Області застосування алюмінію
Області застосування алюмінію
Споживання виробів з алюмінію та сплавів на його основі стабільно і має стійку тенденцію до зростання. Чистий алюміній використовується в основному в електричній і харчової промисловості. Легкі й одночасно міцні алюмінієві сплави є перспективними конструкційними матеріалами на транспорті, у будівельній промисловості та в ряді інших областей. Роль зварювання у виготовленні таких конструкцій, а також у відновлювальному ремонті литих виробів безперервно зростає.
Особливості алюмінію, що впливають на характер зварювання
Властивості алюмінію та його сплавів відрізняються від властивостей сталей, тому їх зварювання має ряд особливостей. Алюміній має високу теплопровідність (приблизно в 5 разів вище, ніж у рядових сталей), тому тепло від місця зварювання інтенсивно відводиться в зварювані деталі. Це диктує необхідність підвищеного тепловкладення в порівнянні зі зварюванням сталей. З-за цього ж рекомендується попередній підігрів масивних алюмінієвих деталей. Алюміній характеризується низькою температурою плавлення, причому міцність його при нагріванні різко знижується. Крім того, він не змінює колір при нагріванні (що характерно для більшості металів) і внаслідок цього не "підказує" зварнику, що нагрітий майже до температури плавлення. Таким обрзом, з-за специфічних властивостей алюмінію (висока теплопровідність і низька температура плавлення у поєднанні зі значним зменшенням міцності при нагріванні) ймовірність "пропалення" або навіть розплавлення деталі при зварюванні алюмінію значно вище, ніж при зварюванні стали. Алюміній має значну ливарну усадку (в 2 рази більше, ніж у сталі), тому при затвердінні металу зварювальної ванни в ньому розвиваються значні внутрішні напруження і деформації, можуть призвести до утворення так званих "гарячих тріщин".
Передумови якісної зварки алюмінію і його сплавів
Ретельна підготовка поверхні алюмінієвих деталей до зварювання - запорука високої якості зварної конструкції. Джерелом забруднення поверхні деталей є: оксидна плівка і з'єднання - джерела водню. Поверхня алюмінієвої деталі покрита оксидною плівкою. Тугоплавка плівка і має велику щільність у порівнянні з алюмінієм. Тому при зварюванні плівка тоне в рідкому металі, забруднюючи зварний шов неметалевими включеннями і в результаті знижуючи його механічну міцність. Існує два методи очищення поверхні деталі від плівки: механічний і хімічний. Наявність водню в зоні зварювання вкрай небажано, оскільки розчинність його в рідкому алюмінії значно вище, ніж у твердому. Внаслідок цього при затвердінні зварювальної ванни шов стає пористим, з низькою механічною міцністю. Джерелами водню є змащувально-охолоджуючі рідини, нафтопродукти і волога. Видаляти їх рекомендується протиранням поверхні розчинником. Волога може бути видалена незначним попередньому підігрівом поверхні деталі.
Характеристика алюмінієвих сплавів і їх зварюваність
Деформуючі сплави:
Їх структура (гомогенний твердий розчин) забезпечує найбільшу пластичність і найменшу міцність при обробці тиском під нагріванням. Основними легуючі елементи - мідь, магній, марганець і цинк. У невеликих кількостях - кремній, залізо, нікель і т. д. Деформуючі алюмінієві сплави зазвичай ділять на зміцнюються і незміцнювані. Міцність перших можна підвищити термічною обробкою.
Типовими упрочняемыми сплавами є дюралюминии - сплави алюмінію з міддю (2.2 - 7%), містять домішки кремнію і заліза. Вони можуть бути легированы магнієм і марганцем.
Назви марок дюралюмінію складаються з букви "Д" (вона завжди перша) і номери сплаву.
