Для создания аргоновой установки переменного тока вам
потребуются следующие устройства: аргоновый баллон с редуктором и расходомером,
газоэлектроподводящий шланг, аргоновая горелка, вольфрамовые электроды,
сварочный трансформатор, компенсатор постоянной составляющей тока дуги,
осциллятор.
Если вы уже построили аргоновую установку постоянного тока,
то из нее можете использовать аргоновый баллон с редуктором и расходомером, газоэлектроподводящий
шланг, аргоновую горелку.
Почему необходим переменный ток?
Алюминий является очень активным металлом, из-за этого
окисляется практически мгновенно и покрывается пленкой окиси. Эта пленка в дальнейшем
предохраняет сам алюминий от окисления, но она же значительно затрудняет
процесс сварки.
Для ликвидации окисной пленки существуют три способа:
химический, механический и электрический. С химическим и механическим способами
вы уже познакомились, изучая процесс газовой и электродуговой сварки алюминия.
Аргоновая сварка обеспечивает процесс электрического
удаления окисной пленки. Разрушение окисной пленки алюминия происходит тогда,
когда к нему подключен минус питания, то есть используется ток обратной полярности.
В принципе, алюминий можно варить и на постоянном токе
обратной полярности. Вырывающиеся из алюминиевого изделия электроны эффективно
разрушают окисную пленку. Однако при этом сильно перегревается вольфрамовый
электрод, и приходится значительно ограничивать сварочный ток (Таблица 5. 3.).
На таком токе можно варить алюминий незначительной толщины.
На переменном токе одновременно протекают два процесса: в те
моменты времени, когда на электроде минус, происходит разогрев и плавление
алюминиевой детали; когда направление тока меняется и на электроде появляется
плюс, происходит разрушение окисной пленки. Электрод перегревается намного
меньше, чем на постоянном токе обратной полярности, соответственно допускается
увеличение сварочного тока (Таблица 6. 1.).
Защитные газы
Для защиты расплавленного алюминия применяется аргон марки
Б. Аргоном этой марки можно пользоваться и при сварке постоянным током, так что
вам лучше сразу приобрести аргон этой марки и использовать его как
универсальный. По сравнению с защитой стали, расход аргона придется увеличить в
2 раза.
Кроме аргона желательно приобрести баллон гелия. На практике
часто приходится сваривать довольно массивные изделия. Может быть так, что
подогревающая пропановая горелка работает на полную мощность, электрическая
проводка на пределе, трансформатор дымится, а металл все никак не удается
расплавить. В этом случае вместо аргона подключаем гелий.
Электрическая дуга в гелии имеет в два раза более высокое
напряжение, чем в аргоне, что позволяет при том же токе увеличить проплавляющую
способность.
Используйте гелий только в таких критических ситуациях, так
как он дороже аргона, и расход его придется устанавливать в два раза больше.
Баллоны с гелием окрашены в коричневый цвет и часто
используются на народных гуляниях для наполнения летающих игрушек.
Аргоновая горелка
Аргоновая горелка воздушного охлаждения, которую вы с
успехом применяли для работы на постоянном токе, при работе на переменном токе
может оказаться недостаточно мощной.
Постоянный ток обладает одной особенностью: в том месте,
куда подводится плюс питания, выделяется намного больше тепла, чем на минусе.
Как вы уже убедились, при аргоновой сварке постоянным током используется прямая
полярность, то есть на электрод подается минус. Из-за этого электрод,
нагреваясь незначительно, допускает применение больших токов.
Совсем иная ситуация при сварке переменным током. Здесь
тепловыделение как на электроде, так и на изделии, примерно одинаково. Из-за
этого перегревается как электрод, так и горелка.
Горелка воздушного охлаждения может выдержать максимум
160-180 А. Этого не всегда бывает достаточно при сварке массивных блоков
цилиндров. В этом случае вам придется приобрести горелку с водяным охлаждением.
Охлаждение таких горелок можно осуществлять как проточной
водой, так и в замкнутой системе.
Охлаждение проточной водой наиболее просто, однако здесь
требуется водопровод и канализация.
При замкнутой системе охлаждения используется циркуляционный
насос, радиатор и охлаждающий его вентилятор.
Аргоновые горелки водяного охлаждения, ко всему прочему,
допускают использование электродов диаметром 4 мм и более.
