Сварка алюминия TIG: AC, вольфрам, присадка и подготовка, если шов трескается, прожигается или чернеет

Как работает AC и зачем он нужен

Алюминий покрыт оксидом, который появляется на воздухе за минуты. Оксид плавится при температуре около 2 000 °C, сам металл — при 660 °C, поэтому дуга греет металл под плёнкой, а плёнка остаётся твёрдой и не даёт ванне сплавиться. В обзоре процесса GTAW в справке по аргонодуговой сварке это описано так: на переменном токе в полупериоды с положительным электродом оксид снимается, а в полупериоды с отрицательным металл прогревается глубже.

Отсюда две ручки на аппарате.

Баланс задаёт долю времени «электрод минус». Ориентир производителей для чистого проката — 65–70 % на «минус». Если металл старый, окисленный или литой, долю «плюса» увеличивают (баланс 55–60 % на «минус»). Если очистки слишком много, электрод перегревается и на конце вольфрама вырастает крупный шар, поэтому на тонком чистом листе долю «минуса» держат выше: шарик получается аккуратнее, дуга ровнее. Шкала на аппаратах разная: на одних проценты «минуса», на других проценты «очистки», поэтому смотрите на результат. Если ванна блестит и вокруг неё видна светлая полоса травления шириной 1–2 мм, баланс подобран.

Частота задаёт, сколько раз в секунду ток меняет знак. Для общих задач хватает 80–120 Гц, на тонком листе и узких швах её поднимают до 150–200 Гц, чтобы сузить дугу, а на угловых швах и толстом металле опускают до 60–80 Гц, чтобы ванна была шире.

Вольфрам: какой и как заточить

На переменном токе работают три группы электродов, и в обозначениях по ISO 6848 их легко узнать по цвету торца.

Электроды с торием на переменном токе не подходят: они чаще «плюются» частицами в ванну, а сам торий слабо радиоактивен. Для листа 3 мм берут вольфрам 2,4 мм, для 1–1,5 мм — 1,6 мм, для 5–6 мм — 3,2 мм.

Заточка на алюминии мягче, чем на нержавейке. Острый «карандаш» нужен для DC, а на AC кончик рекомендуют слегка притупить: на токе он сам оплавится в небольшой шар. Следите за вылетом из сопла: не более полутора диаметров электрода. Расстояние от электрода до детали примерно равно диаметру вольфрама, на крупных электродах не больше 6 мм. Чем дальше горелка, тем шире конус дуги, тем больше ванна и тем выше риск провала.

Присадка 4043 и 5356: что куда

Две самые ходовые присадки различаются легирующим элементом: в ER4043 около 5 % кремния, в ER5356 около 5 % магния.

Источники расходятся в мелочах: для профилей серии 6000 одни рекомендуют 5356 как ближайшую по прочности, другие 4043 как более спокойную по трещинам. Для отечественных марок практики ориентируются на присадку того же семейства: для АМг6 берут проволоку АМг6, для технического алюминия АД0 — проволоку СвА5, а профиль АД31 варят присадкой СвАК5 или СвАМг5.

Главное правило сформулировал металлист, который много работал с алюминием: сплав 6061 нельзя варить присадкой 6061, шов треснет при остывании. Поэтому «полоски из того же листа вместо присадки» хороши только для сплавов, которые для этого предназначены (технический алюминий, некоторые АМг), а для термоупрочняемых вроде 6061 это прямая дорога к трещине. Диаметр присадки для листа до 3 мм берут близким к толщине металла, причём пруток перед сваркой протирают так же, как деталь: на новом, блестящем пруте обнаруживается чёрный налёт от смазки.

Сплавы вроде Д16Т дугой не варят совсем: шов получается хрупким и с трещинами, присадка этого не исправляет (подробнее в карточке материала). Если конструкцию надо варить, берут АМг5 или АМг6.

Подготовка: зачистка и обезжиривание

Почти каждый разбор «почему шов пористый или чёрный» заканчивается грязью. Порядок такой.

Предварительный нагрев нужен массивным деталям. По обзорным данным алюминий прогревают до 175–200 °C, чтобы улучшить проплавление и ускорить сварку. Так поступают с радиаторами и толстой плитой: практики отмечают, что 50 А на радиаторе с подошвой 8 мм вообще не греют деталь, ванна не образуется, и вместо шва получается дорожка. Температуру контролируйте термокраской или термометром, а не «на глаз»: алюминий не меняет цвет перед плавлением.

Ориентиры по току и газу

Таблица сведена из двух справочных таблиц Welders Supply, рекомендации Miller (большинство ремонтов алюминия укладывается в 80–150 А) и данных практиков, значения округлены. Это AC в чистом аргоне, для стали числа другие.