Зараз найбільш поширене п'ять основних марок дюралюмінію:
| Дюралюміній | Основний хімічний склад, % | ||||
| Cu | Mn | Mg | Si,не більше | Fe,не більше | |
| Д1 | 3,8-4,8 | 0,4-0,8 | 0,4-0,8 | 0,7 | 0,7 |
| Д16 | 3,8-4,9 | 0,3-0,9 | 1,2-1,8 | 0,5 | 0,5 |
| Д18 | 2,2-3,0 | < 0,2 | 0,2-0,5 | 0,5 | 0,5 |
| Д19 | 3,8-4,3 | 0,5-1,0 | 1,7-2,3 | 0,5 | 0,5 |
| Д20 | 6,0-7,0 | 0,4-0,8 | < 0,05 | 0,3 | 0,3 |
Термічна обробка дюралюмінію складається з двох етапів. Спочатку його нагрівають вище 500 0C.
При цій температурі його структура являє собою гомогенний твердий розчин міді в алюмінії. Загартування (охолодження у воді) дозволяє зберегти таку структуру протягом декількох діб при кімнатній температурі. У цей момент дюралюміній набагато більш м'який і пластичний, ніж після.
Структура загартованого дюралюмінію має малу стабільність.
При кімнатній температурі вона змінюється. Атоми надлишкової міді групуються в розчині, розташовуючи в порядку, близькому до характерного для кристалів хімічної сполуки CuAl, але хімічна сполука не утворюється і не відокремлюється від твердого розчину. За рахунок нерівномірності розподілу атомів в кристалічній гратці твердого розчину виникають спотворення решітки. Вони призводять до значного підвищення твердості і міцності з одночасним зниженням пластичності сплаву.
Процес зміни структури загартованого дюралюмінію при кімнатній температурі носить назву природного старіння. Воно найбільш інтенсивно відбувається протягом перших кількох годин. Повністю завершується - через 4-6 доби, надаючи сплаву максимальну для нього міцність.
При підігріві сплаву до 100-150 0C відбувається штучне старіння. В цьому випадку процес завешается швидше, але зміцнення менше. Пояснюється це тим, що при більш високій температурі дифузійні переміщення атомів міді здійснюються більш легко - відбувається завершене освіта фази CuAl і виділення її з твердого розчину. Максимальне зміцнення дюралюмінію може бути досягнуто методом природного старіння протягом чотирьох днів.
Кований алюміній:
Близькими за хімічним складом до дюралюмінію, але в гарячому стані більш пластичними, є алюмінієві сплави для поковок і штампувань, що маркіруються буквами АК ("кований алюміній") і порядковим номером (АК4, АК4-1, АК6 і АК8).
Високоміцні сплави:
До групи деформівних зміцнених сплавів відносять також більш високоміцні, ніж дюралюміній, сплави Al-Cu-Mg-Zn. Назви марок починаються літерою "В" (високоміцні) - У93, У94, В95. Характерна особливість - порівняно невелике вмісті міді (0.8-2.4 %) і магнію (1.2-2.8 %) у порівнянні з цинком (5-7 %). Цинк не утворює зміцнюючих фаз, але, входячи до складу твердого розчину, збільшує ефект старіння, що призводить до значного підвищення твердості.
Незміцнювані сплави:
У цю групу входять сплави на основі магнію і марганцю. Вони підвищують міцність і корозійну стійкість алюмінію (при вмісті магнію не більше 3%). Сплави з магнієм більш легкі, ніж чистий алюміній.
Збільшення міцності може бути досягнуто за допомогою пластичної деформації. Наклепанные (нагартованные) виробу з цих сплавів мають істотно більш високою міцністю, ніж у відпаленому стані. В сплаві АМц, наприклад, при поклепе тимчасовий опір підвищується з 13 до 22 кГ/мм.
Назва марок таких сплавів прийнято позначати літерами АМц ("алюміній-марганець") і АМг ("алюміній-магній"), далі слідує цифра, що вказує номер сплаву.
Загальна таблиця деформівних сплавів
алюмінієві Сплави здеформовні по ГОСТ і ОСТ
| Позначення марок | Хімічний склад в % | ||||||||||||||
| Буквене | Цифрове | ASTM | Al | Cu | Mg | Mn | Fe | Si | Zn | Ti |
|
|
| Домішки, не більше | |
| кожна в отд. | сума | ||||||||||||||
| АДОО | 1010 | 1260 | 99,70 | 0,015 | 0,02 | 0,02 | 0,16 | 0,16 | 0,07 | 0,05 |
|
|
| 0,02 | 0,30 |
| АДО | 1011 | 1145 | 99,50 | 0,02 | 0,03 | 0,025 | 0,30 | 0,30 | 0,07 | 0,1 |
|
|
| 0,03 | 0,50 |
| АД1 | 1013 | 1230 | 99,30 | 0,05 | 0,05 | 0,025 | 0,30 | 0,30 | 0,1 | 0,15 |
|
|
| 0,05 | 0,70 |
| ПЕКЛО | 1015 | 1100 | 98,80 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,50 | 0,50 | 0,1 | 0,15 |
|
|
| 0,05 | 1,20 |
| ММ | 1511 | 3005 | основа | 0,2 | 0,2-0,5 | 1,0-1,4 | 0,6 | 1,0 | 0,1 | 0,1 |
|
|
| 0,05 | 0,2 |
| АМц | 1400 | 3003 | основа | 0,1 | 0,2 | 1,0-1,6 | 0,7 | 0,6 | 0,1 | 0,2 |
|
|
| 0,5 | 0,1 |
| АМцС | 1403 |
| основа | 0,1 | 0,05 | 1,0-1,4 | 0,25-0,45 | 0,15-0,35 | 0,1 | 0,1 |
|
|
| 0,05 | 0,1 |
| АМг2 | 1520 | 5052 | основа | 0,1 | 1,8-2,6 | 0,2-0,6 | 0,4 | 0,4 | 0,2 | 0,1 | Cr 0,05 |
|
| 0,05 | 0,1 |
| АМг3 | 1530 | 5154 | основа | 0,1 | 3,2-3,8 | 0,3-0,6 | 0,5 | 0,5-0,8 | 0,2 | 0,1 | Cr 0.05 |
|
| 0.05 | 0.1 |
| АМг4 | 1540 | 5086 | основа | 0,1 | 3,8-4,5 | 0,5-0,8 | 0,4 | 0,4 | 0,2 | 0,02-0,10 | Cr 0.05-0.25 | Be 0.002-0.005 |
| 0.05 | 0.1 |
| АМг5 | 1550 | 5056 | основа | 0,1 | 4,8-5,8 | 0,3-0,8 | 0,5 | 0,5 | 0,2 | 0,02-0,10 |
| Be 0.005 |
| 0.05 | 0.1 |
| АМг6 | 1560 | 5556 | основа | 0,1 | 5,8-6,8 | 0,5-0,8 | 0,4 | 0,4 | 0,2 | 0,02-0,10 |
| Be 0.002-0.005 |
| 0.05 | 0.1 |
| АД31 | 1310 | 6063 | основа | 0,1 | 0,4-0,9 | 0,1 | 0,5 | 0,3-0,7 | 0,2 | 0,15 |
|
|
| 0,05 | 0,1 |
| АД33 | 1330 | 6061 | основа | 0,15-0,40 | 0,8-1,2 | 0,15 | 0,7 | 0,4-0,8 | 0,25 | 0,15 | Cr 0.15-0.35 |
|
| 0.05 | 0.15 |
| АД35 | 1350 | 6351 | основа | 0,1 | 0,8-1,4 | 0,5-0,9 | 0,5 | 0,8-1,2 | 0,2 | 0,15 |
|
|
| 0,05 | 0,1 |
| АВ | 1341 | 6151 | основа | 0,1-0,5 | 0,45-0,90 | 0,15-0,35 | 0,5 | 0,5-1,2 | 0,2 | 0,15 | Cr 0.25 |
|
| 0.05 | 0.1 |
| АВч |
|
| основа | 0,05 | 0,06-1,0 | 0,05 | 0,12 | 0,35-0,55 | 0,05 |
|
|
|
| 0,05 | 0,1 |
| Д1 | 1110 | 2017 | основа | 3,8-4,8 | 0,4-0,8 | 0,4-0,8 | 0,7 | 0,7 | 0,3 | 0,1 |
