Как варить алюминий электродом: Сварка алюминия электродом в домашних условиях

Для алюминиевых стержней требуется источник питания с высоким напряжением холостого хода (OCV) для облегчения зажигания дуги и обслуживания. OCV — это напряжение между электродом и заготовкой перед запуском дуги.

Если ваш сварочный аппарат может сжигать 7018-е, он будет жечь и алюминиевые стержни. Если OCV слишком низкое, например, ниже 60-65В, то дуга будет неустойчивой или вообще не загорится.

Если вы хорошо работаете со стержнями 7018, делаете стыки без пористости и держите узкую дугу, не залипая стержня от начала до конца, при некоторой практике вы сможете сваривать алюминиевыми стержнями.

Теперь давайте пошагово рассмотрим оборудование, настройки и методы, которые вам нужны.

1. Соберите основное сварочное оборудование

Первым делом необходимо собрать все необходимые средства индивидуальной защиты (СИЗ):

• Защитные очки  защитят глаза от летящих предметов и шлакового материала при очистке борта. Они также защищают ваши глаза от ультрафиолетовых лучей, если вы случайно зажжете дугу до того, как наденете шлем.
• Сварочная маска  защитит ваши глаза и лицо от излучения дуги, брызг и летящих предметов. Алюминий имеет тенденцию создавать более яркую дугу и более сильные ультрафиолетовые (УФ) лучи.
• Беруши или наушники , если вы будете использовать электроинструменты.
• Толстые сварочные перчатки защищают руки от ультрафиолетового излучения, искр, брызг и горячего металла. Алюминий сильно нагревается на большем расстоянии и дольше, чем сталь. Легко получить сильные ожоги.
• Огнеупорная одежда  , закрывающая все тело. Никогда не носите синтетическую одежду, потому что она легко расплавится или загорится.
• Кожаные сапоги со стальными накладками на носки незаменимы при ремонтных работах.
• Сварочный респиратор с фильтрами P100. Алюминий и флюс на стержне выделяют пары, которые быстро раздражают дыхательную систему.

После СИЗ рассмотрим основное оборудование для работы:

• Сварочный аппарат постоянного тока с напряжением холостого хода (OCV) 65 В или выше. И достаточно силы тока для размера стержня, который вы хотите использовать.
• Ацетон, спирт или подходящий щелочной продукт (мыло) для удаления жира или масла вокруг соединения.
• Щетка из нержавеющей стали для удаления продуктов окисления и окончательного шлакового материала.
• Чистый напильник для удаления сильного окисления, при необходимости сглаживания краев соединения и очистки покрытого наконечника от использованных стержней.
• Отбойный молоток для удаления шлака.
• Вам также может понадобиться газовая горелка либо на пропане для небольших заготовок, либо на кислородном топливе для больших заготовок для предварительного нагрева заготовки.

2.

Для алюминия не нужен специальный сварочный аппарат, но нужны специальные сварочные прутки.

Наиболее распространенным электродом для сварки алюминия является E4043. Этот стержень имеет сердечник из алюминиевой проволоки и специальное флюсовое покрытие.

С его помощью можно сваривать электроды почти всех распространенных алюминиевых сплавов, таких как 6061, 5052 и 3003. А также алюминиевые отливки, такие как 355 и 356. содержит 5% кремния. Кремний легко плавится, предотвращает горячее растрескивание и подходит для применения при высоких температурах.

Однако он имеет низкую прочность и не подходит для агрессивных сред. Также не подходит для сварки разных сплавов, например, 6061 на 5052.

Для сварки электродом у вас не так много вариантов стержня. После легкодоступного 4043 вы можете найти стержни 1100 для сварки сплавов 1100, используемых для приложений с высокой коррозионной стойкостью. Этот стержень намного слабее, но более пластичен, чем 4043.

Используйте максимально толстый стержень для толщины металла и типа соединения. Толстые стержни используют более высокую силу тока, чтобы расплавить соединение и сохранить жидкость в луже. С толстым стержнем вы также избегаете многопроходных сварных швов, что выгодно для алюминия.

Стержни 1/8″ подходят для заготовок толщиной от 3/32″ до 3/8″ (9,5 мм), но в идеале от 1/8″ до 1/4″ (6,4 мм). Этот размер найти проще всего.

Удилища 3/32″ несколько сложнее в использовании, потому что их кончик сильнее вибрирует.

5/32″ (4 мм) стержни отлично подходят для толстых заготовок, потому что вы можете использовать гораздо большую силу тока и быстрее заполнить шов.

