Все о сварке алюминия

Алюминий широко применяется в различных технических системах и конструкциях. Поэтому очень важно знать все о сварке алюминия. Строгий учет простых сравнительно правил позволит добиваться очень неплохих результатов.

Разговор про сварку алюминия стоит начать с того, как на ее ход повлияют свойства этого металла. Для него характерны:

• небольшой удельный вес;

• повышенная теплопроводность;

• отличная электропроводность;

• появление на поверхности неустранимой в обычных условиях оксидной пленки;

• сравнительно низкая (около 660 градусов) температура плавления (при этом пленка плавится только после нагрева до 2044 градусов);

• текучесть в жидком состоянии (крайне усложняющая нормальную работу в сварочной ванне);

• подверженность образованию кристаллизационных трещин в сварных соединениях;

• необходимость применять существенно более сильный ток, чем при сварке сталей любой марки.

Порядок дуговой сварки алюминия описан в ГОСТ 14806-80. Тот же нормативный акт описывает правила работы с различными алюминиевыми сплавами в химически стабильной газовой среде. Стандарт описывает ключевые типы соединений (стыков), их линейные размеры и другие важные моменты. Приводимые документом требования относятся как к ручной, так и к механизированной и автоматизированной сварочной практике. При подготовке к свариванию алюминиевого профиля его придется основательно зачищать и обезжиривать — даже более старательно, чем любую сталь.

Отдельно стоит рассказать о сварке проводов из «небесного металла». Она в основном практикуется на серьезных производствах — просто потому что в домашнем хозяйстве легче использовать другие способы соединений. Для работы применяют как обычные сварочные технологии, так и создание аргоновой среды, но в обоих случаях требуется низкая мощность.

При использовании аргонового аппарата обязательно надо носить спецодежду. Понадобятся не только сварочные маски, не обойтись без особых перчаток и очков. Необходимо также учитывать использование токсичного марганца в электродах, испарение его из электродов при нагреве неизбежно. Есть и ряд других опасностей, от которых предохраняют (по рекомендациям санитарных врачей):

• неукоснительное применение средств защиты;

• использование коллективных защитных приспособлений на производстве;

• применение производственной вентиляции;

• предварительные и профилактические осмотры на систематической основе;

• санаторно-курортные программы;

• ограничение предельного сварочного стажа 12,5 годами;

• отказ от курения.

Технология полуавтоматической сварки алюминия требует достаточно солидных знаний и опыта у исполнителей. Опытные специалисты рекомендуют использовать импульсную технику. А вот для домашнего использования целесообразно выбирать TIG. Химически стабильная среда создается из чистого аргона либо из его комбинации с гелием. Если решено работать без газа, придется применять специальную порошковую проволоку.

Есть еще ряд требований к полуавтоматам:

• некоторый запас по размеру отверстия для пропуска проволоки;

• шланг небольшой длины (до 3 м);

• тефлоновый канал выдачи проволоки (в обычном слишком велико трение);

• 4 ролика с канавками в формате буквы U – лишь они не будут сминать мягкие сорта проволоки.

Для такой работы применяют электроды на основе вольфрама. Их диаметр колеблется от 1,5 до 5,5 мм. Угол расположения электрода к поверхности должен составлять строго 80 градусов. Но это правило действует только при использовании полуавтоматов. Когда сварщик работает вручную, ему надо поддерживать угол 90 градусов.

Важно: сила тока в аргоне и в гелии будет отличаться и переносить опыт работы в одном газе на использование другого нельзя. При аргоновой сварке нежелательно делать дугу длиннее 3 мм. Еще один нежелательный момент — совершение движений в продольной плоскости. А вот использование подкладки, наоборот, очень полезно.

Достаточно многие сварщики предпочитают пользоваться инверторными аппаратами. Сварка алюминия в таком режиме не слишком удобна, затруднен контроль качества в процессе работы. Однако воспользоваться инверторной техникой все же возможно. Подбирать ее надо с учетом объема и сложности предстоящих работ. Для периодического использования в домашних условиях достаточно и самого простого оборудования; для промышленного применения нужны MMA либо TIG.