| Ni 0.1 | 0,6-1,0 | 0.05 | 0.1 |
| Д1ч |
|
| основа | 3,8-4,8 | 0,4-0,8 | 0,4-0,8 | 0,4 | 0,5 | 0,3 | 0,1 | Ni 0.1 | Fe+Si 0.7 |
| 0.05 | 0.1 |
| Д16 | 1160 | 2024 | основа | 3,8-4,9 | 1,2-1,8 | 0,3-0,9 | 0,5 | 0,5 | 0,3 | 0,1 |
| Ni 0.1 |
| 0.05 | 0.1 |
| Д16ч |
| 2124 | основа | 3,8-4,9 | 1,2-1,8 | 0,3-0,9 | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,1 | Ni 0.05 |
|
| 0.05 | 0.1 |
| ВАД1 |
|
| основа | 3,8-4,5 | 2,3-2,7 | 0,35-0,8 | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,03-0,10 |
| Zc 0.07-0.2 | Be 0.002-0.005 | 0.05 | 0.1 |
| Д19 |
|
| основа | 3,8-4,3 | 1,7-2,3 | 0,5-1,0 | 0,5 | 0,5 | 0,1 | 0,1 |
|
| Be 0.002-0.005 | 0.05 | 0.1 |
| Д19Ч |
|
| основа | 3,8-4,3 | 1,7-2,3 | 0,4-0,9 | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,1 |
|
| Be 0.002-0.005 | 0.05 | 0.1 |
|
| 1163 |
| основа | 3,8-4,5 | 1,2-1,6 | 0,4-0,8 | 0,15 | 0,1 | 0,1 | 0,01-0,07 | Ni 0.05 |
|
| 0.05 | 0.1 |
| САВ1 |
|
| основа | 0,012 | 0,45-0,9 | 0,012 | 0,2 | 0,7-1,3 | 0,03 | 0,012 | Ni 0.03 | Cd 0.001 | Be 0.012 | 0.03 | 0.07 |
| АК6 | 1360 |
| основа | 1,8-2,6 | 0,4-0,8 | 0,4-0,8 | 0,7 | 0,7-1,2 | 0,3 | 0,1 | Ni 0.1 |
|
| 0.05 | 0.1 |
| АК8 | 1380 | 2014 | основа | 3,9-4,8 | 0,4-0,8 | 0,4-1,0 | 0,7 | 0,6-1,2 | 0,3 | 0,1 | Ni 0.1 |
|
| 0.05 | 0.1 |
| АК4 | 1140 |
| основа | 1,9-2,5 | 1,4-1,8 | 0,2 | 0,8-1,3 | 0,5-1,2 | 0,3 | 0,1 | Ni 0.8-1.3 |
|
| 0.05 | 0.1 |
| АК4-1 | 1141 | 2618 | основа | 1,9-2,7 | 1,2-1,8 | 0,2 | 0,8-1,4 | 0,35 | 0,3 | 0,02-0,10 | Ni 0.8-1.4 | Cr 0.01 |
| 0.05 | 0.1 |
| АК4-1ч |
|
| основа | 2,0-2,6 | 1,2-1,8 | 0,1 | 0,9-1,4 | 0,1-0,25 | 0,1 | 0,05-0,1 | Ni 0.9-1.4 | Cr 0.1 |
| 0.05 | 0.1 |
| Д20 | 1120 |
| основа | 6,0-7,0 | 0,05 | 0,4-0,8 | 0,3 | 0,3 | 0,1 | 0,1-0,2 |
| Zc 0.2 |
| 0.05 | 0.1 |
|
| 1105 |
| основа | 2,0-5,0 | 0,4-2,0 | 0,3-1,0 | 1,5 | 3,0 | 1,0 | Ti+Cr+Zc 0.2 | Ni 0.2 |
|
| 0.05 | 0.2 |
Ливарні сплави:
Легко плавляться і течуть, ефективно заповнюють ливарну форму. Зазвичай їх ділять на п'ять типів залежно основного легуючого елемента - магнію, кремнію, міді і т. д. Незалежно від їх приналежності до тієї або іншої групи позначають літерами АЛ ("алюмінієвий ливарний") і номером.
