СВАРКА, РЕЗКА И ПАЙКА МЕТАЛЛОВ

СВАРКА АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ

Алюминий имеет сравнительно низкую температуру плавления (657°) при довольно высокой теплопроводности, которая примерно в три раза превосходит теплопроводность малоуглеродистой стали. Алюминий отличается также значительным коэффициентом тепло­вого расширения (22 - 10-6). Алюминий очень хрупок в нагретом

состоянии, однако главным затруднением при сварке алюминия является лёгкая его окисляемость с образованием весьма тугоплав­кого и механически прочного окисла А1203, который плавится при температуре 2050°, что превышает температуру кипения алюминия (1800°). Окись алюминия представляет собой чрезвычайно прочное химическое соединение, которое плохо поддаётся действию флю­сующих материалов, ввиду своего химически нейтрального харак­тера. Образование окиси алюминия является основным затрудне­нием при сварке этого металла.

Алюминий можно сваривать как плавлением, газовым пламенем и дугой, так и давлением на электрических контактных сварочных машинах. Наиболее распространена газовая ацетилено-кислородная сварка алюминия. Перед сваркой кромки металла должны быть тщательно очищены механическими средствами: пескоструйными аппаратами, стальными щётками, шабровкой или химическими спо­собами: промывкой в водном растворе каустической соды или в бен­зине. После промывки раствором соды необходима длительная и тщательная промывка проточной водой для предотвращения появ­ления коррозии. При ремонте алюминиевых отливок часто прибе­гают к предварительному подогреву изделия до температуры около 300°.

При ремонте толстостенных алюминиевых отливок можно иногда обходиться без специального флюса. При этом окись алюминия всё время очищается с поверхности ванны скребком из стальной про­волоки, а конец присадочного прутка для уменьшения окисления погружается в сварочную ванну. В нормальных случаях совершенно необходимо применение специальных флюсов для сварки алюминия, энергично растворяющих окись алюминия при низких темпера­турах.

Флюс при сварке алюминия имеет исключительно важное зна­чение. До изобретения хороших флюсов сварка алюминия счита­лась настолько трудно выполнимой, что почти не применялась на практике. Особенно сильными растворителями являются для окиси алюминия галоидные соединения щелочного металла лития. Во флюсы для сварки алюминия чаще всего вводится хлористый или фтористый литий — LiCl или LiF.

Разработка флюсов для сварки алюминия до сих пор не может считаться вполне законченной, и ведутся работы по изысканию но­вых, более совершенных составов флюса. Практически качество алюминиевого флюса может быть оценено следующей простой про­бой. Расплавляют газовой горелкой небольшую ванночку на пла­стине алюминия, металл покрыт плёнкой окисла и имеет матовую тусклую сероватую поверхность. При подаче щепотки хорошего флюса - на ванну, поверхность её почти мгновенно очищается и ста­новится блестящей, белого серебристого цвета, напоминая по виду ртуть или расплавленное серебро. Хороший флюс очищает также и нагретый нерасплавленный основной металл вокруг ванны. Со­ставы некоторых флюсов, применяемых в нашей промышленности, приведены в табл. 23.

Настоящие алюминиевые флюсы содержат от 15 до 30% солей лития, которые дороги и дефицитны. Поэтому велись и ведутся ра­боты по созданию более дешёвых флюсов-заменителей, не содержа­щих солей лития. В табл. 23 приведен состав одного флюса-заме­нителя без лития, применяемого в нашей промышленности. Флюсы- заменители дают во многих случаях удовлетворительные резуль­таты сварки, но всё же худшие, чем настоящие флюсы, содер­жащие соли лития. Поэтому, для ответственных работ по сварке алюминия, особенно тонколистового, рекомендуется применять на­стоящие флюсы с солями лития. Имеет также значение и присадоч­ный материал. В тех случаях, где не требуется идентичности хими­ческого состава основного и наплавленного металла, в качестве присадочного материала рекомендуется применять сплав алюминия с кремнием с содержанием последнего около 5%. Этот сплав даёт минимальную усадку при затзердевании, образует плотные и проч­ные швы с хорошей гладкой поверхностью. Размер горелки берётся на один номер меньше, чем для сварки малоуглеродистой стали той же толщины. Вследствие легкоплавкости алюминия возможно исполь­зование при сварке © качестве горючего газа водорода, природного газа — метана, сжиженного газа—пропан-бутано-войсмеси. Эти газы дают сварку вполне удовлетворительного качества, но 'производи­тельность сварки снижается по сравнению со сваркой на ацетилене.

