Сварка алюминия и его сплавов

В сварных конструкциях используют чистый алюминий и его сплавы. Сплавы можно разделить на две группы: деформируемые, применяемые в виде проката, поковок и т. п., и литейные, применяемые для отливок.

Трудности сварки алюминия и его сплавов следующие.

1. Наличие и возможность образования тугоплавкого окисла А1₂О₃ (Тпл = 2050° С) с плотностью больше, чем у алюминия, 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 и особенно тщательно поверхность присадочного металла, травлением или механическим путем.

Окисную пленку, образующуюся при сварке, удаляют либо катодным распылением, либо применяя флюсы, которые обеспечивают ее растворение или разрушение с переводом в летучее соединение.

2. Резкое падение прочности при высоких температурах может привести к разрушению (проваливаиию) твердого металла нерасплавившейся части кромок под действием веса сварочной ванны. В связи с высокой жидкотекучестью алюминий может вытекать через корень шва. Размеры сварочной ванны трудно контролировать, так как алюминий при нагреве практически не меняет своего цвета. 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.

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 с помощью грузов, а также прижимов на специальных стендах для сварки полотнищ и секций из этих сплавов. Ввиду высокой теплопроводности алюминия приспособления следует изготовлять из материалов с низкой теплопроводностью (легированные стали и т. п.).

4. Необходима самая тщательная химическая очистка сварочной проволоки и механическая очистка и обезжиривание свариваемых кромок, так как сварку осложняет не только окисная пленка. В связи с резким повышением растворимости газов в нагретом металле и задержкой их в металле при его остывании возникает интенсивная пористость, обусловленная водородом, приводящая к снижению прочности и пластичности металла.

5. Вследствие высокой теплопроводности алюминия необходимо применение мощных источников теплоты. С этой точки зрения в ряде случаев желательны подогрев начальных участков шва до температуры 120-150° С или применение предварительного и сопутствующего подогрева.

6. 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%).

Алюминий и его сплавы можно сваривать многими способами дуговой сварки. Наиболее важное значение в настоящее время имеет ручная и механизированная сварка в инертных газах.

В среде инертных газов сварку выполняют неплавящимся (вольфрамовым) и плавящимся электродами. Вольфрамовые электроды лантанированные или иттрированные. Инертные газы аргон, гелий повышенной чистоты и смесь аргона с гелием. Сварка вольфрамовым электродом диаметром 2-6 мм целесообразна для металла толщиной до 12 мм. Присадочный металл выбирают в зависимости от марки сплава: для технического алюминия – проволоку марок А0, АД или АК, для сплавов типа АМг — проволоки той же марки, но с увеличенным (на 1—1,5%) содержанием магния для компенсации его угара. Диаметр присадочных проволок 2-5 мм.

Сварку вольфрамовым электродом ведут на переменном токе при расходе аргона 6-15 л/мин. Сварку можно выполнять не только в аргоне, но и в гелии при расходе гелия в 1,8-2,2 раза выше, чем аргона. Напряжение дуги при сварке в аргоне 15-20 В, при сварке в гелии 25-30 В.

При толщине листов до 3 мм сварку можно вести за один проход на подкладке, металл толщиной 4-6 мм можно сваривать без скоса кромок за два прохода с двух сторон. При толщине металла свыше 6 мм необходима V-образная разделка и увеличение числа проходов до четырех (δ = 8-15 мм). Возможна также Х-образная разделка. Сварка вольфрамовым электродом легко механиируется установкой горелки на каретку или механизированной подачей присадочной проволоки.

Сварка плавящимся электродом возможна в чистом аргоне, либо в смеси из аргона и гелия (до 70% Не) на постоянном токе обратной полярности проволокой диаметром 1,5-2,5 мм. Разделка кромок V-образная и Х-образная с углом раскрытия 70-90°, либо рюмкообразная с углом раскрытия 30°; притупление 6 мм. Такое раскрытие кромок необходимо для размещения в разделке наконечника горелки.