Содержание

Сварка алюминия и его сплавов может быть выполнена всеми способами сварки. известными в настоящее время. В промышленности и технике существует достаточно много разных марок алюминия и алюминиевых сплавов.

Чтобы понять, как варить алюминий разных марок, нужно знать, что технология и особенности сварки примерно одинаковы для всех алюминиевых сплавов, в том числе и сам алюминий. При этом, их физико-химические могут существенно отличаться.

Особенности сварки алюминия

1. Поверхность алюминия и его сплавов обволакивает тугоплавкая плёнка, состоящая из оксида алюминия Al2O3. Температура плавления этой плёнки 2050°C и она существенно затрудняет сплавление основного и присадочного материала. Поэтому, сварочные кромки необходимо очистить от плёнки механическим способом.

Однако, чаще всего, очистка делается химическим способом, при использовании флюсов, т.к. при очистке механическим способом плёнка достаточно быстро образуется вновь из-за высокой активности алюминия, вступающем во взаимодействие с кислородом.

2. Вторая особенность это резкое снижение прочности алюминия при сильном его нагревании. При температуре 400…500°C алюминиевые детали могут разрушаться даже под действием собственного веса.

3. Основная трудность при сварке алюминия заключается в случае повышенных требований к его коррозионной стойкости в агрессивных, химически активных средах. Коррозия проявляется, в основном, при высокой температуре, либо при постоянных перепадах температуры, а также при большой концентрации кислотных паров. В первую очередь коррозия разрушает металл сварного шва и металл в зоне термического влияния .

Причинами появления коррозии могут быть дефекты сварного шва . Кроме этого, причиной коррозии может быть загрязнение сварного шва различными примесями в процессе сварки. Особенно опасными являются примеси кремния и железа. Поэтому, при сварке алюминия необходимо исключить попадание этих элементов в металл сварного шва. Подробнее о сварных дефектах при сваривании алюмиевых конструкций мы рассказывали здесь .

Марки алюминиевых сплавов, наиболее применяемые для сварки

Сплавы алюминия классифицируются на две группы: термически упрочняемые и, соответственно, термически не упрочняемые. Среди термически не упрочняемых марок для сварки применяются алюминиево-магниевые сплавы марок АМг. Их химический состав соответствует ГОСТ 4784, а сортамент листов - ГОСТ 1946. См. таблицу:

Дополнительно

- круглый и профильный алюминиевый прокат

- плоский алюминиевый прокат

- интересные интернет-ссылки

          Классификация алюминиевых сплавов.

Алюминиевые сплавы условно делятся на литейные и деформируемые . Далее будут рассматриваться только деформируемые сплавы и прокат на их основе. Под алюминиевым прокатом подразумевают прокат из алюминиевых сплавов и технического алюминия .  Химический состав деформируемых сплавов общего применения приведен в ГОСТ 4784-97 и ГОСТ 1131.

Деформируемые сплавы разделяют по способу упрочнения: упрочняемые давлением и термоупрочняемые.

Другая классификация основана на ключевых  свойствах: сплавы низкой, средней или высокой прочности, повышенной пластичности, жаропрочные, ковочные и т.д.

В таблице систематизированы наиболее распространенные деформируемые сплавы с краткой характеристикой основных свойств присущих для каждой системы. Маркировка дана по ГОСТ 4784-97 и международной классификации ИСО 209-1.

Характеристика сплавов

Металлы и Сварка СВАРИВАЕМОСТЬ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Металлы и Сварка

Теплопроводность алюминия в три раза выше, чем у низколегированной стали, у него больше теплоемкость и скрытая теплота плавления. Для расплавления алюминия нужно больше теплоты, чем для такого же объёма стали, в связи с этим для его требуется повышенная тепловая мощность и более высокая ее концентрация.

Алюминий легко окисляется, его высокая коррозионная стойкость изделий из алюминия обеспечивается мгновенно возникающей на поверхности пленкой окиси алюминия, которая непропускает воздуха к металлу. Эта пленка имеет прочность до 200 МПа и плотность 3,6 г/см3, она тяжелœее алюминия, ее температура плавления 2050 °С. При нагреве металл под пленкой расплавляется раньше ее. Разламываясь при сварке на нерасплавившиеся куски, пленка тонет в сварочной ванне, образуя включения в металле шва.