Вольфрамовые электроды
Для сварки алюминия используются электроды марки ЭВЧ
(электрод вольфрамовый чистый). Они ничем не покрыты и на вид блестящие. Конец
электрода затачивается в виде полусферы. Можно вообще их не затачивать, а, как
говорят сварщики, «обжечь». Перед сваркой электрод зажигается на медной
пластине, дуга удерживается до тех пор, пока на конце не образуется искомая
полусфера.
Сварочный трансформатор
Для аргоновой сварки переменным током требуется
трансформатор с напряжением холостого хода от 60 до 80 В. В принципе, дуга
горит и при меньшем напряжении, но в этом случае ее необходимо держать
короткой, что приводит к частым касаниям концом электрода изделия. Трансформатор
с напряжением 60 – 80 В применяется только вместе с осциллятором.
Если осциллятор у вас отсутствует, следует использовать
трансформатор с напряжением холостого хода 100 – 120 В. Такой
трансформатор трудно приобрести, поэтому вместо одного трансформатора лучше
использовать два, включив их вторичные обмотки последовательно. При этом не забывайте,
что вместе с ростом напряжения холостого хода растет потребляемый из сети ток
(см. Главу 3.).
Если вы решились на покупку готовой аргоновой установки
переменного тока, то приобретайте ту, что преобразует синусоидальную форму переменного
тока в прямоугольную. Прямоугольная форма переменного тока наиболее
благоприятна для сварки; в частности, после касания концом электрода изделия,
сварку можно не останавливать, дуга самоочищает шов и электрод (правда, не
всегда).
Компенсатор постоянной составляющей тока дуги
Дуга, горящая между вольфрамовым электродом и алюминием,
искажает форму кривой переменного тока. Это связано с разной проводимостью дуги
прямой и обратной полярности.
Дуговой промежуток прямой полярности имеет небольшое сопротивление,
и через него течет максимальный ток. Дуговой промежуток обратной полярности
отличается повышенным сопротивлением, протекающий через него ток намного ниже.
В результате общий ток дуги прямой полярности вызывает постоянную составляющую
тока дуги.
Небольшой по величине общий ток дуги обратной полярности не
может эффективно удалять окисную пленку. Для нормальной сварки алюминия эти два
тока необходимо выровнять.
Устройство, выравнивающее токи дуги прямой и обратной
полярности, получило название «компенсатор постоянной составляющей сварочного
тока».
Осциллятор
Дуга переменного тока аргоновой сварки может гореть
устойчиво только при высоком напряжении холостого хода трансформатора
(100 – 120 В). Такое напряжение вызывает повышенный расход тока из
сети и опасно для сварщика. Сварку при
обычном напряжении холостого хода можно производить, используя
специальное устройство, называемое осциллятором.
Осциллятор подает на дуговой промежуток импульсы с
напряжением несколько тысяч вольт. При таком напряжении дугу можно зажечь,
просто поднеся конец электрода к металлу. Кроме этого, такое напряжение стабилизирует
горение дуги, и она начинает гореть устойчиво при небольших напряжениях
холостого хода трансформатора.
Чтобы сделать высокое напряжение осциллятора безопасным для
сварщика, его преобразовывают в импульсы высокой частоты. Высокочастотное
напряжение не ощущается сварщиком, так как высокочастотный ток проходит по
поверхности кожи, не задевая нервных окончаний. Основные характеристики
осцилляторов смотрите в Таблице 6. 3.
Схемы аргонодуговых установок переменного тока
Простейшую аргоновую сварку переменного тока можно собрать,
соединив вместе два обычных трансформатора. Первичные обмотки включаются
параллельно, вторичные – последовательно (Рис. 6. 3.).
Трансформаторы возьмите с напряжением 50 – 60 В. В
качестве компенсатора постоянной составляющей здесь используется аккумулятор.
В те полупериоды, когда на минус аккумулятора подается минус
с трансформаторов, происходит зарядка аккумулятора. Когда на минус аккумулятора
подается плюс с трансформаторов, напряжение аккумулятора складывается с
напряжением трансформаторов, и в полупериоды обратной полярности начинает течь
повышенный ток. Таким образом, за счет более высокого напряжения дуги обратной
полярности происходит компенсация ее низкой проводимости, токи дуги прямой и
обратной полярности выравниваются.
Аккумулятор возьмите автомобильный или тракторный. При
сварке следите, чтобы электролит аккумулятора не выкипал, своевременно его доливайте.
Если у вас отсутствует
аккумулятор, компенсатор постоянной составляющей тока дуги можно сделать из
диода и проволочного сопротивления (Рис. 6. 4.).
Диод D 1
включается так, что свободно пропускает ток дуги обратной полярности; ток дуги
прямой полярности сварщик уменьшает с помощью проволочного сопротивления R 1. Диод должен быть
рассчитан на ток 100 – 200 А (зависит от мощности ваших
трансформаторов). Длину проволочного сопротивления подберите экспериментально.
Для точного уравнивания токов применяется индикатор из двух
лампочек.
Возьмите две однотипные лампочки (на напряжение от двух до
шести вольт) и два диода небольшой мощности (Д 226 или им подобные). Все
спаяйте, как указано в схеме, и с помощью разъемов типа «крокодил» подсоедините
к проволочному сопротивлению R 2.
Это сопротивление здесь играет роль регулятора тока, и ранее оно уже
описывалось. (Рис. 3. 22.).
Разъемы типа «крокодил» вначале подключите недалеко друг от
друга. Зажгите дугу на угольной пластине и перенесите ее на алюминий. Если ни
одна лампочка не горит, увеличьте расстояние между разъемами.
В случае, если одна лампочка горит сильнее другой,
регулированием длины проволочного сопротивления R 1 выровняйте их яркость.
Компенсатор данного типа удобен тем, что позволяет
использовать для сварки так называемый ассиметричный ток. Такой ток применяется
в двух случаях:
1) очистка поверхности шва от пленки происходит хорошо, но
алюминий расплавляется слишком медленно. Сопротивлением R 1 устанавливаем свечение лампочки
Л 2 более ярким, чем Л 1;
2) недостаточная очистка поверхности; электрод данного
диаметра допускает увеличение нагрева. Сопротивлением R 1 устанавливаем свечение лампочки
Л 1 более ярким, чем Л 2.
Общий ток дуги установите сопротивлением R 2.
В случае, если ваша электропроводка не обеспечивает необходимого
тока, придется делать установку с использованием осциллятора (Рис. 6. 5.).
В этой схеме все настройки выполняются, как и в предыдущей.
Осциллятор приобретите в специализированном магазине. Если
там будет выбор, лучше приобрести современную версию осциллятора. Она называется
«импульсный возбудитель-стабилизатор сварочной дуги» и позволяет с помощью
регулировки точно подстроиться к вашему трансформатору.
Трансформатор должен иметь повышенную мощность. Как
показывает опыт, лучше всего использовать самоделку весом не менее 40 кг. Напряжение
холостого хода трансформатора 60 – 80 В.
Свариваемость алюминиевых сплавов
Алюминиевые сплавы подразделяют на две группы: литейные и
деформируемые (прокат, штамповка).
Из литейных сплавов наиболее широко применяются
силумины – сплавы алюминия, содержащие от 4 до 13% кремния. Из них
изготавливают различные детали автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных
машин. Такие сплавы достаточно хорошо поддаются ремонтной сварке.
Деформируемые алюминиевые сплавы делятся на упрочняемые
термообработкой и неупрочняемые.
Из сплавов, упрочняемых термообработкой, больше всего
известен дюралюминий (сплав алюминия с медью). Для термически упрочняемых сплавов
сварка почти не применяется, так как происходит сильное ослабление прочности
околошовной зоны. Детали из таких сплавов соединяют клепкой (самолеты).
Деформируемые неупрочняемые термообработкой алюминиевые
сплавы хорошо поддаются сварке.
Технология сварки чистого алюминия
Частному сварщику приходится иметь дело с двумя видами алюминиевых
сплавов:
1) алюминий и сплавы в виде чистых листов, деталей,
механизмов, не использовавшиеся ранее в работе;
2) алюминий и его сплавы, контактирующие ранее с водой,
горюче-смазочнымим материалами, антифризами.
Общее здесь только наличие алюминия, технология же их сварки
отличается.
Если вы, например, занялись мелкосерийным изготовлением
алюминиевых лодок, то здесь проблем со сваркой, скорее всего, не возникнет.
