Алюміній і його сплави: особливості матеріалу і проведення зварювання

Трохи більше століття тому алюміній був рідкісним і дорогим матеріалом. З нього не робили шин або рами. Коротка історія розвитку алюмінію привела людство до того, що без цього металу не обходиться жодна сфера життя, причому список областей застосування постійно розширюється. Обсяги споживання алюмінію ростуть з кожним роком. Популярність матеріалу заснована на його:

1. позитивних механічні характеристики;

2. високої корозійної стійкості до дії вологи і агресивних середовищ;

3. невеликому питомій вазі (це один з найлегших конструкційних матеріалів) при високій міцності (важливо і для шин і для рами).

Особливості та застосування алюмінію

Чистий алюміній має:

  • низьку твердість, але високу пластичність;
  • відмінну електропровідність і деформованість;
  • високу хімічну активність і корозійні властивості (швидко окислюється з утворенням захисної поверхневої плівки з високою щільністю, твердістю і температурою плавлення).

Чистота, стійкість в окислювальних середовищах і нетоксичність матеріалу визначили широке застосування його в харчовій і медичній промисловості. З нього навіть роблять судини для транспортування і отримання азотної кислоти і ін.

Через низьку міцності чистий алюміній рідко використовується як конструкційний матеріал при виробництві рами, труби і т.д. Як правило, в чистому вигляді він потрібен в електротехнічної, хімічної та харчової промисловості при виробництві шин, дроту та іншого електропровідного матеріалу і елементів. У сплавах з магнієм, міддю, цинком, кремнієм та ін. Цей легкий метал стає міцним і отримує хороші технологічні властивості. З сплавів випускають куточки, рами, профіль та ін.

Зростання споживання виробів з алюмінію і його сплавів стабільний. Налагоджено виробництво алюмінієвої:

  • дроту;
  • фольги;
  • чушок;
  • шин;
  • стрічок;
  • листів;
  • плит;
  • прутків;
  • рам;
  • профілю та ін .;
  • покрівлі;
  • зварних конструкцій різного призначення.

Чистий алюміній, як правило, застосовується в електротехнічній (висока затребуваність алюмінієвих електротехнічних шин, дроту та ін.), Харчової та медичної промисловості. У машинобудуванні використовують вироби з легких алюмінієвих сплавів. Алюмінієві рами популярні при виготовленні транспортних засобів.

Це перспективний у всіх відносинах конструкційний матеріал. У конструкціях застосовують напівфабрикати – листи, профілі, рами, труби та ін. З деформованих сплавів. При виготовленні більш складних за конструкцією рішень або при проведенні відновлення пошкоджених литих виробів (рами та ін.) Потрібно зварювання алюмінію, яка ведеться різними способами. Пріоритетний вибирається залежно від цілей, завдань і виду сплаву. Основна мета зварювання – досягнення високої якості і міцності з’єднання.

Особливості плавлення і зварки алюмінію

Алюміній легко піддається обробці під тиском в стані холодному і гарячому. Зварювання алюмінію і його сплавів принципово відмінна від зварювання стали Алюміній має високу теплопровідність. Вона в п’ять разів вище, ніж у сталей, а тому і тепло активно відводиться від зварюваного місця. У зв’язку з цим потрібно забезпечення високих вкладень тепла.

У алюмінію низька температура плавлення і в процесі нагрівання істотно знижується міцність. Це ускладнює швидку зварювання через малу глибину провару, вимагає застосування струму максимальної сили на початку з поступовим його зниженням до кінця зварювання.

Плинність розплавленого металу ускладнює управління зварювальної ванній. При зварюванні доводиться застосовувати тепловідвідні підкладки. Дуже мало часу необхідно для застигання зварювальної ванни, що призводить до неповного газовиділення, утворення пір в шві, неправильне підключення.

Додаткова складність полягає в тому, що цей легкий метал при нагріванні не змінить колір, тобто зварювальник не отримує візуальну інформацію про досягнуту температурі. Така специфіка підвищує ризики пошкодження і прожога шин, стрічки, рами, інших елементів у процесі зварювання.

Ще одна особливість алюмінію в порівнянні зі сталями полягає в тому, що при плавленні його ливарна усадка в два рази вище. При затвердінні матеріалу зварювальної ванни розвивається внутрішнє напруження. Наслідком напружень стає поява дефектів, включаючи гарячі тріщини. Схильність до їх утворення призводить до ослаблення шва.

За пори відповідальний розчинений в алюмінії водень, який прагне вийти з металу назовні. Тріщини більше характерні для сплавів алюмінію, вони виникають при охолодженні металу через підвищений вміст кремнію. Щоб уникнути ускладнень, застосовують:

  • більш високу в порівнянні зі зварюванням стали силу зварювального струму;
  • попередній нагрів заготовки, напівфабрикату, рами, шини, прутка, дроту, пр .;
  • захисний газ або газову суміш.

Особливості вибору матеріалів і зварювального дроту

Зварювальні матеріали вибирають відповідно до типу зварювання. Якщо має бути зварити технічний алюміній за допомогою ручного дугового зварювання, використовують електроди ОЗА-1 і ОЗАНА-1. У тому випадку, якщо буде заварюватися нерівність лиття або тріщини в силумінах, використовують електроди ОЗА-2 і ОЗАНА-2, в обмазці яких присутні хлоридні і фторидні солі. Ці компоненти не тільки забезпечують стійку дугу, а й дозволяють ліквідувати оксидну плівку.

