Точечная сварка алюминия: почему это сложнее, чем варить сталь?

Коротко

• Алюминий проводит тепло и ток лучше стали - для точки нужен ток выше и импульс короче.
• Оксидная пленка нарастает мгновенно - зачистка нужна прямо перед сваркой, а не заранее.
• Электроды - медные сплавы, стойкие к нагреву и износу, для алюминия изнашиваются быстрее.
• Бытовые аппараты точечной сварки на алюминий не рассчитаны - это задача промышленных машин, и то не для любого сплава.
• ГОСТ 15878-79 нормирует контактные соединения и для алюминиевых сплавов, не только для стали.

Если нужно сварить точками алюминиевую деталь, сначала приходится разобраться, почему точечная сварка алюминия отличается от сварки стали. Ниже разбираем, почему алюминий труднее варить точками, чем сталь, какой аппарат и электроды для этого нужны и что задаёт ГОСТ для такого шва.

С этим сталкиваются, когда собирают каркас из алюминиевого профиля, варят гнезда для аккумуляторных сборок или пытаются точечно соединить тонкий лист кузовной или вентиляционной детали. Если поставить точку тем же режимом, что на стали, получится либо непровар - деталь просто прилипнет и отвалится при первой нагрузке, - либо выплеск металла и дыра вместо шва.

1. Почему алюминий трудно сваривать точками?

Алюминий проводит электричество почти так же хорошо, как медь: его электропроводность около 37 миллионов См/м - это 65% от электропроводности меди. У стали сопротивление в разы выше, а контактная сварка греет металл именно за счет сопротивления в точке контакта: чем оно ниже, тем меньше тепла выделяется при том же токе. Поэтому на алюминии ток приходится поднимать заметно выше, чем на стали той же толщины.

Вторая причина - теплопроводность. У алюминия она 203,5 Вт/(м·К): вдвое больше, чем у железа, и вдвое меньше, чем у меди. Тепло из зоны сварки уходит в соседний металл и в электроды быстрее, чем накапливается в точке, поэтому импульс делают короче и мощнее - иначе точка не успевает провариться, а вокруг нее металл просто греется вхолостую.

Третья причина - оксидная пленка. На воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной пленкой оксида, которая защищает металл от коррозии, но при сварке работает как изолятор: поднимает сопротивление именно на поверхности контакта, часть тепла уходит в пленку вместо основного металла, и точка получается нестабильной - от нормального провара до полного отсутствия соединения на соседних деталях в одной партии.

2. Какой аппарат нужен для контактной сварки алюминия?

Ручные споттеры на 220-230 В для тонкого кузовного металла - паспорт на такой аппарат называет только сталь, а собирательное название этой техники - портативная точечная сварка. Например, споттер для восстановления кузовных панелей, работающий от бытовой сети и разгоняющий ток до 2600 А, в описании прямо назван аппаратом для стальных тонкостенных элементов - про алюминий там нет ни слова, хотя ток у него не маленький.

Алюминиевые сплавы в паспорте встречаются у промышленных машин контактной точечной сварки на 380 В со своим контроллером режима - и то как «ограниченный спектр алюминиевых сплавов», а не любой алюминий подряд. Контроллер здесь нужен, чтобы точно выдержать короткий и мощный импульс: вручную педалью такой режим не повторить стабильно от точки к точке.

3. Что нужно электродам и подготовке поверхности?

Электроды для контактной сварки делают из медных сплавов - хромоциркониевой и хромистой бронзы: они держат форму при нагреве до 600 °C и не деформируются под ударным сжатием при каждой точке. На алюминии электрод изнашивается быстрее, чем на стали: мягкий металл липнет к рабочей части, и контактное сопротивление начинает плавать уже через десяток точек, если не зачищать наконечник.

Перед сваркой алюминий готовят отдельно от стали:

• Обезжиривают поверхность в зоне будущей точки.
• Снимают исходную оксидную пленку - именно ту, что успела нарасти за время хранения детали.
• Зачищают контактные поверхности сразу перед сваркой, а не заранее: пленка нарастает за секунды, и старая зачистка к моменту сварки уже не работает.

Для зачистки под сварку в каталоге есть щетки с металлической проволокой, и для алюминиевых поверхностей нужна отдельная щетка, не та, которой чистят сталь: ворс, побывавший на ржавчине, переносит в алюминий частицы железа, и возникает точечная коррозия.

4. Что регулирует ГОСТ для точечной сварки алюминия?

Наравне со стальной точечную сварку ГОСТ 15878-79 нормирует и для алюминия: стандарт задает конструктивные элементы и размеры сварных соединений, выполненных точечной, рельефной и шовной контактной сваркой, для сталей, никелевых, титановых, алюминиевых, магниевых и медных сплавов. Это значит, что для алюминиевого соединения так же, как для стального, нормированы диаметр литого ядра точки, глубина проплавления и расстояние между соседними точками - произвольно ставить точки на глаз стандарт не позволяет.

5. Точечная сварка для АКБ 18650 - тот же случай?

Здесь используют другой материал - никелевую ленту, которой соединяют банки в сборке, а не алюминиевый тонкостенный корпус. Принцип нагрева контактным сопротивлением тот же, но лента, электроды и режим - отдельная тема, здесь ее раскрывать не будем.

6. Частые ошибки при точечной сварке алюминия

• Ставят режим со стали без пересчета тока - точка не проваривается.
• Не зачищают оксидную пленку прямо перед сваркой - зачистка неделю назад уже не считается.
• Работают изношенными медными электродами - контактное сопротивление плавает, точка ползет по поверхности вместо того, чтобы лечь на место.
• Берут для алюминия бытовой споттер, паспорт которого называет только сталь.

Если деталь тонкая и разовая, точечную сварку в Москве и других городах для алюминия чаще заказывают в мастерской с промышленной машиной, чем берут для нее бытовой аппарат. А там, где точка не держит из-за толщины металла, разумнее переходить на сварку аргоном или полуавтоматом - в статье «Сварка алюминия аргоном и полуавтоматом: что учесть» разобрано, что для этого понадобится.