Сварка алюминия: условия, оборудование, пошаговое описание и рекомендации

Алюминий – один из самых распространенных цветных металлов, который используется не только на промышленных предприятиях, но и в бытовых условиях. Однако алюминиевые сплавы, без сомнения, считаются проблемными металлами для проведения сварочных работ.

Особенности соединения алюминиевых деталей часто вызывают определенные сложности у начинающих сварщиков. Но если внимательно изучить условия сварки алюминия, необходимое оборудование, а также рекомендации опытных специалистов и пошаговое описание технологического процесса, то можно самостоятельно осуществить сварку алюминиевых сплавов в домашних условиях.

Особенности соединения алюминиевых изделий

Многие характеристики цветных металлов препятствуют созданию прочного и надежного соединительного шва. Сварка алюминия и его сплавов не является исключением, здесь также важно учитывать целый спектр особенных свойств этого материала.

Основными особенностями надежного соединения деталей из алюминия являются:

1. Температура плавления самого металла – 660℃, в то время как оксидная пленка, которая всегда присутствует в процессе сварки, плавится при температуре около 2000℃.
2. Серьезной проблемой является создание сварочной ванны, так как алюминий в расплавленном состоянии обладает высокой текучестью. Поэтому сварка алюминия в домашних условиях требует использования специальных приспособлений, которые способны эффективно отводить тепло из зоны соединения.
3. Оксидная пленка моментально покрывает капли расплавленного металла и существенно препятствует формированию надежного, сплошного сварочного шва. Для предотвращения этого недостатка в процессе сварки алюминия и его сплавов необходимо применять защитный газ, который обволакивает сварную зону и препятствует взаимодействию металла с воздухом.
4. Растворенный водород, который входит в химический состав алюминиевых сплавов, стремится выйти в атмосферу. Этот процесс приводит к образованию кристаллизационных трещин и воздушных пор при сварке.
5. Процесс соединения материала необходимо осуществлять при больших величинах тока, так как он имеет высокую теплопроводность.
6. Высокий коэффициент линейного расширения способствует значительной усадке металла при застывании.
7. Метод выполнения сварки алюминия и режим соединения очень затруднены тем, что трудно визуально определить марку металла.

Трудности, возникающие при сварке

Во время проведения сварочных операций любой металл существенно нагревается и способен изменять свой цвет. Именно такое свойство поведения меди или железа помогает опытному сварщику определить качество соединительного шва и произвести необходимые регулировки температуры нагрева. В случае с алюминием изменения цвета под влиянием высокой температуры не происходит, что мешает даже опытному специалисту оценить результат работы.

Негативное воздействие на условия сварки алюминия оказывает присутствие на его поверхности окислов, которые приводят к интенсивному газообразованию и делают соединение пористым.

Так как алюминий быстро нагревается, то приходится постоянно контролировать длительность термического воздействия на свариваемые поверхности. Превышение периода нагрева приводит к возникновению трещин и деформации изделия.

Достоинства и недостатки алюминиевого соединения

Несмотря на все сложности процесса сварки алюминия в домашних условиях, существуют и некоторые достоинства такого соединения. К ним можно отнести:

• значительную экономию финансовых вложений, при наличии необходимого оборудования;
• возможность применения дополнительных подручных приспособлений;
• быстрое выполнение соединения, которое легко контролировать;
• незначительные требования к качественным показателям сварного шва.

Наряду с достоинствами, существуют и определенные недостатки сварки алюминия:

• сложность применения передовых современных технологий в домашних условиях не позволяет добиться соединения высокого качества;
• большие проблемы с правильным выбором присадочного материала;
• соблюдение правил техники безопасности затруднено одновременным использованием газа и электрической энергии;
• трудность создания правильных условий хранения электродов;
• методы контроля качественного соединения затруднены по многим параметрам.

Технологический процесс сварки

При работе с цветными металлами, в частности с алюминиевыми изделиями, сварщик должен строго выполнять основные этапы процесса сварки, которые включают:

1. Подготовительный этап очистки поверхности соединяемых деталей.
2. Прогрев места сварки до температуры 150℃.
3. Настройка аппарата для сварки алюминия на оптимальный режим работы.
4. Этап возбуждения дуги полностью зависит от метода сварки.
5. Формирование сварочной ванны необходимо осуществить за несколько секунд до соединения. Визуально в зоне нагрева должно появиться пятно зеркального вида.
6. Сваривание деталей происходит после подачи присадочного материала в сварочную ванну.
7. Дуговая сварка алюминия происходит при использовании постоянного тока обратной полярности.

Механический способ очистки поверхности

Предварительная подготовка свариваемых кромок является залогом надежного и качественного соединения алюминиевых деталей.

Очистка механическим способом осуществляется с помощью:

• шабера;
• мелкозернистой наждачной бумаги;
• специальными проволочными щетками из металла.

