Сварка алюминия вольфрамовым электродом в среде инертного газа

4. Сварка алюминия вольфрамовым электродом в среде инертного газа

Возможно, эта сварка немного сложнее сварки стали, однако выполнение точных сварных швов при сварке алюминия или магния является основной причиной использования именно агрегата для сварки вольфрамовым электродом, поэтому именно для этого стоит научиться.

Необходимо хорошо освещаемое помещение для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа, так как дуга не такая яркая, как при использовании других видов сварки, а при сварке алюминия действительно необходимо следить за образованием сварочной ванны. Установите режим высокочастотного переменного тока на агрегате, при этом высокая частота должна быть включена постоянно, или используйте опцию прямоугольной волны, если есть в наличии, затем отрегулируйте таймер потока защитного газа после прекращения дуги для электродов диаметром 3 мм. Используйте чистый вольфрамовый электрод, заточив наконечник для сварки алюминия, затем отрегулируйте интенсивность потока защитного газа 481-566 л/ч. Установите алюминиевую пластину толщиной 3 мм, предварительно тщательно очистив ее, на сварочный стол. Алюминий при взаимодействии с воздухом дисперсионно упрочняется, поэтому на поверхности будут постоянно образовываться оксиды алюминия, подобные оксиды не всегда будут заметны. Свариваемые детали необходимо тщательно очистить непосредственно перед сваркой, чтобы обеспечить чистоту поверхности. Не используйте химические чистящие средства при подготовке алюминия к сварке, кроме тех средств, которые вам могут порекомендовать в специализированном магазине по продаже сварочного оборудования. Бытовые или автомобильные чистящие средства могут содержать химические соединения, которые будут испаряться во время сварки, создавая опасные ядовитые пары, что может привести к серьезным отравлениям. Используйте щетку из нержавеющей стали (а не спрессованную стальную стружку) и ни в коем случае не используйте металлическую щетку для чистки стали. Так как в большинстве случаев наждачная бумага изготовлена из оксида алюминия, а именно этот материал необходимо удалить с поверхности свариваемых деталей, не используйте наждачную бумагу для предварительной очистки.

Используйте присадочный пруток из алюминия, при этом перед сваркой присадочные прутки также необходимо очистить при помощи спирта. Алюминиевая деталь должна хорошо заземляться на сварочном столе. Если пластина слишком легкая, положите сверху тяжелый брусок, чтобы деталь соприкасалась с заземленным столом, или подсоедините рабочий вывод непосредственно к свариваемой детали. В противном случае, на обратной стороне детали вы обнаружите следы прожога электродом от периодического соприкосновения со столом. Выполните сварной шов на алюминиевой детали, затем немедленно остановите дугу. Проверьте сварной шов и, скорее всего, вы заметите небольшую впадину в конце шва. Чтобы избежать этого, в конце каждого сварного шва не прекращайте дугу неожиданно, лучше делать это постепенно, перемещаясь к краю сварочной ванны.

Старайтесь поддерживать ширину сварочной ванны примерно 10 мм. Если вы будете перемещать грелку слишком быстро, сварочная ванна будет уже, и наоборот. Вы не заметите изменений во внешнем виде алюминия, как, например, при сварке стали. Единственным признаком того, что область металла расплавилась, является то, что на соответствующем участке металл станет блестящим. При создании серии сварочных швов, необходимо следить за этим, так как алюминий плавится при температуре 676,7 °С (температура намного ниже, чем необходимо для плавления стали), поэтому вы можете легко перегреть металл, если дуга будет слишком интенсивной. При сварке стали вы сможете определить состояние и температуру, до которой прогреется материал, по изменению цвета. По цвету вы можете легко определить, когда материал начинает плавиться, а когда он уже остывает. При сварке алюминия, подобного преимущества у вас не будет, поэтому во время тренировок вы, скорее всего, проплавите насквозь большое количество пробных проектов, прежде чем научитесь правильно определять температуру (смотрите иллюстрацию).

После того, как вы выполнили сварной шов, и он остыл, шов будет аккуратным и блестящим, как и оригинальная деталь, однако по краям шва с обеих сторон будут видны тусклые области, это оксиды алюминия, которые испарились во время выполнения сварного шва. Если алюминиевая пластина, которую вы варили, не была очищена должным образом, вы увидите черные пятнышки, отложения гари, а также широкую тусклую область по бокам сварного шва – все это указывает на слишком высокое содержание оксидов алюминия на поверхности детали. Проверьте внимательно сварной шов, он должен быть равномерным, чистым и аккуратным, проверьте также обратную сторону сварного шва, чтобы убедиться в достаточной глубине проплавления материала.

6.33. При обучении сварке алюминия вольфрамовым электродом в среде инертного газа, угол наклона горелки должен быть таким, чтобы вы могли четко видеть процесс образования сварочной ванны, а именно момент, когда расплавленная область станет блестящей. Необходимо четко дозированное количество тепла, чтобы расплавить алюминий, в противном случае он начнет испаряться.

