборудование на трехфазном токе 380В.
Импульсный ток – это срезанная по оси синусоида. Двойной импульс означает, что синусоида направлена выступами в одну сторону и при обычной частоте в 50Гц она 100 раз достигает пика своего значения.
Перед тем как сварить алюминий и сталь высоколегированную, в том числе нержавейку, следует выбрать тугоплавкие электроды и соответствующие присадки. В обоих случая подходит неплавящийся электрод и присадочная проволока с кремнием и хромом.
Требования к технологии
Технология начинается с тщательной подготовки свариваемых торцов. Перед работой место под сварку на алюминиевых и дюралюминиевых деталях тщательно зачищают от окислов. Для этого подходит болгарка с мелкозернистым кругом. Шов накладывается непрерывный за один проход. Сварка алюминиевых труб делается за 2 захода, снизу вверх.
Газ включается до начала розжига дуги. Начало процесса производится на высоких токах. Завершается сварка на пониженных токах. Аппараты для сварки должны менять силу тока и напряжение после начала работы.
Для сварки алюминия используется вольфрамовый плавящийся и неплавящийся электрод. Присадочные прутки для алюминия используются двух видов: из чистого металла и литейный алюминий с добавлением кремния.
Выполняют сварку тонкого алюминия аргоном. Толстые листы и детали варят в среде защитного аргонно-гелиевого газа.
Перед началом сварки электрод следует заточить. Плавящийся на полукруг. Неплавящийся затачивается под углом 40⁰ с небольшой площадкой. В процессе сварки на конце должна быть капля чистого металла размером меньше диаметра электрода.
Длина дуги при сварке алюминия, должна быть постоянной в пределах 12 – 15 мм. Более короткая будет прожигать лист, особенно тонкий. Длинная дуга не прогреет, как положено металл.
Сварка дюралюминия производится по той же технологии, что и чистого металла. Уменьшается только сила тока. При выборе, чем лучше варить дюралюминий, следует остановиться на алюминиевой проволоке. На импульсных аппаратах она просто стекает струей в разогретую ванну и соединяется с металлом.
Если у любителя имеется лодка и ее надо отремонтировать, подойдет импульсный инвертор с осциллятором и вольфрамовый электрод с присадочной проволокой из алюминия. Более дешевый вариант для редкого применения – аргонно-дуговая сварка переменным током. Для мастерских с большим объемом работ лучше выбрать высокопроизводительный импульсный аппарат или полуавтомат.
Подготовка деталей
Пайке предшествует тщательная подготовка рабочей поверхности. Процедура заключается в очистке заготовок, удалении оксидной пленки с последующим обезжириванием.
Окисленный слой можно снять путем механической и ручной обработки, любым удобным способом:
- болгаркой со специальной насадкой;
- щеткой или ершиком по металлу;
- наждачной бумагой.
Кроме того, можно использовать сильнодействующие кислотные растворы. При этом следует соблюдать осторожность, не допуская попадания очистителя на открытые участки кожи.
Следует помнить, что очистку проводят непосредственно перед пайкой. В противном случае на поверхности образуется новая пленка и процедуру придется повторять. В качестве альтернативы можно использовать активный флюс – он с легкостью справится с вновь образованным слоем оксида.
Регуляторы установок
Алюминий требует тонких настроек и понижения тока в процессе сварки. Основные функции, которые должен иметь аппарат для сварки алюминия:
- бесконтактного розжига;
- зоолокации – регулировки соотношения полярности дуги;
- регулировка баланса переменного тока.
Бесконтактный розжиг обеспечивает возгорание дуги без чирканья о деталь и постоянное ее горение.
При работе в режиме AC полярность дуги меняется с прямой на обратную и наоборот. Зоолокация позволяет подбирать оптимальную направленность тока и частоту изменений полярности.
Продолжительность пауз и импульсов регулируется балансиром в зависимости от толщины свариваемого металла.
Дополнительно сварщиком выставляется:
- стартовый ток;
- величина и характер основного тока;
- форсаж дуги.
Кроме этих функций качественную сварку обеспечивает несколько таймеров. Они отвечают за:
- подачу газа до начала сварки;
- время спада тока;
- подачу газа после завершения работы.