Использование наждачной бумаги во многих случаях приводит к загрязнению поверхности мелкой крошкой, поэтому такой метод может применяться только в непредвиденных ситуациях. Наиболее эффективно использование специальных щеток из проволоки из нержавеющей стали диаметром до 0,15 мм. Главное, чтобы щетка была предназначена исключительно для очистки алюминия, ведь частицы другого материала значительно уменьшают прочность сварочного шва.

Не рекомендуется применение различных насадок для дрели или болгарки, так как они способствуют проникновению кислорода к месту соединения.

Химический метод очистки

Разрушить оксидную пленку можно и химическим способом. Для этого поверхность свариваемых деталей необходимо обработать следующим составом:

• 50 грамм технического едкого натра;
• 45 грамм фтористого натрия;
• один литр воды.

Таким составом нужно произвести травление металла в течение одной минуты. Материалы, очищенные химическим способом, защищены от оксидной пленки на 3–4 дня, при этом обработке подлежит и присадочный пруток.

После травления детали промывают водой и проводят осветление поверхности азотной кислотой (2 мин).

Способы сварки алюминиевых изделий

Процесс сварки алюминия осуществляется с применением различных приспособлений и составов, призванных в первую очередь защитить место сварки от неблагоприятного воздействия окисной пленки. Под такими защитными средствами подразумеваются неактивные газы и флюсы.

Именно от использования защитных компонентов и зависят методы соединения алюминия:

1. Сварка электродом с использованием защитного неактивного газа (TIG–сварка).
   
2. Соединение полуавтоматическим аппаратом для сварки алюминия в зоне действия инертного газа с автоматической подачей присадочной проволоки (MIG–технология).
3. Использование плавких электродов с порошкообразным флюсом без применения газообразной защиты (MMA–сварка).

Особенности сварки полуавтоматом

Несмотря на высокую эффективность, такой метод используется в домашних условиях не очень часто. Виной этому довольно высокая цена сварки алюминия, вернее самого оснащения.

При работе с полуавтоматом вручную осуществляется движение горелки, а вот подача присадочной проволоки происходит в автоматическом режиме. Сварочный аппарат для сварки алюминия полуавтоматическим методом настроен на работу постоянным током с полярностью обратного типа.

Подбор режимов свари полуавтоматом, не оснащенным дополнительными функциями, производится в основном опытным путем, поэтому этот метод представляет определенную сложность для начинающих сварщиков.

Особое внимание следует уделить подающему механизму, так как низкая скорость подачи присадочной проволоки будет приводить к частой замене наконечника.

Сварка электродом в среде защитного газа

Этот вид сварки наиболее популярен в домашних условиях, так как его прочность позволяет создавать многие конструкции из алюминиевых сплавов. Для соединения деталей используются специальные электроды для сварки алюминия, которые представляют собой вольфрамовые стержни диаметром 1,6–5 мм с температурой плавления – 3000℃. В процессе работы такие стержни почти не изнашиваются, а в основном используются для генерации электрической дуги.

Материалом для создания сварочного шва является присадочный алюминиевый стержень. В качестве защитного газа используется аргон или гелий. Питание электрической дуги осуществляется сварочным аппаратом с переменным током.

Скорость сваривания зависит от расхода защитного газа. Если подача газовой смеси велика, то в область сварки может попадать воздух, что оказывает негативное влияние на качество соединения. Подачу газа необходимо включать за четыре секунды до зажигания электрической дуги, а отключать через семь секунд после ее отключения. Такие действия полностью защитят место контакта деталей от попадания воздуха.

Сварка электродом без газа

По мнению опытных сварщиков, при работе электродом без слоя защитного газа результат сварки может получиться не хуже соединения с использованием аргона. Правда, начинающие специалисты выделяют некоторые существенные недостатки этого метода: существенное разбрызгивание металла в процессе сварки, получение низкокачественного шва, плохое удаление шлака, что приводит к образованию ржавчины.

Такой вид стыковки алюминия и его сплавов применяют для создания металлических конструкций с толщиной материала не менее 4 мм. Для получения высококачественного соединения понадобится предварительный прогрев места сварки до 350–400℃.

По окончании сварочного процесса необходимо очистить шов горячей водой и металлической щеткой.

Рекомендации специалистов

После предварительной подготовки поверхности существуют определенные правила, которые применимы при любом методе соединения. Опытные сварщики рекомендуют:

• все операции проводить справа налево;
• подавать присадочный материал короткими, возвратно-поступательными движениями;
• длину электрической дуги выдерживать в пределах 1,5–2,5 мм;
• электрод располагать под прямым углом к проволоке;
• не допускать поперечных движений электрода.

Конечно, процесс сварки алюминия представляет определенные сложности для начинающего сварщика, но если внимательно и аккуратно проводить все технологические операции, то можно добиться надежного и прочного соединения этого капризного металла. Главное, не забывайте соблюдать меры техники безопасности, ведь здоровье дороже всего.