Содержите стержень в чистоте и не прикасайтесь к нему грязными руками или в перчатках, чтобы избежать пористости.

3. Удалите грязь и оксид алюминия

Сварка стержнем может использоваться для сварки грязных металлов, но для алюминия целесообразно очистить заготовку.

1. Сначала очистите заготовку от масла, смазки, смазочно-охлаждающих жидкостей и т. д. с помощью тряпки и соответствующих растворителей, таких как ацетилен или мыло. Ацетилен очень легко воспламеняется, храните тряпку в закрытом контейнере во избежание возгорания от искр и брызг.
2. Самый простой способ удалить оксид – использовать чистую щетку из нержавеющей стали. Трите только в одном направлении, чтобы не испачкать поверхность.
3. Также подходит твердосплавный бор, поскольку он удаляет оксид, не оставляя пятен на поверхности.
4. Угловая шлифовальная машина оставляет после себя оксидные остатки. Для быстрой работы можно использовать проволочные колеса из нержавеющей стали. Вы также можете использовать диски, предназначенные для работы с алюминием, которые могут быстро удалить стойкие загрязнения или покрытия и т. д., если вы имеете дело со старым литьем. При неправильном обращении УШМ может снять полезный металл, ослабив соединение.
5. При удалении оксида лучше всего повторить шаг 1, чтобы удалить остатки оксида.

Вы также можете использовать химикаты, предназначенные для удаления оксидов алюминия. С химическими веществами вы избежите царапин на поверхности или удаления металла. Но они неприятны и имеют свои проблемы с безопасностью.

Очистка очень важна для стыковых соединений с открытым корнем, чтобы добиться наилучшего проникновения и избежать несплавления.

4. Подготовьте алюминиевый шов

Если вы свариваете стыковое соединение, лучше всего срезать фаску на заготовках, чтобы получился V-образный шов.

Скос соединения более важен, чтобы избежать проблемы горячего растрескивания, а не более глубокого проникновения. Более высокая часть основного металла плавится и разбавляется присадочным металлом, чтобы предотвратить растрескивание.

Снятие фаски необходимо при толщине 3/16″ (4,8 мм) и выше. Если вы свариваете 6061, лучше всего делать фаску с 1/8″ (3,2 мм). Для алюминия скосите каждую сторону не менее чем на 35–45°.

Алюминиевые открытые корни легко продуть. Для предотвращения этого и в зависимости от толщины заготовки установите:

• Плотный корневой зазор от 1/32″ (0,8 мм) до 1/16″ (1,6 мм).
• Более толстая поверхность основания от 1/16″ (1,6 мм) до 1/4″ (6,4 мм).

Угловые сварные швы по своей природе больше разбавляют металл сварного шва и редко имеют фаску. Но если у вас толстый алюминий, например, 3/8″ (90,5 мм) было бы полезно скосить его.

Имейте в виду, что после резки или снятия фаски с металлов их необходимо очищать, особенно если вы:

• Используете горячие методы, например, плазменную резку, т.к. образуется новый оксидный слой. Этот слой толстый, используйте напильник или электроинструмент для более быстрой работы.
• Используйте метод резки, при котором остаются смазочно-охлаждающие жидкости, размазанная пыль и т. д.

Симметричная установка обязательна. Неправильные стыки будут продуваться в более широких или более тонких частях. Алюминий создает сильные силы усадки. Избегайте стесненных соединений, чтобы предотвратить растрескивание.

Наконец, прихватите детали, чтобы они оставались на месте.

Исключительно сложно сваривать алюминий в нерабочем положении, потому что сварочная ванна и шлак слишком жидкие. Если возможно, постарайтесь расположить стык в горизонтальном положении, даже угловые швы, чтобы облегчить сварку.

Объявления5. Установите правильную полярность

Вы всегда используете полярность DC+ для приклеивания сварного шва алюминия. Причина в том, что сварочные электроды рассчитаны только на эту полярность.

DC- создаст нестабильную шумную дугу, брызги и непостоянный выпуклый валик. AC не будет держать горящую дугу и создаст беспорядок на стыке.

6. Установите правильную силу тока для алюминиевого стержня.

Алюминий имеет низкую температуру плавления, но высокая теплопроводность требует высокой силы тока. Высокая сила тока легче запускает дугу, предотвращает залипание стержня и поддерживает расплав расплавленной ванны.

Правильная сила тока для сварки алюминиевых стержней зависит прежде всего от толщины стержня. После этого толщина и температура заготовки, конструкция стыка и положение сварки.

Если заготовка имеет комнатную температуру, установите силу тока близко к верхнему пределу стержня. При предварительном подогреве требуемая сила тока ниже.

В следующей таблице показаны типичные диапазоны силы тока стержня 4043 в горизонтальном положении.

Как уже упоминалось, старайтесь избегать сварки алюминия в нерабочем положении. Однако назову основные правила для вертикальной позиции:

• Для положения на подъеме требуется более тонкий стержень, меньшая сила тока и меньшая скорость движения. Это самое сложное положение для сварки.
• Для спуска по склону требуется более высокая сила тока и еще более высокая скорость движения.

Рассмотрим несколько типичных примеров для плоского положения:

• Для углового шва 1/8″ с стержнем 1/8″ используйте 100-110A. Если вы предварительно нагреваете, используйте 75А.
• Для углового сварного шва 3/16″ с стержнем 1/8″ используйте 120A. Рекомендуется предварительно прогреть и использовать 100А.
• Для углового сварного шва 1/4″ с стержнем 1/8″ вы всегда предварительно нагреваете и используете 110-120А.

Если вы заметите, что проволока плавится перед флюсом, что приводит к увеличению длины дуги внутри флюсового покрытия, это указывает на чрезмерную силу тока.

7. Настройки аппаратов для сварки стержнем инвертора для алюминия

Часто аппараты для сварки стержнем инвертора оснащены функциями горячего пуска и форсажа дуги для облегчения сварки.

Горячий старт увеличивает силу тока при поджигании дуги. Это очень полезно при сварке алюминия, чтобы избежать холодного пуска, особенно если вы не нагреваете металл предварительно. Обычно достаточно значения 35-40%.

Сила дуги (или копание) увеличивает силу тока, если вы уменьшаете длину дуги. Предотвращает гашение дуги и залипание стержня. Установите значение около 20-25%.

Если вы не выполняете предварительный нагрев, вы должны увеличить предыдущие значения. У Weldpundit есть подробная статья о горячем старте, форсировании дуги и антипригарном покрытии.

Если вы используете аппарат TIG для дуговой сварки, он может обеспечить импульсный ток . Некоторые специализированные сварочные аппараты также предлагают эту функцию. Импульсный ток может уменьшить трудности и существенно улучшить ваши результаты.

Импульсный ток имеет два значения силы тока. Первый – это сила тока, которую вы устанавливаете для проникновения в соединение. Вторую силу тока уменьшают, чаще всего на 50%, чтобы уменьшить тепловложение, но сохранить жидкость в луже. Для алюминия используйте частоту пульсации 2 Гц.

Основным преимуществом предварительного нагрева является уменьшение быстрого рассеивания тепла для поддержания ванны, снижение потери прочности и снижение риска растрескивания. Но также:

• Уменьшает требуемую силу тока.
• Удаляет влагу с поверхности.
• Легче зажигает дугу и поддерживает ее горение.
• Увеличивает проникновение.
• Уменьшает отсутствие слияния.
• Выравнивает бортик.
• Предотвращает коробление тонких металлов.
• Предотвращает остаточное напряжение.

Предварительный нагрев обязателен, если толщина 1/4″ или больше. Но и при работе при температуре ниже комнатной, даже для тонких металлов.

Для металлов тоньше 1/4″ предварительный нагрев не обязателен, но улучшает результаты и облегчает сварку.

Существует верхний предел температуры. Более высокий предварительный нагрев усугубляет падение прочности и, среди прочих проблем, делает ванну слишком жидкой.

Для обычных алюминиевых сплавов достаточно предварительного нагрева до 200 °F (94 °C). Если заготовка толстая, предварительно нагрейте до той же температуры, но убедитесь, что вся заготовка предварительно прогрета.

Вы можете использовать палочки температуры сварки 200 °F, чтобы знать, когда остановиться. Инфракрасные цифровые термометры не так надежны, потому что алюминий отражает лучи.

При многопроходной сварке температура между проходами не должна превышать 250 °F (120 °C), чтобы соединение оставалось максимально прочным.

Один из практических способов узнать, что у вас правильная температура предварительного нагрева, это когда влага на металле испаряется (212 °F).

9. Используйте надлежащие манипуляции со стержнем

При сварке алюминия вам необходимо аккуратно манипулировать стержнем, чтобы получить приемлемые валики. Вам нужен правильный угол и направление движения, длина дуги и скорость движения.

Для алюминиевых стержней требуется малый угол хода 5-10° от вертикали, для хорошего покрытия защитным газом и короткой длины дуги.

Всегда тяните за стержень , чтобы протолкнуть шлаковый материал обратно, предотвращая шлаковые включения.

При запуске дуги необходимо сохранить очень короткую длину дуги, не более диаметра стержня . Вы почти касаетесь металла флюсовым покрытием. Вы должны сохранять эту длину дуги постоянной, пока не закончите бусину.

Если ваш стержень прилипает к металлу, вы не должны увеличивать длину дуги, вместо этого увеличьте силу тока.

Когда вы свариваете алюминий, вам следует избегать плетения валиков, потому что они медленные. Вместо этого сваривайте прямые валики (стрингеры) с минимальным перемещением из стороны в сторону, чтобы избежать высокого тепловложения.

Поскольку вы не можете четко видеть лужу, вы не можете контролировать скорость движения, удерживая дугу в передней 1/3 лужи, как вы это делаете с другими удилищами.

Скорость перемещения алюминиевых стержней легко в два раза выше по сравнению со стальными стержнями. Вы должны полагаться на свой опыт, чтобы направлять удочку и передавать бусину. С практикой вы найдете правильную скорость.

Скорость движения меньше, если вы свариваете холодный алюминий, но намного быстрее, если вы его предварительно нагреваете.

Если вы используете импульсный ток, скорость будет меньше, но тепла будет достаточно, чтобы получить прочный и легко свариваемый валик.

Скорость движения не постоянна во время сварки:

• Когда вы начинаете, на первом дюйме или около того, вы не сварите так быстро, потому что заготовка холодная. Это предотвращает несплавление и выпуклый валик в начальной точке.
• По мере продвижения вам следует немного увеличить скорость, потому что заготовка становится все горячее. Это предотвращает перегрев заготовки.

Высокая скорость важна, но если у вас получится вогнутый валик, значит, присадочный металл не успел заполнить шов. Вогнутые алюминиевые шарики очень слабы и чувствительны к растрескиванию.

Правильная скорость движения имеет решающее значение для минимизации потери прочности соединения, растрескивания, продувки и коробления.

Наконец, крайний кратер также не должен быть вогнутым. Попробуйте заполнить кратер достаточным количеством сварного шва, прежде чем тянуть стержень.

10. Дайте заготовке медленно остыть и очистите от шлака

Когда закончите, дайте заготовке остыть самостоятельно. Это защищает соединение от дальнейших металлургических изменений, а также облегчает удаление шлака. Шлаковый материал содержит элементы, которые разъедают алюминий, если его не удалить.

Часто белый и странно выглядящий шлак является вязким и требует усилий для его удаления. Чем горячее заготовка из-за чрезмерного предварительного нагрева или низкой скорости перемещения, тем хуже она становится.

Чрезмерное усилие отбойным молотком или электроинструментом оставляет следы и глубокие царапины на металле.

Более простой способ – размягчить шлак горячей водой и удалить его щеткой с термостойкой синтетической щетиной.

Наконец, промойте соединение горячей водой, чтобы удалить остатки флюса.

Заключение

Сварка алюминиевой дугой сложна, но удобна для быстрого ремонта или в ветреную погоду.

Используя правильное оборудование, следуя надлежащей процедуре и достаточно тренируясь, чтобы привыкнуть к высокой скорости движения, вы сможете удовлетворительно проходить алюминиевые борта.

Самое главное помнить:

• Удалите оксидированный слой.
• Предварительно нагрейте алюминий толщиной 1/4″ или больше.
• Используйте сухие незагрязненные стержни.
• Используйте достаточную силу тока.
• Держите тугую дугу.
• Двигайтесь быстро без остановок.

Если вы хотите часто сваривать алюминий, лучше всего переключиться на:

• Простая в использовании сварка MIG для заготовок толщиной 1/8″ или больше.
• Сварка ВИГ, если вы хотите получить наилучшие результаты для тонкого алюминия, но этому сложно научиться.

Часто задаваемые вопросы

Можно ли сваривать алюминий с помощью сварочного аппарата переменного тока?

Сварочный аппарат переменного тока не позволяет сваривать алюминий, поскольку алюминиевые стержни правильно горят при полярности постоянного тока +. AC не будет держать горящую дугу и создаст беспорядок на стыке. Вам понадобится машина постоянного тока и установите держатель электрода на полярность постоянного тока +.

Например, вы не можете сваривать алюминий с помощью Lincoln 225 AC, но вы можете использовать Lincoln 225 AC/DC после выбора полярности DC+. Однако эта машина выдает только 125 А постоянного тока. Это ограничивает вас алюминиевыми стержнями 3/32″ и 1/8″.

Является ли сварка алюминия прочной?

В то время как сварка электродом создает прочные соединения для большинства металлов, она не создает прочных соединений для алюминия. Алюминий — это металл, который становится слабее от тепла сварки, и этот процесс создает агрессивную дугу, которая вводит слишком много тепла в соединение.

Например, популярный алюминиевый сплав 6061-T6 имеет предел прочности при растяжении 40 000 фунтов на квадратный дюйм, но после сварки только 25 000 фунтов на квадратный дюйм. Кроме того, обычный стержень E4043 имеет низкую прочность на разрыв в лучшем случае 30 000 фунтов на квадратный дюйм.

Сварка электродами также склонна к пористости, что делает валик менее плотным. В этом процессе оксид алюминия легко загрязняет металл сварного шва. Это делает последний шарик хрупким и чувствительным к растрескиванию.

Можно ли сваривать тонкий алюминий?

Сварка стержнем тонкого алюминия исключительно трудна, потому что этот процесс создает сильную дугу, которая имеет тенденцию пробивать тонкие металлы.

Тонкий алюминий очень быстро насыщается теплом и с низкой температурой плавления легко плавится. При достаточной практике вы можете сваривать детали толщиной 1/8″, 3/32″ или чуть меньше.

Кроме того, алюминиевые стержни, которые трудно перезапустить, и жидкий шлак не позволяют применять такие методы, как многократные прихваточные швы внахлест.

Лучшим вариантом для тонкого алюминия является сварка MIG, а еще лучше сварка TIG. Газокислородная сварка подходит для тонкого алюминия, но требует большого мастерства.

Другие статьи Weldpundit

Как лучше всего сваривать алюминий?

Какой самый простой способ сварки алюминия?

Краткая история сварки алюминия

В: Какова история сварки алюминия? Является ли Heliarc заварка все еще жизнеспособным вариантом для сварки алюминия? Почему мы не видим много Газовая сварка или сварка штучным электродом алюминия в промышленности?

A: Пытаясь ответить на эти вопросы, я также попытаюсь прояснить некоторые используемые термины и определения.

• Гелиаруговая сварка — это старое традиционное название, иногда используемое и сегодня, для Процесс дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа (GTAW) . Этот же процесс сварки часто называют, особенно в Европе, процессом сварки вольфрамовым инертным газом (TIG).

Процесс GTAW довольно часто является подходящим вариантом для сварки алюминия. Он был разработан в 1944 году (см. рис. 1) и до сих пор широко используется для успешной сварки алюминиевых сплавов. Некоторые из сварных швов самого высокого качества, используемых в критических областях, таких как сварные швы труб с полным проплавлением на криогенных сосудах под давлением, почти всегда выполняются с помощью этого процесса сварки. Переменный ток (AC) используется для большинства приложений, но постоянный ток (DC) используется для некоторых специализированных приложений. Процесс GTAW был разработан раньше, чем процесс дуговой сварки металлическим газом (GMAW), и какое-то время использовался для сварки алюминия любой толщины и типа соединения.

• Газовая сварка — это нестандартный термин для процесса кислородно-газовой сварки (OFW) . Это был один из первых способов сварки алюминия. На рис. 2 показана фляга армии США. Сваренная по технологии OFW и датированная 1918 годом, эта фляга, вероятно, использовалась во время «Великой войны» (1 ^st Мировая война) и была сварена примерно за 25 лет до разработки процессов сварки в среде инертного газа (GTAW и GMAW).

Газокислородная сварка представляет собой процесс газовой сварки. Он достигает коалесценции за счет использования тепла пламени кислородно-топливного газа и, для алюминия, активного флюса для удаления оксида и защиты сварочной ванны. В прошлом с помощью этого процесса сваривались очень толстые соединения, но чаще всего он применялся для листового металла. Одна из проблем этого процесса сварки заключается в том, что флюс, используемый во время процесса, является гигроскопичным, что означает, что он поглощает влагу из окружающей атмосферы. Во влажном состоянии флюс вызывает коррозию алюминия. Поэтому после сварки флюс необходимо удалить, чтобы свести к минимуму вероятность коррозии.

• Сварка штучными электродами — это нестандартный термин для Дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа (SMAW)

До разработки процесса сварки в среде инертного газа (GTAW и GMAW) дуговая сварка алюминия в основном ограничивалась дуговым процессом с защитным металлом (SMAW), иногда называемым процессом ручной дуговой сварки металлическим электродом (MMA).