| Група сплаву | Сплави | Основний хімічний склад,% | Перелік марок, що входять в групу | ||||
| Mg | Si | Cu | Zn | Ni | |||
| 1 | АЛ8 | 9,5-11,5 | - | - | - | - | АЛ13, АЛ22, АЛ23, АЛ27, АЛ28, АЛ29, |
| 2 | АЛ2 | - | 10-13 | - | - | - | АЛ4, АЛ9 |
| 3 | АЛ7 | - | - | 4-5 | - | - | АЛ19 |
| 4 | АЛ3 | 0,35-0,6 | 4,5-5,5 | 1,5-3,0 | - | - | АЛ5,АЛ6, АЛ10, АЛ14, АЛ15 |
| 5 | АЛ1 | 1,2-1,75 | - | 3,75-4,5 | - | 1,75-2,3 | АЛ16, АЛ17, АЛ18, |
|
| АЛ11 | 0,1-0,3 | 6,0-8,0 | - | 7-12 | - | АЛ20, АЛ21, АЛ24, |
|
| АЛ26 | 0,4-0,7 | 20-22 | 1,5-2,5 | - | 1,0-2,0 | АЛ25, |
Сплав алюмінію з високим вмістом магнію (марка АЛ8) володіє найбільш високими механічними і антикорозійними властивостями серед ливарних сплавів. Його ливарні властивості істотно гірше.
Силуміни ливарні:
Ливарні сплави з високим вмістом кремнію часто називають силуминами, також як і сплави алюмінію з кремнієм, що використовуються у виробництві дюралюмінію. Силумін АЛ2 (10-13% Si) є сплавом з прекрасними ливарними властивостями, але має меншу, порівняно з іншими сплавами міцністю, причому її можна збільшити термічною обробкою - кремній майже не розчиняється в алюмінії
У структурі сплаву на тлі грубої евтектики знаходяться великі тверді включення первинного кремнію. Це робить сплав малопластичным. Щоб уникнути цього, структуру модифікують - вводять у виливок в незначних кількостях спеціальні речовини (наприклад, натрій). Такий сплав називають модифікованим силуміном.
Для підвищення міцності силуміну вміст кремнію в ньому знижують до 4,5-5,5% і вводять легуючі добавки міді, марганцю і магнію (марка АЛЗ). Це підвищує міцність і дозволяє зміцнювати вироби загартуванням і старінням.
Силумін марки АЛ11, в склад якої входить цинк, має особливо високою плинністю. Його застосовують для одержання виливків складної конфігурації.
Таблиця груп алюмінієвих сплавів:
| Група I. чистий Алюміній (нелегований). | Вміст алюмінію не менше 99,0%. Домішок не більше 1,0%, у тому числі: кремнію - 0,5%; міді - 0,05%; заліза - 0,5%; цинку - 0,1%. | А999, А995, А99, А97, А95, А85, А8, А7, А7Е, А6, А5, А5Е, А0, АД0, АД1, АД00. |
| Група II. Сплави алюмінієві деформуються з низьким вмістом магнію (до 0,8%) | Вміст у сплаві не більше: цинку - 0,3%; кремнію - 0,7%; міді - 4,8%; заліза - 0,7%. | Д1, В65, Д18, Д1П, АД31, ПЕКЛО. |
| Група III. Сплави алюмінієві деформуються з підвищеним вмістом магнію (до 1,8%) | Вміст у сплаві не більше: цинку - 0,3%; кремнію - 0,7%; міді - 4,9%; заліза - 0,7%. | Д12, Д16, АМг1, Д16П. |
| Група IV. Сплави алюмінієві ливарні з низьким вмістом міді (до 1,5%) | Вміст у сплаві не більше: цинку - 0,5%; магнію - 0,6%; кремнію - 13,0%; заліза - 1,5%. | АЛ5, АЛ32, АЛ2, АЛ4, АЛ4-1, АЛ9, АЛ9-1, АЛ34 (ВАЛ5), АК9 (АЛ4В), АК7 (АЛ9В), АЛ5-1. |
| Група V. Сплави алюмінієві ливарні з високим вмістом міді | Вміст у сплаві не більше: цинку - 0,6%; магнію - 0,8%; кремнію - 8,0%; заліза - 1,6%. | АЛ3, АЛ6, АК5М2 (АЛ3В), АК7М2 (АЛ14В), АЛ7, АЛ19, АК5М7 (АЛ10В), АЛ33 (ВАЛ1). |
| Група Vа. Сплави алюмінієві ливарні з високим вмістом кремнію | Вміст у сплаві не більше: міді - 6,0%, нікелю - 3,6%, цинку - 0,5%; заліза - 0,9%. | АЛ1, АЛ21, АЛ25, АЛ30, АК21М2,5Н2,5, АК18, КС-740. |
| Група VI. Сплави алюмінієві деформуються з високим вмістом магнію | Вміст у сплаві не більше: міді - 0,2%, магнію - 6,8%, цинку - 0,2%; заліза - 0,5%; кремнію - 0,8%. | АМг2, АМг3, АМг4, АМг5, АМг5п, АМг6. |
| Група VII. Сплави алюмінієві ливарні з високим вмістом магнію | Вміст у сплаві не більше: міді - 0,3%, магнію - 13,0%, цинку - 0,2%; заліза - 1,5%; кремнію - 1,3%. | АЛ8, АЛ27, АЛ27-1, АЛ13, АЛ22, АЛ23, АЛ23-1, АЛ28. |
| Група VIII. Сплави алюмінієві деформуються з високим вмістом цинку | Вміст у сплаві не більше: міді - 2,0%, магнію - 2,8%, цинку - 7,0%; заліза - 0,7%; кремнію - 0,7%. | В95, 1915 і 1925. |
| Група IX. Сплави алюмінієві ливарні з високим вмістом цинку | Вміст у сплаві не більше: міді - 5,0%, магнію - 0,3%, цинку - 12,0%; заліза - 1,3%; кремнію - 8,0%. | АЛ11, АК4М4, АК4М2Ц6. |
Легування алюмінію збільшує в першу чергу його міцність. Алюміній легують в основному магнієм, марганцем, міддю, кремнієм, цинком. Алюмінієві сплави класифікують за технологією виготовлення (деформуються і ливарні), а також по здатності до термічної обробки (незміцнювані і зміцнюються термічною обробкою). Зварні конструкції виготовляють з деформівних сплавів, відомості про які наведено в ГОСТ4784-74. Найважливішим показником зварюваності алюмінієвих сплавів є здатність не утворювати при зварюванні "гарячих тріщин". Сплави, вкрай чутливі до гарячого тріщиноутворення, вважаються такими, що не зварюють. Застосування їх у зварних конструкціях не рекомендується. Сплави, що не зміцнюються термічною обробкою, мають низький рівень легування. Механічна міцність відносно невисока, але вони добре зварюються і є корозійно-стійкими. Це сплави алюміній-марганець (вітчизняне позначення АМц), алюміній-магній (АМг); до них же можна віднести і технічний алюміній. Заготовки з цих сплавів випускаються у відпаленому і холоднодеформованому (нагартованому стані. Сплави, що зміцнюються термічною обробкою (гартування з подальшим старінням), мають зазвичай більш високу ступінь легування. Міцність їх вище, але вони гірше зварюються (деякі зовсім не зварюються) і часто мають низьку корозійну стійкість. Це сплави алюміній-магній-кремній (авіалі, вітчизняне позначення АД), алюміній-мідь (більшість відносяться до дюралюмінам, вітчизняне позначення Д), алюміній-цинк (з добавками інших елементів).
Авіалі зварюються добре, проте з використанням присадного матеріалу; зварювати їх сплавом кромок не рекомендується.
Дюралюмины відносяться до несвариваемым сплавів. Єдиний зварюваний алюмінієво-мідний сплав (сплав 1201) і його зарубіжні аналоги.