Вот еще несколько рекомендаций:

• брать близкие по составу электроды;

• для аргонодуговой сварки применять неплавкие вольфрамовые электроды;

• применять проволоку сечением от 0,8 до 1 мм;

• заблаговременно нагревать металл до 400 градусов.

Выполнять газовую сварку алюминия без солидного опыта практически нереально. Только подготовленные специалисты смогут обнаружить точно момент начала плавления. Подбор мощности сварочного пламени, которое даст выполнить работу, но не приведет к отрицательным последствиям, тоже весьма труден. Еще один нюанс — неизбежное появление остаточных деформаций и других отклонений. Присадочный металл берут того же состава, что и основное обслуживаемое изделие.

Нельзя применять:

• тавровые;

• угловые;

• нахлесточные стыки.

В ряде случаев алюминий варят даже ацетиленом. Но надо понимать, что этот газ крайне взрывоопасен. Последствия его детонации будут серьезные, чем при взрыве сопоставимого объема динамита или тринитролуола. Обязательным условием поэтому является непрерывный контроль содержания ацетилена в воздухе при помощи газоанализаторов.

Категорически исключается присутствие поблизости открытого огня. Баллоны должны находиться строго вертикально. Малейшая их деформация недопустима. При обнаружении утечек газа следует незамедлительно перекрыть магистраль. Перегрев баллонов предотвращается путем их регулярного орошения холодной водой.

Полезно изучить и другие схемы сварки алюминиевых изделий. Среди них особой популярностью пользуется точечная разновидность исполняемых работ. Такой метод применим для заготовок, чья величина не превышает 5-6 мм. Также его можно использовать для работы с заготовками размером в несколько десятых или даже сотых долей миллиметра. Все соединяемые элементы прижимают друг к другу, чтобы добиться максимально плотной связки.

В работе используется ток повышенной плотности (до 1 кА на 1 кв. мм.). Длительность электрического воздействия должна точно соответствовать толщине обрабатываемого металла. Подача мощных, но кратковременных, импульсов позволит избежать чрезмерного нагрева. Контактная сварка алюминия необязательно проводится точечным способом – иногда практикуется шовное, а изредка даже стыковое соединение. Шовная схема нужна, если идет работа с изделиями толщиной до 4 мм, требующими особой герметичности.

Вести такую сварку можно в прерывистом либо в шаговом режимах. Прерывистая шовная сварка алюминия подразумевает, что детали непрерывно передвигаются по отношению к машинным электродам. Сварочный ток периодически отключается. Поверхности не будут перегреваться, а расход ресурса оборудования невелик. Шаговая обработка подразумевает перемежение поступления тока и сдвига деталей.

Варят металл в неподвижном состоянии. Когда детали двигают, ток должен быть выключен. Давление при этом должно быть стабильно. Важно разобраться и в сварке алюминия постоянным током. Его используют заметно реже, чем переменный ток, но тут есть свои резоны.

Постоянный ток прямой полярности поможет создать стабильную дугу. Такой метод позволяет получить качественный выровненный шов. Подавая разряды обратной полярности, можно легко уничтожить оксидную пленку. Но проблема в том, что потребуется делать выбор — или стабильность дуги, или эффективная зачистка поверхности.

Во второй половине ХХ века сравнительно широкое распространение получила и лазерная сварка алюминия, его сплавов. Этот метод позволяет справиться со многими недостатками материала. Сейчас существуют даже отдельные бытовые аппараты на основе лазерных излучателей. Предельно узкая фокусировка энергии позволяет прогревать строго ограниченную область. Отпадает необходимость в использовании вакуумных камер и инертных веществ.

Конкретные параметры лазерной сварки подбираются с учетом:

• толщины заготовок;

• соединительного зазора;

• расположения деталей в пространстве.

