Сварка алюминия - особенности и технологиии полуавтоматической MIG и аронодуговой TIG сварки

Сегодня существует множество сварочных процессов для сварки различных металлов. Эти процессы всё время дорабатываются, появляются всё новые и новые. Чтобы быть в курсе применяемых процессов и их особенностей, предлагаю Вам прочитать эту статью, в ней мы расскажем о сварке алюминия.

Каждая отрасль промышленности использует различные типы металлов в зависимости от характера их работы. Первое, что приходит в голову о применении сварки алюминия, будет сварка алюминиевых судов. От небольших лодок и катеров до корпусов огромных судов и военных кораблей.

Почему же именно алюминий используется для их изготовления? Ответ прост и заключается в том, что алюминий легче, чем сталь, и поэтому уменьшается вес корабля, экономится топливо и увеличивается его скорость.

Легкость алюминия совместно с относительно высокой прочностью делает его применимым во многих других отраслях промышленности. Таких как автомобилестроение, пищевое оборудование, изготовление алюминиевых лестниц и многих других.

В чем же заключается сложность сварки алюминия?

Многие профессиональные сварщики говорят, что алюминий является самым сложным металлом для сварки. Он обладает физическими и химическими свойствами, которые необходимо знать, чтобы сварочные работы были наиболее эффективными.

Некоторые из свойств, которые делают алюминий сложным для сварки, необходимо принять как факт. Алюминий не меняет цвета, когда он нагревается и имеет более широкий диапазон температур плавления, чем у других металлов. Так же он является немагнитным.

Это означает, что человек, работающий с алюминием должен знать, что ожидать от этого металла.

Некоторые из вещей, которые должен знать сварщик:

• Расплавление окисной пленки алюминия
  
  Образующаяся на поверхности алюминия оксидная пленка имеет более высокую температуру плавления, чем основной сплав. Она не плавится, пока не достигнет 2050 градусов по Цельсию. Это усложняет процесс сварки алюминия и требует применения специального сварочного оборудования и предварительной очистки металла (травления).
  
  
• Необходимость большого количества энергии
  
  Алюминий имеет теплопроводность намного больше, чем другие металлы (в 5-6 раз больше чем у обычной стали). Поэтому при дуговой сварке алюминия должно быть большое внесение тепла за счет мощности дуги. При сварке массивных изделий рекомендуется использовать предварительный подогрев.
  
  
• Низкая температура плавления алюминия
  
  Из за высокой теплопроводности и низкой температуры плавления существует высокая вероятность прожога алюминия
  
  
• Заварка кратера в конце сварочного шва
  
  Почти всегда при сварке алюминия при окончании сварочного шва появляется кратер, так как алюминий быстро затвердевает. Заварка кратера требует специальной техники. На многих сварочных аппаратах существует специальная программа для сварки алюминия. Она представляет собой увеличенный стартовый ток в начале сварки (для пробивки оксидной пленки) и уменьшенный ток в конце сварки (для заварки кратера).
  
  
• Зачистка поверхности алюминия перед сваркой
  
  Подготовка металла является ключевым моментом в сварке алюминия. Средства для травления поверхности должны быть использованы по мере возможности. Кроме того, рекомендуется зачищать поверхность перед сваркой металлической щеткой. Использование щетки помогает разбить слой оксидную пленки, уменьшая потребность в раскислении и увеличивая проплавление. Зачистка также помогает увеличить скорость сварки, снижая коробление.

Процессы сварки алюминия

Есть несколько процессов, которые используются для сварки алюминия. Наиболее популярны такие процессы, как аргонодуговая TIG сварка и импульсная полуавтоматическая MIG сварка.

Аргонодуговая TIG сварка алюминия

Аргонодуговую TIG сварку многие сварщики называют по-разному - аргонной, аргоновой или сваркой аргоном. Во всех случаях имеется в виду один процесс – сварка неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона.

Важной частью сварки алюминия является понимание того, что она требует наличия в аппарате для аргонной TIG сварки - переменного тока и высокочастотного HF зажигания дуги.

Пара полезных функций, которые предлагаются во многих аргонодуговых аппаратах для сварки алюминия, является возможность регулировать частоту переменного тока и баланс.

• - Частота переменного тока может быть увеличена или уменьшена в допустимых пределах. Эта настройка позволяет сварщику обеспечивать больший контроль над дугой, путем фокусирования дуги по ширине так, чтобы иметь возможность сварки в труднодоступных углах. А также для сварки тонких материалов.
  
  
• - Другая особенность, баланс переменного тока, на самом деле управляет процессом раскисления алюминия, также называемый «чисткой». При изменении переменного тока в положительную полярность, оксид алюминия на поверхности металла расплавляется, и металл подвергается сварке. Количество необходимой «чистки» может варьироваться в зависимости от чистоты металла, и от скорости сварки. Настройка слишком высокого баланса уменьшает стабильность дуги. Слишком низкий процент не разобьет достаточно оксидную пленку.

MIG сварка алюминия полуавтоматом

Полуавтоматическая MIG сварка алюминия аналогична MIG сварке стали, так как при ней также используется подача сварочной проволоки и защитного газа через сварочную горелку. Однако сварка алюминия полуавтоматом требует некоторых изменений для сварщиков, которые привыкли к сварке стали.

