Сварка алюминия в домашних условиях

Сущность сварочного процесса

Сила тока определяет качество сварного шва и производительность, являясь основным и наиболее важным параметром сварки.

Тепло необходимое для надежного соединения, идет от электрической дуги. Она образуется между электродом и свариваемым металлом. Для образования и горения электрической дуги существует прибор – генератор, который подает необходимое количество тока. Выделяют два вида этих приборов.

Генератор переменного тока – трансформатор.

Ток, выходящий из устройства, приобретает форму квадратной волны, которая меняет свою полярность с частотой в зависимости от генератора. В этом случае выпрямитель преобразует ток сети в соответствующий для сварки переменный ток.

Генератор постоянного тока – инвертор или выпрямитель.

Начинающим оба метода, но начинать нужно с постоянного тока. Ток на выходе из прибора имеет вид постоянной волны. В этом случае переменный ток сети преобразуется в постоянный. Различают два варианта соединения полюсов инвертора со свариваемым материалом:

с прямой полярностью – электрод соединяется с отрицательным полюсом инвертора, а деталь – с положительным;

с обратной полярностью – электрод присоединяется к „+“, деталь – к „–“

Особенности сварки с прямой полярностью: повышение количества тепла в изделии и снижение в электроде; зона расплавления металла узкая, но глубокая. Это основной режим tig сварки всех видов сложных металлов и сплавов.

При обратной полярности: ввод тепла в изделие сниженный, а в электрод – повышенный. Сварочная ванна широкая, но не глубокая. Кроме того, присутствует эффект катодной чистки поверхности металла, когда оксидная пленка разрушается. Это улучшает сплавление кромок и формирование шва.

Алюминий и магний, а также их сплавы можно и нужно варить на переменном токе.

Еще существуют генераторы, которые выдают импульсный постоянный ток – импульсные инверторы. Такие генераторы имеют устройства, изменяющие амплитуду тока сварки путем наложения на базовый постоянный ток квадратные волны. Получается периодическая пульсации дуги. При импульсном режиме шов образуется за счет непрерывного накладывания друг на друга сварочных точек.

В основном применяется на тонких изделиях, когда необходимо поддерживать необходимую температуру во избежание прожига металла и, в то же время, не нарушать глубину провара.

Регулировка параметров процесса на сварочном аппарате

Перед началом работы необходимо настроить значения показателей так, чтобы шов получился нужного размера и хорошего качества. Аппарат настраивают в зависимости от вида металла, его толщины и рабочего газа.

К каждому сварочному аппарату дается таблица настройки параметров сварки. Ориентируясь на таблицу, на лицевой панели выставляем режим tig и основные показатели:

• величина силы тока;
• время продувки газом перед началом – 0,5, и в конце – 1,5 сек;
• величина тока для поджига дуги – 25% от рабочего тока;
• период нарастания до значения рабочего тока 0,2 –1,0 сек;
• время спада тока и его значение для заварки кратера выбирается в зависимости от толщины металла.

По таблице первоначально выставляем расход газа в нормальных условиях – 8-10 л/мин.

Начинать варить надо на аналогичной пробной детали. Если дуга не стабильная и гаснет, то ток надо увеличить. При прожиге металла или образовании наплывов, ток уменьшить.

Увеличиваем подачу газа, если дуга нестабильна и шов кривой. После окончания, когда дугу угасили, еще какое-то время обдуваем сварочную зону, во избежание окисления шва и электрода. Современные аппараты снабжены многими функциями и, если нет, например, время продувки или еще чего-то, то сварщик контролирует процесс самостоятельно.

Подготовка деталей

В отличие от других видов сварки, tig очень чувствительна к загрязнениям. Это нужно учитывать всем начинающим. Поэтому детали следует очищать особенно тщательно: обезжирить растворителем и зашкурить до блеска свариваемую поверхность.

Пруток перед самой сваркой, если есть необходимость зашкурить, и обязательно протереть спиртом.

