Зварювання алюмінію: умови, обладнання, покроковий опис і рекомендації

3-07-2018, 08:01

1 270

Алюміній – один з найпоширеніших кольорових металів, який використовується не тільки на промислових підприємствах, але і в побутових умовах. Однак алюмінієві сплави, без сумніву, вважаються проблемними металами для проведення зварювальних робіт. Особливості з'єднання алюмінієвих деталей часто викликають певні складнощі у початківців зварювальників. Але якщо уважно вивчити умови зварювання алюмінію, необхідне обладнання, а також рекомендації досвідчених фахівців і покроковий опис технологічного процесу, то можна самостійно здійснити зварювання алюмінієвих сплавів в домашніх умовах.

Особливості з'єднання алюмінієвих виробів

Багато характеристики кольорових металів перешкоджають створенню міцного і надійного з'єднувального шва. Зварювання алюмінію і його сплавів не є винятком, тут також важливо враховувати цілий спектр особливих властивостей цього матеріалу. Основними особливостями надійного з'єднання деталей з алюмінію є:

Температура плавлення самого металу – 660°C, в той час як оксидна плівка, яка завжди присутня в процесі зварювання, плавиться при температурі близько 2000°C.

Серйозною проблемою є створення зварювальної ванни, так як алюміній в розплавленому стані володіє високою плинністю. Тому зварювання алюмінію в домашніх умовах вимагає використання спеціальних пристосувань, які здатні ефективно відводити тепло із зони з'єднання.

Оксидна плівка моментально покриває краплі розплавленого металу і суттєво перешкоджає формуванню надійного, суцільного зварювального шва. Для запобігання цього недоліку в процесі зварювання алюмінію і його сплавів необхідно застосовувати захисний газ, який обволікає зварену зону і перешкоджає взаємодії металу з повітрям.

Розчинений водень, який входить в хімічний склад алюмінієвих сплавів, прагне вийти в атмосферу. Цей процес призводить до утворення кристалізаційних тріщин і повітряних пор при зварюванні.

Процес з'єднання матеріалу необхідно здійснювати при великих величинах струму, так як він має високу теплопровідність.

Високий коефіцієнт лінійного розширення сприяє значній усадці металу при застиганні.

Метод виконання зварювання алюмінію і режим з'єднання дуже утруднені тим, що важко візуально визначити марку металу.

Труднощі, що виникають при зварюванні

Під час проведення зварювальних операцій будь-який метал істотно нагрівається і здатний змінювати свій колір. Саме така властивість поведінки міді або заліза допомагає досвідченому зварнику визначити якість з'єднувального шва і провести необхідні регулювання температури нагріву. У випадку з алюмінієм зміни кольору під впливом високої температури не відбувається, що заважає навіть досвідченому фахівцеві оцінити результат роботи.

Негативний вплив на умови зварювання алюмінію виявляє присутність на його поверхні оксидів, які призводять до інтенсивного газоутворення і роблять з'єднання пористим.

Так як алюміній швидко нагрівається, то доводиться постійно контролювати тривалість термічного впливу на зварювані поверхні. Перевищення періоду нагріву призводить до виникнення тріщин і деформації виробу.

Достоїнства і недоліки алюмінієвого з'єднання

Незважаючи на всі складнощі процесу зварювання алюмінію в домашніх умовах, існують і деякі переваги такого з'єднання. До них можна віднести:

значну економію фінансових вкладень, при наявності необхідного обладнання;

можливість застосування додаткових підручних засобів;

швидке виконання з'єднання, яке легко контролювати;

незначні вимоги до якісних показників зварного шва.

Поряд з перевагами існують і певні недоліки зварювання алюмінію:

складність застосування передових сучасних технологій в домашніх умовах не дозволяє домогтися з'єднання високої якості;

великі проблеми з правильним вибором присадочного матеріалу;

дотримання правил техніки безпеки утруднено одночасним використанням газу та електричної енергії;

складність створення правильних умов зберігання електродів;

методи контролю якісного з'єднання ускладнені по багатьом параметрам.

Технологічний процес зварювання

При роботі з кольоровими металами, зокрема з алюмінієвими виробами, зварник повинен суворо виконувати основні етапи процесу зварювання, що включають:

Підготовчий етап очищення поверхні з'єднуваних деталей.

Прогрів місця зварювання до температури 150°C.

Налаштування апарату для зварювання алюмінію на оптимальний режим роботи.

Етап порушення дуги повністю залежить від методу зварювання.

Формування зварювальної ванни необхідно здійснити за кілька секунд до з'єднання. Візуально в зоні нагріву має з'явитися пляма дзеркального вигляду.

Зварювання деталей відбувається після подачі присадочного матеріалу в зварювальну ванну.

