СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Сварка алюммия и его сплавов

Алюминий обладает низкой прочностью (ав=8—10 кгс/мм2). поэтому его применяют в основном в химическом аппарат ос троении, рамных конструкциях, для оконных и дверных переплетов и декоративных изделий в строи­тельстве. Он обладает малой плотностью 2,7 г/смэ, повышенной коррозионной стойко­стью н большой пластичностью по сравнению с низкоуглеродистой сталью.

Повышенную прочность имеют сплавы алю­миния с марганцем, магнием, кремнием, цин­ком и медью.

Алюминий и его сплавы делят на литейные и деформируемые (катаные, прессованные, ко­ваные). Деформируемые сплавы подразделяют на термически не упрочняемые, к которым от­носятся сплавы алюминия с марганцем и маг­нием, и термически упрочняемые, к которым относятся сплавы алюминия с медью, цинком, кремнием.

Наиболее высокой прочностью обладают термически упрочі яемые алюминиевые спла­вы. Например, механические свойства дюралю­миния Д16 (3,8—4,9"' меди, 1,2—1,8°-;, магния, 0,3—0,9%, марганца, остальное — алюминий) следующие: до термической обработки — 6В= =22 кгс/мм2 и 65 =2"/; после термической обра­ботки —<т,=42 кгс/мм2 и 8, = 18%. Наибольшей прочностью из термически упрочняемых алю­миниевых сплавов обладает сплав В95 (с*= =60 кгс/мм2. ат±=55 кгс/мм2 и 8, — около 12°''), сплав построен на основе алюминий — медь — магний — цинк.

Однако термически упрочненные алюминие­вые сплавы разупрочняются при сварке со зна­чительной потере» мехачических свойств. При­менение этих сплавов для сварных хонстр} дций возможно лишь при условии обеспечения тер­мической обработки после сварки для повы­шения прочности сварных соединений.

Из термически неупрочняемых сплавов наи­большей прочностью обладают сплавы систе­мы А1 — Vig — Ті, например сплав АМгб, ме­ханические свойства которого следующие: ов = = 32 38 KIс/мм2, с, = 16—18 кгс/мм2, 65 = 15— 20" „ и ак= 3 4 КІ с • м/см2. Конструкции из алю - миниево-маї ниевого сплава АМгб изготовля­ются в основном сварными.

Сваринасмогм. алюминия и его сплавов. Алю­минии II I. II I II nim. i имени большую генлопро - UCIIIOI II.. leil'HlCMKlH-'ll. И скрьиую ICIlJIOiy плавления. Гешюнроводность алюминия в три раза выше теплопроводности низкоуглероди­стой стали; при нагреве от 20 до 600°С разница в теплопроводности еще более возрастает. Сле - човіі 1С'н.|н> си. трк. т а'ііпминии и его сплавов должна ІІМІЮЛІІИІЬСЯ с оіносиїсльно мощным и концентрированным источником нагрева.

Коэффициент линейного расширения алю­миния в два раза выше, чем коэффициент рас­ширения железа. Это способствует увеличен­ным деформациям и короблению при сварке алюминиевых изделий.

Низкая удельная плотность (2,7 г/см-’) и температура плавления (660°С) алюминия по сравнению с высокой удельной плотностью окисла алюминия А12Оэ(3,85 г/смэ) и его тем­пературой плавления (2050°С) затрудняют про­цесс сварки. Тугоплавкий и тяжелый окисел А12Оэ может оставаться в металле шва и сни­жать работоспособность сварного соединения. При сварке алюминия и его сплавов необходимо йрименять различные способы борьбы с окис­лом А1203. Во всех случаях поверхность метал­ла изделия должна зачищаться непосредствен­но перед сваркой и процесс сварки должен протекать с защитой расплавленного металла от действия газов воздуха.

Используют три способа борьбы с окислом алюминия: сварка с растворителем окислов (электродные покрытия, флюсы), сварка без растворителей, но с так называемым катодным распылеинем, и сварка с механическим удале­нием окислов из сварочной ванны.