Толстые детали разделывают, снимая фаску под углом 45°. Это обеспечит хороший провар. Зафиксировать положение деталей относительно друг друга с помощью прихваток или струбцин.

Этапы сварочных мероприятий

Разобраться с ключевыми тонкостями сварки алюминия не так сложно, как может показаться на первый взгляд. Посредством многочисленных попыток и экспериментов можно достичь успешных результатов и выучить подобное мастерство наизусть. Итак, пошаговые действия качественного соединения металлических изделий состоят из таких этапов и особенностей:

Если толщина свариваемой пластины превышает 5 миллиметров, необходимо провести разделку кромок. Для этого рекомендуется сделать срез краев под углом 45 градусов, хотя другие значения тоже допускаются. Не секрет, что от величины угла разделки зависит ширина сварочного шва. Если толщина пластин превышает 7 миллиметров, то придётся сделать технический зазор между каждой деталью в два миллиметра. Если рабочий объект представлен трещиной, то её расширяют с помощью отрезного диска и «болгарки». В противном случае шов будет поверхностным.
Подготовленную заготовку тщательно прогревают. Для удаления лишней жидкости используют пропан-кислородное пламя. Роль рабочего инструмента выполняет резак или обычный баллончик с бытовой горелкой. Необходимо прогреть поверхность до 150 градусов и убедиться, что материал достаточно сухой.
После тщательно прогрева необходимо выполнить зачистку оксидной пленки. В этом случае вы можете воспользоваться обычной щеткой для очистки металла

Важно снять тугоплавкий слой в начале зоны сварки. Следующие действия проводятся посредством электрода, состав и температура которого способны разъедать оксид и проводить повторную сварку.
На подготовленном изделии устанавливают прихватки, которые фиксируют все свариваемые части

Корневой шов должен быть ровным и полностью заполнять зазор. Угол относительно свариваемых частей должен составлять не меньше 90 градусов. Это может показаться непривычным для неопытных сварщиков, или тех, кто вынужден был работать с углеродистыми сталями. Однако подобным образом расплавляемый металл будет более точно попадать в место соединения. После остывания поверхности происходит осыпание шлака. К сожалению, такое действие осуществляется с большим трудом, поэтому без острого молоточка не обойтись.
Следующие слои шва наносятся до того уровня, пока не заполнится вся толщина.

Подготовительные действия

Независимо от условий сварки — производственных или домашних, нужно правильно отнестись к подготовке кромок заготовки. Подобное действие заключается в таких процессах:

1. Поверхность детали, которая будет поддаваться сварке (а также поверхность присадочного материала), тщательно очищают от грязи, масла и жира. Для обезжиривания поверхности используют уайт-спирит, ацетон, авиационный бензин и множество других растворителей.
2. К подготовительному этапу относятся и такие действия, как разделка кромок свариваемых деталей, которую выполняют только при острой необходимости. Если при сварке вы не используете покрытые электроды, то разделку кромок осуществляют при толщине соединяемых деталей, превышающей 4 миллиметра. Если толщина алюминиевого сплава превышает 20 мм, то без применения электродов не обойтись. Если сварке поддаются алюминиевые листы толщиной до 1,5 миллиметров, то их торцы предварительно отбортовывают перед соединением.
3. Как уже говорилось выше, непосредственно перед сваркой поверхность детали нужно полностью очистить от оксидной пленки. В таком случае принято использовать качественный напильник или щетку с ворсинками для зачистки металла. В некоторых случаях тонкий слой оксидной пленки удаляется и посредством специальных химических средств, таких как, каустическая сода, бензин и другие. При обработке каустической содой заготовку нужно тщательно промыть проточной водой.

Оборудование и электроды

Обратите внимание на список самых необходимых инструментов и приспособлений. В большинстве случаев действие проводят с помощью обычного инвертора

Такой прибор обладает удобной конструкцией, поэтому его легко перемещать или передвигать по мастерской. Полярность выставляется таким образом, чтобы в руках рабочего размещался «плюс», а на заготовку воздействовал «минус». В этом случае нужно обзавестись розеткой с 220 V.

