Сварке поддается практически любой металл, главное – знать, какие техники и режимы для этого использовать, какие присадки обеспечат ровный и надёжный шов. Далее мы рассмотрим высокотехнологичные, а также доступные даже в домашних условиях способы сварки.
Возможные проблемы при сварке алюминия
Благодаря своим характеристикам этот материал широко применяется в различных областях человеческой деятельности. В частности, среди других металлов его выгодно выделяет небольшая удельная масса – всего 2,7 г/см³. Алюминий является отличным проводником благодаря высокой тепло- и электропроводности, однако именно эти свойства зачастую препятствуют его сварке в обычных режимах. Из-за большой тепловой проводимости постоянно присутствует угроза прожога. Однако мощность тока требуется, по меньшей мере, в 3 раза большая, чем для сваривания стальных элементов, нужно лишь не допускать чрезмерного перегрева в точке расплава.
Второй помехой для сварки является разная температура плавления самого алюминия и его окисла на поверхности. Для того чтобы расплавить металл, нужно всего 660 градусов, а для внешней плёнки требуется уже 2044 градусов. Из-за такой высокой тугоплавкости даже при образовании ванны жидкого алюминия под воздействием дуги электрода плёнка будет препятствовать свариванию, расплав станет распадаться на отдельные капли. Чтобы избежать этого, используются специальные подготовительные процедуры, позволяющие облегчить плавление алюминия. А непосредственно в процессе работ, чтобы защитить ванну от воздушной среды можно использовать аргон.
Также некоторую сложность создает повышенная текучесть металла при расплавлении, причём плёнка окисла никуда не исчезает, что, как уже говорилось ранее, мешает при работе. Получается, что при образовании ванны расплавленного алюминия она тут же заполняется жидкой массой, но потёки от разных фрагментов металла из-за окисла не смешиваются. Ниже в статье мы рассмотрим способы, как бороться с подобным явлением. И, наконец, с чем предстоит столкнуться при сварке алюминия – это появление трещин при кристаллизации в момент застывания, а также высокая степень усадки. И это уже неизбежные факторы, которые можно лишь уменьшить правильным подбором режима и выполнением определенных правил.
Основные способы сварки алюминия – краткий обзор
Наиболее распространенным считается вариант с использованием вольфрамовых электродов, с защитой ванны расплава при помощи инертного газа. Таким образом, пресекается дальнейший процесс окисления. Как правило, в таких случаях используется аргон. Допускается и сваривание алюминиевыми электродами марок УАНА или ОЗАНА с покрытием, которое выделяет газовое облако вокруг ванны расплава при сгорании. Однако второй вариант обычно связан с образованием большого количества брызг и шлака, что компенсируется возможностью осуществления в домашних условиях.
Если вы не можете достать специальные электроды, возьмите алюминиевую проволоку от электрокабеля и обмажьте смесью перетертого мела и жидкого стекла, так, чтобы слой составлял около 1,5–2 миллиметров, после чего тщательно просушите.
Ещё один способ – полуавтоматический, с подачей сварочной проволоки через специальный пистолет-держак. В этом случае струя газа вырывается из специального кольцевого сопла вокруг канала, по которому поступает присадка, что обеспечивает качественную защиту расплава алюминия от контакта с воздухом. Однако проволока подойдет не любая, а только соответствующая свариваемому металлу, то есть в нашем случае – алюминиевая. Наиболее популярные марки ER4043 и ER5356, желательно выбирать с диаметром 1,2 или 1,6 миллиметра. Работать на полуавтомате лучше в импульсном режиме, поскольку именно так можно мгновенно расплавить оксидную пленку.
Подготавливаем поверхность к работе – чистка и нагрев
Выше мы отметили такие проблемы, как сопротивление окисной пленки плавлению и растрескивание швов в процессе кристаллизации металла из-за быстрого остывания. С первой проблемой можно справиться самым элементарным образом. Прежде чем заварить алюминий, нужно полностью обезжирить заготовку, окунув ее на некоторое время в щелочную ванну. Для этого смешиваем в 1 литре воды 50 граммов карбоната натрия, столько же тринатрийфосфата (по возможности – технического) и 30 граммов жидкого стекла. Далее в металлической ёмкости нагреваем смесь до 65 градусов и только потом опускаем в неё подготавливаемый для сваривания алюминий. Впрочем, можно обойтись и ацетоном либо уайт-спиритом.