Растворителями окисла А12Оэ и других окис­лов являются галогенные соли щелочноземель­ных металлов (хлорист'ый, фтористый литий и др.),’ которые растворяют окислы и вместе с ними поднимаются из сварочной ванны в сварочный шлак. Так как раствор обладает по­ниженной гмпературой плавления меньшей

удельной плотностью и меньшей вязкостью, чем каждый компонент в отдельности, то он выводится из металла шва в сварочный шлак.

Сущность катодного распыленит состоит в том, что при дуговой сварке в аргоне на постоян­ном токе при Обратной полярности происходит дробление окисной пленки А12Оэ. с последую­щим распылением частиц окисла на поверх­ности сварного изделия. Тонкач окисная пленка, покрывающая сварочную ванну, разрушается под ударами тяжелых положительных ионов защитного газа аргона, образующихся при го­рении дуги. Так как положительный ион обла­дает большей массой, чем электрон, то обра­зующийся поток ионов способен дробить окис - ные пленки алюминия и магния,, которые соз­даются при сварке. При этом надо учитывать большую скорость движения ионов, позьоляю- щую распыленным окислам через защит­ную газовую среду выходить из сварочной зоны.

Другие газы, обладающие низкой атомной массой (например, 4 у гелия вместо 40 у аргона), не способны дробить и распылять окислы.

Механический способ удаления окисла А12Оэ из сварочной ванны заключается в том, что сварщик опускает в сварочную ванну стальной пруток диаметром 3—4 мм и вынимает его с прилипшим к поверхнос-- и прутка окислом, который легко отделяется от прутка при его встряхивании* и легком ударе. Опытные рабо­чие, выполняющие газовую или дуговую сварку у.'ольным электродом, часто используют этот способ, не прибегая к флюсам.

АлюминиРчые сплавы обладают повышен­ной склонностью к образованию пор. Пори­стость металла при сварке алюминия и его спла­вов вызывается водородом, источником кото­рого служит адсорбированная влага на поверх­ности основного металла и особенно проволоки, а также возду), подсасываемый в сварочную ванну. В этом случае алюминий в сварочной ванне взаимодействует' с влагой по реакции 2А1-І ЗН20-> А1203 + 6Н.

Для получения беспористых швов при сварке алюминия и его сплавов даже небольшой тол­щины иногда требуется подогрев, снижающий скорость охлаждения сварочной ванны и спо­собствующий более полному удалению водо­рода из металла при медленном охлаяедении. Так, например, при наплавке на лист алюминия толщиной 8 мм беспористый шов может полу­чить при подогреве металла до 150°С. При увеличении толщины металла до 16 мм даже подогрев до температуры 300 "С не обеспечи­вает беспористых швов.

Однако подогрев листов для сваркй неко­торых сплавов следует применять осторожно. Например, при сварке толстолистовых алюми­ниево-магниевых сплавов допускается подогрев до температуры не выше 100—150°С. Более высокая температура подогрева может усилить пористость шва за счет выделения из твердого раствора магния и образования при этом во­дорода по реакции Mg+H20->Mg0+2H. Кро­ме того, при сварке подогретого металла (алю - миниево-магниевых сплавов) снижаются ме­ханические свойства сварных соединений.

При аргонодуговой сварке алюминия и его сплавов борьбу с порами ведут с помощью окислительной атмосферы. ІІаллучшие резуль­таты получаются при добавке к аргону 1,5";, кислорода. Окислительная атмосфера з районе поверхности сварочной ванны не дает водороду растворяться в металле, поэтому поры к. концу охлаждения шва не образуются.

Алюминий й его сплавы склонны к боль­шему перегреву, чем углеродистые стали. По­этому сварку алюминиевых сплавов следует производить с меньшей погонной тепловой энергией, шов по возможности выполнять за один проход или в два прохода с двух сторон на больших скоростях.

Виды сварки алюминия и его сп. тэчов. Детали из алюминия и его сплавов можно соединять как сваркой плавлением, так и сваркой даре­нием. Широкое распространение получили сле­дующие виды сварки: ручная или механизиро­ванная дуговая сварка неплавящимся электро­дом в защитном инертном газе; механизиро­ванная дуговая сварка плавящимся металличе­ским электродом в защитном газе; автоматиче­ская дуговая сварка плавящейся сварочной про­волокой по слою дозированного флюса; сты­ковая или то1'рчиая контактная сварка. Кроме указанных видов сварки алюминия и его спла­вов, возможно применение сварки газокисло­родным пламенем; дуговой сварки неплавя­щимся угольным. или графитовым электродом, алюминиевым электродом с покрытием; элек- трошлаковой сварки и сварки : лектронным лучом.

