В сварных конструкциях применяют как чистый алюминий, так и его сплавы:
- деформируемые, используемые в виде поковок, проката и т. д.; подразделяются на нетермоупрочняемые и термоупрочняемые.
- литейные (АЛ), используемые для отливок; сварка таких сплавов применяется при исправлении дефектов литья.
Нетермоупрочняемые сплавы алюминия являются свариваемыми и получили наибольшее распространение для сварки. К нетермоупрочняемым деформируемым сплавам относятся следующие марки:
- АД и АД1 – технический алюминий;
- АМц – алюминиево-марганцевые сплавы (на основе системы Al–Mn);
- АМг – алюминиево-магниевые сплавы (на основе системы Al–Mg).
Большинство термоупрочняемых деформируемых сплавов алюминия относится к трудносвариваемым сплавам, поэтому их применение для сварных конструкций целесообразно только в случаях, когда возможна термическая обработка изделия. Основные марки термоупрочняемых деформируемых сплавов:
- Д1, Д16, Д18, Д19, М40, ВАД1, ВД17 – алюминиево-медно-магниевые (дюрали), на основе системы Al–Cu–Mg;
- В92, В92Ц, АЦМ – алюминиево-магниево-цинковые;
- АК6, АК6-1, АК8, АД31, АД33, АД35, АВ – на основе систем Al–Mg–Si и Al–Mg–Si–Cu;
- АК2, АК4, АК4-1 – на основе системы Al–Mg–Cu–Fe–Ni;
- Д20 и Д21– алюминиево-медно-марганцевые;
- ВАД23 – на основе системы Al–Mn–Cu–Li–Cd;
- В93, В94, В95, В96 – на основе системы Al–Mg–Cu–Zn.
Основные трудности сварки алюминия и его сплавов и способы решения
1. Образование тугоплавкого оксида алюминия Al2O3 (температура плавления 2050°С) 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 (в связи с большой поверхностью и сравнительно малым объемом) механическим путем или травлением.
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.
Катодное распыление возможно при сварке на обратной полярности. При аргонной сварке неплавящимся электродом обратная полярность не применяется из-за нерационального распределения тепла между электродом и изделием (70% на электроде и 30% на свариваемом изделии). По этой причине сварка осуществляется на переменном токе, при котором разрушение пленки происходит в полупериоды обратной полярности.
2. 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.
3. В связи с высокой величиной коэффициента линейного расширения и низким модулем упругости алюминиевые сплавы обладают повышенной склонностью к короблению (деформации). Для снижения деформаций могут применяться специальные технологические мероприятия (оптимальные режимы сварки, подогрев и др.)
4. 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. Особенно склонными к образованию пор считаются сплавы типа АМг.
В связи с этим необходимо выполнять очень тщательную химическую очистку сварочной проволоки и механическую очистку и обезжиривание свариваемых кромок. При сварке металла большой толщины к снижению пористости приводит предварительный и сопутствующий подогрев до температуры 150–250°С.
5. 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°С или сопутствующий подогрев.
6. 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.
Сварка в среде инертных газов
Сварка алюминия в среде инертных газов осуществляется неплавящимся (вольфрамовым) или плавящимся электродами. В качестве инертных газов применяют аргон высшего или первого сорта, гелий повышенной чистоты или смеси аргона с гелием.