Дугове зварювання алюмінію відбувається при використанні постійного струму зворотної полярності.

Механічний спосіб очищення поверхні

Попередня підготовка зварюваних кромок є запорукою надійного і якісного з'єднання алюмінієвих деталей.

Очищення механічним способом здійснюється з допомогою:

шабера;

дрібнозернистим наждачним папери;

спеціальними дротяними щітками з металу.

Використання наждачного паперу в багатьох випадках призводить до забруднення поверхні дрібної крихтою, тому такий метод може застосовуватися тільки в непередбачених ситуаціях. Найбільш ефективно використання спеціальних щіток з дроту з нержавіючої сталі діаметром до 015 мм. Головне, щоб щітка була призначена виключно для очищення алюмінію, адже частинки іншого матеріалу значно зменшують міцність зварювального шва. Не рекомендується застосування різних насадок для дрилі або болгарки, так як вони сприяють проникненню кисню до місця з'єднання.

Хімічний метод очищення

Зруйнувати оксидну плівку можна і хімічним способом. Для цього поверхню зварюваних деталей необхідно обробити наступним складом:

50 грам технічного їдкого натру;

45 грам фтористого натрію;

один літр води.

Таким складом потрібно зробити травлення металу протягом однієї хвилини. Матеріали, очищені хімічним способом, захищені від оксидної плівки на 3-4 дні, при цьому обробці підлягає і присадочний пруток. Після травлення деталі промивають водою і проводять освітлення поверхні азотною кислотою (2 хв).

Способи зварювання алюмінієвих виробів

Процес зварювання алюмінію здійснюється з застосуванням різних пристроїв і складів, покликаних в першу чергу захистити місце зварювання від несприятливого впливу окисної плівки. Під такими захисними засобами маються на увазі неактивні гази і флюси.
Саме від використання захисних компонентів і залежать методи сполуки алюмінію:

Зварювання електродом з використанням захисного неактивного газу (TIG–зварювання).

З'єднання напівавтоматичним апаратом для зварювання алюмінію в зоні дії інертного газу з автоматичною подачею присадного дроту (MIG–технологія).

Використання плавких електродів з порошкоподібною флюсом без застосування газоподібної захисту (MMA–зварка).

Особливості зварювання напівавтоматом

Незважаючи на високу ефективність, такий метод використовується в домашніх умовах не дуже часто. Виною цього досить висока ціна зварювання алюмінію, вірніше самого оснащення.

При роботі з напівавтоматом вручну здійснюється рух пальника, а ось подача присадного дроту відбувається в автоматичному режимі. Зварювальний апарат для зварювання алюмінію напівавтоматичним методом налаштований на роботу постійним струмом з полярністю зворотного типу. Підбір режимів звари напівавтоматом, не оснащеним додатковими функціями, проводиться в основному досвідченим шляхом, тому цей метод представляє певну складність для початківців зварювальників.

Особливу увагу слід приділити подаючого механізму, так як низька швидкість подачі присадного дроту буде приводити до частої заміни наконечника.

Зварювання електродом в середовищі захисного газу

Цей вид зварювання найбільш популярний в домашніх умовах, так як його міцність дозволяє створювати багато конструкцій з алюмінієвих сплавів. Для з'єднання деталей використовуються спеціальні електроди для зварювання алюмінію, які являють собою вольфрамові стрижні діаметром 16–5 мм з температурою плавлення – 3000°C. У процесі роботи такі стрижні майже не зношуються, а в основному використовуються для генерації електричної дуги.

Матеріалом для створення зварювального шва є присадочний алюмінієвий стержень. В якості захисного газу використовується аргон або гелій. Живлення електричної дуги здійснюється зварювальним апаратом з змінним струмом. Швидкість зварювання залежить від витрати захисного газу. Якщо подача газової суміші велика, то в область зварювання може потрапляти повітря, що негативно впливає на якість з'єднання. Подачу газу необхідно включати за чотири секунди до запалювання електричної дуги, а відключати через сім секунд після її відключення. Такі дії повністю захистять місце контакту деталей від потрапляння повітря.

Зварювання електродом без газу

На думку досвідчених зварювальників, при роботі електродом без шару захисного газу результат зварювання може вийти не гірше з'єднання з використанням аргону. Правда, початківці фахівці виділяють деякі істотні недоліки цього методу: істотне розбризкування металу в процесі зварювання, отримання низькоякісного шва, погане видалення шлаку, що призводить до утворення іржі.
Такий вид стикування алюмінію і його сплавів застосовують для створення металевих конструкцій з товщиною матеріалу не менше 4 мм. Для отримання високоякісного з'єднання знадобиться попередній прогрів місця зварювання до 350-400°C. По закінченні зварювального процесу необхідно очистити шов гарячою водою і металевою щіткою.