Сварщику цветник металлов

АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ

Алюминий хорошо проводит тепло и электричество, хладо­стоек, обладает небольшой плотностью и хорошо обрабатыва­ется давлением. На воздухе алюминий покрывается тонкой пленкой окиси (температура плавления 2010—2056 °С, плот­ность от 3,30 до 3,99 г/см3) [91, которая предохраняет его от атмосферной коррозии. Основные свойства цветных металлов приведены в табл. 1.1.

На свойства алюминия большое влияние оказывают примеси химических элементов.

Железо незначительно растворяется в алюминии. При температуре эвтектики1 655 °С растворимость железа достига­ет 0,052 % и уменьшается с понижением температуры. В алю­минии железо присутствует в виде самостоятельной фазы. Оно ухудшает коррозионную стойкость алюминия, его электро­проводность и пластичность при небольшом повышении проч­ное ти.

S

Кремний при температуре эвтектики 577 °С растворя­ется в алюминии до 1,65 %. При понижении температуры рас­творимость кремния уменьшается и при 20 °С составляет 0,17 %.

В присутствии магния образуется соединение Mg2Si, которое хорошо упрочняет алюминиевые сплавы. На основные свой­ства алюминия кремний оказывает такое же влияние, как и железо.

Магний при температуре эвтектики 450 °С растворяет­ся в алюминии до 17,4 %, ас уменьшением температуры до 100 °С растворимость снижается до 1,9%. Магний повыша­ет прочность алюминиевых сплавов и снижает их пластич­ность.

Марганец при температуре эвтектики 658,5 °С рас­творяется в алюминии до 1,82 %. С уменьшением температуры растворимость марганца в алюминии снижается и при темпе­ратуре 500 °С составляет 0,36 %. При дальнейшем понижении температуры растворимость изменяется незначительно. Мар­ганец повышает механические и частично коррозионные свой­ства алюминия.

Медь при температуре эвтектики 548 °С растворяется в алюминии до 5,7 %, и растворимость снижается до предела при комнатной температуре. Медь повышает прочностные свой­ства алюминия и ухудшает его коррозионную стойкость.

Алюминий стоек в атмосферных условиях, в концентри­рованной азотной кислоте и многих органических кислотах. В щелочах, в разбавленной азотной и серной кислоте при нагреве алюминий быстро разрушается. Алюминиевые спла­вы разделяются на две основные группы: 1) деформируемые (ГОСТ 4784—74); 2) литейные (ГОСТ 2685—75).

1. Деформируемые алюминиевые сплавы,, в свою очередь, делятся на неупрочняемые и упрочняемые термической обра­боткой. В деформируемых неупрочняемых сплавах концент­рация легирующих элементов меньше предела растворимости при комнатной температуре. В деформируемых термически упрочняемых алюминиевых сплавах концентрация легирую­щих элементов больше предела растворимости при комнатной температуре, но меньше начала образования эвтектики. Такие сплавы сложного легирования при нагреве могут быть пере­ведены в однофазное состояние и после закалки и старения ха­рактеризуются высокими прочностными свойствами. К дефор - мируемымуермически неупрочняемым сплавам относятся АД0, АД1, АМц, АМг, AMrl, АМг2, АМгЗ, АМг4, АМг5, АМгб.

В литейных алюминиевых сплавах содержание легирую­щих элементов превышает предельную их растворимость в алюминии. В условиях эвтектики сплавы обладают хорошими

литейными свойствами, однако их деформационная способ­ность является пониженной. Лірсйньїе сплавы, в свою очередь, делятся на сплавы высокой и средней прочности, а также кор­розионно-стойкие для работы в морской воде (АЛ8, АЛ 13, АЛ22) и жаростойкие, работающие при температуре 200— 400 °С (АЛ1, АЛЗ-1, АЛ4, АЛЬ, АЛ10В, АЛ19, АЛ20 и др.).

Деформируемые термически упрочняемые и литейные алю­миниевые сплавы приведены в табл. 1.2.

Основной трудностью при^сварке алюминия и его сплавов является образование в сварных швах пор, полостей гидро­динамического происхождения и трещин. Считают, что причи­ной образования в сварных швах пор является перенасы­щенность алюминия водородом.

Водород в отличие от других газов способен растворяться в алюминии и при определенных условиях может образовы­вать поры. Растворимость водорода в твердом алюминии при температуре 660 °С равна 0,036 см3/100 г, а при той же темпе­ратуре, но уже в расплавленном алюминии растворимость во­дорода составляет 0,69 см3/100 г. При дальнейшем повышении температуры растворимость водорода увеличивается и при 850 °С составляет 2,15 см3/100 г. Существуют условия, когда растворимость водорода в алюминии при температуре 2050 °С может достигать 20,9 см3/100 г.

Таблица 1.2. Алюминиевые сплавы

Группа к система сплава

Деформируемые термически упрочняемые

I А1—Си—Mg

II Al-Mg-Si;

А<1—Си—Mg—Si

III АI— Си—Mg—Fe—Ni

IV AI-Cu-Mn;

Al—Си—Mn—Li-Cd

V Al—Zn-Mg—Си

VI Al—Mg—Zn

I Al—Si

II Al—Si—Си

III Al—Си

IV Al—Mg

V Al—Si—Mg—Mn— —Ni—Ті—Zn—Cr

Д1; Діб; ДІЄ; Д19; ВАДІ; ВДІ7 я др. АВ; АДЗІ; АДЗЗ; АД35; АК6; АК8; АК6-1 и др.

АК2; АК4; АК4-1 и др.

Д20; Д2І; ВА23 и др.

В93; В94; В95; В96 н др.

В92; В92Ц и др.

Литейные

АЛ2; АЛ4; АЛ4-І; АЛ9; АЛ9-1 и др. АЛЗ; АЛ5; АЛ5-1; АЛ6; АЛ32 и - др. АЛ7; АЛ19; АЛЗЗ и др.

АЛ8; АЛ 13; АЛ22; АЛ23; АЛ27 и др. АЛ1; АЛ 11; А'Л21; АЛ24; АЛ25; АЛЗО и др.

Основным источником водорода является влага, которая взаимодействует с расплавленным алюминием:

2А1 + ЗН20«=*А1203 + 6Н.

Водород в момент образования энергично растворяется в металле шва. При кристаллизации сварочной ванны избы­ток водорода выделяется из расплава, образуя поры. Для пре­дупреждения образования в металле шва пор металл и элек­тродную проволоку тщательно подготавливают перед сваркой, кромки зачищают шабером, защитные газы осушают, флюсы и электроды прокаливают, применяют предварительный по­догрев защитных газов, подаваемых в горелку, или вводят в зону дуги вместе с инертными газами или отдельно неболь­шие добавки кислорода.

Часть металла ванны, расположенная под дугой, подвер­гается относительно большому давлению дуги, что при огра - • ниченном теплоотводе значительно увеличивает температуру металла, расположенного непосредственно под дугой, и приво­дит к его перегреву в данной зоне. Такие не совсем обычные температурные условия в сочетании с волновой кристаллиза­цией металла ванны оказывают влияние на условия зарожде­ния и развития пор.

Полости в швах образуются в результате отрыва потока металла от донной части ванны при чрезмерно большой силе сварочного тока, повышенной скорости сварки и отклонении других элементов режима от оптимального значения. Появление полостей практически не зависит от окисления металла, сте­пени перенасыщенности сварочной ванны газами и скорости их выделения. Полости отличаются от пор газового проис­хождения размерами, формой и расположением в шве.