Технический алюминий Алюминиевые сплавы нашли широкое применение в промышленности благодаря их преимуществам, основное из которых это малый удельный вес (2,65—2,85 г/см3 — почти в три раза легче железа), что может обеспечить их относительно высокую удельную прочность. Предел прочности алюминия после отжига составляет приблизительно 6,0 кг/мм2. Однако, путем его легирования можно получить сплавы и повысить их прочность до 7.0 кг/мм2; соответственно, при этом снижаются их пластические свойства. Чистый алюминий обладает высокой пластичностью  удлинение— 30—50%; твердость НВ 25; предел текучести — 2—3 кг/мм; относительное сужение —80%. Температура плавления алюминия составляет около 658,7° С. Температура рекристаллизации алюминия составляет около 400°. Температура ликвидуса всех практически применяемых на производстве алюминиевых сплавов ниже температуры плавления алюминия.

Алюминий обладает высокой электропроводностью (60—65% от Си), теплопроводностью (0,57 кал (см сек. ° С); хорошо обрабатывается в холодном и горячем состоянии. Благодаря окисной пленке, алюминий хорошо ведет себя при действии кислот, перекиси водорода, жидкого кислорода и др. Из него изготовляют химическую аппаратуру. Изделия из алюминиевых сплавов могут работать кратковременно при температурах до 350° С. Алюминиевые сплавы разделяются на деформируемые и литейные. Для повышения литейных свойств в литейные алюминиевые сплавы вводится кремний. В деформируемых сплавах также содержится кремний как элемент, вводимый в небольшом количестве для упрочнения. Из деформируемых алюминиевых сплавов в основном и изготовляются сварные конструкции; сварка литейных сплавов применяется при изготовлении сварно-литых, сварно-кованно- литых, а также как средство для исправления пороков отливок.

Деформируемые алюминиевые сплавы можно, кроме того, раз­бить на две группы: термически не обрабатываемые и термически обрабатываемые.

Алюминиевые сплавы, термически не обрабатываемые, упроч­няются при легировании в пределах твердого раствора и пластиче­ской деформацией в холодном состоянии (нагартовкой). Вторая группа алюминиевых сплавов упрочняется легирова­нием, нагартовкой и термической обработкой.

Вследствие пониженной пластичности шва и около шовного уча­стка, прочность сварных соединений из алюминиевых сплавов (для термически упрочняемых сплавов в отличие от стальных свар­ных соединений) несколько меньше, чем прочность основного ме­талла. Поэтому работоспособность сварного соединения при низких и комнатной температурах лимитируется свойствами металла шва и околошовного участка. Некоторые алюминиевые сплавы для по­вышения их прочности подвергаются наклепу и поставляются в полу нагартованном или нагартованном состоянии.

При сварке плавлением упрочнение, созданное наклепом, в об­ласти термического влияния сварки снимается, поэтому прочность сварных соединений из нагартованных и ненагартованных алюми­ниевых сплавов практически одинакова.

Некоторые из применяемых в СССР деформируемых алюминие­вых сплавов не упрочняемых термической обработкой и деформи­руемых алюминиевых сплавов, упрочняемых термической обработ­кой, приведены соответственно в табл. 1 и 2.

Некоторые аналогичные термически неупрочняемые и терми­чески упрочняемые алюминиевые сплавы отечественных и ино­странных марок приведены в табл. 3.

Теплофизические характеристики, взаимодействие с кислородом и водородом и др. газами, склонность к образованию кристаллиза­ционных трещин, особенности литой и отожженной структур опре­деляют свариваемость алюминиевых сплавов.

Значительно более высокие, чем у стали, теплопроводность и удельная теплоемкость, а также электропроводность, препятствуют сосредоточению необходимого тепла в зоне сварки сплава и вы­нуждают при сварке плавлением применять мощные и концентри­рованные тепловые источники, а иногда и предварительный или сопутствующий подогрев от постороннего теплового источника.

Особенности сварки алюминия и его сплавов связаны также со свойствами окисной пленки (А1203), находящейся постоянно на поверхности этих металлов.

Плотная пленка окисла алюминия на поверхности сплава пре­пятствует сплавлению свариваемых алюминиевых элементов. Вы­сокий удельный вес окисла (3.85 г/см3) при удельном весе алюми­ния 2,65—2,75 г/см3 создает опасность застревания окисных пленок в жидком металле.

 

 

Для растворения и удаления окисной пленки при сварке при­меняются специальные флюсы, электродные покрытия; в последнее время появилась возможность влиять на окислы ультразвуковыми колебаниями.

Флюсы или покрытия, Применяющиеся при сварке алюминие­вых сплавов, сами не должны содержать окислов.

Расплавленный алюминиевый сплав способен растворять газы и, в том числе, водород. При быстром охлаждении металла, в связи с ограниченной растворимостью в твердом алюминии водорода, он может не успеть выделиться в атмосферу и сварной шов окажется пористым. Различные способы удаления водорода из жидкого ме­талла — искусственное колебание пли перемешивание жидкого ме­талла вызывает укрупнение газовых пузырьков, что облегчает их всплывание на поверхность. Воздействие ультразвуковых колеба­ний на жидкую сварочную ванну при сварке алюминиево-магние­вых сплавов, как показали лабораторные эксперименты, способ­ствует снижению пористости сварных швов.

Необходимо отметить, что на протяжении многих лет техника сварки алюминиевых сплавов отставала от техники сварки сталей.

В настоящее время в Советском Союзе, а также в зарубежных странах разработаны и внедрены в различных отраслях промыш­ленности вполне надежные высокопроизводительные способы сварки, не уступающие способам сварки стали.

Переход из твердого в жидкое состояние в стали можно наблю­дать по изменению цвета металла; в алюминиевых сплавах пере­ход из жидкого состояния в твердое и наоборот не вызывает изме­нения цвета, что затрудняет определение момента плавления кро­мок свариваемых деталей.

 

В настоящее время для сварных конструкций из легких спла­вов используются в основном только термически не упрочняемые алюминиевые сплавы.

Промышленные высокопрочные алюминиевые сплавы, упрочняе­мые термической обработкой и обладающие высокой прочностью и теплостойкостью, по причинам плохой свариваемости способом сплавления не используются при изготовлении сварных конструк­ций или применяются весьма ограниченно.

В последнее время разработаны высокопрочные алюминиевые сплавы, при сварке которых не образуется трещин.

При сварке алюминиево-магниевых и др. легких сплавов можно в определенных пределах управлять процессами кристаллизации, создавать сварные швы с требуемыми свойствами.

Можно выбрать такой способ сварки и такой режим, которые позволили бы ограничивать верхнюю температуру нагрева, регули­ровать время пребывания шва в жидком состоянии, а также изме­нять скорость нагрева и охлаждения.

Получить удовлетворительную литую структуру сварного шва в алюминиевых сплавах можно путем: ограничения перегрева жид­кого металла, вызывающего укрупнение зерен сплава и повышен­ное поглощение газов; максимального сокращения времени пребы­вания сварочной ванны в жидком состоянии; быстрого охлаждения из жидкого* состояния, что способствует получению наиболее бла­гоприятной структуры и не вызывает образования больших мест­ных напряжений.

Для обеспечения таких условий необходимы концентрирован­ные мощные источники тепла, которые позволили бы вести сварку при повышенных скоростях.

До последнего времени в СССР газовая сварка алюминия имела наибольшее применение. Легкость регулирования состава, необходимого для сварки алюминия пламени, широкий выбор при­садочных материалов и флюсов, а также удобство маневрировании пламенем газовой горелки позволили относительно просто подо­брать необходимые условия для сварки алюминия.

В то же время необходимо отметить, что сварные соединения из алюминиевых и других цветных сплавов, выполненные газовой сваркой, имеют несколько меньшую статическую прочность и пла­стичность, чем выполненные электрическими способами сварки.

Для успешной сварки алюминия плавлением очень важно за­щитить жидкую сварочную ванну

от вредного воздействия воздуха.

И в настоящее время еще применяется газовая сварка алюми­ния наряду с такими более прогрессивными способами сварки, как аргоно-дуговая. В меньшей степени для сварки алюминия исполь­зуются сварка металлическими электродами со специальными по­крытиями, автоматическая сварка под слоем флюса (для толстоли­стового алюминия), контактная сварка, холодная сварка, ультра­звуковая и др.

В случае замены газовой сварки электрической сваркой дости­гается значительное повышение производительности труда и каче­ства сварных соединений.

Различие физико-химических свойств отдельных алюминиевых сплавов требует, чтобы технология, режимы, техника и приемы

сварки их были различны.                                                       „              „

Алюминий успешно сваривается полуавтоматической дуговой сваркой в среде аргона. Ручная сварка вольфрамовым электродом в среде аргона также широко применяется на производстве.

Луговая сварка в среде аргона вольфрамовым электродом алю­миния и его сплавов производится на переменном токе, при кото­ром обеспечивается разрушение оксидной пленки на поверхности алюминия; для облегчения процесса возбуждения и горения дуги применяется осциллятор, включаемый в сварочную цепь установки, при этом на основной переменный ток накладывается высокоча­стотный переменный ток.     ,

При аргоно-дуговой сварке плавящимся электродом приме­няется постоянный ток на обратной полярности.

При сварке алюминия под слоем флюса плиты толщиной в 18—20 мм можно сварить за один проход, применяя проволоку диаметром 3 мм и сварочный ток силон 430—450 а.

При сварке алюминия может произойти опускание той части, которая расположена под дугой (при температуре 370° предел прочности алюминия не превышает 1 кг/мм2). Во избежание этого применяют стальные или медные подкладки, поддерживающие ме­талл снизу.

Дуговая сварка металлическими электродами с покрытием и под слоем флюса производится на постоянном токе обратной по­лярности. Если применяется сопутствующий подогрев, то нагрев не должен превышать 200—250°’ на расстоянии 200—250 мм от места сварки. Для уменьшения пористости в швах, необходимо при­менять подогрев и снизить скорость сварки.

При сварке тонких листов алюминия в зажимном приспособле­нии деформации уменьшаются.

Чистый алюминий при сварке, как правило, не склонен к об­разованию трещин.

Чтобы избежать образования кристаллизационных трещин в сварных швах толстостенного алюминия, необходимо, чтобы в нем было больше железа, чем кремния, а также титана (0,04— 0,05 ).