Технология сварки алюминия и его сплавов

  • 28 мая 2019 14:37:10
  • Отзывы : 0
  • Просмотров: 118
  • 0

В сварных конструкциях используют чистый алюминий и его сплавы: АМц – алюминиево-марганцевый, АМг – алюминиево-магниевый, ДІ – алюминиево-магниево-медный (дюраль), АК – алюминиево-кремнистый, В95 – алюминиево-магниево-цинковый. Сплавы разделяют на нетермоупрочняемые и термоупрочняемые.

Все нетермоупрочняемые сплавы поставляют в отожжённом состоянии и потому воздействие термического цикла сварки не вызывает разупрочнение металла в зоне термического влияния.

При сварке термоупрочняемых сплавов из-за выпадения интерметаллидов под воздействием термического цикла сварки металл в зоне термического влияния разупрочняется (прочность сварного соединения в этой зоне складывает 60…70% прочности основного металла). Потому употребление сплавов этой группы для сварных конструкций нецелесообразно, за исключением случаев, когда возможна термообработка изделия.

Трудности сварки алюминия и его сплавов:

1. Образование тугоплавкого оксида Al2O3 (Тпл = 2050°С) с плотностью большей, чем у алюминия, что затрудняет сплавление кромок соединения и способствует загрязнению металла шва частичками этой плёнки. Для её удаления надо чистить поверхности кромок и присадочный металл перед сваркой травлением либо механическим путём. Оксидную плёнку, образующуюся при сварке, удаляют либо катодным распылением, либо посредством флюсов, что обеспечивают её растворение или разрушение с переходом в летучее соединение. Катодное распыление возможной при сварке на обратной полярности. При сварке неплавящимся электродом в среде аргона обратная полярность не применяется ввиду нерационального распределения тепла между электродом и изделием (70% на электроде и 30% на изделии). Поэтому сварка алюминия осуществляется на переменном токе, при котором разрушение плёнки происходит в полупериоды обратной полярности.

2. Резкое падение прочности при высоких температурах может привести до разрушения твёрдого металла нерасплавленных частей кромок под воздействием веса сварочной ванны. В связи с высокой жидкотекучестью алюминий может вытекать через корень шва. Размеры сварочной ванны тяжело контролировать, так как алюминий при нагреве практически не меняет цвет. Для предотвращения провалов либо прожогов целесообразно применять формовочные подложки.

3. В связи с большой величиной коэффициента линейного расширения и низким модулем упругости сплав имеет повышенную склонность к короблению. Поэтому необходимо прибегать к жесткому закреплению листов, сварку полотнищ и секций изготавливать на специальных стендах.

4. Необходима самая усердная химическая очистка сварочной проволоки и механическая очистка и обезжиривание свариваемых кромок, так как сварку затрудняет не только оксидная плёнка. В связи с резким повышения растворимости газов в нагретом металле и задержкой их в металле при его остывании возникает интенсивная водородная пористость, что приводит к снижения прочности и пластичности металла. Поры образуются преимущественно в металле шва, часто около линии сплавления, в связи с диффузией водорода с основного металла под воздействием термического цикла сварки. Предварительный и сопутствующий подогрев до температуры 150…250°С при сварке толстостенных деталей замедляет кристаллизацию металла сварочной ванны, способствуя более полному удалению газов и уменьшению пористости.

5. Ввиду высокой теплопроводности алюминия необходимо применение мощных источников теплоты. С этой точки зрения в ряде случаев желателен подогрев начальных участков шва до температуры 120…150°С либо применение сопутствующего подогрева.

6. Металл шва склонен до возникновения трещин в связи со своей грубой столбчатой структурой и выделением по границам зёрен легкоплавких эвтектик, а также развитием значительных усадочных напряжений в результате высокой литейной усадки алюминия (7%).


Алюминий и его сплавы можно сваривать многими способами дуговой сварки: покрытыми электродами, плавящимся и неплавящимся электродом в среде инертных газов, под слоем флюса, электрошлаковой сваркой. Рекомендации приведены в СТБ EN 1011-4-2009 “Рекомендации по сварке металлических материалов. Дуговая сварка алюминия и его сплавов”.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами применяется в основном при изготовлении неответственных , малонагруженных конструкций из технического алюминия, алюминиевых сплавов типов АМц и АМг, что содержат до 5% Mg, а также изделий из силумина.

Сварка покрытыми электродами исполняется, как правило, при толщине листов 4 мм и более. Металл толщиной 10 мм и более предварительно подогревают при температуре 100…400°С (выбирается в зависимости от толщины металла). Сварку производят постоянным током обратной полярности, как правило, без колебаний конца электрода. Применяют электроды диаметрам 4…6 мм. Сварку производят обычно с двух сторон. Сварку рекомендуется выполнять непрерывно в пределах одного электрода.

Прихватки и предыдущие слои при многослойной сварке тщательно зачищают от шлака и оксидов, так как коррозийно-активные шлаковые включения, что остаются в сварных швах, приводят до преждевременного коррозийного разрушения. Окончательно сваренные изделия промывают горячей водой, а швы протирают щётками.


Дуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом в среде инертных газов является наиболее универсальным способом сварки, который позволяет исполнить сварку в разных пространственных положениях и труднодоступных местах. Этот способ обеспечивает наилучшее формирование шва, получение плотных швов, малонасыщенных газами. При этом достигается  высокая прочность и пластичность сварных соединений, близких к основному металлу.

Сварка неплавящимся электродом целесообразна для алюминия и его сплавов толщиной до 12 мм. Металл толщиной до 3 мм сваривают за один проход на стальной подкладке; при толщине металла 4 – 6 мм сварку производят с обеих сторон, а начиная с толщины 6 – 7 мм применяют разделку кромок (V- и X-образную). Соединение с отбортовкой кромок целесообразно для металла толщиной 0,8 – 2 мм.

Питание дуги осуществляется от источника переменного тока, что обеспечивает разрушение оксидной плёнки за счёт катодного распыления.

При ручной сварке металла толщиной до 5…6 мм используют электроды диаметрам 1,5…5 мм. Сварочный ток выбирают в выражению от диаметра электрода по выражению:

Iсв = (60…65)dэ

При выполнении сварки вручную неплавящимся электродом особенные требования предъявляются к технике сварки. Угол между присадочной проволокой и электродом должен составлять около 90°. Присадка подаётся короткими обратно-поступательными движениями. Недопустимы поперечные колебания вольфрамового электрода.

Для уменьшения опасности окисления размеры сварочной ванны должны быть минимальными. Сварку обычно ведут левым способам, что позволяет уменьшить перегрев свариваемого металла.


Сварку плавящимся электродом в среде защитных газов используют для дуговой сварки алюминиевых сплавов толщиной более за 4 мм. Для более тонкого металла не получается добиться устойчивого горения дуги при мелкокапельном струйном переносе металла. В связи с недостаточно высокой жёсткостью алюминиевой проволоки сварка проволокой диаметрам менее 1,2…1,5 мм затруднительна.

При сварке на постоянном токе обратной полярности обеспечиваются надёжное разрушение оксидных плёнок на свариваемых кромках и хорошее формирование швов. При сварке на токе прямой полярности наблюдается чрезмерно быстрое плавление электрода и неудовлетворительное соединение наплавленного металла с основным.

Преимущества процесса сварки плавящимся электродом – хорошее перемешивание металла сварочной ванны, невысокая вероятность получения крупных оксидных включений в металле швов, значительная производительность, в особенности при сварке металла большой толщины. Однако при этом способе сварки показатели механических свойств несколько хуже, чем при сварке неплавящимся электродом.

Сварку плавящимся электродом выполняют в аргоне либо в смеси аргона с гелием, причём газовая смесь предпочтительнее при сварке металла большой толщины. При объёмном удержании гелия в смеси до 70% за один проход можно сварить металл толщиной 16 мм, а за два прохода – до 30 мм.


Все способы и режимы сварки технического алюминия пригодны и для термически неупрочняемых алюминиевых сплавов типов АМц и АМг. При сварке высокопрочных алюминиевых сплавов, особенно термически упрочнённого основного металла, в каждом конкретном случае приходится отыскивать пути повышения стойкости шва и околошовной зоны против образования кристаллизационных трещин и предотвращения других дефектов. Например, применяют металлургические приёмы (выбор присадочного металла оптимального состава) в сочетании с технологическими (подбор режимов сварки, рациональный порядок выполнения швов, предыдущий и сопутствующий подогрев и др.), вводят в проволоку модификаторы (цирконий, титан, бор), используют при сварке проволоку, которая отличается па составу от основного металла.


Из линейки оборудования ПАТОН для сварки алюминия и его сплавов неплавящимся электродом в среде инертных газов предназначен аппарат АДИ-200РАС AC/DC.


Литература:

Куликов В.П. Технология сварки плавлением и термической резки: учебник. – Минск, 2016. – с. 321 – 326.