защитный газ подается до начала процесса сварки – розжига дуги. Это обеспечивает полное закрытие ванны до начала процесса плавления.
Начинать варить алюминий надо на повышенном токе, затем его надо понизить. Таймер автоматически понижает ток через определенное время после начала работы.
Алюминий остывает быстро, но все равно необходимо время, чтобы шов не окислился и не потрещал. После отключения электрической дуги еще 5 – 7 секунд подается газ в рабочую зону.
Как удалить оксидную пленку?
Это самая сложная задача, с которой сталкиваются в процессе проведения работ. Рассмотрим проверенные способы удаления оксида с поверхности.
Осаждать медь или цинк?
Схема осаждения меди.
Для выполнения осаждения понадобится аккумуляторная батарея небольшой мощности. На зону соединения наносят медный купорос в чистом виде. Провод от минуса крепят к заготовке с помощью крокодиловых зажимов. К плюсу подключают медную или цинковую проволоку. После погружения проволоки в раствор, анодный металл начинает осаживаться на детали. После этого можно приступать к пайке.
Использовать трансформаторное масло
Метод заключается в подготовке зоны соединения под слоем масла. Лучше всего себя зарекомендовала смазка для трансформатора, однако при его отсутствии можно использовать любую автомобильную синтетику с низкой вязкостью.
Перед употреблением масло необходимо нагреть до 150-200 Сº. Такая температура удалит остатки воды из смеси. После этого смазку наносят на место соединения и приступают к удалению пленки из оксида. Для этого в масло добавляют абразивный материал и очищают налуженным паяльником зону соединения.
Установка и выключение
Не зависимо от того, какой материал требуется сваривать, оборудование следует включать и выключать в определенной последовательности.
- Проверить целостность корпуса, кабелей и заземление.
- Подключить кабеля к аппарату и детали.
- Подвести и закрепить на держателе газовый шланг.
- Подсоединить охлаждение.
- Выставить режимы работы в зависимости от того, какая толщина металла и длина шва.
На плиту укладывается дюралевый лист, закрепляется. После этого можно включить оборудование. Если ток постоянный, то следует выбирать обратную полярность и специальные электроды, работающие в режиме AC/DC. Ими удобно сваривать материалы, которые не поддаются обработке стандартными способами.
После сварки следует непродолжительное время ожидать, пока остынет деталь, не выключая аргон. Затем отключить все в обратном порядке.
Флюсы
Рассмотрим составы, с помощью которых можно подготовить заготовки к нанесению припоя для пайки алюминия.
Канифоль
Как было сказано выше, нейтральные составы плохо справляются со своими задачами. Исключение составляет использование канифоли в вакуумной среде, при отсутствии оксидной пленки. На практике данный способ встречается очень редко.
Порошковый
Работая газовой горелкой, специалисты рекомендуют использовать следующие порошковые составы:
- Флюс Ф-34, основу которого составляют соли щелочных металлов соляной кислоты;
- Бура – классический состав, отличающийся высокой температурой плавления;
- Ацетилсалициловая кислота отлично подходит для домашней пайки;
- Паяльный жир не является порошком, однако относится к категории твердых составов.
Жидкий
Такой флюс очень удобно наносить на заготовки, контролируя равномерное распределение по поверхности. Лучше всего себя зарекомендовали следующие составы:
- Ортофосфорная кислота;
- Ф-64;
- Ф-61.
Независимо от типа флюса, необходимо соблюдать требования техники безопасности. Под действием высокой температуры активные составы переходят в газообразное состояние, что несет угрозу зрению и дыхательным путям. После проведения работ флюс необходимо смыть с поверхности детали.
Эксплуатация оборудования при работе
Алюминий варится на высоких токах с большой частотой. Для оборудования такой режим представляет большую нагрузку. Следует соблюдать режим работа-отдых, указанные в техническом паспорте оборудования.
Следует точно настраивать аппарат и проверять заземление.
При работе на полуавтомате с алюминиевой проволокой длина шлангов не должна превышать 3 метра. Сопло следует выбирать шире обычного. Алюминиевая проволока мягкая и при нагреве сильно расширяется. В результате возникает трение и она заедает.
Насадка для газа выбирается с широким соплом и сеткой внутри. Поток образуется равномерный и хорошо закрывает ванну.
