Сварка алюминия и его сплавов

Особенности сварки алюминиевых сплавов состоят в следующем.

На поверхности алюминиевых сплавов постоянно находится окисная пленка (Al₂O₃) толщиной около 30 ангстрем. Плотность пленки значительно выше плотности расплавленного алюминия (3, 85...4 г/см³ и 2, 28…2, 29 г/мм³ соответственно). Температура плавления окисной пленки так же выше чем у алюминия (2046…2050°С и 650…670º С соответственно). В силу высокого сродства алюминия к кислороду, скорость образования окисной пленки очень высока и ее полное удаление перед сваркой невозможно. При нагреве алюминия толщина пленки возрастает в 30…40 раз. При сварке более тяжелая и тугоплавкая окисная пленка не растворяется в расплавленном металле и препятствует образованию общей сварочной ванны и кристаллизации металла (образуются непровары и несплавления). Пленка также может остаться в виде включений в жидком металле и вызвать образование пор в сварном соединении. Для нормального ведения сварки и для получения качественного сварного соединения удаление окисной пленки является весьма важным.

Для удаления пленки используют активирующие флюсы (смесь хлористых и фтористых солей щелочноземельных металлов: NaCl, KCl, BaCl₂, CaF₂, LiF). Флюс должен химически связывать или растворить пленку, путем образования летучих галогенидных соединений и легкоплавких шлаковых эвтектик. Флюс наносят в виде суспензии (раствора мелкодисперсного порошка флюса в этиловом спирте или воде) на свариваемые кромки слоем толщиной 0, 1 мм и после сушки производят сварку. Использование флюсов улучшает стабильность горения дуги, стабильность формирования шва, капельный переход присадочного металла за счет сильного снижения поверхностного натяжения капель. Но даже самая тщательная обработка не приводит к полному удалению окисной пленки, поэтому сварку алюминия производят на переменном токе, используя способ катодного распыления и разрушения пленки

Высокая теплопроводность алюминиевых сплавов способствует быстрому отводу тепла от места нагрева и нестабильности горения дуги. Поэтому для создания необходимой температуры и образования нормальной сварочной ванны требуются мощные источники тепла, а иногда и предварительный подогрев места сварки.

Сложные алюминиевые отливки характеризуются относительно большой разностенностью. Остывание неодинаковых по толщине стенок идет с различной скоростью, в результате чего возникает коробление детали, возможно также образование новых трещин.

Алюминиевые сплавы в расплавленном состоянии активно растворяют водород, который при быстром охлаждении не успевает покинуть сварочную ванну и скапливается в сварном шве в виде газовых полостей круглой формы – пор. Для уменьшения образования пор производят тщательную подготовку свариваемых деталей, электродов и проволоки перед сваркой (подогрев до 100…250°С).

Обработка свариваемых деталей и проволоки включает травление в щелочном растворе, последующую промывку в теплой и холодной воде и осветление в растворе азотной кислоты.

Важной мерой против образования пор при сварке является обеспечение эффективной газовой защиты. Детали малой толщины следует сваривать на жестких режимах, обеспечивая максимальную скорость охлаждения сварочной ванны. Детали повышенной толщины необходимо сваривать на мягких режимах, обеспечивая минимальную скорость охлаждения сварочной ванны.

Сборку деталей производят без прихваток в сборочном приспособлении. Если невозможно надежно зафиксировать детали в приспособлении, то накладывают минимальное количество прихваток с малым сечением, которые располагают с торца деталей.

Коэффициент линейного расширения алюминия в два, а теплопроводность в три раза больше, чем у стали. Это способствует появлению значительных внутренних напряжений, которые приводят к деформациям в свариваемых деталях. Для уменьшения внутренних напряжений целесообразно перед сваркой детали подогревать до температуры 250…300º С, а после сварки медленно охлаждать.

При нагреве до 400…450º С происходит снижение прочности и повышение пластичности алюминиевых сплавов. Для предотвращения провала сварочной ванны и корневого шва в ряде случаев нужно применять графитовые и стальные подкладки.

Алюминиевые сплавы при нагреве обладают скрытой теплотой плавления, и переход металла из твердого состояния в жидкое трудно заметить. Даже в жидком виде алюминий не меняет своего цвета, оставаясь серебристо-белым, что затрудняет визуальное определение расплавления металла. При недостаточном опыте сварщик может не уловить начало расплавления алюминия, результатом чего явится проваливание стенки детали под собственной тяжестью металла.

