Свариваемость алюминиевых сплавов

Теплопроводность алюминия в три раза выше, чем у низколегированной стали, у него больше теплоемкость и скрытая теплота плавления. Для расплавления алюминия нужно больше теплоты, чем для такого же объема стали, поэтому для его требуется повышенная тепловая мощность и более высокая ее концентрация.

Алюминий легко окисляется, его высокая коррозионная стойкость изделий из алюминия обеспечивается мгновенно возникающей на поверхности пленкой окиси алюминия, которая непропускает воздуха к металлу. Эта пленка имеет прочность до 200 МПа и плотность 3,6 г/см3, она тяжелее алюминия, ее температура плавления 2050 °С. При нагреве металл под пленкой расплавляется раньше ее. Разламываясь при сварке на нерасплавившиеся куски, пленка тонет в сварочной ванне, образуя включения в металле шва.

Поэтому при сварке надо раздроблять и измельчать окисную пленку. Это можно сделать, применяя в электродных покрытиях или во флюсах соединения хлора, например NaCl, LiCl, которые, проникая при сварке в образующиеся в окисной пленке из-за ее нагрева и расширения микротрещины, образуют с алюминием летучие соединения. Окисная пленка подмывается и при испарении этих соединений отрывается от поверхности алюминия, раздробляется и частично уносится шлаком. Другой путь - катодное распыление окисной пленки в результате ударов тяжелых ионов о поверхность катода при дуговом разряде. Катодное распыление на поверхности детали может происходить при сварке на постоянном токе обратной полярности, когда катод - свариваемое изделие. Однако при этом резко увеличивается нагрев электрода. Поэтому чаще применяют дуговую сварку на переменном токе. Коэффициент линейного расширения алюминия в два раза выше, чем у железа. Значит при сварке алюминиевых сплавов деформации и коробления деталей будут больше, чем на сталях. Расплавленный алюминий обладает большой жидкотекучестью, что затрудняет формирование шва при сварке со сквозным проплавлением кромок: легко образуются прожоги, неравномерно формируется проплав.

Жидкий алюминий в одном объеме может растворить до 600 объемов водорода. Но при затвердевании растворимость быстро снижается, водород бурно выделяется из расплава, в сварном шве образуются поры. Поэтому перед сваркой необходимо тщательно готовить все сварочные материалы и поверхность свариваемых деталей, не допуская попадания влаги - главного поставщика водорода в зону сварки. Влага, разлагаясь, может также увеличить окисление металла в сварочной ванне. При сварке желательно понижать скорость охлаждения жидкого металла, чтобы больше выделяющегося из металла водорода успело выйти на поверхность сварочной ванны. Для этого металл перед сваркой можно подогревать до температуры 150...300 °С. Однако нагрев может снизить механические свойства сварного соединения.

Для борьбы с пористостью в зоне сварки можно создавать окислительную атмосферу, добавляя, например, в аргон до 1,5 % кислорода.

При нагреве алюминий не меняет свой цвет вплоть до расплавления. Это затрудняет контроль за состоянием металла, за образованием сварочной ванны и плавлением присадочной проволоки.