По этой причине при сварке нужно раздроблять и измельчать окисную пленку. Это можно сделать, применяя в электродных покрытиях или во флюсах соединœения хлора, к примеру NaCl, LiCl, которые, проникая при сварке в образующиеся в окисной пленке из-за ее нагрева и расширения микротрещины, образуют с алюминием летучие соединœения. Окисная пленка подмывается и при испарении этих соединœений отрывается от поверхности алюминия, раздробляется и частично уносится шлаком. Другой путь - катодное распыление окисной пленки в результате ударов тяжелых ионов о поверхность катода при дуговом разряде. Катодное распыление на поверхности детали может происходить при сварке на постоянном токе обратной полярности, когда катод - свариваемое изделие. При этом при этом резко увеличивается нагрев электрода. По этой причине чаще применяют дуговую сварку на переменном токе. Коэффициент линœейного расширения алюминия в два раза выше, чем у желœеза. Значит при сварке алюминиевых сплавов деформации и коробления деталей будут больше, чем на сталях. Расплавленный алюминий обладает большой жидкотекучестью, что затрудняет формирование шва при сварке со сквозным проплавлением кромок: легко образуются прожоги, неравномерно формируется проплав.

Жидкий алюминий в одном объёме может растворить до 600 объёмов водорода. Но при затвердевании растворимость быстро снижается, водород бурно выделяется из расплава, в сварном шве образуются поры. По этой причине перед сваркой крайне важно тщательно готовить всœе сварочные материалы и поверхность свариваемых деталей, не допуская попадания влаги - главного поставщика водорода в зону сварки. Влага, разлагаясь, может также увеличить окисление металла в сварочной ванне. При сварке желательно понижать скорость охлаждения жидкого металла, чтобы больше выделяющегося из металла водорода успело выйти на поверхность сварочной ванны. Для этого металл перед сваркой можно подогревать до температуры 150. 300 °С. При этом нагрев может снизить механические свойства сварного соединœения.

Для борьбы с пористостью в зоне сварки можно создавать окислительную атмосферу, добавляя, к примеру, в аргон до 1,5 % кислорода.

При нагреве алюминий не меняет свой цвет вплоть до расплавления. Это затрудняет контроль за состоянием металла, за образованием сварочной ванны и плавлением присадочной проволоки.

СВАРИВАЕМОСТЬ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ - понятие и виды. Классификация и особенности категории "СВАРИВАЕМОСТЬ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ" 2014, 2015.

СВАРИВАЕМОСТЬ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Теплопроводность алюминия в три раза выше, чем у низколегированной стали, у него больше теплоемкость и скрытая теплота плавления. Для расплавления алюминия нужно больше теплоты, чем для такого же объема стали, поэтому для его требуется повышенная тепловая мощность и более высокая ее концентрация.

Алюминий легко окисляется, его высокая коррозионная стойкость изделий из алюминия обеспечивается мгновенно возникающей на поверхности пленкой окиси алюминия, которая непропускает воздуха к металлу. Эта пленка имеет прочность до 200 МПа и плотность 3,6 г/см3, она тяжелее алюминия, ее температура плавления 2050 °С. При нагреве металл под пленкой расплавляется раньше ее. Разламываясь при сварке на нерасплавившиеся куски, пленка тонет в сварочной ванне, образуя включения в металле шва.

Поэтому при сварке надо раздроблять и измельчать окисную пленку. Это можно сделать, применяя в электродных покрытиях или во флюсах соединения хлора, например NaCl, LiCl, которые, проникая при сварке в образующиеся в окисной пленке из-за ее нагрева и расширения микротрещины, образуют с алюминием летучие соединения. Окисная пленка подмывается и при испарении этих соединений отрывается от поверхности алюминия, раздробляется и частично уносится шлаком. Другой путь - катодное распыление окисной пленки в результате ударов тяжелых ионов о поверхность катода при дуговом разряде. Катодное распыление на поверхности детали может происходить при сварке на постоянном токе обратной полярности, когда катод - свариваемое изделие. Однако при этом резко увеличивается нагрев электрода. Поэтому чаще применяют дуговую сварку на переменном токе. Коэффициент линейного расширения алюминия в два раза выше, чем у железа. Значит при сварке алюминиевых сплавов деформации и коробления деталей будут больше, чем на сталях. Расплавленный алюминий обладает большой жидкотекучестью, что затрудняет формирование шва при сварке со сквозным проплавлением кромок: легко образуются прожоги, неравномерно формируется проплав.