При выборе электродов нужно отдавать предпочтение специализированным моделям типа UTP 48 или подобным аналогам. Они могут обладать разным диаметром и подбираться с учётом толщины металла. Состав расходного сырья тоже обладает некоторыми гигроскопичными свойствами, поэтому его приходится предварительно просушивать, чтобы обеспечить более качественное соединение.

Техника безопасности

Электросварка алюминия в домашних условиях повышает вероятность получения травм и порчи имущества. Поэтому в таком случае особенно тщательно соблюдают следующие предписания техники безопасности:

1. Работать необходимо, используя средства индивидуальной защиты. Для сварщиков предназначены специальные маски, прорезиненные сапоги, рукавицы. Рабочее место защищают металлическим экраном.
2. Все электрические элементы должны быть заизолированы.
3. Нельзя варить в помещениях с легковоспламеняющимися жидкостями и материалами.
4. Комната должна хорошо проветриваться. Это предотвращает отравление газами.

Сварка алюминия: что следует знать

Легирующие элементы

Таблица характеристик электродов для сварки.

Чтобы была понятна технология сварки этого металла, прежде необходимо понять некоторые основы его металлургии. Алюминий можно легировать рядом различных элементов для увеличения прочности, стойкости к коррозии и/или общей свариваемости.

Главными легирующими алюминий составляющими служат Cu, Si, Mg, Mn и Zn. Медь (Cu) обеспечивает высокую прочность алюминия. Эта серия сплавов является термостойкой и используется для изготовления частей самолетных двигателей, заклепок и винтов. Большинство этих сплавов считаются малопригодными для дуговой сварки из-за их чувствительности к горячим трещинам. Эти сплавы свариваются 4043 электродами с наполнителями, обладающими низкой температурой плавления с целью уменьшения вероятности горячих трещин.

Схема дуговой сварки алюминия.

Марганец (Mn) — с ним алюминий дает сплавы холодной закалки общего назначения, обычно отлично подходящие для аргонно-дуговой сварки с 4043 или 5356 электродами, не склонные к горячим трещинам. Кремний (Si) уменьшает плавление алюминия и улучшает его текучесть. Сплавы обладают хорошей свариваемостью. Магний (Mg) придает сплавам отличную свариваемость с минимальной потерей прочности. Кремний и магний в совокупности создают термостойкие сплавы средней прочности, несколько склонные к горячим трещинам. Наиболее распространенными электродами для этой серии являются все те же универсальные 4043. Цинк (Zn) в сплаве с алюминием и медью придает высокую прочность сплавам из алюминия. Свариваемость этой серии имеет недостаток: многие сорта чувствительны к образованию горячих трещин.

Чистый алюминий без легирующих добавок широко используется благодаря своей превосходной стойкости к различным видам коррозии, в оборудовании химической промышленности, легко сваривается с электродами 1100 и 4043 сплавов.

Химические свойства алюминия

Схема процесса сварки алюминия полуавтоматом.

С точки зрения химии алюминий имеет высокий потенциал растворимости атомов водорода в жидкой форме и низкую растворимость в точке кристаллизации. Это означает, что даже небольшое количество водорода, растворенное в металле шва, будет стремиться выйти из него по мере затвердевания, а возникшая пористость шва может стать большой проблемой во время сварки алюминия.

Кроме того, алюминий, соединяясь с кислородом в форме оксида алюминия, создает пористый слой, который может стать ловушкой для влаги, масла, смазки и других материалов. Другими словами, алюминий защищен оксидной пленкой, которая обеспечивает металлу превосходные антикоррозионные свойства. Но, поскольку оксидная пленка имеет высокую температуру плавления (2037°С), в три раза превышающую температуру плавления самого алюминия, она препятствует соединению частей металла. Поэтому сварка алюминия требует предварительного удаления оксидной пленки, для чего можно использовать любой способ:

• механическая очистка;
• растворители;
• химическое травление и др.

Важно! Вот некоторые из признаков наличия оксидной пленки:

• блуждающая дуга, когда вы не можете получить лужу без прожига и искажения металла;
• ваш наполнитель не смешивается с лужей, вместо этого он скатывается в трудно расплавляемый шарик;
• при попытке соединения двух краев заготовок алюминия они завиваются друг от друга и образуют еще больший разрыв;
• 8 часов экспозиции после очистки вполне достаточно для работы до повторной очистки.

Механические свойства

Для канавки сварных швов зона термического влияния (ЗТВ) диктует прочность соединения:

Схема устройства сварочного полуавтомата.

1. В сплавах холодной закалки ЗТВ будет полностью отожженной и станет слабым местом.
2. Термостойкие сплавы требуют гораздо большего времени для отжига в сочетании с медленным охлаждением.

При таком режиме прочность сварного шва пострадает меньше.

Для угловых швов прочность зависит от состава наполнителя сплава электрода, используемого для сварки.

Совет: по возможности лучше подкладывать под область сварки радиатор из меди или алюминия. Поскольку алюминий имеет хорошую теплопроводность, то тепло из области сварного шва быстро передается остальным частям заготовок, которые становятся настолько горячими, что это может вызывать усадки и деформации в их структуре. С помощью некоторого теплопоглощения материалом, находящимся под областью сварки, можно защитить работу от деформации.

Факторы, влияющие на свариваемость алюминия

Алюминий активно окисляется на воздухе, и его поверхность достаточно быстро покрывается пленкой оксидов. Оксиды – тугоплавкие соединения. Их температура плавления достигает 2440 °С. У алюминия же данное значение равно 660 °С. Во время сварки оксиды препятствуют образованию в сварочной ванне однородной массы расплавленного металла.

Капли жидкого металла в сварочной зоне мгновенно покрываются окислами, которые не дают получить сплошной сварочный шов. Для предотвращения окисления зона плавления нуждается в изоляции при помощи флюсов или инертных газов. Обычно применяется аргон.

В отличие от стали, алюминий обладает таким качеством, как высокая жидкотекучесть в виде расплава. Сварочная ванна, в связи с этим, плохо формируется, а потолочные швы выполнить становится проблематично. Для устранения эффекта жидкотекучести используются подкладки с большой теплопроводностью для охлаждения зоны сварки.

Алюминий характеризуется высоким содержанием кремния и растворенного в нем водорода. Кремний провоцирует образование трещин во время охлаждения металла после сварки. Водород же выходя из расплава, образует множество пор в сварочных швах и трещин при кристаллизации.

Алюминиевые сплавы обладают значительной литейной усадкой, что при остывании приводит к деформированию свариваемых деталей.

Сварочный шов на алюминиевой трубе

Из-за высокой теплопроводности, процесс сварки алюминия предусматривает высокие сварочные токи. К примеру, для проведения работ по стали значения токов на 50% ниже.

Подобрать требуемые режимы сварки алюминия в домашних условиях затруднительно по причине того, что не всегда можно точно определить марку сплава свариваемых деталей.

Причины ухудшения свариваемости металла

Если в процессе сваривания вы столкнулись с какими-либо трудностями и неприятными моментами, необходимо учесть множество уникальных свойств металла:

1. Ключевая трудность тепловой сварки заключается в наличии окисной пленки, которая поддаётся плавлению лишь под воздействием температур 20440 градусов Цельсия. Плавление самого металла начинается при более низкой температуре — от 660 градусов.
2. Капли расплавленной детали, появляющиеся в сварной зоне, очень быстро покрываются тугоплавкой окисной пленкой, которая предотвращает образование сплошного шва. Чтобы защитить заготовку от подобного явления, сварную зону защищают от контакта с окружающим воздухом с помощью аргона.
3. Расплавленный алюминий характеризуется высокой текучестью, а это существенно усложняет дальнейшее формирование сварочной ванны. По этой причине работы проводят с помощью дополнительных теплоотводящих подкладок.
4. В состав алюминия входит растворенный водород, который направляется наружу после застывания расплавленного металла. В результате это вызывает появление пор и кристаллизационных трещин в шве. К тому же для сплавов такого метала характерна повышенная концентрация кремния, что тоже вызывает появление трещин от охлаждения изделия.
5. Для алюминия характерен приличный коэффициент линейного расширения. Из-за этого может происходить значительная усадка металла при застывании, что вызывает ряд серьёзных деформаций соединяемых деталей.
6. Сварку чистого алюминия и его сплавов проводят под воздействием высоких значений сварочного тока. Для металла характерна высокая теплопроводность. Также при сварке стали принято использовать токи с меньшей силой.
7. Сварку деталей из этого метала считают сложной в тех случаях, если определить точную марку сплава не удаётся. В таком случае приходится долго и усердно выбирать подходящий режим сварки и используемые методы.

Постичь все тонкости сварки алюминия электродом может любой желающий. Достаточно запастись терпением и желанием выделить несколько часов своего времени на изучение соответствующего материала и руководства. В таком случае вы сможете выполнять множество важных операций в домашних условиях, без обращения за помощью к квалифицированным сотрудникам.

Инвертор для работы с алюминием

Инверторные модели отличаются стабильностью подачи напряжения, что является определённой гарантией улучшения самого шва сварки. Как и в сварочных полуавтоматах, у инверторного имеется специальная приставка, которая служит защитой при работе в среде газов. Такая приставка имеет маркировку TIG , и чаще всего на аппаратах уже установлен быстрый переход в режим эксплуатации среды защитных газов.

При работе с алюминием нужно помнить несколько важных деталей:

• Оксид алюминия, он образуется на поверхности металла, обволакивая его пленкой. Даная пленка мешает работе с алюминием, поэтому перед эксплуатацией деталь из этого сплава обрабатывают абразивом, дабы избавится от этой пленки;
• Алюминий, как и его сплавы не меняют цвет во время нагревания, из-за этого достаточно сложно следить за состоянием сварочной ванны;
• Необходимо помнить, работа со сварочным инвертором дома, должна выполняться без спешки, дабы обеспечить нужное нагревание материала;
• Если перегреть металл слишком сильно, это может привести к деформации детали, что в нашем случае не есть хорошо. Делая сварку дома, рекомендуем использовать приставку к инверторному аппарату, это позволит обеспечить контроль над проведением работы и дать нам возможность сделать качественный, прямой, прочный шов;
• Способы сварки цветных металлов мало чем отличаются от сварки черных. Чтобы справиться с обработкой алюминия дома, достаточно минимальных навыков. Также можно обратиться к специальной литературе или к видео.

Перечисленные нами способы, конечно, не дадут такого качественного шва. Сварка в домашних условиях, процесс весьма затратный и трудоемкий. Наилучшим вариантом все-таки является приобретение осциллятора, выдающего необходимые нам параметры тока. В этом случае, работа с алюминием производится вольфрамовым электродом – как плавящимся, так и неплавящимся. Это зависит от того, какой шов вам нужен и с каким материалов вам предстоит работать.

Достаточно прочные сварные соединения алюминиевых деталей можно получить методом термического сваривания. Только такой способ в домашних условиях невозможен. Для этого готовится специальная смесь из свинцовой стружки, марганцовки, алюминиевой пудры, и канифоли, естественно, надо также знать пропорции. Данная смесь засыпается в трещину и поджигается, это приводит к небольшому взрыву, который и сплавляет шов.

Принципы инверторной сварки алюминия

Перед тем как начать работу с алюминиевой деталью, необходимо обработать торцы и поверхность, дабы шов был прочным. Электроды перед эксплуатацией подогреваются в специальной печи.