Виды
Для алюминия применяется в основном электродуговая обработка на переменном токе. Плазменный горячий поток легко может расплавить любой металл, но алюминий имеет тугоплавкую пленку и он сильно покоробится при нагреве газовой горелкой. К тому же он активно вступает в реакцию не только с кислородом, но азотом и углеродом. В результате образуется хрупкий шов с толстым слоем шлака и детали с большой поводкой.
Полуавтомат
На полуавтоматах для сварки используют алюминиевую проволоку. Она с постоянной скоростью подается в горелку и расплавляется в ванной. К ручке прикреплена форсунка, подающая защитный газ. Всем процессом управляет полуавтомат, рука сварщика только направляет расплавленную ванну для образования шва.
Полуавтоматическая сварка высокопроизводительная. Ее хорошо применять на производстве с большим количеством деталей под сварку из разных сталей и металлов. При работе с алюминием можно накладывать непрерывный шов длиной до 5 м.
Инверторное оборудование
Для сварки алюминия и его сплавов подойдет обычный инвертор с подключенным к нему баллоном, в котором аргонный газ. В качестве защитного флюса используется аргон, гелий и их смесь.
Чаще всего домашние сварочные работы, с которых подвариваются алюминий и дюраль, выполняются на простых инверторах. Прибор выдает ток, достаточный для непродолжительной сварки цветных металлов.
Для сварки подбираются специальные электроды, рассчитанные на работу с металлами, обладающими высокой теплопроводностью, это серия О3Р и О3А, диаметр 2,5 – 3 мм. Они представляют собой стержень из специального сплава и обмазки.
Перед тем как сваривать алюминий инвертором, электроды необходимо хорошо прокалить. Если в их обмазке, используемой в качестве флюса, останется влага, она образует поры в металле шва и шлаковые включения.
Шов следует накладывать не спеша, следить, чтобы ванна успевала прогреваться, а шлак всплыть. Инверторное соединение деталей дает прочный и красивый шов с небольшой зоной прогрева по бокам.
Аргоновая сварка
Ручная аргонодуговая сварка применяется чаще всего любителями при ремонте автомобиля или лодки, сваривании небольших деталей. В качестве расходного материала используют в основном неплавящиеся вольфрамовые электроды и присадочная проволока. Вместе с ними в зону сварки подается аргон, защитный газ.
Неплавящиеся электроды создают с помощью дуги высокую температуру. При этом обмазка также не обгорает, обычного для ручной сварки флюса нет.
Кроме вольфрамовых, могут применяться угольные электроды и специальные для сварки металлов с высоким коэффициентом теплоотдачи, такие как алюминий, медь и их сплавы. Они имеют обозначение А3. Выпускаются с рутиловой, целлюлозной и вольфрамовой обмазкой.
Аргоновая сварка может производиться на инверторах и трансформаторах. Главное условие, это подключение газа.
Способы лужения
При хорошем флюсе процесс залуживания и пайки не составляет проблем. Другое дело если под рукой нет такового, здесь процесс становится более трудоемким. Самое главное в процессе залуживания не допустить контакт зачищаемой поверхности с кислородом. Поэтому зачищаемую поверхность густо смазывают или заливают флюсом, а при необходимости можно и немного подогреть. Можно и просто если изделие небольшое, например провода, зачищать их прямо в растворе, налив его во что-нибудь.
К способу как паять алюминий паяльником с раствором канифоли, делал примерно так. Предварительно очищал поверхность, смазывал раствором и посыпал медными или железными опилками. Затем надавливая жалом паяльника (чем сильнее тем лучше) и сдирая окисел, залуживал обычным припоем.
Иногда при необходимости спаять два провода алюминиевый к примеру и медный, пользовался таким способом. Скручивал два конца провода и сваривал их разрядом тока с помощью графитового сердечника от батарейки. Для такой «сварки» использовал трансформатор 6-12 вольт с током от 3 ампер. Один конец провода от трансформатора подсоединяем к скрутке, а ко второму прикручиваем стержень батарейки (можно использовать щетку от двигателя). При касании возникает дуга и концы спаиваются в шарик. Так что паять алюминий в домашних условиях вполне возможно и не такая это уж сложная задача.
Пайка алюминиевой трубки с медной.
