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
(Аl₂О₃) 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,
н 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 калии,
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 °C.

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 31000 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.

 

Сварка магниевых сплавов

 

В технике применяют сварные изделия из сплавов магния с марганцем, цинком и алюминием. При газовой сварке магниевые сплавы
легко воспламеняются, что затрудняет процесс сварки вследствие
низкой температуры плавления магниевых сплавов и образования
на поверхности сварочной ванны очень тугоплавкой (2500 °С) окиси
магния. Магниевые сплавы при нагревании не только окисляются, но
и активно соединяются с азотом, образуя нитрид магния, который
снижает прочность сварочного шва. Магниевые сплавы растворяют
водород, обусловливающий пористость сварочного шва.

Сварку магниевых сплавов осуществляют так же, как и алюминиевых сплавов. Магниевые сплавы можно сваривать газовой, дуговой
(угольным электродом), аргоно—дуговой, точечной и роликовой сваркой. При газовой и дуговой сварке магниевых сплавов чаще всего
применяют флюсы такого же состава, что и при сварке алюминия.

 

Сварка титана и его сплавов

 

Прочность и пластичность сварных соединений промышленных
титановых сплавов одинаковы с основным металлом.

В последние годы широко применяют дуговую сварку титана и его
сплавов в атмосфере инертного газа или автоматическую дуговую сварку под флюсом на основе Сa, Na, исключающим возможность
взаимодействия титана с кислородом.

Хорошие результаты получают при аргоно—дуговой 
 автоматической сварке деталей малых толщин из титана
и его сплавов вольфрамовыми электродами диаметром 1,5—3 мм при
короткой дуге (1,0—1,5 мм) и плотности тока 40—75 А/мм². Для
сварки титана и его сплавов чаще всего применяют постоянный ток
прямой полярности или переменный ток. Скорость автоматической
дуговой сварки составляет 18—27 м/ч при расходе аргона 360—
650 дм³/ч.

Автоматическую электродуговую сварку в среде аргона можно также производить плавящимся электродом на постоянном токе обратной
полярности. В качестве электрода применяют сварочную проволоку
диаметром 1,2—5 мм. Плотность тока равна 75—100 А/мм², скорость
сварки 16—40 м/ч.

Сварку толстых деталей (до 40 мм) из титана и его сплавов осуществляют методом электрошлаковой сварки электродом
толщиной 3—4 мм с использованием переменного тока. Место сварки
и прилегающие зоны основного металла необходимо тщательно защищать от воздействия азота, водорода и кислорода, так как титан обладает большой химической активностью к этим элементам и восстанавливает окислы. При температурах выше 600 °С титан интенсивно
поглощает газы.

Электрошлаковую сварку ведут с применением специального
флюса, содержащего стойкие бескислородные соединения титана и
обладающего высокой температурой плавления и кипения.

При точечной и роликовой сварке титана защитная атмосфера из
нейтрального газа не нужна; необходимо иметь лишь чистую поверхность изделий. Точечная или роликовая сварки применяются для
листов или деталей толщиной 0,5—3,0 мм.