Сварка алюминия и его сплавов
Металлургические особенности
сварки алюминия и его сплавов определяются взаимодействием их с газами
окружающей среды, интенсивностью испарения легирующих элементов, а также
особенностями кристаллизации в условиях сварки. Основным затруднением при
сварке является наличие на свариваемых кромках плотной и тугоплавкой окисной
пленки, которая препятствует сплавлению металла сварочной ванны с основным
металлом. Большая трудность заключается в предотвращении порообразования,
источником которого в основном является водород. Кроме того, при нагреве
алюминий не меняет цвет, и поэтому трудно уловить момент начала его плавления.
Для этого требуется опыт и навык сварщика.
При сварке плавлением
алюминиевых сплавов наиболее рациональным типом сварных соединений являются
стыковые. Для устранения окисных включений в металле шва применяют подкладки с
канавкой или разделку кромок с обратной стороны шва, что создает условия для
удаления окисных включений из стыка в канавку или разделку. Угол разделки
кромок следует ограничивать для уменьшения объема наплавленного металла в
соединении, а следовательно, и вероятности образования дефектов. При подготовке
деталей к сварке со свариваемых кромок удаляют загрязнения и окислы, кромки
профилируют. Обезжиривание и удаление загрязнений производят органическими
растворителями. Окисную пленку удаляют металлическими щетками или шабрением.
После зачистки кромки вновь обезжиривают. Перед сваркой изделий из
алюминиевомагниевых сплавов с содержанием магния повышенной концентрации кромки
и особенно их торцевые поверхности необходимо зачищать шабером.
Ручная дуговая сварка
неплавящимся электродом является лучшим способом для сварки изделий из
тонколистового металла, так как обеспечивает минимальную деформацию изделия и
высокое качество сварного шва. Сварку ведут на переменном токе с применением
осцилляторов. С помощью переменного тока разрушается оксидная пленка, что
достигается катодным распылением в моменты, когда катодом является изделие.
Ручную сварку можно выполнять во всех пространственных положениях как с
присадочным металлом, так и без него. Дуга, длина которой не должна превышать
1,5—2,5 мм, зажигается на вспомогательной графитовой пластинке, а затем
переносится на изделие. Расстояние от выступающего конца электрода до нижнего
среза наконечника горелки при сварке стыковых соединений должно составлять
1—1,5 мм, при сварке тавровых соединений — 4 — 8 мм. Сварку выполняют без
поперечных колебаний. Химический состав присадочной проволоки и основного
металла должен быть близким. Рабочее давление аргона устанавливается в пределах
0,01—0,05 МПа. Подача аргона начинается за 3—5 с до возбуждения дуги, а
прекращение — спустя 5—7 с после обрыва дуги.
Дуговая сварка покрытыми
электродами применяется при изготовлении конструкций из металла толщиной более
3 мм. Недостатком является внутренняя пористость сварных швов. При сварке
термически упрочняемых сплавов прочность сварных соединений меньше прочности
основного металла. Стыковые бесскосные соединения рекомендуются для металла
толщиной до 5 мм, при больших толщинах делается разделка под углом 60 ° и
притуплением 1—2 мм. Кромки соединяемых деталей перед сваркой зачищают с
помощью ручных или механических проволочных щеток, а затем обезжиривают. Наиболее
чистую поверхность кромок получают при химической очистке. Изделие толщиной до
4 мм сваривают без подогрева, толщиной 5—6 мм — с подогревом начала шва до 100
°С, толщиной 8 — 10 мм — с подогревом до 160—200 °С, при большей толщине
подогрев должен быть еще выше. Сварку ведут электродами диаметром 4—8 мм на
постоянном токе обратной полярности при быстром их перемещении без поперечных
колебаний. Для заплавления кратера в конце сварки дугу следует обрывать
постепенно.
