Al

Изготовление конструкций из алюминия и его сплавов более целесообразно производить газоэлектрической сваркой неплавящимся вольфрамовым электродом, и плавящимся электродом.

Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом является лучшим способом сварки тонколистового алюминия. Она обеспечивает минимальную деформацию свариваемой конструкции и высокое качество сварного шва, не требуя специального флюса. Сварка производится на переменном токе с обязательным применением осциллятора и устройств, устраняющих составляющую постоянного тока. При питании дуги переменным током за счет катодного распыления в полупериоды, когда катодом является изделие, разрушается оксидная пленка.

Зажигание дуги непосредственным касанием вольфрамового электрода поверхности алюминиевых деталей затруднено. Поэтому дугу зажигают на вспомогательной графитовой пластинке, а затем переносят электрод на свариваемые кромки. В качестве инертного газа используется аргон первого и второго сорта по ГОСТ 10157—79.

Ручная сварка неплавящимся электродом может производиться во всех пространственных положениях, как с присадочным материалом, так и без него, но без поперечных колебаний электродом. В качестве присадки применяют сварочную проволоку, близкую основному металлу по химическому составу. Длина дуги не должна превышать 1,5—2,5 мм, а расстояние от выступающего конца вольфрамового электрода до нижнего среза наконечника горелки при стыковых соединениях 1—1,5 мм, при тавровых (угловых) 4—8 мм. Рабочее давление аргона в зависимости от расхода устанавливается в пределах 0,01 — 0,05 МПа.

Режимы ручной аргоно-дуговой сварки алюминия и его сплавов в среде аргона неплавящимся электродом приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Режим ручной аргонодуговой сварки алюминия

и его сплавов неплавящимся электродом (нижнее положение шва)

Тип соединения Форма подготовленных кромок Толщина листа, мм Сила сварочного тока, А Диаметр,мм Расход аргона, л/мин Количество проходов
вольфрамового электрода присадочной проволоки
Стыковое Без скоса кромок 2 70-80 2 2,0-2,5 5-6 2
3 100-140 3 2,5-3,0 7-8
4 160-190 4 3,0-4,0 7-8
С прямолинейным скосом кромок 4 150-200 4 3,0-4,0 7-8 2
6 240-280 5 3,0-4,0 8-9 2-3
8 300-340 6 4,0-5,0 9-10 3-4
10 340-380 6-7 4,0-5,0 10-12 5-6
Тавровое Без скоса кромок 4 170-220 4 3,0-4,0 7-8 2
6 250-280 5 4,0 8-10
С прямолинейным скосом кромок 5 180-230 4 3,0-4,0 8-10 2-5
10 340-380 6-7 4,0-5,0 10-12 4-6

Включение подачи аргона должно производиться за 3—5 с. до возбуждения дуги, а выключение — спустя 5—7 с после обрыва дуги, что обеспечивается электромагнитным клапаном аппаратуры управления.

При полуавтоматической и автоматической сварке неплавящимся электродом, в отличие от ручной сварки, горелка обычно располагается вертикально, а присадка специальным механизмом подается в плавильную зону так, чтобы конец проволоки опирался на край сварочной ванны. Питание дуги, как и при ручной сварке, осуществляется переменным током.

Для ручной и механизированной сварки алюминия и его сплавов неплавящимся электродом промышленностью выпускаются специализированные полуавтоматы УДГ-301 и УД Г-501.

Ручная и автоматическая сварка трехфазной дугой вольфрамовыми электродами находит применение для сварки алюминия и его сплавов. Большая проплавляющая способность этого метода сварки позволяет при соответствующем режиме выполнять без раздела кромок за один проход (на подкладке из меди или нержавеющей стали) изделия толщиной до 30 мм. При этом резко уменьшается склонность металла шва к пористости, так как сварка производится без введения присадочного металла, за счет которого и имеет место увеличение пористости металла шва.

При сварке металла большой толщины, когда проплавляющая способность дуги должна быть максимальной, необходимо, чтобы сила тока в изделии была больше, чем в электродах. И наоборот, когда требуется минимальная проплавляющая способность дуги, например при наплавочных работах, сила тока в изделии может быть установлена меньше силы тока в электродах. Кроме того, регулировать глубину и ширину проплавления основного металла также можно за счет расположения электродов относительно оси шва. Последовательное расположение электродов относительно оси шва вызывает увеличение глубины проплавления и уменьшения ширины шва, а поперечное расположение электродов относительно оси шва приводит к уменьшению глубины проплавления и увеличению ширины шва.

При выполнении трехфазной ручной или автоматической сварки вольфрамовыми электродами с присадочным металлом для уменьшения загрязнения металла шва рекомендуется применение присадочной проволоки допустимо большего диаметра: при ручной диаметром 3—6 мм, при автоматической диаметром 2—4 мм.

Источником питания трехфазной дуги чаще всего служат два стандартных однофазных трансформатора, соединенных открытым треугольником или трансформатор, специально изготовленный для трехфазной сварки.

Механизированная сварка алюминия и его сплавов в аргоне плавящимся электродом целесообразна для металла толщиной 4 мм и выше. При этом увеличивается производительность труда.