Шов накладывается медленно, чтоб обеспечить нужную глубину провара детали. После того как наш шов готов, необходимо, чтобы подача газа не прекращалась хотя бы еще 5-7 секунд. Это предотвратит деформацию шва и возможного расклеивания. Такую тонкую работу следует проводить, подготовившись, поэтому желательно, чтобы вы уже наблюдали данную работу, хотя бы со стороны или по видео.

Обучающие тренировки для начинающих

Упражнение 1

После изучения теории tig сварки начинающему можно приступать к практике. Главное – это привыкнуть держать горелку и присадочную проволоку, „набить руку“.

Первоначально начинающему сварщику надо тренироваться на листе черной стали. На нем шлифмашинкой или другим инструментом обозначить небольшие прямые линии, чтобы по ним вести сварку. Начинать варить надо без присадки. Внимательно и плавно ведем горелкой прямо вдоль линии, не разжигая дугу. После этого зажигаем дугу и ведем горелку от одного края линии до другого. Ведем ровный ниточный шов, приучая руку правильно держать ванну и не прожигать металл.

Упражнение 2

После освоения ведения шва, переходим к работе с присадочной проволокой. Сначала тренируемся приваривать сам пруток. Разожгли дугу и, когда металл листа расплавился, подаем в сварочную ванну пруток. Останавливаем процесс, подождем, чтобы металл немного застыл и отрываем пруток. Повторяем упражнение несколько раз. После того, как появилась уверенность, начинаем тренировки выполнения сварочного шва с присадкой.

Сварка tig широко распространенный метод соединения металлов. Его освоение вполне возможно начинающему сварщику. С практикой и постоянством придут опыт и мастерство.

Преимущества

• Данный тип сварки имеет относительно небольшую себестоимость, в сравнение с другими, так как тут не используется газ;
• Инвертор является универсальным средством, которое может пригодиться и для других процедур по сварке;
• Простота использования такого способа;
• Доступность электродов и прочих дополнительных приспособлений;
• Для работы с инвертором не требуется большой опыт, так что с такими процедурами могут справиться даже новички;
• Операции по подготовке, а также последующей уборке рабочего места проходят достаточно быстро, так как не используется большое количество оборудования.

Инструкция по изготовлению

Не важно, какую марку электродов вам нужно приобрести, в любом случае это стоит недешево. Особенно, для начинающих сварщиков

Мы нашли решение для этой проблемы и предлагаем вам сделать стержни самим. В интернете есть много видеороликов, в которых опытные мастера рассказывают технологию изготовления материалов для сварки. Мы тоже решили поделиться своей инструкцией, как своими руками изготовить самодельные электроды. Соблюдайте следующие простые шаги:

• Подготовьте проволоку из алюминия диаметром не более 4 миллиметров и нарежьте ее на прутки длиной 20-25 сантиметров. Этих параметров обычно достаточно, но вы можете изменять диаметр и длину по своему усмотрению. Наша основа готова.
• Теперь приготовим покрытие. Измельчите мел (желательно обычный белый), и смешайте его с силикатным клеем (иногда в магазинах он называется «жидкое стекло»). Тщательно все перемешайте до однородной консистенции и обмакните в нее алюминиевые прутки.
• Следите за тем, чтобы слой покрытия не превышал 2 миллиметров. Оставьте электроды сушиться. Когда покрытие затвердеет, то стержень можно будет использовать в работе.

Да, такие электроды для контактной сварки уступают по качеству заводским изделиям, но все же позволяют выполнить простую работу, не требующую повышенной ответственности и идеального шва. Эта инструкция может показаться слишком простой, но поверьте, электроды для точечной сварки своими силами тоже могут быть эффективны и абсолютно точно сэкономят ваши деньги.

Учтите, что это не заводской угольный электрод или цинковый электрод, это не европейское качество. Так что сначала протестируйте свои электроды перед работой на ненужном металле.