Алюминий отличается низкой массой и высокой прочностью, а также устойчивостью к коррозии, перепадам температур и другим негативным факторам. Сварщики классифицируют его как трудносвариваемый металл. Причины для этого следующие:
- Температура плавления металла — 660 °С. Но поверхность алюминия покрыта оксидной тугоплавкой пленкой (Al2O3), температура плавления которой — 2044 °С. При её разрушении сложно избежать деформации изделия: изменения размеров в месте сваривания.
- Металл быстро окисляется, в ходе этой реакции образуется пленка (Al2O3, MgO), не позволяющая получить качественный цельный шов. Чтобы она не появлялась, во время сварки нужно исключить доступ кислорода к обрабатываемой поверхности.
- В расплавленном состоянии металл отличается повышенной текучестью, поэтому контролировать сварочную ванну особенно сложно.
- У алюминия высокий показатель усадки. По этой причине при нагревании металл изменяется в размерах и деформируется в околошовной области.
- При охлаждении алюминиевых сплавов с высоким содержанием кремния, в швах появляются трещины и поры. Особенно подвержены этому АlMg, АlСu, АlZn и АlSi.
- Алюминий отличается высокой теплопроводностью, поэтому при работе с ним необходимо использовать сварочный ток большей силы, чем при сваривании стали.
Алюминий сваривают полуавтоматическим или аргонодуговым методом в защитной среде инертных или активных газов. Они подаются в область обработки металла и, будучи плотнее воздуха, вытесняют его.
Оборудование для сварки алюминия
Полуавтоматическая сварка алюминия выполняться в три раза быстрее, чем аргонодуговая.
Что нужно для получения лучших результатов?
- 1. В качестве защитного газа используется чистый аргон. При работе с деталями большого сечения можно применять его смесь с гелием.
- 2. Электродом является алюминиевая проволока. Чтобы ее использовать, необходимо переоборудовать механическую часть аппарата.
Устройство полуавтомата
- 3. Полуавтомат должен иметь функцию импульсной сварки. Такой режим работы исключает перегрев деталей. При этом аппарат пробивает тугоплавкую пленку и обеспечивает хорошее качество швов.
Защитный газ
Аргон идеально подходит для сварки алюминия. Это инертный газ, который не вступает в реакцию с примесями, содержащимися в металле или воздухе. Он на 35 % тяжелее кислорода и азота, поэтому легко вытесняет их из сварочной зоны. В результате минимизируется количество возможных дефектов в сварных швах.
Если к аргону добавить гелий, это поможет увеличить температуру сварочной ванны. Такая смесь востребована только при соединении массивных деталей.
Особенности механики полуавтоматов
Полуавтоматы, используемые для сварки алюминия, отличаются рядом особенностей:
- Их горелки комплектуются специальными контактными наконечниками, обладающими увеличенным размером отверстия для электрода. Они маркируются индексом А. Такая необходимость объясняется тем, что коэффициент теплового расширения алюминия, из которого изготовлена сварочная проволока, почти в два раза превышает аналогичный показатель стали. В результате при использовании стандартного наконечника электрод попросту застрянет в его отверстии.
- Механизмы подачи полуавтоматов комплектуются четырехроликовыми прижимными системами с U-образными гладкими канавками. Они обеспечивают подачу мягкой алюминиевой проволоки с высокой скоростью без замятия.
Четырехроликовый прижимной механизм
- Стандартный металлический канал подачи в шланге (он часто называется подающей спиралью) заменяется на тефлоновый. Это необходимо для того, чтобы проволока с минимальным трением подавалась в горелку.
- Сам шланг должен быть прямым, без перегибов, и иметь длину не более 3 м. Это требование тоже связано с высокой мягкостью алюминиевой сварочной проволоки.
Поскольку процесс сварки алюминия происходит на более высоких токах по сравнению со сваркой стали, то предпочтительно использование горелок с жидкостным охлаждением.
Функциональные возможности аппаратов
Для сварки алюминия оптимальны полуавтоматы, способные работать в импульсном режиме. В этом случае происходит периодическое изменение мощности электрической дуги. (При ее стабильном горении выделяется недостаточно тепла для плавления алюминиевой проволоки со скоростью, равной скорости ее подачи. В результате уменьшается размер дугового промежутка).
Импульсы тока способствуют ускоренному плавлению проволоки. Они могут быть одиночными или серийными. Под влиянием импульса на конце электрода формируется капля расплавленного металла. Одновременно с увеличением силы тока резко возрастают электродинамические силы. Они не позволяют капле расти дальше и направляют ее в сварочную ванну, независимо от пространственного положения горелки.
В результате металл переносится мелкими порциями и без разбрызгивания. Импульсная сварка вызывает электромеханическую вибрацию сварочной ванны. Такой процесс способствует выходу газовых пузырьков из нее. В итоге улучшается качество сварных швов и возрастает их плотность.
Сварка в импульсном режиме зависит от величины и длительности импульсов и пауз. Оптимальное соотношение тока основной дуги и импульса позволяет увеличить скорость плавления электродной проволоки, понизить минимальное значение фонового сварочного тока, обеспечивающего устойчивое горение дуги, изменить размеры и форму швов.
Фактически при использовании такого режима чередуются горячие и холодные фазы, когда сварочный ток вырастает до максимума (чтобы сбросить каплю металла с электрода), а затем возвращается к базовой величине. Таким образом уменьшается общее тепловложение. Это позволяет выполнять сварку тонких деталей без прожогов.
Функция синергетического управления
Синергетическое управление наиболее удобно при реализации импульсной сварки. В этом случае в аппарат изначально закладываются алгоритмы, отображающие взаимосвязь между сварочными параметрами. Соответственно, при установке ведущего параметра синергетично зависимые от него показатели будут устанавливаться автоматически.
Еще одно преимущество полуавтоматов с таким управлением — возможность использовать готовые программы, рассчитанные на конкретные условия сварки: вид металла и защитного газа, толщину деталей, материал электродной проволоки. Некоторые модели дополнительно позволяют записывать собственные программы.
Заключение
Для качественной сварки изделий из алюминия требуется полуавтомат, способный работать в импульсном режиме и имеющий синергетическое управление. При этом его механическая часть должна быть рассчитана на использование мягкой электродной проволоки.