При сварке алюминия вольфрамовым электродом в среде инертного газа толщиной более 3 мм, рекомендуется предварительно прогревать алюминий до температуры 176,7 °С перед сваркой (смотрите иллюстрацию). Это также особенно важно при сварке деталей из литого алюминия, например при ремонте головок блока цилиндров, водяных насосов, блоков цилиндров из алюминия, картеров и других литых деталей. Если литая деталь не будет предварительно прогрета перед сваркой, скорее всего он позже потрескается, так как свариваемая поверхность будет сначала расширяться, а затем сжиматься в большей степени, чем остальная поверхность детали. Детали из литого алюминия поглощают большое количество тепла, поэтому сварку будет намного проще выполнить, если деталь будет предварительно прогрета, следовательно, потом потребуется меньше тепла, чтобы расплавить ее (смотрите иллюстрацию). Предварительный прогрев автомобильных литых деталей также помогает обезжирить свариваемую поверхность, хотя не стоит забывать, что все детали необходимо тщательно очищать перед сваркой. Даже после очистки и выполнения V-образного среза, не все загрязнения могут быть удалены с поверхности литой детали.

В идеале, все детали из литого алюминия необходимо прогреть до строго определенной температуры в печи, однако некоторые детали могут быть слишком большими. В качестве альтернативного варианта можете использовать термические индикаторы, которые можно приобрести в специализированном магазине. Используйте индикаторы 176,7 °С на различных областях детали. Прогрейте деталь при помощи агрегата для кислородно-ацетиленовой сварки, установив горелку Меккера, пока индикаторы не начнут плавиться (смотрите иллюстрацию).

Сварка нержавеющей стали вольфрамовым электродом в среде инертного газа очень похожа на процесс варки низкоуглеродистой стали. Единственным отличием будет содержание в нержавеющей стали хрома и никеля, поэтому и ее стоимость будет выше. Некоторые характеристики также будут отличаться, например, сварной шов будет остывать медленнее, чем при сварке стали, так как теплопроводность нержавеющей стали в два раза меньше. Как только нержавеющая сталь прогреется, она будет расширяться на 50% больше, чем низкоуглеродистая сталь, именно поэтому вы можете столкнуться с проблемой деформации при сварке более тонких материалов, если детали не соединены зажимами во время сварки. При использовании сварки в промышленных масштабах, зажимы могут быть изготовлены из меди, так как ее теплопроводность помогает быстрее нагреть нержавеющую сталь до нужной температуры.

Если говорить о настройках, нержавеющую сталь можно варить при помощи агрегата для сварки вольфрамовым электродом, при этом интенсивность потока защитного газа (аргона) должна быть выше, чем для сварки стали, например 311,5-368 л/ч при толщине материала 6,35 мм.

6.34. При сварке материалов из плотного или литого алюминия, например этого почтового ящика, края свариваемых деталей необходимо тщательно очистить и снять с них фаску перед сваркой.

6.35. Горелка Меккера, установленная на агрегат для кислородно-ацетиленовой сварки, является простейшим приспособлением для предварительного подогрева перед сваркой вольфрамовым электродом в среде инертного газа. Чтобы избежать деформации литых головок блока цилиндров, коллекторов и блоков цилиндров, используйте тепловые индикаторы.

6.36. Сварщик использует агрегат для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа для соединения предварительно прогретых деталей почтового ящика, при этом используется вращающийся сварочный стенд. В нижней части установлен диск, который можно вращать ногой, не прерывая процесс сварки, особенно это удобно при выполнении круговых швов.

Установите режим постоянного тока прямой полярности, как и при сварке стали, при этом высокая частота должна использоваться только для создания дуги, если только деталь не слишком тонкая, в таком случае лучше переменный ток высокой частоты, так как данные настройки помогают избежать проплавления материала насквозь. При использовании постоянного тока прямой полярности, оптимальным выбором будут 2%-е торированные вольфрамовые электроды, а чистые вольфрамовые электроды прекрасно подходят для режима высокочастотного переменного тока при сварке тонких материалов. Конечно же, присадочные прутки должны быть изготовлены из нержавеющей стали. Выполните серию пробных швов, пока у вас не начнут получаться аккуратные сварные швы. Образование сварочной ванны и процесс погружения присадочного прутка будут несколько отличаться от технологии сварки низкоуглеродистой стали.