Сварка чистого алюминия и его сплавов не представляет особых
трудностей.
Подготовка под сварку проводится путем очистки будущего
места сварки и присадочной проволоки от пленки окислов. Очистку лучше всего
производить круглой проволочной щеткой, насаженной на «болгарку». Большие
обороты позволяют эффективно удалять пленку.
Присадочную проволоку можно очищать также шлифовальной
шкуркой. Шкурку возьмите белого цвета, так как в темных сортах шкурок возможно
наличие окислов алюминия, что нежелательно.
Если на металле и проволоке имеются следы жира, то их перед
механической очисткой протирают чистой тряпкой, смоченной в ацетоне.
В качестве присадочной проволоки можно использовать
электротехническую проволоку из чистого алюминия. Она широко используется в
электрической проводке и не дефицитна.
Режим сварки установите по Таблице 6. 4.
Если толщина свариваемого металла более 8 мм, то
алюминий нужно предварительно подогревать до температуры 150 - 300°С
пропановоздушной горелкой.
Сварку ведут без поперечных колебаний аргоновой горелки и присадочной проволоки.
Проволока должна все время находиться в защитной зоне. Движение горелки –
справа налево, проволоку держите впереди горелки.
Расстояние от конца электрода до металла – 2 мм.
При соприкосновении электрода с металлом процесс сварки прекращается, электрод
перезатачивается, а металл в месте соприкосновения удаляется.
Сваривать алюминий лучше всего в нижнем положении, при
недостаточном опыте используйте асбестовые подкладки с обратной стороны шва.
В начале сварки разведите сварочную ванну, то есть нагрейте
металл до плавления. Индикатором плавления является удаление окисной пленки и
появление блестящего металла серебристого цвета. Затем отведите горелку немного
вправо, окуните присадочную проволоку в ванну, расплавьте дугой. Весь шов в
дальнейшем формируйте такими возвратно-поступательными движениями.
В конце сварки удлините дугу и наплавьте небольшое
возвышение, оно предотвратит образование в конце шва кратера.
Проволока в прутке Welding Dragon ER 4043 широко используется для аргонодуговой сварки литейных сплавов Al-Si и Al-Si-Mg. Работы по сварке с использованием присадочного прутка проводят на переменном (АС) токе. В качестве защитного газа используется аргон (Ar).
Технология ремонтной сварки алюминиевых сплавов
Довольно часто приходится заниматься ремонтом литых
алюминиевых изделий: головок и блоков цилиндров, картеров, водяных насосов и
др.
Алюминиевые сплавы, какое-то время контактировавшие с
различными жидкостями, при сварке ведут себя совершенно иначе, чем чистые алюминиевые
сплавы. Жидкости проникают в структуру сплавов, и их не удается удалить
поверхностной очисткой.
Сварку таких деталей следует начинать с отжига.
Удалите все горючие
детали: манжеты, сальники, кабель и т. д. Алюминий обладает хорошей теплопроводностью, поэтому удаляйте и те горючие детали, что находятся далеко
от места сварки.
Место сварки обезжирьте ацетоном и очистите металлической
щеткой.
Пропановоздушной горелкой прогревайте деталь до тех пор,
пока из нее не перестанет выходить дым. Дополнительно очистите место сварки
щеткой.
Горячую деталь можно попытаться сварить. Если удалось с
первого раза, считайте, что вам повезло. Сварка с нагревом - самая
благоприятная и практически не дает трещин. Оставьте деталь медленно остывать.
Нередки случаи, когда при сварке нагретой детали из
расплавленной ванны начинают выходить фракции контактирующей с алюминием
жидкости. Скапливаясь на поверхности расплава, они создают пленку, не позволяющую
продолжать процесс сварки. В таком случае вам придется освоить метод
кратковременно-прерывистой сварки.
Дождитесь остывания детали после отжига. Очистите место
сварки до блеска. Сварку произведите до образования пленки. Прекратите сварку,
дайте детали остыть, зачистите шов щеткой и опять продолжайте сварку. Такие
циклические процессы повторяйте в процессе всего наложения шва. Долго, но
других вариантов здесь нет.
Если при остывании деталь дает трещины, охлаждение шва
сопровождайте проковкой молотком. Мягкий алюминиевый шов хорошо раздается
вширь, не стягивая основной металл.