Главная / Блог / Свойства и обработка металлов (кроме стали)

Как варить алюминий аргоном

Автор: Волков Семён

Дата публикации: 03 Сентября 2024

Сложность сваривания алюминия, обусловленная присутствием на его поверхности прочной и химически устойчивой пленки оксида, можно преодолеть при помощи аргонной сварки.

Нередко возникает необходимость создания прочных соединений из алюминия и его сплавов в домашних условиях. Проблема наличия устойчивой и химически инертной окисной пленки на поверхности металла решается исключительно одним методом — аргонодуговой сваркой. Далее рассматриваются технология, оборудование и последовательность выполнения сварки алюминия с применением аргона.

Если тщательно удалить верхний слой на любой алюминиевой детали, станет заметен блестящий металл под ним. Однако вскоре его цвет изменится на более тусклый, что является признаком образования слоя окиси алюминия Al2O3, защищающего металл от дальнейшего окисления. Температура плавления чистого алюминия составляет 660 °С, в то время как окисной пленки — более 2000 °С, что ограничивает возможности стандартных методов сварки. К тому же, Al2O3 — вещество очень твердое и химически инертное. Таким образом, для сварки алюминия необходима технология, способная «сорвать» эту пленку с поверхности металла и удалить ее из зоны сварки. Единственным подходящим источником тепла может быть электрическая дуга. Причем предпочтительна дуга переменного тока, где общее направление тока будет меняться в соответствии с частотой бытовой электросети, то есть 50 Гц. Использование переменного тока для сварки алюминия решает две ключевые задачи:

  • Позволяет применять более компактные и удобные сварочные инверторы вместо громоздких сварочных преобразователей, которые требуют высокой квалификации оператора и специальной подготовки рабочего места;
  • Обеспечивает надежное удаление оксидной пленки с поверхности алюминиевых заготовок, так как температура электрода при этом превышает граничную температуру термической устойчивости Al2O3.

Очень важно следить за соблюдением правильной полярности тока. В случае обратной полярности, когда электрод-инструмент работает как анод, поток электронов движется от анода к заготовке. Поскольку температура дуги составляет около 5000-6000 °С (в приконтактных областях она ниже, но всё же значительно превышает температуру плавления оксида алюминия), высокоэнергетичные электроны разрушают окисную плёнку, очищают поверхность и способствуют её стабильному плавлению.

Тем не менее, наличие обратной полярности еще недостаточно для успешной сварки алюминия. Необходимо также использовать инертную газовую среду, которая устойчива к высоким температурам и эффективно препятствует восстановлению оксида алюминия на очищенной поверхности. Именно эту функцию выполняет инертный газ.

Итак, сварка алюминия с применением аргона обеспечивает необходимую стабильность и эффективность процесса, одновременно гарантируя должное качество сварного соединения.

Дополнительные преимущества использования аргона при сварке алюминия

Помимо основной функции защиты сварочной зоны от окисления, аргон обладает рядом дополнительных преимуществ:

  • Низкая теплопроводность: Аргон имеет низкую теплопроводность, что позволяет локализовать зону нагрева и снижает вероятность образования дефектов и деформаций в сварочных швах.
  • Улучшение механических свойств шва: Использование аргона способствует более равномерному распределению температуры и охлаждению сварных соединений, что, в свою очередь, улучшает механические свойства получаемых швов.
  • Отсутствие химических реакций: Аргон химически инертен, что предотвращает любые нежелательные реакции с металлом или сваркой, тем самым улучшая чистоту и качество сварного шва.
  • Увеличение прочности соединения: Сварка в среде аргона создает более плотное и прочное соединение без пор и трещин, что особенно важно для конструкций, подвергающихся высоким нагрузкам.

Совокупность всех этих факторов делает аргон незаменимым газом для сварки алюминия и позволяет достигать высоких результатов в сварочных работах, обеспечивая надежные и долговечные соединения.

  1. Ручная дуговая сварка MIG/MAG с использованием инертного газа, которая выделяется высокой производительностью и возможностью соединения деталей различной толщины.
  2. Сварка при помощи неплавящегося вольфрамового электрода (метод WIG/TIG), используя переменный ток, при этом полярность не играет решающей роли.

МЕТОД MIG/MAG В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ НЕ ПОЛУЧИЛ ОСОБОЙ ПОПУЛЯРНОСТИ. ПРИЧИНА В ТОМ, ЧТО ЭЛЕКТРОД ПОДВЕРГАЕТСЯ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРНОЙ НАГРУЗКЕ, И ЕГО ДОЛГОВЕЧНОСТЬ (ОСОБЕННО ПРИ ПРИМЕНЕНИИ БОЛЬШИХ ТОКОВ) НЕ ВЕЛИКА. В ЭТОМ СЛУЧАЕ ИНВЕРТОРЫ ИМЕЮТ ПРЕИМУЩЕСТВО, ТАК КАК ИЗ-ЗА САМОГО ПРИНЦИПА ИХ РАБОТЫ ПОСТОЯННО ПРОИСХОДИТ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ И В ОБРАТНОМ ПОРЯДКЕ, ЧТО СУЩЕСТВЕННО СНИЖАЕТ НАГРЕВ ЭЛЕКТРОДА.

ПРИ ПРИМЕНЕНИИ МЕТОДА WIG/TIG ДЛЯ АРГОНДУГОВОЙ СВАРКИ АЛЮМИНИЯ ПРОИСХОДЯТ СЛЕДУЮЩИЕ ПРОЦЕССЫ.

При нагреве металла в зоне дуги, приконтактные слои начинают плавиться, после чего в дуговой столб вводится вольфрамовый электрод. Учитывая, что температура плавления вольфрама значительно выше, перед соприкосновением электрода с поверхностью, требуется осуществить поджиг дуги. Электрод подается через корпус сварочной горелки, который содержит две трубки, размещенные коаксиально. По внутренней трубке перемещается электрод, а по внешней — подается инертный газ, транспортируемый по шлангу от расположенного поблизости баллона. Важно отметить, что аргон должен быть максимально чистым, так как любые примеси могут ухудшить защитный эффект и привести к ненадежному соединению.

  • Оптимизирует время и качество поджига дуги, которые, как известно, должны соответствовать рекомендуемому параметру ПВ (продолжительности включения) для каждого типа инвертора. Для большинства инверторов ПВ должен находиться в пределах 0,85-0,92;
  • Обеспечивает лучшую очистку поверхности алюминиевых деталей благодаря своей высокой плотности;
  • Гарантирует стабильность горения дуги в разрядном канале, что является важным аспектом для импульсных сварочных аппаратов.

Процесс одиночной сварки делится на два этапа. Сначала первая (положительная) полуволна разрушает оксидную пленку алюминия. Затем вторая, отрицательная полуволна, нагревает и расплавляет поверхность, вводя внутрь соединения энергию, необходимую для создания прочного сварного шва.

Аргоновая сварка алюминия может быть осуществлена и на прямой полярности, однако для этого необходимы электроды со специальными покрытиями, способными также разрушать оксидную пленку. Такие электроды позволяют сваривать изделия из алюминия толщиной до 2-3 мм. Покрытие для электродов можно приготовить самостоятельно. Для этого на стандартный электрод, подходящий для работы с алюминием, наносится тщательно подготовленная однородная смесь из молотого мела и силикатного клея. Предварительно поверхность электрода очищается от всех механических и химических загрязнений и высушивается.

В бытовых условиях вопрос — как варить алюминий аргоном — часто решается в пользу метода TIG, который выполняется с помощью сварочного инвертора.

Дополнительные рекомендации и советы

Для успешной аргонодуговой сварки алюминия методами MIG/MAG и TIG важно учитывать следующие моменты:

  • Подготовка поверхности: тщательно очистите алюминиевые детали от оксидных пленок, масляных пятен и других загрязнений с помощью абразивного инструмента или химических очистителей.
  • Настройка параметров сварки: правильно выберите параметры сварки, такие как ток, напряжение и скорость подачи проволоки (для MIG). Эти параметры зависят от толщины свариваемого материала и типа используемого инвертора.
  • Вентиляция: работайте в хорошо проветриваемом помещении, так как при сварке выделяются вредные газы и пары, которые могут быть опасны для здоровья.
  • Использование присадочного прутка: при сварке методом TIG рекомендуется использовать присадочный пруток из такого же материала, что и свариваемые детали, для обеспечения высокой прочности шва.
  • Защитное оборудование: не забывайте о средствах индивидуальной защиты: сварочная маска, перчатки, защитная одежда и обувь обязательны для безопасной работы.

При соблюдении всех рекомендаций и правил можно достичь высокого качества сварных швов и надежных соединений при работе с алюминием в домашних условиях.

  1. Аргон обладает плотностью, значительно превышающей плотность воздуха, поэтому невозможно вертикальное соединение алюминиевых конструкций подобным методом. В случае крайней необходимости в баллон с аргоном можно добавить некоторое количество гелия.
  2. Перемещение сварочной горелки должно осуществляться исключительно вдоль оси сварного шва и перпендикулярно к нему.
  3. Запуск и дальнейшее горение сварочной дуги необходимо производить при минимальном напряжении, которое способно обеспечить стабильность процесса. Таким образом, важно выбрать минимальное расстояние от электрода до поверхности стыка.
  4. Подача вольфрамовой проволоки должна осуществляться равномерно. Если отсутствуют необходимые навыки, рекомендуется использовать специальные устройства для автоматической подачи.
  5. Устанавливают максимальный ток обработки (не менее 250 А), что позволяет обеспечить требуемую скорость сварки, при этом удерживая процентную занятость (ПВ) в допустимых для конкретной модели инвертора пределах.

Для сварки алюминиевых конструкций с использованием защитного газа рекомендуется соблюдать следующий порядок действий. Сначала к аппарату присоединяют баллон с аргоном (или смесью аргона и гелия). Давление газа, регулируемое редуктором, зависит от условий сварки (в помещении или на открытом воздухе), а также от толщины соединяемых заготовок. В помещении достаточно расхода газа около 6-8 л/мин, для наружных работ расход потребуется увеличить до 8-12 л/мин.

