Сварка шинопровода из алюминияАлюминий — легкий металл с плотностью 2,7 г/см3 и температурой плавления 658 °С. Обладает хорошей теплопроводностью, электропроводностью и большим сродством к кислороду. Механические свойства алюминия и его сплавов во многом зависят от состояния поставки, например, предел прочности прокатанного и отожженного алюминия по сравнению с литым повышается с 80 до 170 МПа/мм2, а при нагартовке увеличивается еще на 80 %, но относительное удлинение падает.

Алюминиевые сплавы, применяемые в технике, в зависимости от химического состава, способа получения и вида обработки подразделяют на деформируемые (т. е. используемые в прессованном, катаном, кованом видах) и литые (используемые в виде литья). Для алюминия и некоторых его сплавов принята маркировка буквой А. У литейных сплавов после А следует буква Л; у сплавов, предназначенных для ковки и штамповки — буква К. После этих букв следует цифра, обозначающая условный номер сплава. Деформируемые сплавы обозначаются следующим образом: алюминиево-магниевый сплав — АМг; алюминиево-марганцевый сплав — АМц; сплав авиаль — АВ.

Все дуралюмины обычно маркируются буквой Д и цифрой, показывающей условный номер сплава. В свою очередь, деформируемые сплавы можно разделить на две категории.

Первая категория — сплавы, термически не упрочняемые, к которым относятся двойные сплавы типа АМц (А1—Мц) и АМг (Al-Mg). Они характеризуются умеренной прочностью, хорошей пластичностью, повышенным сопротивлением коррозии.

Вторая категория — термически упрочняемые сплавы, которые по своим свойствам подразделяются на три группы: первая группа — авиали типа АВ (Al — Mg — Si) — обладают хорошей коррозионной стойкостью в естественно состаренном состоянии; вторая группа — дуралюмины типа Д (Аl — Cu — Mg), имеющие широкое распространение. Сплавы этой группы имеют различные свойства, в связи с чем их подразделяют на три подгруппы: 1) дуралюмины с хорошей пластичностью (Д18, Д3П); 2) дуралюмины средней прочности (Д1); 3) дуралюмины повышенной прочности (Д16, Д17); третья группа — сплавы высокой прочности. Из этой группы практическое применение получил сплав В95, он составлен на основе Аl — Cu — Mg — Zn.

Основными свойствами, затрудняющими сварку алюминия и его сплавов, являются приведенные ниже.

Легкая окисляемость алюминия приводит к образованию на его поверхности плотной тугоплавкой, с большой плотностью 3,6 г/см3, пленки оксида алюминия Al2O3. Оксидная пленка на поверхности металла, образующаяся при сварке на поверхности капли и ванны, препятствует сплавлению частиц металла и загрязняет шов.

Высокая температура плавления Al2O3 (2050 °С) и низкая температура плавления алюминия, не изменяющего своего цвета при нагревании, крайне затрудняет управление процессом сварки.

Высокий коэффициент линейного теплового расширения алюминия приводит к значительным остаточным деформациям.

Значительная растворимость водорода в расплавленном алюминии и резкое изменение растворимости при переходе алюминия из жидкого состояния в твердое в момент кристаллизации при большой скорости охлаждения, обусловленной еще большей теплопроводностью, приводит к образованию пор.

Большая жидкотекучесть и малая прочность при температурах свыше 550 °С вызывает необходимость применения подкладок при сварке алюминия и его сплавов.

Для удаления оксидной пленки перед сваркой алюминия и его сплавов необходимо производить химическую или механическую очистку металла, а в процессе дуговой сварки алюминия и его сплавов незащищенной дугой следует применять флюсы на базе щелочных и щелочноземельных металлов, способные растворить и вывести оксиды в шлак.

При сварке алюминия и его сплавов неплавящимся электродом в аргоне тонкая оксидная пленка удаляется за счет катодного распыления. Уменьшение остаточных деформаций при сварке достигается жестким закреплением деталей в специальных приспособлениях и применением сосредоточенных источников нагрева и др. Предупреждение пористости достигается применением средств, ограничивающих доступ водорода в плавильную зону, а иногда введением в плавильную зону элементов, связывающих водород в летучие соединения.

Подготовка под сварку. Перед обработкой материал из алюминия и его сплавов очищают от упаковочной бумаги и смазочного материала. Затем материал проходит правку, разметку и маркировку.

Заготовка деталей производится механическим путем на гильотинных ножницах, дисковых и ленточных пилах, фрезерных станках и т. д. или плазменной резкой с припусками для последующей подготовки свариваемых кромок. Перед сборкой свариваемые кромки должны быть обезжирены и зачищены. Для обезжиривания деталей используют растворитель—ацетон, этиловый спирт и др. Особое внимание при обезжиривании должно быть уделено чистоте свариваемых кромок и прилегающих к ним участков на ширине не менее 40 мм. Кроме того, кромки и прилегающие к ним участки шириной до 25 мм должны быть зачищены с помощью механических щеток из нагартованной коррозионностойкой проволоки диаметром 0,1-0,2 мм при длине ворса не менее 30 мм или шабером, после чего кромки вновь обезжиривают растворителем.

Если на поверхность детали необходимо установить какие либо элементы и приварить к ней, то поверхность детали и элементов предварительно также должна быть обезжирена и зачищена вышеуказанными способами.

Электродная сварочная проволока, а также присадочные прутки должны также пройти соответствующую подготовку перед сваркой. Если проволока поступает в мотках, ее тщательно очищают от консервирующего смазочного материала обычно горячей водой или паром, после чего производят химическую обработку поверхности проволоки по режимам в зависимости от применяемых химикатов, их концентрации и температуры водных растворов. Так, например, может быть применен следующий режим обработки: травление проволоки в щелочном 2 — 5 %-ном растворе в течение 5-20 мин при температуре 60-70 °С; промывка в проточной воде при температуре 50 °С; промывка в холодной проточной воде; осветление в 15 %-ном растворе азотной кислоты в течение 2—5 мин при температуре 60-70 °С; промывка в холодной проточной воде; промывка в проточной воде при температуре 60-70 °С.

Химически обработанная сварочная проволока должна храниться в контейнерах, а прутки — в пеналах, предотвращающих их от загрязнений и влажной атмосферы.

Типы соединений и требования к сборке. Основные типы соединений, применяемые при сварке алюминия и его сплавов, регламентированы ГОСТ 14806-80.

Сборку деталей и узлов из алюминия и его сплавов под сварку в большинстве случаев производят с помощью постановки прихваток, которыми фиксируется относительное расположение соединяемых деталей. При этом необходимо соблюдать следующие требования: прихватки выполняют ручной аргонодуговой сваркой с применением тех же присадочных материалов, что и для сварки; при сборке стыковых, тавровых соединений прихватки следует располагать со стороны, обратной наложению первого валика шва, при невозможности этого, прихватка выполняется со стороны первого валика с последующей тщательной зачисткой. В ряде случаев сборка производится с помощью прижимных приспособлений.

В серийном и массовом производстве собирать сварные узлы рекомендуется в специальных кондукторах и приспособлениях без прихваток.

Сварочные материалы. Для ручной, полуавтоматической и автоматической сварки алюминия и его сплавов применяется сварочная проволока и присадочные прутки различных марок по ГОСТ 7871-75.

Проволока диаметром до 4 мм на заводе-изготовителе подвергается химической обработке и наматывается на катушки ровными рядами без перегибов, как правило, в нагартованном состоянии. Катушки упаковывают в полиэтиленовые мешки вместе с порошком силикагеля, являющимся индикатором нарушения герметичности. В случае нарушения герметичности мешка порошок становится розовым.

Для газоэлектрической сварки алюминия и его сплавов применяются защитные газы, аргон высшего и первого сорта, гелий высокой чистоты или смесь аргона и гелия. При выборе защитного газа следует учитывать, что гелий — более легкий газ, чем аргон, поэтому расход гелия будет приблизительно в 1,5 раза больше, а аргон — в 6 раз дешевле гелия. Но гелий имеет более высокий потенциал ионизации, поэтому напряжение сварочной дуги почти в два раза больше, чем при сварке в аргоне и при одинаковой силе сварочного тока при сварке в гелии мощность сварочной дуги будет выше почти в два раза. Учитывая указанные особенности газов при сварке алюминия и его сплавов неплавящимся электродом, и полуавтоматической сварке плавящимся электродом, в основном применяют аргон.

Для автоматической сварки материалов большой толщины часто применяют гелий или смесь аргона и гелия.