Сварка угольным электродом
используется при случайных работах небольшого объема и отбортовке
тонколистового алюминия. Этот способ сварки позволяет получить плотные швы,
практически равнопрочные основному металлу. Изделия под сварку подготовляют,
как и под сварку покрытыми электродами. Сварку ведут на постоянном токе прямой
полярности только в нижнем положении. Присадочным материалом служит электродная
проволока АО, А1 или прутки из сплава АК. Сварку выполняют без поперечных
колебаний при угле наклона электрода 10—20° к вертикали с подформовкой обратной
стороны шва. Факел электрической дуги направляют на конец присадочного прутка,
а дугу перемещают вдоль разделки в соответствии со скоростью плавления кромок
и прутка. Изделия толщиной до 0,8 мм сваривают встык с отбортовкой кромок без
присадочной проволоки, толщиной более 0,8 мм — с присадочной проволокой.
Стыковые соединения из металла толщиной более 2 мм сваривают с зазором 0,5—0,7
мм или с разделкой кромок. Для удаления окисной пленки применяют специальный
флюс, шихта которого замешивается на воде, и в пастообразном состоянии флюс
наносят кисточкой на свариваемые кромки непосредственно перед сваркой. Остатки
флюса и шлаки сильно разъедают алюминий, поэтому их следует тщательно удалять с
поверхности шва и прилегающего к нему основного металла промывкой водой или
механическим способом.
Плазменная сварка является
перспективным способом сварки для соединения алюминиевых сплавов благодаря
высокой скорости, стабильности процесса и значительному сокращению зоны
термического влияния. Однако плазменная сварка требует точной сборки деталей и
ведения горелки строго по свариваемому стыку. В основном сварку ведут на
переменном токе. Для сварки на постоянном токе обратной полярности требуются
специальные горелки с усиленным принудительным охлаждением вольфрамового
электрода. При микроплазменной сварке можно сваривать алюминиевые сплавы
толщиной 0,2—1,5 мм при силе тока 10—100 А с применением лантанированных
электродов диаметром 0,8 — 1,5 мм.
Газовая сварка выполняется
нормальным пламенем. Избыток кислорода и горючего газа не допускается, так как
свободный кислород окисляет алюминий, а избыток горючего газа приводит к
сильной пористости шва. Мощность пламени горелки выбирается из расчета 75 дм3/ч
ацетилена на 1 мм толщины свариваемого металла. Сварку ведут восстановительной
зоной пламени, расстояние от конца ядра до свариваемой поверхности 3— 5 мм.
Основным видом соединений являются стыковые с зазором 0,5—3 мм, что
соответствует толщине металла 0,5—5 мм. На толщинах до 5 мм скос кромок не
делают, на толщинах до 12 мм применяют V-образную разделку, а свыше 12 мм —
Х-образную разделку. После зачистки кромок и присадочной проволоки их промывают
в щелочном растворе, а потом в воде. Затем кромки и проволоку травят в течение
2 мин в растворе ортофосфорной или азотной кислоты. После травления их промывают в горячей воде,
затем в холодной воде и протирают ветошью. Для облегчения разрушения окис-ной
пленки и удаления окислов из сварочной ванны применяют флюсы из щелочных и
щелочноземельных элементов, легкоплавких смесей хлористых соединений и
небольшого количества фтористых соединений. Их наносят на кромки или нагретую
сварочную проволоку в виде порошка или пасты. При выполнении прихваток флюс
наносят только на присадочный металл. Сварку ведут левым способом при толщине металла
до 5 мм, при толщине металлов более 5 мм — применяют правый способ. В начале
сварки мундштук горелки устанавливают под углом 90° к свариваемой поверхности,
а затем по мере прогрева деталей под углом 20—45 ° в зависимости от толщины
металла. Угол наклона присадочной проволоки в течение всего процесса составляет
40—60 °. Сварку изделий толщиной до 3 мм выполняют без поперечных колебаний
горелки, а при больших толщинах — с поперечными колебаниями. Детали толщиной
более 10 мм перед сваркой подогревают до 300— 350 °С. Сварка должна
осуществляться без перерыва, отрыв пламени от сварочной ванны не допускается.
Сварку листовых изделий начинают в 50—100 мм от края. Оставленные участки затем
заваривают в обратном направлении.