Потрійні сплави алюмінію з цинком і магнієм зварюються добре тільки в тому випадку, якщо вміст цих легованих елементів в сумі не перевищує 7 - 7,5%. До зварюваних відноситься вітчизняний сплав 1915 і його зарубіжні аналоги.
Стосовно ливарних сплавів зварювання застосовується тільки в ремонтних цілях, а також для виправлення дефектів лиття. З усіх ливарних сплавів найбільшого поширення набули сплави алюмінію з кремнієм (силуміни). Практично всі вони добре зварюються.
Зварювальні матеріали та їх вибір.
Для ручного дугового зварювання технічного алюмінію застосовуються вітчизняні електроди ОЗА-1 і ОЗАНА-1, а для заварки дефектів литва в силумінах ОЗА-2 і ОЗАНА-2. У цих електродах в обмазці знаходяться хлоридні і фторидні солі руйнують оксидну плівку і сприяють стійкого горіння дуги. В інших видах зварювання алюмінію і його сплавів (аргоно-дуговому і напівавтоматичному) для запобігання окислення використовується захисний газ аргон або його суміш з гелієм. Гелій підвищує температуру дуги і збільшує проплавлення. Для аргоно-дугового зварювання використовуються вольфрамові електроди. Для зварювання алюмінію використовуються електроди більшого діаметру, ніж для зварювання сталі. Присадним матеріалом найчастіше служить зварювальний дріт. Вітчизняна зварювальний дріт у відповідності з ГОСТ 7871-75 складається з:
- чистого технічного алюмінію (СвА99, СвА97, СвА85Т, СвА5);
- сплаву алюміній-марганець (СвАМц);
- сплавів алюмінію з магнієм (СвАМг3, СвАМг5, Св1557, СвАМг6, СвАМг63, СвАМг61);
- сплавів алюмінію з кремнієм (СвАК5, СвАК10);
- сплаву алюмінію з міддю (Св1201).
Крім того, за ТУ випускають дріт 1437 (алюміній, легований хромом) і АВч (сплав алюмінію з кремнієм і магнієм). За кордоном найбільш широко використовується дріт марки 4043 (вітчизняний аналог СвАК5) і 5356 (вітчизняний аналог СвАМг5).
Загальним правилом при зварюванні алюмінієвих сплавів є те, що метал зварювального дроту повинен приблизно відповідати за хімічним складом металу деталі. Винятком є сплави алюмінію з магнієм, для зварювання яких (з-за інтенсивного випаровування магнію) слід використовувати дріт з великим вмістом магнію, ніж в деталі.
Розглянемо широко застосовується дріт СвАК5. Вона призначена для зварювання авіалей, а також для ремонту і виправлення дефектів виливків з низьколегованого силуміну. Метал дроту має відносно низьку температуру плавлення, хорошу рідкотекучість. Порівняно з дротами з алюмінієво-магнієвих сплавів вона при зварюванні дає менше диму і тому полегшує візуальне спостереження за зварювальною ванною. Слід мати на увазі, що зварний шов цієї дроту має низьку пластичність.
Інша часто застосовувана дріт СвАМг5. Вона призначена в першу чергу для зварювання алюмінієво-магнієвих сплавів, авіалей, а також для потрійних сплавів алюміній-цинк, магній. Обмеженням в її застосування є те, що зварний шов не повинен при експлуатації піддаватися дії температур, що перевищують 800С.
Деякі конструктивні особливості зварювання алюмінію.
З-за металургійних особливостей зварювання алюмінію (шлак тоне в рідкому металі) у конструкціях з алюмінієвих сплавів перевага віддається стиковим з'єднанням. При цьому зварювання стикових з'єднань з повним проплавленням виконують на видаляються прокладках з канавками, в які стікає розплавлений метал разом зі шлаком. При зварюванні різнотовщинних елементів рекомендується мати однакову товщину зварюваних кромок. Якщо все ж це неможливо, прийміть параметри зварювання стосовно більш товстої зварюваної деталі, і в ході процесу вводите в неї більше тепла. "Вузьким" місцем всіх зварюваних конструкцій з алюмінієвих сплавів є низька міцність (в порівнянні з міцністю основної деталі) біляшовної зони. Причини цього наступні. Нагартованний метал при нагріванні в зоні зварювання переходить в менш міцний стан, що відпалює. Для термооброблених сплавів температура в зоні зварювання значно перевищує температуру старіння, що також призводить до істотного зниження міцності. Можливість відновлення високої міцності термооброблюваних сплавів після зварювання існує - це повторна термообробка. Але це можливо тільки для малогабаритних зварювальних конструкцій. Інший можливий шлях підвищення міцності зварних конструкцій - явне потовщення зварюваних кромок. Для зниження ймовірності утворення гарячих тріщин слід при проектуванні уникати близького розташування зварних швів.