Состав флюсов и электродных покрытий для сварки алюминия и его сплавов. Ручную сварку алюминия дугой или газовым пламенем вы­полняют с подогревом листов от 100 до 400°С; чем толще деталь, тем выше температура по - цогрега. Для сварки употребляют флюс, чаще

всего марки АФ-4а, содержащий 50",' хлори­стого калия, 14"'„ хлористого лития, 8"„ фторис­того натрия и 28”,, хлористого натрия. Составы электродных покрытий могут быть следующие: покрытие I — 65",, флюса АФ-4а и 35"„ криолита и покрытие II — 50"„ хлористого калия, 30";, хлористого натрия и 20",, криолита (Na3AlF6).

Подбор присадочного электродного металла. ГОСТ 7871—75 предусматривает для сварки алюминия и его сплавов проволоку четырнад­цати марок: из технического алюминия (Св-А97, Св-А85Т, Св-А5), алюминиево-марганцевая (Св-АМц), алюминиево-магниевая (Св-АМгЗ, Св-АМг4, Св-АМг5, Св-1557, Св-АМгб, Св-АМгбЗ, Св-АМг61), алюминиево-кремние­вая (Св-АК5, Св-АКЮ), алюминиевомедистая (Св-1201).

Стандарт распространяется на тянутую и прессованную (марки Св-АКЮ) проволоку диа­метрами от 0,8 до 12,5 мм. Проволока постав­ляется в упаковке, срок хранения проволоки в упаковке не более 1 года со дня изготовления.

Обычно сварочную проволоку подбирают из условия однородности с основным металлом или с несколько повышенным содержанием одного или нескольких элементов против основ­ного металла с учетом неизбежного обеднения металла шва данными элементами при сварке.

Технология сварки. Для дуговой сварки алю­миния применяют электроды марки ОЗА-1 со стержнем из алюминиевой проволоки.

Сварка производится в нижнем и вертикаль­ном положениях постоянным током обратной

полярности, короткой дугой без поперечных колебаний. При диаметре электрода 4 мм ток берется 120-М40 А, при 5 мм —150-7-170 А, а при 6 мм — 200-4-240 А. Сварку осуществляют с подогревом изделия до температуры 200— 250 °С при толщине металла 6—Ю мм, 300— 350°С при 10—16 мм. Электроды перед упот­реблением обязательно просушивают до тем - • пературы 200°С в течение 2 ч. После сварки шлак немедленно удаляют стальной щеткой с про­мывкой его горячей водой.

Для заварки литейных пороков в изделиях применяют покрытые алюминиевые электроды марки ОЗА-2.

Форма подготовки кромок под сварку алю­миниевых сплавов подобна подготовке при сварке сталей. Швы по возможности выполня­ются однопроходными и на больших скоростях.

Сварка угольным электродом производится дугой прямого действия, постоянным током при прямой полярности. Листы толщиной до 3 мм желательно сваривать с отбортовкой кро­мок без присадочного материала. Сварка более толстых листов требует разделки кромок под углом 60—75° и применения присадки. Жела­тельно применение массивных медных или стальных подкладок под свариваемые листы. Можно использовать флюс АФ-4а или флюс следующего состава: 45% хлористого калия; 15",, хлористого лития; 30% хлористого натрия; Т, фтористого калия и 3% сернокислого натрия.

Примерные режимы сварки алюминия уголь­ным электродом приведены в табл. 45.

до 1,5 50—100

1 5—3 100—200

3—5 200—400

5 10 400—700

Ю—15 700—1200

15—50 900—1200

При газовой сварке применяют присадочную проволоку той же. марки, что и свариваемый металл.

Для получения и сохранения мелкозернистой структуры изделие после сварки в некоторых случаях, например при сварке литых деталей, подвергают отжигу при 300—350°С с последую­щим медленным охлаждением.