Процесс сварки алюминия связан с определенными сложностями, вызванными химическими и физическими особенностями этого металла и его сплавов.

Факторы, усложняющие процесс сваривания конструкций из алюминия и его сплавов:

• На поверхности алюминия в среде с присутствием кислорода образуется тугоплавкая пленка оксида алюминия, которая имеет плотность более высокую, чем сам металл. Перед тем, как варить электродами, алюминий, поверхность кромок и присадочные материалы очищаются от пленки механическим или химическим методом. Образующуюся пленку можно удалить при сваривании либо способом катодного распыления, либо с использованием флюсов, которые ее растворяют или разрушают, превращая в летучие соединения.

• При высоких температурах прочность металла резко снижается. Твердый не расплавившийся металл кромок может быть разрушен давлением массы сварочной ванны. Обладающий высокой текучестью алюминий может вытекать через шов. Контролировать размеры сварочной ванны очень сложно из-за факта, что алюминий не меняет цвет при нагреве. Для избежания прожогов во время однослойной сварки применяют формирующие керамические или металлические подкладки.

• Алюминий и его сплавы имеют значительный коэффициент линейного расширения и низкий модуль упругости, что может привести к возникновению деформаций конструкции. Для их снижения применяют различные технологические приемы (подогрев, электросварка алюминия с оптимальными режимами).

• При сварке появляется не только оксидная пленка, но и пористость, вызываемая водородом. Она сосредотачивается, в основном, в районе шва и поражает алюминиево-магниевые сплавы.

• Высокая теплопроводность алюминия требует мощных источников тепла.

• В процессе сварочных работ в металле шва возможно образование горячих трещин, вызванное процессами внутренней деформации в период застывания металла сварочной ванны. Для предотвращения их появления в сварные швы добавляют модификаторы. Сами швы не рекомендуется располагать слишком близко друг к другу.

Сварка алюминия инверторным источником аргонодуговой сварки (TIG)

Одним из наиболее распространенных способов сваривания алюминия и его сплавов является использование инверторов для аргонодуговой сварки.

Особенности таких аппаратов:

• быстрый поджиг,
• стабильная дуга, 
• аккуратный тонкий шов.

Современные модели сварочных инверторов позволяют производить сварочные работы в любом положении, работать с тонким металлом.

Сварка алюминия с помощью TIG инвертора в среде инертного газа (аргона) осуществляется с применением неплавящегося электрода (вольфрамового). Тем, кого интересует сварка алюминия выполненная своими руками в домашних условиях, необходимо знать, что в процессе длительной эксплуатации на рабочей поверхности вольфрамового электрода скапливаются наросты окислов вольфрама, которые значительно снижают качество сварочного шва. Для удаления этих «коронок» электроды затачивают на твердом мелкозернистом диске. Такой инструмент предохраняет рабочую поверхность электродов от образования на ней заусенцев и бороздок. Диск для затачивания электродов нельзя использовать для работы с другими материалами. Уменьшить вероятность образования наростов можно с помощью интенсивного охлаждения электрода и обеспечения эффективной газовой защиты.

При аргонодуговой сварке электрическая дуга горит между поверхностью свариваемой конструкции и электродом. Сам электрод расположен в горелке, с помощью сопла которой в зону сварки подается инертный защитный газ. В качестве расходного материала выступает присадочная проволока, которая может подаваться как вручную, так и автоматически.

Перед тем, как варить алюминий аргоном, необходимо определиться с маркой присадочной проволоки, которая зависит от химического состава свариваемого металла. Для работы с техническим алюминием применяют проволоку марок АД, АО, АК диаметром от 2 до 5 мм. При работе со сплавами алюминия с магнием применяют аналогичные марки проволоки. Однако, содержание магния в ней должно быть более высоким для компенсации угара этого металла при сварочных работах.

Переменный ток и осциллятор

Аргонодуговая сварка алюминия осуществляется с использованием переменного тока. Катодное распыление тугоплавкой оксидной поверхностной пленки осуществляется во время полупериодов обратной полярности. Аргонодуговая сварка с неплавящимся электродом на постоянном токе обратной полярности не используется, поскольку при этом происходит нерациональное тепловое распределение между изделием и электродом. Для поджига дуги применяется генератор-осциллятор.