У напівавтоматичному вигляді зварювання алюмінію і його сплавів застосовують захисний газ або газові суміші, а при аргоно-дугового зварювання – вольфрамові електроди. Сварка алюмінієвих труб і інших виробів з алюмінію проводиться зазвичай встик через особливості металу. Для створення стикових з’єднань, де забезпечується повне проплавлення, будуть потрібні видаляються прокладки з канавками. За ним стече розплавлений метал і шлаки.

В якості присадочного матеріалу, як правило, використовується зварювальний дріт, яка може складатися з чистого технічного алюмінію або сплаву алюмінію з:

  • марганцем;
  • магнієм
  • кремнієм;
  • міддю.

При зварюванні алюмінієвих сплавів метал зварювального дроту необхідно підбирати відповідно хімічним складом деталі, за винятком сплавів алюмінієм. При даній ситуації дріт повинна містити більше магнію, ніж деталь.

Алюмінієвий дріт вважається досить складним матеріалом. Це стосується як її використання, так і зберігання. Якщо герметична упаковка розкривається, рекомендується використовувати дріт своєчасно, оскільки після розтину починається швидке окислення матеріалу з утворенням шару Al2O3. Температура його плавлення в рази вище, що утрудняє зварювання.

Зберігання в розкритій упаковці – це гарантія зниження якості дроту. Погіршення прогресує, якщо дріт виявляється у вологому середовищі. Утворився на поверхні виробу шар оксиду алюмінію необхідно видаляти. Очищуючий ефект досягається в момент зварювання при позитивній поляризації. Місце майбутнього зварного шва на всіх деталях і елементах, дроті, трубах, рамах і ін., Безпосередньо перед проведенням зварювання ретельно звільняється від будь-яких забруднень – видаляється жир, пил і так далі.

Способи зварювання алюмінію

Сварка алюмінієвих сплавів і алюмінію проводиться декількома способами. Її ведуть із застосуванням спеціалізованого обладнання та зварювальних матеріалів. Зона зварювання захищається інертними газами або флюсами. Серед способів виділяються:

  • зварювання вольфрамовим електродом з використанням інертних газів (це спеціальні електроди для зварювання алюмінію – більшого діаметру, ніж для зварювання сталі);
  • зварювання штучними електродами без використання захисного газу (ручна);
  • більш продуктивна зварювання алюмінію полуавтоматом в середовищі інертних газів (дріт при такій зварюванні подається автоматично).

Постійним струмом прямої полярності алюміній не зварюється. Для проведення зварювання потрібно змінний або постійний струм зворотної полярності: при наявності катодного розпилення утворилася оксидна плівка зруйнується, що необхідно для зварювання алюмінію і його сплавів. При прямій полярності не відбувається катодного розпилення, а тому і плівка залишається на дроті і інших елементах – рамах, куточках, листах і так далі.

Підготовка металу до зварювання

Незалежно від застосовуваного методу, зварювання алюмінієвих проводів, труб і інших конструкційних елементів проводиться тільки після ретельного очищення – підготовки крайок, що зварюються, яка є запорукою високих результатів зварювання. Для цього необхідно безпосередньо перед початком процесу провести:

    • очистку від бруду і знежирення всіх деталей, що зварюються і присадочного матеріалу за допомогою будь-якого відповідного розчинника (ацетон, авіаційний бензин, Уайт-спірит тощо.);
    • при необхідності – оброблення крайок (не потрібно при зварюванні деталей до 4 мм завтовшки; при зварюванні покритими електродами – оброблення тільки при товщині матеріалу більше 20 мм);
    • при необхідності – отбортовку (для елементів з тонкого листа);
    • видалення Al2O3 механічним (кромки зачищають напилком, щіткою металевою, наждачним папером) або хімічним методом;
    • видалення вологи за допомогою легкого попереднього прогріву;
    • попереднє прогрівання масивних деталей для зниження ймовірності утворення гарячих тріщин.

У зв’язку з тим, що температура плавлення алюмінію низька, зварювання слід вести швидко, з високою швидкістю переміщення пальника. Це дозволяє уникнути прожогов. Навіть при проведенні правильного попереднього прогріву при початку зварювання будь-який виріб (дріт, рами та ін.) Залишається відносно холодним, а тому зварювання починають при максимальній силі струму.

Далі силу струму зменшують, оскільки частина тепла піде перед дугою, прогріваючи місце зварювання. Більш того, якщо не зменшити струм, процес ускладниться через те, що фронт тепла наблизиться до кінця деталей, а далі йому нікуди буде подітися.

При зварюванні алюмінію або сплавів металу в кінці зварювального шва з’являється кратер. Пов’язано це з тим, що метал швидко твердне при високому значенні коефіцієнта термічного розширення. Увігнута поверхню кратера стискається. Може статися її розрив аж до руйнування вже готового виробу по зварному шву. У зв’язку з цим потрібно провести за плавлення кратера. На його місці повинна утворитися опуклість. Домогтися такого ефекту дозволяє зміна в самому кінці зварювання руху дуги на зворотне при продовженні подачі дроту.

Ссылка на основную публикацию