В 1. Строение и свойства, особенности сварки алюминиевых сплавов

Металл шва сварного соединения алюминия, так же как и стали, имеет столбчатое строение. Однако поперечные размеры кристаллитов намного больше. В околошовной зоне в процессе сварки происходит рекристаллизация металла преимущественно в направлении проката. Рекристаллизация сопровождается некоторым снижением твердости. Кроме основы—твердого раствора алюминия, содержатся отдельные интерметаллические соединения алюминия с железом и кремнием. При сварке алюминиево-магниевых сплавов обнаруживаются соединения алюминия с марганцем и магнием, а также фазы более сложного состава, содержащие примеси железа и кремния.

Макроструктура металла шва при сварке сплава АМц отличается более тонким строением. Еще более мелкое строение металла шва получается при сварке алюминиевомагниевых сплавов, а также сплавов, содержащих большое количество легирующих элементов, что связано с влиянием примесей.

Металл шва при сварке сплава АМц по механическим свойствам приближается к основному металлу. Труднее получить равнопрочное соединение при сварке алюминиево-магниевых сплавов. Трудности обычно возрастают с увеличением содержания магния. Снижение прочности для алюминиевомагниевых сплавов особенно проявляется при замедленном остывании кристаллизующегося металла, что связано с обеднением магнием твердого раствора. Для повышения прочности соединений применяют источники концентрированного сварочного нагрева (аргонодуговая сварка неплавящимся электродом, электроннолучевая сварка и др.).

Еще труднее обеспечить равнопрочное соединение при сварке термически упрочняемых сплавов без последующего полного термического цикла — закалки и старения.

При сварке термически упрочненного металла вследствие выпадения интерметаллидов заметно разупрочняется околошовная зона, а коэффициент прочности сварного соединения не превышает 0,6—0,7.

По коррозионным свойствам в атмосферных условиях сварные соединения алюминия и его сплавов незначительно уступают основному металлу. Иначе ведут себя соединения алюминия в агрессивных средах. Близкое по коррозионной стойкости к основному металлу в азотной кислоте соединение получается на алюминии весьма высокой чистоты. С увеличением содержания примесей железа и кремния коррозионная стойкость металла шва падает в большей степени, чем у основного металла. Коррозионную стойкость загрязненного примесями металла шва удается повысить нагартовкой в горячем состоянии в результате отжига сварного соединения.

В сварных конструкциях используют чистый алюминий и его сплавы: алюминиево-марганцевый, алюминиево-магниевый, алюминиево-магниево-медный (дюраль) и др. Сплавы можно разделить на две группы: деформируемые, приме­няемые в виде проката, поковок и т.п., и литейные, применяемые для отливок.

Алюминий и его сплавы можно сваривать многими способами дуговой сварки: покрытыми электродами, плавящимся и неплавящимся электродами в среде инертных газов, под слоем флюса, электрошлаковой сваркой. Наиболее важное значение в последнее время имеет сварка в инертных газах. В среде инертных газов сварку выполняют неплавящимся (вольфрамовым) и плавящимся электродами.

Сварка вручную угольным или графитовым электродами. Сварка алюминия угольным или графитовым электродами сохранилась только для неответственных изделий. Ее интенсивно вытесняют другие более эффективные способы. Сварку производят постоянным током прямой полярности. Удаление окисной пленки достигается применением флюса типа АФ-4а. Сварку металла толщиной до 2 мм ведут без присадочной проволоки и без разделки кромок. Стыковые соединения металла толщиной более 2 мм сваривают с обязательным зазором величиной 0,5—0,7 толщины свариваемых листов или с разделкой кромок. Зазор или разделку заполняют за счет плавления присадочной проволоки. Недостатки сварки угольным и графитовым электродами: тяжелые условия труда сварщика вследствие мощного излучения ярко горящей дуги, близко расположенной к рабочему, значительная деформация изделия и пр.

Сварка вручную покрытыми электродами. Ручная дуговая сварка также постепенно вытесняется более производительными способами. Она сохраняется еще для изделий из технически чистого алюминия, алюминиевомарганцевого сплава и алюминиево-магниевых сплавов, содержащих не более 5% Mg, а также при сварке узлов из силумина. Ручную дуговую сварку выполняют при толщине листов от 4 мм и более. Металл толщиной 10 мм и выше предварительно подогревают. Температуру предварительного подогрева выбирают в зависимости от толщины металла в интервале 100—400° С. Сварку производят постоянным током (силой 60 А на 1 мм диаметра электрода) обратной полярности, как правило, без колебаний конца электрода. Электроды применяют диаметром 5—8 мм. Металл толщиной до 20 мм сваривают без разделки кромок. В отличие от сварки угольным электродом зазор в стыке не должен превышать 0,5—1 мм. Сварку выполняют, как правило, с двух сторон. Угловые швы имеют катеты не менее 6x6 мм, что вызвано трудностями сварки электродами малого сечения вследствие высокой скорости их плавления.

При сварке технически чистого алюминия и сплава АМц обычно используют проволоку, близкую по составу к свариваемому металлу. Для получения коррозионностойких соединений алюминия в агрессивных средах, например в азотной кислоте, применяют проволоку, легированную цирконием, хромом или титаном.

Для сварки алюминиевомагниевых сплавов целесообразно применять проволоку с несколько большим содержанием магния, чем в основном металле, с целью компенсации улетучивания и угара магния и повышения прочности металла шва. Например, для сварки сплавов АМгЗ и АМг5 можно применять проволоку СвАМгб и СвАМгб.

Электроды для сварки алюминиевомагниевых сплавов, в особенности с относительно высоким содержанием магния типа АМгб, широкого применения не получили.

Трудности сварки алюминия и его сплавов следующие.

1. Образование тугоплавкого оксида AI2O3 (2050оС) с плотностью большей, чем у алюминия, что затрудняет сплавление кромок соединения и способствует загрязнению металла шва час­тичками этой пленки. Перед сваркой для удаления пленки следует очищать поверхности кромок и прилегающего основного металла.

2. Большое затруднение при сварке алюминия и его сплавов вызывает образование пор в металле шва. В отличие от стали поры в алюминии располагаются преимущественно внутри шва вблизи границы сплавления его с основным металлом и у поверхности шва. Принято считать, что основным возбудителем пор в алюминиевых швах является водород.

Борьба с пористостью при сварке алюминия — первостепенная задача, стоящая перед технологами. Для предупреждения пористости удаляют окисную (гидроокисную) пленку и жировые загрязнения. Для удаления жира, покрывающего листы алюминия, их промывают горячей водой или органическими растворителями. Во избежание отравления фосгеном, образующимся в процессе сварки, нельзя применять хлорсодержащие органические вещества.

3. Резкое падение прочности при высоких температурах может привести к разрушению твердого металла нерасплавившейся части кромок под действием веса сварочной ван­ны. Для предотвращения провалов или прожогов при однослой­ной сварке или сварке первых слоев многопроходных швов на боль­шой погонной энергии необходимо применять формирующие под­кладки из графита или стали.

4. 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 производить на специальных стендах.

5. Необходима самая тщательная химическая очистка свароч­ной проволоки и механическая очистка и обезжиривание сваривае­мых кромок.

6. Вследствие 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 или применение сопутствующего подогрева.

7. Металл шва склонен к возникновению трещин в связи с грубой столбчатой структурой металла шва и выделением по границам зерен легкоплавких эвтектик, а также развитием значительных усадочных напряжений в результате высокой литейной усадки алюминия (7 %).

Поиск по сайту: