Как выполняется сварка алюминия? (ГОСТ 21631-76)

Алюминий и его сплавы широко применяются в промышленности в виде листов, труб и другого профильного материала. Сплавы алюминия обладают высокими механическими свойствами при малой плотности, что достигается легированием их марганцем, магнием, кремнием, никелем, хромом и другими элементами.

Алюминиевые сплавы делятся на две группы: деформируемые и литейные. Деформируемые в свою очередь подразделяются на неупрочняемые и упрочняемые термообработкой. К деформируемым неупрочняемым сплавам алюминия относятся сплавы алюминия с магнием или марганцем, а к термически упрочняемым – дюралюминий Д1, Д16 и сплавы АВ, АК и В-95. Из литейных сплавов наибольшее распространение получили силумины – сплавы алюминия с кремнием (4-13% кремния). Литейные сплавы применяются для изготовления деталей сложной конфигурации.

Окисная пленка (А1₂О₃) с температурой плавления 2050 ⁰С, образующаяся при сварке на поверхности алюминия, затрудняет плавление металла и сплавление свариваемых кромок. Окисная пленка имеет плотность 3,85 г/см и остается на поверхности сварочной ванны.

При нагреве алюминий не меняет цвет, поэтому уловить момент начала его плавления может только опытный сварщик. Низкая температура плавления и высокая теплопроводность алюминия требуют правильного выбора мощности сварочного пламени. При сварке алюминия возникают значительные остаточные напряжения и деформации, обусловленные высоким коэффициентом теплового расширения этих сплавов.

Алюминий сваривают угольным или металлическим электродом и аргоно-дуговой сваркой вольфрамовым электродом.

Рекомендуются электроды марок ОЗА-1, ОЗА-2. Сварку ведут на токе обратной полярности с предварительным подогревом. Электрод перед сваркой просушивают при 150-200 ⁰С в течение 2 ч. Для аргоно-дуговой сварки применяют аргон марок «А» и «Б». Сварку выполняют постоянным током на обратной полярности или переменным током, но обязательно с осциллятором и балластным реостатом. Диаметр вольфрамового электрода от 1 до 4 мм в зависимости от толщины свариваемого металла. Сварочный ток выбирают из расчета 20-25 А на 1 мм диаметра электрода. Сварочная проволока марок Св-АВОО, Св-АМЦ, Св-АМГ, Св-АК.

Аргоно-дуговая сварка может выполняться постоянным и переменным током. При сварке неплавящимся электродом на постоянном токе используют прямую полярность. При сварке неплавящимся электродом переменным током необходимо, чтобы источник питания имел высокое напряжение холостого хода – до 120 В. Возбуждают дугу при ручной дуговой сварке неплавящимся электродом на угольной или графитовой пластине. Аргоно-дуговой сваркой можно выполнять стыковые, угловые и тавровые соединения. Аргон должен подаваться в таких количествах, чтобы обеспечивалась защита электрода и металла сварочной ванны от влияния воздуха. Листы малой толщины сваривают левым способом, большой толщины – правым способом. Длина дуги при аргоно-дуговой сварке небольшая – 1,5-3 мм. Подачу аргона в зону дуги прекращают спустя 10-15 с после гашения дуги. Свариваемые кромки перед сваркой очищают от грязи, масла и ржавчины.

Диаметр присадочной проволоки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла:

Толщина свариваемого металла, мм до 1,5 1,6  3,1-5     5,1-10  10-15

Диаметр присадочной проволоки, мм 1,5-2,5 2,5-3  3-4          4-6  6-8

 

Для сварки алюминия и его сплавов согласно ГОСТ 7871-75 используют присадочную проволоку 11 марок: Св-А-97, Св-А5с, Св-АМц, СВ-МЧ3, Св-АМг5, Св-АМг6,Св-АМг7, Св-АК3, Св-АК10 и Св-АК5. Сплавы алюминий – магний сваривают сварочной проволокой Св-АК5, Св-АК10, Св-АМг5, в качестве присадки используют проволоку Св-АМц и Св-АК5.

Согласно ГОСТ 7871-75 применяют сварочную проволоку следующих диаметров: 0,8; 1; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2; 2,2; 2,5; 2,8; 3; 3,2; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12 мм.

Сварочная проволока должна иметь ровную гладкую поверхность, без трещин, закатов и вмятин. Проволока поставляется в бухтах массой не более

40 кг.

При сварке литейных алюминиевых сплавов применяют присадочный металл того же состава, что и основной.

При газовой сварке детали из алюминия и его сплавов соединяются встык. Тавровые, угловые и особенно нахлесточные соединения не рекомендуются.

Зазор между свариваемыми деталями в зависимости от толщины металла и расстояния между прихватами можно определить по таблице.

Величина зазора при сварке алюминиевых листов встык

Таблица 17  

Толщина деталей в стыковом соединении, мм	Величина зазора, мм	Расстояние деталей в стыковом соединении, мм
До 1,5 1,6-3 3,1-5 5,1-10 10,1-15 15,1-50,1	0,5-1 0,8-2 1,8-3 2,5-4 3,5-5 4,5-6	20-30 30-50 50-80 80-120 120-211 200-360

 

Стыковые соединения деталей толщиной до 4 мм выполняют без скоса кромок, с зазором между ними от 0,5 до 2 мм. При толщине металла свыше 5 мм обязательно делается V-образный скос кромок (угол 30-35⁰ с каждой стороны). При толщине более 12 мм рекомендуется двусторонняя Х-образная разделка кромок (угол 30-35⁰ с каждой стороны). Кромки разделывают механическим способом.

Кромки свариваемых деталей и присадочный материал перед сваркой тщательно очищают от грязи и масла напильником или металлической щеткой на 30-40 мм с каждой стороны от шва и обезжиривают. Присадочную проволоку и свариваемые кромки промывают в течение 10 мин в щелочном растворе, составленном из 20-25 г едкого натрия и 20-30 г углекислого натрия на 1 дм³ воды при температуре 65 ⁰С с последующей промывкой в проточной воде. После этого кромки и присадочную проволоку травят в течение 2 мин в 25%-ном растворе ортофосфорной кислоты или в 15%-ном растворе азотной кислоты. После травления детали и проволоку промывают в горячей, а потом в холодной воде и протирают ветошью.

Для удаления окислов алюминия из сварочной ванны и разрушения окисной пленки при сварке алюминия и его сплавов применяют флюсы, содержащие легкоплавкие смеси хлористых соединений. Все флюсы для сварки алюминия, особенно содержащие хлористый литий, очень гигроскопичны, поэтому их хранят в герметически закрытых банках и открывают лишь перед употреблением. При выполнении прихватки флюс наносят только на присадочный материал. После сварки остатки флюса удаляют с поверхности шва и прилегающей к нему зоны для предотвращения коррозии сварного соединения.

Сварные швы очищают металлической щеткой, промывкой 2%-ным раствором азотной кислоты, затем горячей водой и просушивают.

При газовой сварке алюминия и его сплавов пламя должно быть нормальным. Избыток кислорода и горючего газа не допускается, так как свободный кислород окисляет алюминий, а избыток горючего газа приводит к сильной пористости шва. Мощность сварочного пламени выбирается из расчета расхода ацетилена 75 дм³/ч на 1 мм толщины свариваемого изделия. Расход ацетилена в зависимости от толщины свариваемого металла таков:

Толщина металла, мм    1,5 1,6-3 3,1-5 5,1-10 10,1-15 15,1-25 25,1-50

Расход ацетилена, дм³/ч 50- 100-   200- 400-    700-    900- 900-

      100 200 400 700  200        1200 1200

 

Сварку выполняют восстановительной зоной пламени, расстояние от конца ядра до свариваемой поверхности 3-5 мм. Сварку ведут левым способом. Угол наклона мундштука горелки к поверхности свариваемого металла в начале сварки должен составлять почти 90°, а затем по мере прогрева свариваемых деталей угол изменяется в зависимости от их толщины. Мундштук горелки располагают под углом 20-45° к свариваемой поверхности. Угол наклона присадочной проволоки во всех случаях составляет 40-60° к свариваемой поверхности.