Наиболее трудно свариваются алюминиевые сплавы системы Al-Cu-Mg. При нагреве 500°С и выше происходит оплавление границ зерен с образование эвтектических выделений. Эвтектика после затвердевания имеет пониженную прочность (охрупчивание зоны термического влияния, которое не восстанавливается термической обработкой). При сварке алюминиевые сплавы системы Al-Zn-Mg в послесварочный период возможно выпадение хрупких интерметаллоидов, что приводит появлению холодных трещин.

Чистый алюминий хорошо сваривается холодной сваркой. При сварке алюминиевых сплавов наиболее часто применяют сварку в атмосфере защитных газов неплавящимся (суммарная толщина свариваемого металла не более 10 мм) или плавящимся (суммарная толщина – более 10 мм) электродом. При автоматической сварке плавящимся электродом полуоткрытой дугой по слою флюса используют медные или стальные подкладки.

Алюминий и его сплавы хорошо свариваются плавящимся электродом на постоянном токе обратной полярности. Металл малой толщины сваривают в аргоне, большой толщины - в смеси аргона и гелия. Сила тока зависит от толщины металла.

Сварка меди и ее сплавов

На свариваемость меди существенное влияние оказывают примеси (кислород, водород, свинец …). Оксид Cu₂O находящийся образует с медью легкоплавкую эвтектику (Cu₂O- Cu).

Эвтектика располагается по границам зерен кристаллитов, образуя сетку. Наличие сетки придает сварному шву хрупкость при комнатных температурах. Аналогичное действие на сварной шов оказывает и свинец. Водород хорошо растворим в расплавленной меди водород. При кристаллизации меди растворимость водорода резко падает, поэтому он является причиной образования газовой пористости в сварном шве. Часть водорода остается растворенной в затвердевшей меди. Эта часть водорода вступает в реакцию с оксидом меди с выделением водяных паров. Последние не растворимы в меди и скапливаются в микропустотах, что приводит к образованию трещин в твердом металле (водородная хрупкость). Для предотвращения влияния этих примесей рекомендуется дуговая сварка в защитных газах (аргон первого или второго сорта, гелий, смесь 70% аргона + 30% азота).

Высокая электропроводность меди предопределяет ее сварку на повышенных погонных энергиях, а при толщине металла свыше 10 мм – с предварительным подогревом заготовок до 300°С. При газовой сварке рекомендуется применять флюс на основе буры (N₂B₄O₇). Флюс растворяет оксид меди и выводит ее в шлак.

При сварке латуней активно выгорает и испаряется цинк. В результате снижается прочность о коррозионная стойкость сварного шва. Пары цинка ядовиты, поэтому при сварке латуней необходима интенсивная вентиляция, а сварщик должен работать в специальной защитной маске. Наименьшее испарение цинка происходит при сварке неплавящимся электродом. При газовой сварке необходимо применять газовый флюс – смесь метилборатаВ(ОСН₃)₃ и метилового спирта CH₃OH. Образующийся на поверхности сварочной ванны борный ангидрид В₂О₃ связывает пары цинка в шлак.

Для уменьшения выгорания цинка сварку ведут на пониженном токе. При толщине до 20 мм сваривают без подогрева.

Перед дуговой сваркой медных сплавов в среде защитных газов присадочную проволоку и кромки деталей подвергают травлению в азотной кислоте с последующей промывкой в воде и сушкой.

В качестве присадочной проволоки используют проволоки из раскисленной меди, медно-никелевых сплавов и бронзы БрАМц9-2,

БрКМцЗ-1, содержащие эффективные раскислители. Медь и ее сплавы толщиной до 6 мм сваривают без разделки. При большей толщине применяется разделка с углом скоса кромок 30…40°. Сварку необходимо вести на токе прямой полярности. Иногда применяют переменный ток с подключением осциллятора. Для формирования корневого шва необходимо использовать графитовые или водоохлаждаемые медные подкладки.

Кроме сварки в среде защитных газов применяют сварку покрытыми электродами и сварку под флюсом. Для ручной сварки используют электроды марки «Комсомолец», ЛПИ-10. Сварку ведут короткой дугой без поперечных колебаний при токе 50…60 диаметров электрода. Сварку под флюсом используют с применением флюсов марки ОСЦ-45, Ан-348А, АН-20 (табл. 10.6), сварочной проволоки диаметром 3…5 мм из меди Ml, М2, бронзы КМцЗ-1, БрОЦ4-5. При толщине листов до 15 мм сварку ведут без раздела кромок. Флюс перед сваркой прокаливают при 300…400 °С

При сварке оловянистых бронз возможно выгорание легкоплавкого олова, поэтому сварку необходимо вести с большой скоростью без подогрева.

⇐ Предыдущая60616263646566676869Следующая ⇒

Поделиться: