СВАРКА АЛЮМИНИЯ и его СПЛАВОВ

ЛЕКЦИЯ 7. СВАРКА ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Сварка цветных металлов и их сплавов нашла значительное применение в последнее время как в судостроении, так и в энергетике. Сварочные отделы для этих материалов имеются и в нашем институте. Затруднения, возникающие при сварке цветных металлов, вызываются главным образом следующими их свойствами: большой окисляемостью и газопоглощающей способностью, большой теплопроводностью и теплоемкость, большим коэффициентом линейного расширения, низкой температурой плавления и кипения, уменьшением прочности металлов при нагреве, изменением структуры в зоне теплового влияния и крупнозернистым строением металла шва. По особенностям свойств и методам сварки цветные металлы можно условно разбить на группы:

- легкие металлы и их сплавы,

- медь и ее сплавы.

 

При сварке этого металла необходимо учитывать в первую его высокую теплопроводность (она в три раза больше чем у железа), что вызывает быстрый отвод тепла от места сварки. Высокая теплопроводность и большая скрытая теплота плавления требует при сварке алюминия применения больших мощностей дуги. Необходимо учитывать также увеличенный коэффициент линейного расширения (в два раза больше чем у железа), что вызывает увеличенные деформации, могущие привести к короблению и трещинам. Одной из особенностей при сварке является легкая окисляемость этого металла. Это затрудняет сварку, так как окисная пленка перед сваркой необходимо удалить. Кроме того, эта пленка имеет значительно более высокую температуру плавления (2050°С), чем алюминий (658°С), и больший удельный вес (3,9), чем алюминий (2,7). Следует также учитывать низкую прочность алюминия при температурах 400-500°С, что может вызвать разрушение свариваемых деталей под действием собственного веса.

Образование тугоплавкого оксида алюминия с большей плотностью, чем у алюминия, что усложняет сплавление кромок соединения и способствует загрязнению металла шва частичками этой пленки. Перед сваркой для удаления пленки требуется очищать поверхности кромок и прилегающего основного металла и особенно тщательно поверхность присадочного металла. Оксидную пленку, образующуюся при сварке алюминия, удаляют либо с помощью катодного распыления, либо с применением флюсов, которые обеспечивают ее растворение или разрушение с переводом в летучее соединение.

При высоких температурах резко снижается прочность, и твердый металл нерасплавившейся части кромок может разрушиться под действием массы сварочной ванны. Алюминий обладает высокой жидкотекучестью и может вытекать через корень шва. Он практически не меняет своего цвета при нагреве, поэтому во время сварки сложно контролировать размеры сварочной ванны. Чтобы избежать прожогов или провалов при однослойной сварке металла или сварке первых слоев многопроходных швов на высокой погонной энергии используют формирующие подкладки из керамики, стали или графита.

В связи с высокой величиной коэффициента линейного расширения и низким модулем упругости алюминиевые сплавы обладают повышенной склонностью к короблению. Для снижения деформаций могут применяться специальные технологические мероприятия (оптимальные режимы сварки, подогрев и др.).

Сварка затрудняется не только появлением оксидной пленки, но и обусловленной водородом пористостью, уменьшающей пластичность и прочность металла. Поры возникают в основном в металле шва, а также у линии сплавления. В связи с этим необходимо выполнять очень тщательную химическую очистку сварочной проволоки и механическую очистку и обезжиривание свариваемых кромок.

Ввиду высокой теплопроводности алюминия для его сварки требуются мощные источники тепла. В некоторых случаях рекомендуется предварительный подогрев начальных участков сварного шва до температуры 120-150^оС или сопутствующий подогрев.

При сварке в металле шва могут образовываться горячие трещины, что вызвано процессами внутренней деформации и напряжения при кристаллизации металла сварочной ванны. Для уменьшения вероятности их появления в сварные швы могут добавляться специальные модификаторы, улучшающие кристаллическую структуру шва, а также следует не допускать близкого расположения швов.

Применяемые методы сварки:

1. РЭДС покрытыми электродами марок ОЗА-1 и ОЗАНА-1, а для заварки дефектов литья ОЗА-2 и ОЗАН-2 с хлористыми и фтористыми солями в обмазке на постоянном токе обратной полярности.

2. TIG – аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом(наиболее широко)

3. MIG – аргонодуговая сварка плавящимся электродом

4. PAW – плазменная сварка сжатой дугой или дугой постоянного тока при обратной полярности (самый производительный метод на 50-70% выше TIG, расход аргона в 4-6 раз меньше и лучше качество.

5. АДС полуоткрытой дугой по слою флюса или закрытой дугой под флюсом марок АН-А1 и АН-А4

6. EBW – электронно-лучевая сварка (один из эффективных способов). Она обеспечивает минимальное коробление изделия вследствие малой ширины шва.

7. ESW – электрошлаковая сварка применяется для толщин изделия от 50 до 250 мм и более на переменном токе плавящимся мундштуком или пластинчатым электродом с использованием флюсов на основе галогенидов щелочных и щелочноземельных металлов (АН-301, АН-302)

8. Газовая сварка с использованием в качестве горючего газа ацетилена (расход – 100 л/час на 1 мм толщины). Присадка – проволока из алюминия или его сплавов диаметром 1,5-5,5 мм. Флюс для удаления оксидов марки АФ-4А (50% KCl, 28% NaCl, 14% LiCl, 8% NaF)/