Из-за большей теплопроводности алюминия, его сварка требует большего контроля над мощностью дуги и скоростью подачи проволоки. Так как алюминий очень мягкий металл, подача проволоки при сварке должна быть больше.

Ранее считалось, что качественно сварить алюминий можно только при помощи аргонодуговой сварки. Однако при использовании правильного оборудования и соответствующих технологий полуавтоматической MIG сварки можно добиться качественного шва при значительном увеличении производительности.

Несколько правил при MIG сварке алюминия

• Выбор оборудования
  
  Оптимальный сварочный полуавтомат для MIG сварки алюминия должен иметь режим импульсной сварки. Благодаря импульсам происходит пробивка окисной пленки, а также уменьшение перегрева алюминия при сварке и вероятность прожога. Режим двойного импульса Duo Pulse обеспечивает равномерную чешуйчатость и отличные визуальные характеристики сварочного шва.
  
  
• Выбор сварочного газа
  
  При сварке алюминия в качестве защитного газа необходим чистый аргон. В отличие от сварки стали, при которой обычно используется смесь аргона и углекислого газа (CO2).
  
  
• Выбор сварочной проволоки
  
  Очень важен выбор правильного диаметра сварочной проволоки. Из-за того, что алюминий металл мягкий, то применение проволоки с малым диаметром (0,8 мм) затруднено сложностью её протяжки и подачи через сварочную горелку. Поэтому лучше использовать сварочные горелки небольшой длины, либо горелки с дополнительным механизмом подачи в корпусе горелки - сварочные горелки Push Pull (пуш пул). Для расплавления сварочной проволоки большего диаметра (1,2-1,6 мм) требуется больший сварочный ток.
  
  
• Набор расходных частей для сварочной горелки
  
  1. Специальные контактные наконечники - так как алюминий во время нагрева расширяется значительно больше, чем сталь, то существуют отличия в сварочных контактных наконечниках, используемых в полуавтоматических горелках для сварки алюминия. Отверстие в наконечниках для алюминия должно быть больше, чем в обычных наконечниках для стали, но не настолько большим, чтобы был хороший электрический контакт.
  
  2. U-образные ролики подающего механизма. Ролики в подающем механизме должны быть U-образной формы, для того, чтобы алюминиевая проволока в них не заминалась.
  
  3. Тефлоновый канал. Для уменьшения трения проволоки в горелке, необходимо использовать неметаллический кабель канал для алюминиевой проволоки. Обычно он исполнен из тефлона или графита.

Соблюдение указанных в этой статье правил, технологий подготовки и техники сделает ваш процесс сварки алюминия намного проще и позволит добиться превосходных результатов.

Что такое оксидная пленка при сварке алюминия

Алюминий и его сплавы отличаются такими прекрасными качествами, как малая масса, сравнительно высокая прочность, отличная обрабатываемость и способность к легкому деформированию и обработке. Данные сплавы имеют важное значение для промышленности и развития отраслей хозяйства. Устойчивость к коррозии, электропроводность и высокая теплопроводность делают металлы трудно заменимыми. Для многих сварочных конструкций используются сплавы из алюминия разного назначения, которые применяются для каждого отдельного случая и имеют множество своих преимуществ и оттенков свойств.

Взаимодействуя с кислородом и содержащимися в нем газами, в результате реакции получается окись алюминия. К примеру, при температуре 1000 по Цельсию реакция окисления металла будет происходить даже в условиях полного вакуума и изоляции от воздуха и кислорода. Также возможно образование окиси в результате сваривания с аргоном, потому что кислород в нем также присутствует, хоть и в тысячных долях процента.

Окись алюминия, которая появляется при сваривании, образовывает прочную и плотную тугоплавкую пленку, которая называется оксидной пленкой. Полностью оксидная пленка формируется на 7 – 14 день после сваривания в случае, если алюминий находился под воздействием температуры 20 градусов по Цельсию, тогда пленка будет достигать в толщину 5 – 10 нм.

Такое поведение пленки может объясняться отличными защитными свойствами защитной пленки. Это можно подтвердить правилом, согласно которому пленка с защитными свойствами будет образовываться в случае, если соотношение объема окиси к объему металла, который подвергся окислению, больше единицы. Для алюминия такое число составляет 1,24, а для магния 0,79. Благодаря плохим защитным свойствам оксидной пленки магния, толщина пленки со временем только увеличивается и продолжает расти с каждым днем.

Важной характеристикой оксидной пленки алюминия является ее способность адсорбировать газы, особенно водяной пар. Пленка способна удерживать водяной пар до тех пор, пока не будет подвержена температуре плавления. Также пленка отличается значительной механической прочностью, а также она легко может удерживаться на поверхности жидкого металла благодаря силам поверхностного натяжения.

Стоит отметить, что коэффициент температурного напряжения почти в 3 раза ниже коэффициента расширения алюминия и по этой причине при нагревании металла в оксидной пленке образуются трещины.

Если в алюминии есть примеси щелочноземельных и щелочных элементов, то оксидная пленка будет обогащаться их оксидами. Подобная сложная оксидная пленка более рыхлая, вследствие чего хуже защищает металл от воздействия газов. Однако, чем меньше толщина оксидной пленки, тем быстрее и проще производить сваривание металла.