Хорошие результаты даёт атомно-водородная сварка алюминия, однако применение флюса при этом необходимо. Вполне удовлетво­рительна и сварка алюминия угольной дугой. В этом случае можно пользоваться удешевлёнными флюсами без лития. Отличные ре­зультаты даёт аргонодуговая сварка, не требующая применения флюсов, что является большим техническим преимуществом. Не­смотря на легкоплавкость алюминия вполне возможна сварка его металлическим электродом по способу Славянова. В состав обмазки металлических алюминиевых электродов должны входить хорошие растворители окиси алюминия; обычно в обмазки вводятся соли лития.

Флюсы 'И обмазки для сварки алюминия должны изготовляться из химически чистых препаратов. Некоторые флюсы изготовляются путём тщательного перемешивания с одновременным размолом ком­понентов, например, в шаровой мельнице с фарфоровым корпусом и шарами. Для других флюсов рекомендуется предварительно спла­вить компоненты и затем размалывать полученный однородный сплав. Изготовление сплавлением часто даёт лучшие результаты и меньшую гигроскопичность флюсов. Алюминиевые флюсы чув­ствительны к воздействию влажности воздуха, под влиянием кото­рой они меняют свой состав и свойства. Поэтому алюминиевые флюсы должны сохраняться плотно закупоренными в стеклянных банках с притёртой пробкой. Для работы сварщик берёт количе­ство флюса не более чем на одну смену.

Удовлетворительные результаты даёт и контактная сварка алю­миния. Стыковая контактная сварка алюминия обычно произво­дится непрерывным оплавлением на машинах с электрическим при­водом. Сварочный ток берётся около 15000 а на 1 см2 свариваемо­го сечения. Величина оплавления составляет от 5 до 12 мм, а ве­личина осадки от 1,5 до 5 мм в зависимости от величины сечения', сварного шва. Время непрерывного оплавления колеблется от 30 до 70 периодов переменного тока. Ток выключается в начале осадки; продолжительность осадки — от 2 до 5 периодов тока.

Довольно широко применяется точечная сварка алюминия, одна­ко существенными затруднениями в этом случае являются высо­кая электропроводность алюминия и быстрое расплавление металла в процессе сварки, происходящее за 0,002—0,005 сек., что требует быстрого перемещения электрода машины для поддержания вели­чины давления и контакта с основным металлом. Хорошие резуль­таты даёт также точечная сварка аккумулированной энергией. В нашей промышленности применяется конденсаторная точечная сварка алюминия. Электроды для точечной сварки алюминия реко­мендуется изготовлять из медных сплавов с высокой твёрдостью и высокой электропроводностью; удовлетворительные результаты даёт сплав ЭВ. Довольно часто наблюдается прилипание алюминия к медному электроду. В этом случае необходима немедленная за­чистка. электрода со снятием тонкого слоя металла, иначе неиз­бежно повреждение поверхности точек. Необходимо интенсивное охлаждение электродов проточной водой. Возможна также и шов­ная сварка алюминия, но для этой цели необходимы мощные ма­шины с ионными прерывателями.

В очень широких размерах в технике применяются различные сплавы алюминия, обладающие более высокой механической проч­ностью по сравнению с прочностью чистого алюминия и сохраняю­щие его малый удельный вес (2,7—2,8).

Весьма многочисленные алюминиевые сплавы могут быть раз­делены на две группы: сплавы термически не упрочняемые и спла­вы термически упрочняемые. Примером термически не упрочняемо­го сплава может служить сплав АМц, содержащий в среднем 1,3% марганца, с пределом прочности от 13 до 20 кг/мм2 в зависимости

от нагартовки. Поскольку подобные сплавы мало чувствительны к термической обработке, они дают без особых затруднений сварное соединение, по прочности приближающееся к основному металлу в отожжённом состоянии.

Из сплавов, упрочняемых термически, важнейшим является дуралюминий, широко применяемый в самолётостроении и имеющий ряд разновидностей с пределом прочности от 38 до 46 кг! мм1. Задача сварки этого важнейшего сплава до сих пор не разрешена полностью. Дуралюминий представляет собой в основном сплав алюминия с медью и магнием, образующих интерметаллические соединения. Растворимость этих соединений в алюминии зависит от температуры. При нагреве алюминия до температуры выше крити­ческой, соединения полностью растворяются в металле и остаются в нём в таком виде при быстром охлаждении, т. е. происходит закал­ка сплава. При последующем вылеживании, так называемом старе­нии, раствор соединений в металле распадается, выделяя частицы соединений в мелко дисперсном виде, что и придаёт дуралюминию его выдающиеся механические свойства, высокую прочность и твёр­дость. В процессе сварки происходит местный перегрев металла, вызывающий резкое снижение механических свойств металла.

Снижение прочности не может быть устранено последующей термообработкой, которая не возвращает металлу ослабленной зоны первоначальных высоких механических свойств.