В промышленных масштабах важные сварные швы на материалах из нержавеющей стали чаще всего выполняются с применением защитных средств с обратной стороны шва, исключающих доступ воздуха к области сварки. Конечно, защитный газ на лицевой стороне сварного шва обеспечивает чистоту шва, однако на обратной стороне могут появиться загрязнения. Коробы специальной формы или защитные экраны устанавливаются с обратной стороны сварного шва, затем с одной стороны в образовавшуюся емкость подается защитный газ, а с другой стороны устанавливается трубка для его отвода, следовательно, защитный газ не попадает на сварщика. Таким образом, весь воздух будет удален с обратной стороны свариваемой поверхности, предотвращая вероятность кристаллизации расплавленной нержавеющей стали. Данная техника также используется для защиты обратной стороны титановых деталей при сварке вольфрамовым электродом в среде инертного газа. При сварке важных труб, когда невозможно добраться внутрь, каждый край трубы закрывают защитной лентой, предварительно заполнив внутреннюю часть трубы защитным газом. Подобный прием особенно часто используется, например, при сварке труб из нержавеющей стали, предназначенных для транспортировки медицинских ингредиентов и других веществ, которые необходимо защитить от загрязнений и окисления.

Хотя, скорее всего, в бытовых условиях вы не столкнетесь с другими материалами, существует большое количество других специальных сплавов и редко используемых металлов, которые применяются в специализированных отраслях промышленности, в которых сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа является первым и единственным способом соединения. Например, в пищевой промышленности, а также при изготовлении жестяных банок существует большое количество продуктов, которые транспортируются через трубы. Кроме нержавеющей стали, в данном случае также часто может использоваться никель, так как он устойчив к воздействию кислот и щелочей. По тем же причинам он широко используется в химической промышленности. Однако трубы из никелевого сплава, которые используются в подобных случаях, не предусматривают наличия шлака, который образуется при сварке металлическим электродом в среде инертного газа или при электродуговой сварке. В таком случае, при длительном воздействии агрессивных химических соединений под действием высокой температуры, сварной шов станет слабой точкой, следовательно, он будет постоянно ослабляться, что приведет, в конечной итоге, к его разрушению. Именно поэтому никелевые детали необходимо тщательно очищать перед сваркой без использования химических чистящих средств, в противном случае это может стать причиной образования налета черного оксида никеля.

6.37. Что необходимо сварщику, никто не знает лучше, чем он сам. На иллюстрации изображено устройство для автоматической подачи присадочного прутка в сварной шов толщиной от 0,5 мм до 2,4 мм, при этом ваша рука остается в удобном положении. При помощи большого пальца на колесике, вы сможете установить скорость подачи присадочного прутка.

6.38. На практике, вы можете держать данное устройство как в правой, так и в левой руке, при этом вы всегда сможет загрузить новый присадочный пруток одной рукой. Вы сможете легко управлять колесиком даже в защитных перчатках.

Для таких металлов, как никель, медь, титан и другие, сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа является наиболее подходящим методом, особенно при выполнении важных швов. Так как при сварке вольфрамовым электродом в среде инертного газа не используется флюс, в состав сварного шва не будет входить шлак. В промышленных масштабах также широко используется мелкозернистая структура сварного шва. В качестве защитного газа при сварке никеля чаще всего используется гелий, так как температура дуги в таком случае будет выше, что позволяет увеличить скорость сварки, при этом интенсивность потока защитного газа может составлять от 226,5 л/ч до 849,5 л/ч, в зависимости от толщины материалов. Обычно используется постоянный ток прямой полярности (кроме сварки тонких материалов, когда лучше использовать высокочастотный переменный ток, чтобы предотвратить сквозное прогорание материалов), при этом высокая частота будет использоваться только для начала дуги с использованием торированных вольфрамовых электродов. Присадочные прутки должны быть изготовлены из никеля или никелевых сплавов. Окисление можно свести к минимуму, для этого необходимо держать присадочный пруток под пологим углом по отношению к рабочей поверхности, при этом наконечник прутка должен находиться в среде инертного газа.

В редких случаях сварку вольфрамовым электродом можно использовать для ремонта чугунных деталей. В специализированном магазине можно приобрести специальные присадочные прутки из простого или серого чугуна, которые подходят как для газовой сварки, так и для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа, хотя при этом необходимо также предварительно прогревать детали.

По большому счету, сварка вольфрамовым электродом продолжает оставаться технологией, наиболее часто используемой только в промышленных масштабах или в профессиональных мастерских из-за высокой стоимости оборудования и длительного процесса обучения, однако не рассматривайте данный вид сварки как что-то непостижимое. Если у вас есть знакомые в мастерской, где используется подобное оборудование, попросите их потренироваться несколько часов с данным оборудованием, при этом вы сможете наблюдать за процессом и сможете понять основные принципы работы. Вы также можете выполнить несколько пробных швов. Возможно, хорошая визуально-моторная координация позволит вам достаточно быстро овладеть этим непростым мастерством.

6.39. Сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа наиболее полезна в подобных ситуациях, например, при ремонте подвески гоночного автомобиля, где необходимо соединить хроммолибденовую пластину и трубу, при этом контролируя процесс выделения тепла. При сквозном проплавлении деталей, всю деталь придется заменить.

6.40. Аккуратные точные сварные швы на системе выпуска отработавших газов данного гоночного автомобиля являются отличным примером качественной профессиональной работы сварщика, использующего агрегат для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа.