Сварка алюминия

Немногим более чем за 100 лет алюминий из редчайшего и дорогого материала превратился в необходимую составляющую нашей жизни. Области его применения все более расширяются, соответственно растут объемы потребления.
Именно малый удельный вес алюминия является тем определяющим фактором, который позволяет создавать легкие и в то же время прочные конструкции.

Для сваривания деталей из алюминия и его сплавов применяется как MIG- так и TIG(AC)-сварка. Скорость TIG-сварки в три раза ниже, чем скорость MIG-сварки, но в результате шов получается более качественным, поры отсутствуют.

Основные рекомендации по сварке и свойства материала

Прежде, чем впервые приступить к работе с алюминием, сварщик должен ознакомиться особенности материала и технологией его обработки.

Чистый алюминий проводит электрический ток в четыре раза лучше, чем сталь, поэтому процесс его сварки имеет свои технологические особенности. Способность проводить тепло у алюминия (около 2,2 Вт/см K) также значительно выше, чем у стали (около 0,6 Вт/см K). Например, у таких часто применяемых алюминиевых сплавов как AlMg4,5Mn или AlMg5 теплопроводность составляет от 1,2 до 1,3 Вт/см K, что также выше значения теплопроводности стали.

То, что алюминий лучше проводит тепло, делает весьма затруднительной быструю сварку - уменьшается глубина провара. Для застывания сварочной ванны требуется меньше времени, поэтому происходит неполное газовыделение, что может привести к образованию пор в сварочном шве и плохому соединению. Чтобы избежать этого, необходимо использовать более высокую силу сварочного тока, чем при сварке стали; предварительно нагреть заготовку, предназначенную для сварки, и использовать защитный газ, содержащий гелий. В самом начале сварки возможна некоторая непрочность сварного шва из-за недостаточного провара. Выходом из этого положения может быть использование 4-тактного сварочного аппарата. В первом такте сварки используется ток большей силы, что позволяет ускорить нагрев рабочей заготовки (см. также Специальные рекомендации по MIG-сварке).

Материалы и сварочная проволока

Спектр алюминиевых сплавов сегодня весьма широк. Что касается алюминиевой проволоки, общим требованием является ее своевременное использование. Хранение при вскрытой упаковке должно быть сведено к минимуму, так как быстрое окисление поверхности ведет к ухудшению качества проволоки. Особенно сильно вредит проволоке высокая влажность воздуха.

Место будущего сварного шва, должно быть тщательно очищено от жирных, масляных и других загрязнений. Это должно быть сделано непосредственно перед сваркой. За очень короткое время алюминий покрывается слоем оксида алюминия (Al2O3). Этот оксидный слой удаляется посредством очищающего эффекта сварки (при положительной поляризации).

Защитные газы для сварки

Алюминиевые материалы должны свариваться в среде защитных инертных газов. В основном для этого применяется аргон. Но предпочтительнее использовать газовую смесь аргона и гелия. Более высокий показатель теплопроводности гелия определяет соответственно и более высокую температуру сварочной ванны, что оказывается преимуществом при сварке толстых металлических листов. Применение смеси защитных газов способствует более полному газовыделению - образование пор уменьшается.

Специальные рекомендации по MIG-сварке

Сварочные аппараты
Стандартные MIG/MAG-аппараты подходят для сварки алюминия весьма условно. Оптимального результата можно добиться, используя импульсно-дуговые аппараты, которые снабжены специальной программой для сварки алюминия. На рис.2 изображены импульсно-дуговые сварочные аппараты с током сварки от 250 до 520A, который можно устанавливать в зависимости от конкретного случая. В качестве контрольных можно рекомендовать следующие параметры: - при толщине металлического листа не менее 6 мм необходим аппарат с минимальным током сварки 300A.

Импульсно-дуговая сварка
Импульсно-дуговые сварочные аппараты располагают готовыми программами для сваривания различных материалов. Эти программы имеют оптимальную настройку для различных сплавов. Ручной переключатель на панели управления дает возможность выбрать любую программу (рис.3). С помощью кнопочного управления на регуляторе энергии нужно выбрать только силу тока. Настройка всех остальных параметров производится автоматически микропроцессором.

Подача проволоки
Алюминиевая проволока значительно мягче стальной. В связи с этим рекомендуется четырехроликовое подающее устройство для того, чтобы прижимное усилие распределялось на каждую пару роликов. Ролики для подачи алюминиевой проволоки должны иметь U-образную канавку, чтобы защитить поверхность проволоки от повреждения (рис.4). Необходимо правильно выбрать диаметр канавки, чтобы максимально уменьшить прижимное давление.

Сварочная горелка
Для сварочной горелки в основном применяется тефлоновая трубка для уменьшения трения проволоки. Общая длина горелки не должна превышать 3 м, а подвод шланга должен быть по возможности прямым. При толщине проволоки от 0,8 мм рекомендуется применение Push-Pull-горелки. В этой горелке установлен дополнительный мотор (рис.5), что позволяет использовать шланг длиной более 10 м.

Положение горелки
Алюминий варится горелкой, установленной под углом 10-20° к вертикали. Расстояние между контактной форсункой и свариваемым металлом должно быть 10-15 мм. При большем расстоянии защитный газ утрачивает свое защитное действие. В любом случае необходимо избегать дополнительного притока воздуха.

Расход защитного газа
Рекомендуется следующий расход:
Диаметр проволоки 1,0 мм-12-14 л/мин
Диаметр проволоки 1,2 мм-14-16 л/мин
Диаметр проволоки 1,6 мм-18-22 л/мин

Для установки необходимого расхода газа рекомендуется использовать регулятор давления с поплавком.

4-тактный режим работы
Современные импульсно-дуговые сварочные аппараты снабжены особой 4-тактной функцией. В первом такте сварки активируется более высокий ток сварки, который позволяет быстро нагревать свариваемые детали (рис.6). При этом можно избежать сварочных дефектов в начале сварки.
В результате усадки сварочной ванны при охлаждении возникают трещины концевого кратера. С помощью понижающей функции в третьем такте (наполнение концевого кратера) можно избежать появления этих трещин.

Интерпульс-метод
Одним из специфических методов импульсно-дуговой сварки является интерпульс-метод, который имеет преимущества перед другими методами при сварке алюминия. В этом случае добавляется второй импуль-процесс. На рис.7 изображена диаграмма тока. Сварочный шов выглядит так же, как и при TIG-сварке (рис.8). Преимуществами интерпульс-метода являются:
-внешний вид и качество шва как при MIG-сварке;
-уменьшение нагрева шва;
-уменьшение коробления заготовки.

Специальные рекомендации по TIG(AC)-сварке

1) TIG-аппараты
Для сварки алюминия TIG-аппаратами производится переключение на переменный ток (AC). Имеется большой выбор сварочных аппаратов от 170A до 600A

2) Положение горелки
Горелка располагается по направлению сварки под углом 15-40° к вертикали. Присадочный материал вводится в сварочную ванну рукой под углом 10-30° по отношению к заготовке (рис.9).

3) Количество защитного газа

Количество защитного газа составляет примерно 5-12 л/мин в зависимости от диаметра керамической форсунки горелки. После окончания сварки газ должен еще некоторое время выходить для защиты сварочного шва и горячих электродов.