Сварка цветных металлов и их сплавов

    
     СВАРКА ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И ИХ СПЛАВОВ

Сварка алюминия и его сплавов

Алюминий - светлый, мягкий и легкий металл с плотностью 2,7 г/см (в 3 раза меньше плотности железа), обладающий высокой пластичностью, тепло и электропроводимостью, а также коррозионной стойкостью. Чистый алюминий ввиду низкой прочности используется ограничено.

Большое распространение получили сплавы алюминия с магнием, марганцем, кремнием, титаном, бериллием и цинком. Сплавы алюминия в зависимости от способа получения и обработки подразделяются на литые, используемые для литых деталей, и деформируемые, которые могут быть прессованными и катаными различного профиля, коваными и штампованными требуемой формы. Термическое упрочнение - закалка и искусственное или естественное старение - повышает прочность некоторых сплавов до значительных величин, превышающих прочность низкоуглеродистых к даже низколегированных сталей.

Для сварных ограждающих конструкций - оконных и дверных конструкций, кровельных и стеновых панелей, потолков, перегородок - применяют деформируемые сплавы невысокой прочности типа Амг6 (алюминиево-марганцевые), для несущих конструкций используют более прочные, хорошо сваривающиеся сплавы типа Амг6 (алюминиево-магниевые), имеющие 350 МПа, 160 МПа и 15-18%. Применяют ряд других марок алюминия с учетом их свойств и особенностей конструкций.

Сварка алюминия и его сплавов затруднена вследствие его особых теплофизических свойств. Температура плавления алюминия 660 °С. При контакте с воздухом на поверхности алюминия образуется плотная тонкая пленка оксида Аl203, которая предохраняет металл от дальнейшей коррозии, но одновременно ухудшает условия сварки, так как температура плавления оксида алюминия 2050 °С, поэтому перед сваркой надо удалить с поверхности алюминия оксид. Алюминий легко окисляется при сварке, и оксидная пленка, образующаяся на каплях и в ванне, загрязняет шов. В расплавленном состоянии алюминий хорошо растворяет водород, который при повышенной скорости охлаждения, вызванной высокой теплопроводностью металла, не успевает выделиться в момент кристаллизации и вызывает пористость. Вследствие высокого коэффициента линейного расширения (в два раза больше, чем у стали) сварка алюминия вызывает повышенные деформации, а большая жидкотекучесть и трудность наблюдения за процессом сварки (алюминий не меняет цвета при нагреве и расплавлении) вызывают необходимость применения подкладок для предупреждения вытекания жидкого металла за пределы шва.

Подготовка к сварке. Поступающий для изготовления конструкций металл очищают от смазки, правят и обрабатывают для изготовления деталей, а кромки подготавливают под сварку. Форма подготовки кромок алюминиевых деталей под сварку почти такая же, как под сварку стали. Разница заключается в размерах угла разделки стыковых швов (для алюминия общий угол разделки увеличен до 60-70 °С) и величине притупления, которое для алюминия, как правило, может быть больше, чем у стали. Кромки и прилегающий металл перед сваркой должны быть тщательно очищены от поверхностной пленки АlO, которая затрудняет сварку, и от защитного слоя (анодирования, лака и др.) механическим или химическим способом.

Для механической очистки используют дисковые щетки из нержавеющей стальной проволоки, хорошо обезжиренные и чистые. Химическая очистка осуществляется обезжириванием и травлением специальными составами подготовленных для сварки элементов и присадочной проволоки. Для обезжиривания детали ее обрабатывают в течение 5-8 мин в щелочном растворе следующего состава: тринатрийфосфат NaРO - 35-50 г; углекислая сода NaСО - 35-50 г, жидкое стекло NaSiO - 30 г, вода 1000 см; температура раствора 60-70 °С. После обезжиривания деталь следует промыть в горячей воде (50-60 °С).

Для травления может быть использован 4-5%-ный раствор едкого натра NаОН, в котором производят травление в течение 1 мин при температуре раствора 60-70 °С. После этого следует промыть протравленные детали и проволоку в теплой воде (20-25 °С), а затем осветлить в течение 2-5 мин в 15%-ном водном растворе азотной кислоты при температуре раствора 50-60 °С. После осветления детали промывают в горячей (50-60 °С), а затем в холодной проточной воде и сушат в течение 10 мин в сушильном шкафу при температуре 100-110 °С. Применяют и другие растворы для обезжиривания и травления.

Очищенные механическим путем детали также подлежат обезжириванию. После обезжиривания и очистки травлением детали можно хранить в цехе до сварки не более 3 сут, а после механической очистки и обезжиривания - не более 3 ч.

Сборка конструкций под сварку осуществляется в кондукторах, надежно фиксирующих положение деталей. Элементы кондукторов, непосредственно соприкасающиеся с деталями, изготовляют из немагнитных материалов. Кондуктор должен обеспечивать поворот детали в положение, удобное для сварки, и не препятствовать усадке элементов, особенно при толщине более 10 мм. При сварке в кондукторах или без них следует пользоваться подкладками и прижимами (рис.1), облегчающими формирование шва при сварке покрытыми электродами, угольной дугой или неплавящимся электродом в аргоне.

Рис.1. Сварка алюминиевых сплавов с подкладками и прижимами

а - стыковых швов; б - угловых швов; Р - усилие прижатия

При сварке без кондукторов соединяемые элементы закрепляют с помощью прихваток, которые выполняют покрытыми электродами или неплавящимися электродами в аргоне. В угловых и нахлесточных соединениях прихватки ставят без присадочного металла, в стыковых - с присадочным (табл.1).

Таблица 1

Прихватки стыков алюминиевых сплавов

При толщине элементов до 3 мм прихватки выполняются на всю толщину. При длинных соединениях прихватки располагают от середины соединения к краям. Прихватки в стыковых многослойных соединениях располагают со стороны, обратной сварке первого слоя шва, а при сварке шва с обратной стороны их следует удалить. Перед сваркой прихватки необходимо осмотреть, дефектные удалить и выполнить вновь, - а затем очистить и обезжирить.

Сварку алюминия и его сплавов покрытыми электродами применяют в основном для малоответственных конструкций из-за невозможности получить шов, близкий по механическим свойствам основному металлу.

В качестве покрытий электродов применяют смеси из хлористых и фтористых солей. Для сварки алюминия и его сплавов используют электроды ОЗА-1 и АФ4аКР. Для сварки дефектов алюминиевого литья применяют электрод ОЗА-2.