При очень небольшом промежутке высокотемпературная обработка лазером позволяет даже обойтись без припоев и других подобных компонентов. Материал для шва выдадут сами оплавляемые кромки. Существует возможность варить металл непрерывно либо путем импульсной подачи энергии. Также стоит учесть, что сами аппараты бывают и мобильного, и неподвижного исполнения. Второй вариант больше характерен для производственных условий, где важнее производительность, а не удобство перемещения.

В работе применяют твердотельные либо газовые лазеры. Что касается полупроводниковых излучателей, то пока их применение для сварочных работ находится в стадии опытных поисков. Серийных образцов с требуемыми характеристиками, прежде всего мощностью, пока не создано. Твердотельные системы обычно действуют в импульсном режиме и развивают не слишком высокую мощность. У газовых сварочных лазеров КПД составляет до 15%, а мощность до нескольких десятков кВт.

В некоторых случаях используется маслостойкая холодная сварка алюминиевых изделий. Это решение куда прочнее, чем соединение на болты. Есть 3 основных разновидности:

• прижатие соединяемых участков пуансонами;

• сдвиг под давлением;

• использование эпоксидных клеев (главным образом характерно для домашних условий).

Перед деформационной обработкой обязательно придется зачищать материал. Давление может оказываться в постоянном или в импульсном режиме. Точечная холодная сварка рекомендуется очень часто, потому что позволяет обойтись без прижимного механизма. Не подойдет такой вариант для работы с листами толще 15 мм.

Несмотря на все технологические изыски и оригинальные решения, большинство людей все же выбирает сварку алюминия при помощи традиционных электрических сварочных технологий. Пусть они не так «круты» как лазерные, но зато отлично отработаны и удобны. Самым востребованным сегодня для домашней работы с алюминиевыми деталями решением является оборудование класса TIG. Обычно это инверторы, к которым можно подключить газовую технику.

Обязательны будут такие функции:

• наращивание стартового тока при помощи осциллятора;

• точность настроек электропитания в основном режиме;

• грамотная регулировка поступления газа.

Полуавтоматическое оборудование формата TIG привлекательно тем, что оно позволяет сформировать очень качественные швы. Это достигается за счет продуманного импульсного режима работы. Осциллятор для профессиональных моделей так же необходим, как и для бытовых. Без него нормально разжечь дугу в атмосфере аргона будет практически невозможно.

Прутки для сварки алюминия, разумеется, сами в идеале должны быть алюминиевыми. Но поскольку чистый металл применяется редко, гораздо чаще используют пруток с соответствующими примесями. Разница между конкретными модификациями может заключаться и в диаметре. Отдельная тема — с какими флюсами можно варить металл. Подходящие составы обычно маркируются с использованием буквы А.

Допускается использование мазеподобных, находящихся в твердой фазе, жидких или находящихся в гелевидном состоянии флюсов. Для прогрева на 150'320 градусов предпочтителен препарат Ф-59А. Основным его рабочим компонентом оказывается триэтаноламин. Дополнительно добавляют борфториды. Похожим образом используют более концентрированный ФТБФ-А, который рассчитан на температуры от 270 до 350 градусов.

Ф-61А — еще один неплохой флюс, на этот раз на основе триэтаноламина с добавкой фторборатов. Этот состав подходит для варочной области, где температура варьируется от 150 до 320 градусов. Ф-61А также применяют для манипуляций паяльниками с термической регулировкой, для индуктивного подогрева. Разрешено опускание обрабатываемых частей в припой. Разумеется, для этого его надо заблаговременно плавить.

Алюминиевые изолированные провода обрабатывают:

• анилина фторгидратом и канифолью;

• цинка тетрафторборатом и триэтаноламином;

• комбинацией фторбората кадмия, триэтаноламина, фторида аммония и канифоли.