Максимум через 5 минут, а в идеале – через 3, извлекаем заготовки и приступаем к обработке тех кромок, где будет проходить сварочный шов. Данный этап необходим для избавления от окисной плёнки. Используем металлическую щётку, которая может применяться как для работы вручную, так и в виде насадки на шлифовальную машинку и на дрель. Тщательно снимаем тонкий слой металла, при этом не надавливаем в процессе обработки, чтобы частицы плёнки не остались в царапинах, которые обязательно образуются при чистке. По окончании подготовки снова обрабатываем поверхность органическим растворителем или погружаем на 2 минуты в щелочную ванну.
Теперь осталось защитить сварное соединение от трещин наряду с усадкой. Для этого перед тем, как заварить алюминий, тщательно нагреваем его. Можно использовать газовую горелку или открытое пламя в горне, но не муфельную печь, где изделие просто расплавится. Температура нагрева – от 110 до 150 градусов. Если соединяете разные по толщине заготовки, начинать надо с более толстой, чтобы прогрев был равномерным. Если начинать в обратном порядке, тонкая деталь остынет раньше, чем нагреется более массивная. Нагрев нужен еще и потому, что между кристаллами алюминия содержится некоторое количество влаги, которую обязательно нужно выпарить, чтобы уменьшить количество брызг при сварке. При необходимости после нагрева можно ещё раз слегка обработать поверхность металлической щёткой.
Как варить алюминий электродом – основные тонкости работы
Данный способ подходит только в том случае, если вам необходимо соединить сваркой заготовки, толщина которых более 4 миллиметров. Дело в том, что более тонкие детали можно очень легко прожечь. Однако и в том случае, когда шов выполнен по всем правилам, электродуговая сварка инвертором с помощью электрода даёт довольно ноздреватое соединение алюминиевых заготовок. То есть герметичность швов будет невысокой. О брызгах и большой степени зашлакованности мы уже упоминали выше.
Первое и основное правило, позволяющее добиться положительного результата – установить обратную полярность при сварке. То есть если обычно на заземление дается минус, а на держак – плюс, то в случае с алюминием делаем наоборот. Далее на каждый миллиметр диаметра электрода выставляем порядка 30 Ампер тока, иначе говоря, для присадочного материала 0,4 сантиметра должно быть подано 120 Ампер со сварочного трансформатора. Скорость движений – обязательно высокая, чтобы избежать прожогов, тем более что электроды для сварки алюминия чрезвычайно быстро плавятся. Поперечные колебания кончиком присадки делать не надо, это приведёт к чрезмерному нагреву металла и повысит вероятность возникновения прожога.
Обязательно оббейте шлак сразу после окончания сварки, затем вымойте шов подогретой водой и жесткой щеткой. После чего обработайте металлической щеточной насадкой для болгарки, чтобы полностью исключить наличие остатков зашлакованности.
Несколько секретов для качественного соединения
Для достаточно толстых заготовок обязательно выполняют разделку кромок, для чего нужно сточить или срезать при помощи пилы либо плазмореза край до угла в 45 градусов. Данная величина не критична и допускаются отклонения в большую или меньшую сторону. Но надо помнить, что чем меньше угол наклона кромки, тем шире будет линия расплава. Кроме того, надо обязательно оставлять небольшой промежуток, порядка 2 миллиметров, между заготовками, толщина которых превышает 7 миллиметров. А при заваривании лопнувшего металла или трещины либо случайной прорези, её надо несколько расширить и углубить, чтобы не получить поверхностный шов. Когда всё готово к работе, прихватываем заготовки в начале и в конце шва. Это позволит сохранять неизменным зазор между деталями, равно как и ширину шва в целом.
Начиная расплав, держим электрод под углом 90 градусов, что необходимо для заполнения ванны быстро стекающим с краев металлом. Дуга максимально короткая, при этом следует не утыкать присадочный материал в шов, чтобы не произошло заливание, и не погас факел. В обоих случаях поверхность расплава, равно как и кончик электрода, быстро покроются шлаком, что не позволит снова зажечь дугу. Если толщина металла большая и потребовалась глубокая разделка, сначала проводится первичный шов, а затем в несколько приёмов наплавляется достаточное количество алюминия, чтобы заполнить весь промежуток между кромками. После каждого наложенного шва обязательно тут же сбивается шлак – специальным молоточком с очень острой кромкой, как у столярного тесла.