Его присутствие объясняется сложностью поджига дуги при помощи касания, так как этому препятствуют свойства инертного газа. Поэтому параллельно с источником питания подключается осциллятор, который подает высокочастотные импульсы, зажигающие дугу.

Тем, кто учится, как варить алюминий инвертором, необходимо знать, что сварка листов алюминия толщиной до 3 мм может осуществляться за один проход на подкладке. При толщине металла до 6 мм сварочные работы могут выполняться без скоса кромок за два прохода с двух сторон. При сваривании металла толще 6 мм процесс осуществляется за четыре прохода с V или Х-образной разделкой кромок. Для швов значительной протяженности используется механизированная сварка.

Применение аппаратов инверторного типа делает процесс аргонной сварки мобильным и дает возможность проводить его в полевых условиях.

Сварка алюминия полуавтоматом  (MIG)

Аргонодуговую сварку алюминия можно выполнять в полуавтоматическом или автоматическом режимах с использованием плавящихся электродов. Сваривание конструкций осуществляется на подкладках с формирующей канавкой. Преимуществом такого процесса является его высокая производительность, увеличивающаяся с ростом толщины металла.

Полуавтоматическая сварка плавящимся электродом осуществляется при постоянном токе обратной полярности. Во время сварки дуга горит в парах расплавленного металла. На катодное пятно, расположенное на поверхности сварочной ванны, постоянно поступает поток ионов алюминия. Достигая поверхности металла, ионы нейтрализуются с выделением большого количества тепла. В ходе этого процесса происходит разрушение тугоплавкой оксидной пленки на поверхности металла. Однако, следует помнить, что такому разрушению подвергается лишь тонкий оксидный слой. Более грубые образования, перед тем как варить алюминий сварочным полуавтоматом, необходимо удалять механическим способом или методом травления.

При сварке плавящимся электродом дуга между свариваемыми шинами и электродной проволокой расплавляет электрод, который каплями жидкого металла заполняет пространство между кромками, образуя шов.

Полуавтоматическая сварка может осуществляться в различных пространственных положениях. При выборе, каким полуавтоматом варить алюминий, лучше остановиться на агрегатах с механизмами подачи тянущего типа.

Для алюминия и его сплавов широкое применение нашел способ импульсно-дуговой сварки. При этом, наложение импульса на сварочный ток снижает время нахождения металла сварочной ванны в жидком состоянии. Данный метод облегчает сварку в различных пространственных положениях и повышает механические свойства сварного соединения.

Зависимость формы шва от режима сварки

Геометрические параметры сварного шва и глубина провара напрямую зависят практически от всех факторов режима аргонодуговой сварки.

Глубина провара находится в прямой зависимости от роста сварочного тока. Ширина шва от величины тока практически не зависит.

Глубину провара увеличивает уменьшение диаметра электрода. Эта зависимость особенно значительна при небольших значениях тока. Чем выше сварочный ток, тем меньше ощущается влияние диаметра электрода.

Чем больше диаметр электрода, тем шире сварочный шов.

Чтобы знать, как правильно варить алюминий, необходимо ознакомиться со сложным влиянием скорости сварки на глубину провара. При малых скоростях провар минимальный. Далее, с возрастанием скорости до определенного момента, он увеличивается. После достижения критического значения рост скорости будет приводить к уменьшению глубины провара. Однако, в наиболее часто используемых режимах сварки глубина провара незначительно меняется с изменением скорости.

Ширина шва находится в обратной зависимости от скорости сварки.

Увеличение амплитуды поперечных движений конца электрода приводит к росту ширины сварочного шва. Эта зависимость широко используется при ручной аргонодуговой сварке.

Использование аргонодуговой сварки является оптимальным выходом при возникновении различного рода повреждений и поломок изделий из алюминия, поскольку позволяет сэкономить значительные средства, продлевая срок эксплуатации конструкций и механизмов.