Сварка алюминия и его сплавов

В настоящее время в машиностроении применяют сварные конструкции из алюминия и его сплавов. При сварке алюминия и его сплавов возникают трудности вследствие того, что алюминий легко окисляется и на его поверхности образуется тугоплавкая пленка окиси алюминия (А1₂О₃) с температурой плавления 2050° С. Эта пленка, хотя и защищает поверхность металла от дальнейшего окисления, препятствует сплавлению кромок. Поэтому ее следует перед сваркой механически удалять и не допускать образования в процессе сварки.

При нагревании до температуры плавления алюминий быстро переходит из твердого состояния в жидкое при температуре 627° С. Нагрев до 400—500° С часто сопровождается образованием прогибов, изломов и провалов участков свариваемого изделия. Поэтому сварку рекомендуют вести на формирующих подкладках.

Алюминий в жидком состоянии хорошо растворяет водород. При понижении температуры, вследствие уменьшения растворимости в алюминии, водород выделяется из металла и располагается по границам зерен в виде мельчайших пузырьков, несколько снижающих прочность шва и нарушающих герметичность сварного соединения.

При затвердевании алюминий и его сплавы дают большую усадку, вследствие этого вблизи шва могут образовываться трещины. Для предотвращения таких явлений для сварки алюминия и его сплавов применяют прутки и электроды специального состава.

Алюминий и его сплавы можно сваривать почти всеми рассмотренными способами. Перед сваркой кромки изделия и присадочные прутки очищают металлической щеткой от грязи, обезжиривают бензином, и раствором каустической соды и подвергают травлению. Травление производят при 50—70°С в растворе едкого натрия (45—50 г/дм³ воды) в течение 1 мин. После травления изделия промывают в холодной и горячей воде.

Для удаления пленки окиси алюминия из сварочной ванны применяют порошкообразные флюсы или специальные пасты. Наибольшее распространение получил флюс, содержащий 50% хлористого калия, 28% хлористого натрия, 14% хлористого лития и 8% фтористого натрия. Остатки флюса вызывают коррозию, поэтому после сварки шлак и остатки этого флюса смывают с поверхности шва теплой водой, а затем 5%-ным раствором азотной кислоты с 2% хромпика с последующей промывкой водой в течение 5 мин и сушкой. Этот флюс в виде пасты, замешанной на воде, применяют при газовой сварке.

При сварке алюминия и его сплавов в качестве присадки применяют проволоку того же химического состава, что и химический состав свариваемого металла. Хорошие результаты при сварке сплава АМц и некоторых термически обрабатываемых алюминиевых сплавов дает применение присадочной проволоки марки АК, содержащей около 5% Si. Эта проволока обеспечивает повышенную жидкотекучесть металла шва и меньшую усадку его при остывании.

Сварку алюминиевого литья ведут с предварительным подогревом до 250—260°С. Для получения мелкозернистого строения и устранения внутренних напряжений шов иногда подвергают отжигу при 300— 350°С.

При электродуговой сварке металлическим электродом применяют специальную обмазку, в состав которой входит до 15% хлористого натрия, до 50% хлористого калия и до 35% криолита. На 100 г смеси добавляют 50 см³ воды. Связывающим веществом служит хлористый натрий, который одновременно является и флюсующим. Толщина обмазки на электроде достигает 1—1,2 мм на сторону. Сварку алюминия и его сплавов ведут на постоянном токе при обратной полярности. Шлак после сварки удаляют горячей водой

Дуговую сварку алюминия угольным электродом производят с присадочным металлом и флюсом того же состава, что и при газовой сварке.

Атомноводородную сварку алюминия и его сплавов применяют для ответственных конструкций (толщина деталей составляет 1,5—10 мм). Состав присадочного металла и флюса тот же, что и при газовой сварке.

Аргоно-дуговую сварку плавящимся электродом применяют для деталей толщиной 4—100 мм и более, а неплавящимся электродом — 0,5—15 мм.

При электроконтактной точечной или роликовой сварке алюминиевых сплавов применяют токи большей силы, чем при сварке стали той же толщины; продолжительность сварки должна быть меньше. Это объясняется повышенной тепло- и электропроводностью алюминиевых сплавов по сравнению со сталью. Например, при точечной сварке листовой стали толщиной 2 мм применяют силу тока 7500 А при продолжительности сварки 0,5 с и давлении электродов 3 кН (300 кгс), а при сварке листового дуралюминия такой же толщины соответственно 31 000 А, 0,12 с и 5 кН (500 кгс). В машинах, используемых для сварки алюминиевых сплавов, применяют специальные ионные прерыватели, обеспечивающие минимальное время протекания тока. Широкое применение нашли конденсаторные машины, дающие мощный импульс сварочного тока за сотые доли секунды.