При сварке алюминия плавящимся электродом применяется постоянный ток обратной полярности, так как при прямой полярности дуга менее стабильна и не используется эффект катодного распыления, увеличивается разбрызгивание. Для питания дуги используются источники тока с жесткой внешней характеристикой. Возбуждение дуги производится замыканием под током сварочной проволоки на изделие.

Для механизированной сварки алюминия плавящимся электродом можно применить импульсно-дуговой полуавтомат типа ПДИ-303 в комплекте со сварочным выпрямителем ВДТИ-301 и ранцевый полуавтомат типа ПРМ-4.

Рабочее давление аргона такое же, как и при сварке неплавящимся электродом. Расстояние между нижним срезом наконечника горелки и изделием рекомендуется рекомендуется устанавливать в пределах 5—15 мм.

Технология сварки алюминия и его сплавов имеет много общего, однако имеются и некоторые особенности, присущие каждой группе сплавов. Так, деформируемые сплавы, неупрочняемые термической обработкой (АМц, АМг, АМг5, АМг6 и др.), упрочняются нагартовкой. Степень нагартовки для промышленных полуфабрикатов составляет до 40 % (так называемый полунагартованный сплав), что повышает предел прочности по сравнению с отожженным состоянием примерно на 20—25 % при одновременном снижении пластичности.

Сплавы типа АМц и АМг обладают хорошими сварочными свойствами, и, как ранее указывалось, все способы и режимы сварки чистого алюминия пригодны и для них. Однако при сварке полунагартованных сплавов прочность в зоне термического влияния снижается до показателей отожженного металла.

Кроме того, при сварке сплава АМц при малом содержании железа и кремния (менее 0,25 % каждого) возможно образование горячих трещин. В этом случае следует применять меры, предотвращающие их появление, как например, подогрев.

Ряд трудностей также возникает при сварке деформируемых сплавов, упрочняемых термической обработкой, типа дуралюмина, авиали.

Термическая обработка алюминиевых сплавов основана на изменении растворимости промежуточных соединений в алюминии.

Основным легирующим элементом в дуралюмине является медь. Она при комнатной температуре растворяется в количестве 0,5 %, а максимальная растворимость (при эвтектической температуре, равной 548 °С) составляет 5,7 %. Следовательно, при содержании меди в алюминии до 5,7 % сплав всегда можно перевести нагревом в однофазное состояние и зафиксировать его быстрым охлаждением. Но так как полученный твердый раствор содержит меди больше 0,5 %, и поэтому является пересыщенным, с течением времени из него начнет выделяться избыточное количество CuAl2 в виде мелкодисперсных включений. Этот процесс называется старением или дисперсионным твердением, так как он сопровождается значительным повышением твердости и прочности. Так, сплав алюминия с 4 % меди в отожженном состоянии имеет временное сопротивление 200 МПа/мм2, в свежезакаленном — 250 МПа/мм2, а после старения — до 400 МПа/мм2.

Установлено, что свойства дуралюмина после старения в значительной степени зависят от температуры закалки: чем выше (в определенных пределах) температура закалки, тем больше прочность после старения. Однако нагрев выше определенной температуры вызывает перегрев, т.е. рост зерна, окисление и оплавление границ зерен, что приводит к катастрофическому падению прочности и пластичности.

Для сварки дуралюмина приемлемы все способы электродуговой сварки, однако из рассмотрения свойств дуралюминов явствует, что равнопрочность металла шва, зоны термического влияния и участков сплава, подвергшихся тепловому воздействию сварки, не может быть достигнута. Особенно снижаются свойства на участке зоны термического влияния, который при сварке подвергался нагреву выше температуры 520 °С, т. е. где имел место перегрев, рост зерна, оплавление и окисление границ зерен. Кроме того, при сварке дуралюмина легко могут возникнуть трещины, что весьма затрудняет изготовление конструктивно жестких соединений. Практически можно считать, что при сварке дуралюмина прочность сварных соединений может быть получена не выше 50—60 % от прочности основного металла.

В состав дуралюмина кроме меди вводят небольшое количество магния и марганца с целью улучшения его свойств. Более того, дуралюмин не должен применяться в условиях возможного протекания коррозионных процессов из-за низкой коррозионной стойкости их сварных соединений.

Кроме дуралюмина, к этой же группе относятся сплав АВ (авиаль) с содержанием 0,45—0,90 % Mg и 0,5—1,2 % Si и сплавы типа АК, по составу близкие к дуралюминам, но применяемые в кованом и штампованном виде.

Часто возникает необходимость в сварке литейных алюминиевых сплавов. Типичным примером таких сплавов являются так называемые силумины — сплавы алюминия с 11—14 % Si (иногда применяются «бедные силумины», содержащие 5—6 % Si; они, как правило, легируются еще небольшими добавками меди, магния, марганца, как, например сплавы AЛ-5, АЛ-10).

Применительно к силуминам сварка используется главным образом как средство ремонта и исправления брака литья. В результате неравномерного нагрева и низкой пластичности возможно появление трещин. Поэтому перед сваркой необходим предварительный подогрев изделий до температуры около 250 °С.

Для предотвращения разрушения при нагреве от собственного веса часто устанавливают железные подкладки, нагреваемые вместе с деталью. Жесткие закрепления при этом недопустимы, так как способствуют трещинообразованию. Остывание деталей после сварки должно быть медленным.

Состав присадочного металла должен соответствовать основному металлу.