Деякі технологічні особливості зварювання алюмінію.
Попередній підігрів застосовується в першу чергу для видалення вологи, що перешкоджає пороутворенню. Масивні деталі бажано підігрівати для зниження ймовірності утворення гарячих тріщин. Внаслідок легкоплавкости алюмінію температура попереднього підігріву повинна бути невеликий (трохи більше 1000С) Також наслідок низької температури плавлення алюмінію зварювання (щоб уникнути пропалів) необхідно вести швидко, з високою швидкістю переміщення пальника. У момент початку зварювання виріб холодне (навіть при попередньому підігріві). Тому зварювання необхідно починати при максимальній силі струму. Після початку процесу частина тепла, що вноситься "йде попереду дуги", попередньо підігріваючи місце майбутньої зварювання, тому в цей час потрібно менший струм. При наближенні до кінців зварюваних деталей фронту тепла стає нікуди діватися, метал деталі перегрівається і зварювання може бути утруднена якщо не зменшити струм. При зварюванні алюмінію і його сплавів зварювальний шов майже завжди закінчується кратером. Це пояснюється дуже швидким твердінням алюмінію і високим значенням коефіцієнта його термічного розширення. В результаті увігнута поверхня кратера при охолодженні стискається і може порватися. При цьому можливо навіть руйнування звареного виробу по шву. Тому необхідно заплавлення кратера з утворенням на його місці опуклості, що досягається зміною руху дуги в кінці зварювання на протилежне з продовженням подачі дроту.
Способи зварювання алюмінію і його сплавів.
В даний час з усіх відомих способів зварювання алюмінію найчастіше застосовуються три наступних: ручна, аргонодуговая, напівавтоматична.
Ручне дугове зварювання здійснюється штучними електродами (ОЗА і ОЗАНА) на постійному струмі зворотної полярності.
Спосіб аргоно-дугового зварювання вольфрамовим електродом в Росії застосовується найбільш широко. На відміну від зварювання сталей, ведеться на постійному струмі, для зварювання алюмінію і його сплавів застосовується процес на змінному струмі (для руйнування оксидної плівки). Останнім часом найбільш популярні інверторні джерела живлення, з можливістю зміни частоти напруги. Зварювання тонкостінних алюмінієвих деталей рекомендується проводити на підвищеній частоті, а заварку дефектів виливків - на зниженій.
Напівавтоматична зварка алюмінію і його сплавів продуктивніша порівняно з аргоно-дугового. Вона виконується на постійному струмі з позитивної полярності на електроді або краплинним перенесенням, або в імпульсному режимі. Зварювання в імпульсному режимі виконується зазвичай інверторними джерелами живлення. При этом источник постоянно выдает базовый ток (достаточный для поддерживания дуги, но слишком низкий для обеспечения отрыва капель расплавленного металла от электрода и переноса их к сварочной ванне) и кратковременно выдает в виде импульсов ток больших значений, обеспечивающий контролируемый перенос капель металла от расходуемого электрода к изделию. Импульсный режим имеет преимущества перед капельным переносом, так как позволяет вести сварку во всех пространственных положениях, из-за меньшего тепловложения облегчает сварку тонкостенных изделий и уменьшает разбрызгивание. Особливістю напівавтоматичного зварювання алюмінію і його сплавів є те, що алюмінієвий дріт м'якше сталевий, тому подача її більш скрутна. У зв'язку з цим подача дроту проводиться спеціальними пристроями.