Для листа 3 мм практики советуют начинать со 100–120 А и частоты 80–110 Гц, предпродувка около полусекунды, продувка после гашения дуги 4–8 секунд. Верхняя граница относится к плоскому положению и стыковому соединению, в вертикали и потолке ток берут по нижней. Угловое и нахлёстное соединения греются меньше стыкового, а тавр и внутренний угол копят тепло. Большой поток газа не защищает лучше: у производителей и у практиков общее наблюдение, что слишком сильная струя создаёт турбулентность, вызывает поры и подсасывает воздух. На сквозняке увеличивают поток до 10–12 л/мин, но сначала ставят щит.

Если шов прожигается

Прожог на алюминии приходит внезапно: деталь копит тепло, и чем дольше она греется, тем быстрее плавится. Причины по частоте:

1. Ток остаётся прежним, когда деталь уже прогрелась. Решение: педаль или ползунок на горелке и снижение тока к концу шва. Без педали задают рампу нарастания и спада и работают короткими швами с остановками.
2. Длинная дуга. Электрод далеко от металла, конус шире, ванна растёт. Держите зазор в пределах диаметра вольфрама.
3. Горячий край. У торца детали тепла накапливается больше, ток убирают заранее.
4. Слишком медленное движение. Скорость и ток надо подбирать парой, а не по отдельности.
5. Много «очистки». Слишком большая доля плюса греет электрод и вытягивает ванну.

Для листа тоньше 2 мм помогает импульсный режим, подкладка из меди или стали и сборка встык без зазора. Тонкую обшивку после этого править приходится меньше, если ставить прихватки через равные интервалы, а швы вести от центра, как описано в статье про порядок швов и приспособления.

Если шов трескается

Причины идут от самых частых к редким.

1. Горячие трещины из-за присадки или сплава. Сплав термоупрочняемый (6061, 7075, Д16Т), а присадка той же марки или вовсе сварка «своим телом». Лечение: присадка из другой серии (4043 или 5356 по таблице) или другой сплав под сварку.
2. Кратер в конце шва. Алюминий сильно расширяется, и резкий обрыв оставляет усадочную раковину с микротрещинами, которые растут под нагрузкой. Спад тока примерно в течение секунды на аппарате или плавный отвод педали, и несколько капель присадки в кратер перед гашением.
3. Жёсткая заделка и усадка. Деталь зажата в приспособлении без возможности усадки. Меньше прихваток по длине, шов от свободного края.
4. Ремонт трещины без разделки. Трещину разделывают V-образно: с двух сторон на половину толщины или с одной так, чтобы металлом шва заполнялось 70–80 % сечения. Бак и ёмкости из-под топлива без полной очистки и продувки не варят: пары в пустом баке взрываются.

Если чёрный налёт

Чёрная сажа по краям шва и чёрная полоса с обратной стороны стыка связаны с загрязнением и защитой.

• Оксид и масло. Видна на литье и бывшем в употреблении металле. Лечится зачисткой, обезжириванием и первым проходом без присадки.
• Слабая защита. Нарушена струя: слишком длинная дуга, мал расход, сквозняк, пробитая трубка или шланг, дырявый уплотнитель на редукторе.
• Грязный газ и влага в шланге. Проверка простая: зажечь дугу на чистой пластине и подержать пять секунд, затем остудить под газом. Блестящее пятно и электрод без матового синего или серого налёта означают нормальный газ, матовый налёт — подсос воздуха или грязный газ.
• Большая доля очистки. Электрод перегревается, шарик на нём растёт, частицы вольфрама и копоть попадают в ванну.
• Грязная присадка. Протрите пруток и не касайтесь конца пальцами в перчатках, на которых остаётся смазка.

Проверка газа и электрода

Шлифовать вольфрам нужно мелким кругом так, чтобы риски шли вдоль оси. Если шов лёг, но выглядит тусклым, а у кратера видны микротрещины, не торопитесь повышать ток: сначала проверьте газ, чистоту и сплав.

Когда дуга не лучший выбор

Для тонких алюминиевых листов в серии, где важны скорость, малая поводка и ровный шов без зачистки, есть другой способ. Ручная лазерная сварка вносит в металл заметно меньше тепла, чем дуга, и подходит для тех же тонких деталей. Подробности по материалу и режимам в статье про лазерную сварку алюминия, нержавейки, меди и оцинковки, общий разбор технологии на странице лазерной сварки. TIG остаётся основным выбором для единичных изделий, сложных углов и ремонтных работ.