Очистка алюминия осуществляется в водном растворе щелочи, который состоит из следующих компонентов (расчет на один литр очистного раствора):

  • Кальцинированная сода, г — 50;
  • Трилон Б (натриевая соль этилендиаминтетраусиновой кислоты ЭДТА), г — 50;
  • Жидкое стекло, г — 30.

Раствор нагревают до 65 ± 5 °С, и выдерживают в нем подготовленные края кромок алюминиевых деталей на протяжении не менее 5 минут.

Подбор диаметра вольфрамового электрода осуществляется в зависимости от толщины свариваемых изделий. Считается, что на каждый миллиметр диаметра электрода допускается подача не более 35-40 А тока. Кончик электрода затачивают остро, и во время сварки он должен приобрести форму полусферы.

Минимальный вылет электрода из сопла сварочной горелки не должен превышать 1-2 мм. Чтобы обеспечить стабильное горение дуги при аргоновой сварке алюминия, стартовый ток выбирают в полтора-два раза выше рекомендованного производителем сварочного инвертора, а затем его можно снизить до нормальных значений. Подача вольфрамовой проволоки начинается только после того, как достигнута стабильность горения дуги. Длинные сварные швы выполняются в четырехтактном режиме, причем к концу шва ток постепенно уменьшается.

Аргонодуговая сварка алюминия требует определенных навыков и опыта работы с сварочным инвертором.

Источник питания для аргоновой сварки должен обеспечивать стабильный ток, необходимый для поддержания дуги между вольфрамовым электродом и свариваемым металлом. Современные источники питания позволяют использовать как постоянный, так и переменный ток, что важно для сварки различных материалов, включая алюминий и нержавеющую сталь.

Сварочная горелка, в аргоновой сварке, представляет собой устройство, удерживающее вольфрамовый электрод и направляющее поток аргона к рабочей зоне. Горелка соединена с источником питания и баллоном с аргоном через кабели и шланги. Важно, чтобы горелка была удобной для пользователя и обеспечивала хорошую обзорность рабочей зоны.

Система подачи аргона включает в себя редуктор давления, манометр и шланги для подачи газа от баллона к горелке. Аргон выполняет функцию защитного газа, предотвращая окисление сварочной ванны и обеспечивая высокое качество сварного шва. Регулирование подачи аргона необходимо для создания оптимальных условий при сварке различных материалов и толщин.

Наряду с основным оборудованием, дополнительными аксессуарами для аргоновой сварки могут быть различные типы вольфрамовых электродов, сопла для горелок, держатели электродов, а также средства защиты, такие как сварочные маски с автоматическим затемнением и специальная одежда. Правильный выбор и использование этих аксессуаров значительно влияет на производительность и качество сварки.

Разнообразие доступных сварочных аппаратов и аксессуаров позволяет подобрать оптимальное оборудование под конкретные задачи. В итоге, аргоновая сварка, благодаря использованию специализированного оборудования, обеспечивает высокое качество и надежность сварных соединений, что делает ее важным инструментом в промышленности и частном хозяйстве.

Преимущества аргонодуговой сварки:

1. Высокое качество сварных швов: Благодаря использованию инертного газа (аргона), в процессе сварки исключается контакт с окружающей атмосферой, что предотвращает окисление и другие нежелательные реакции. Это обеспечивает высокое качество и чистоту сварного шва.

2. Точность и контроль: Аргонодуговая сварка позволяет точно контролировать подачу тепла и сварочного материала, что делает возможным сварку тонких материалов и мелких деталей с минимальным искажением и деформацией.

3. Широкий спектр материалов: Данный метод подходит для сварки различных металлов и сплавов, таких как алюминий, нержавеющая сталь, магний, медь и бронза, что делает его универсальным решением для разных отраслей промышленности.

4. Отсутствие шлака: В аргонодуговой сварке не используется флюс, поэтому на поверхности шва не образуется шлак, который требует дополнительной очистки. Это упрощает процесс и экономит время.

Недостатки аргонодуговой сварки:

1. Высокая стоимость оборудования: Оборудование для аргонодуговой сварки, включая источники тока, горелки и баллоны с аргоном, довольно дорогостоящее. Это может стать препятствием для небольших мастерских и предприятий с ограниченным бюджетом.

2. Сложность освоения: Аргонодуговая сварка требует высокой квалификации и опыта от сварщика. Управление процессом требует координации и точности, что делает обучение длинным и сложным.

3. Медленная скорость сварки: По сравнению с некоторыми другими видами сварки, такими как MIG (Metal Inert Gas) сварка, процесс TIG сварки проходит медленнее. Это может быть недостатком при работе с крупными объемами или в условиях высокого темпа производства.

4. Уязвимость к внешним условиям: Внешние факторы, такие как сквозняк или сильный ветер, могут влиять на качество аргонодуговой сварки. Для обеспечения стабильного качества часто требуются контролируемые условия или использование защитных экранов.

Волков Семён

Автор: Волков Семён

Эксперт в области металлопроката и металловедения