Важно: подготовка алюминия к сварке отличается от подготовительных работ с иными металлами. Категорически неприемлема зачистка наждаком любых фракций, абразивами, дробеструйным способом. Большую роль играет механическая обработка по кромке. Эта процедура позволит придать необходимую форму изделиям. Обязательным требованием будет освобождение 100% поверхности от мусора и окислов.

Готовясь к дуговой (лучевой) сварке алюминия, обязательно проводят химическую обработку. Всю консервирующую смазку и грязь придется убрать. Для этой цели применяют пропитанную бензином ветошь. Вместо бензина можно применять уайт-спирит и другие органические вещества. На крупных производствах используют теплый (не горячий!) раствор:

• гидрооксида натрия (0,01 кг);

• тринатрийфосфата (0,04 — 0,05 кг);

• натриевого жидкого стекла (0,005 кг).

Время обработки определяется засоренностью металлических заготовок. Критичен уровень разогрева. Если жидкость согрета до 60-70 градусов, обезжиривать заготовки надо максимум 3-5 минут. Когда обезжиривание окончено, детали либо проволоку обрабатывают в щелочном растворе (5%). Чаще всего используют гидроокись натрия, хотя может применяться и KOH.

Время обработки на этой фазе составляет от 2 до 3 минут. Дальше оставшуюся щелочную массу и прореагировавшие вещества вымывают последовательно горячей и холодной струей. Ускорить процесс помогает натирание щетками из грубого волоса. Отмытые детали пассивируют в HCl насыщенностью 20% при 60-70 градусах. Достаточно выдержки в течение 5-7 минут, пассивированную поверхность отмывают под холодным и горячим краном, после чего сушат горячим воздухом.

Готовясь к контрактной сварке по точечному способу, нужно понижать сопротивление в сварочном контакте между электродом и деталью. Стабильно должно быть электрическое сопротивление на стыке деталей. Предельный уровень сопротивления составляет не более 150 мкОм. Важно: потребуется еще поддержать сохранность плакирующего слоя.

В домашних условиях можно выполнить сварочные работы даже для починки радиаторов отопления дома. Придется использовать только специальные флюсы — на основе кадмия, висмута либо цинка. Лишь они обеспечивают достаточную очистку поверхности и пригодность ее для работы с распространенными припоями. Иногда флюсы по соображениям экономии готовят самостоятельно, а не покупают фирменные товары. Соблюдение заявленных пропорций позволяет добиться отличного результата.

После снятия загрязнений требуется зачистить алюминий при помощи абразива. Немедленно после этого поверхность обезжиривают при помощи растворителя. Флюс, чтобы спаивать детали, готовят в тигле, расплавляя канифоль на газовой горелке. После плавления добавляют мелкие железные опилки, которых должно быть в 2 раза меньше, чем канифоли. Все это необходимо перемешать до получения однородного состава.

Для сварки алюминиевых деталей и конструкций применяют покрытые электроды типов ОЗАНА или УАНА. Использовать ОЗА-1, ОЗА-2 не имеет смысла — они устарели. В среднем на 1 мм сечения электрода требуется 25-30 А постоянного тока. Чтобы сварка средних и толстых листов своими руками прошла успешно, их требуется прогреть с использованием газовой горелки. В сочетании с медленным охлаждением это предотвратит опасность проплавления металла даже на слабом токе.

Так как алюминиевые электроды отличаются быстрым плавлением, работать надо максимально быстро. Предельно важна непрерывность сварки, выполняемой одним электродом. Разрыв дуги приводит к покрытию наконечника электрода и шовного кратера коркой из шлаков, потому вновь разжечь дугу будет тяжелее. Листы тонкого алюминия варят на подкладке, заменяющей радиатор. Шлак снимают сразу после завершения процедуры.

Готовый шов отмывают горячей водой. Потом его механически доводят металлической щеткой. Остатки шлака грозят быстрой коррозией. При работе в инертной среде стоит брать электроды из вольфрама и присадочные прутки.

О том, как получить красивый шов при сварке алюминия, вы можете узнать ниже.