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 и объемы потребления. Именно малый удельный вес алюминия является тем определяющим фактором, который позволяет создавать легкие и в то же время прочные конструкции (фото 1).

Способы сварки

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 с особенностями 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 большой 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: 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 фото 2 изображены импульсно-дуговые сварочные аппараты с током сварки от 250 до 520A, которые 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 (фото 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. 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 (фото 4), что позволяет использовать шланг длиной более 10м.

 

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. 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 импульс-процесс. Сварочный шов выглядит так же, как и при TIG-сварке (фото 5). 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

 

TIG-аппараты

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

 

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.

 

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.

 

Кандидат технических наук Ульрих Пранк MERKLE Schweissanlagen-Technik GmbH, Германия