Жидкий алюминий в одном объеме может растворить до 600 объемов водорода. Но при затвердевании растворимость быстро снижается, водород бурно выделяется из расплава, в сварном шве образуются поры. Поэтому перед сваркой необходимо тщательно готовить все сварочные материалы и поверхность свариваемых деталей, не допуская попадания влаги - главного поставщика водорода в зону сварки. Влага, разлагаясь, может также увеличить окисление металла в сварочной ванне. При сварке желательно понижать скорость охлаждения жидкого металла, чтобы больше выделяющегося из металла водорода успело выйти на поверхность сварочной ванны. Для этого металл перед сваркой можно подогревать до температуры 150. 300 °С. Однако нагрев может снизить механические свойства сварного соединения.

Для борьбы с пористостью в зоне сварки можно создавать окислительную атмосферу, добавляя, например, в аргон до 1,5 % кислорода.

При нагреве алюминий не меняет свой цвет вплоть до расплавления. Это затрудняет контроль за состоянием металла, за образованием сварочной ванны и плавлением присадочной проволоки.

Сплавы алюминия. Купить АМГ5, АМГ6, АД31, Д16

Сплавы алюминия и их основные различия

Сплавы алюминия можно условно разделить на литейные и деформируемые. Далее по тексту будут рассмотрены только деформируемые сплавы, которые применяются в производстве поковок и проката. Они, в свою очередь, разделяются на типы, различающиеся по способу упрочнения: термоупрочняемые и упрочняемые давлением. Химический состав таких сплавов приведен в ГОСТ 1131 и ГОСТ 4784-97.

Другое деление сплаво основано на их свойствах: алюминиевые сплавы низкой, средней или высокой прочности. Также существует классификация по пластическим, жаропрочным, ковочным и другим свойствам, так например сплав АД31 являет собой сочетание высокой прочности и высокой электропроводности, а теплопроводимость таких сплавов как АМг5 и Д16Т на порядок ниже, чем у чистого алюминия, но все же выше, чем у стали.

Коррозийные свойства алюминиевых сплавов

Наилучшими коррозийными свойствами обладают сплавы АМг, АМц и АД31. Худшими - такие высокопрочные сплавы, как например Д16, АК и В95. Сплав Д16 чаще всего используется в естественно состаренном состояние , однако при нагревании до 80оС его коррозийные свойства резко ухудшаются, поэтому для использования при более высоких температурах применяют также и искусственное старение.

Свариваемость алюминиевых сплавов

Самые хорошосвариваемые алюминиевые сплавы - АМг и АМц. Во время сварки проката в нагартованном состоянии - в зоне сварочного шва возникает отжиг, а это значит, что прочность шва соответствует прочности самого материала в отожженном состоянии.

Среди термоупрочняемых материалов хорошей свариваемостью отличаются авиали, например сплав 1915. Этот сплав относится к самозакаливающимся, поэтому шов от сварки со временем будет приобретать прочность основного материала.

Механические свойства алюминиевых сплавов

Рост показателей прочности алюминиевых сплавов АМц и АМг происходит с увеличением показателя легирования, при этом показатели пластичности падают. Отличная коррозийная стойкость и свариваемость этих сплавов определяет их широкое применение в конструкциях, подвергаемых средним нагрузкам.

С повышением температуры прочность алюминиевых сплавов меняется в разной степени. Это определяет область их применения в зависимости от разных температурных диапазонов.

При температурах в 150-250 С наибольшей прочностью отличаются сплавы Д19, АК6 и АК8. При температурах в 250-300 С целесообразно применять такие сплавы как АК4-1, Д20 или 1201. Сплавы 1201 и Д20 имеют самые широкие диапазоны использования - от -250 до +300 С.

АК6 и АК8 отличаются высокой пластичностью в условиях повышенных температур. Это позволяет использовать их при изготовлении штамповок и поковок. Сплав АК8 опережает АК6 по показателю анизонтропии механических свойств, у него меньшая трещиностойкость, но сваривается он лучше, чем АК6.

Также хороши при сварке и имеют хорошую коррозийную стойкость сплавы средней прочности - авиали АВ, АД31, АД33, АД35.

Характеристика алюминиевыx сплавoв и иx свариваемoсть

Алюминий чаще всего встречается в составе различных сплавов, от свойств которых и зависит их свариваемость друг с другом и другими металлами. Рассмотрим более подробно виды сплавов алюминия:

1. АД1 - практически алюминий без примесей, их доля составляет всего 0,7 процента, в основном в виде добавки идет железо. Необходимость добавления железа обусловлена повышением прочностных показателей алюминия, но в то же время снижается его эластичность и пластичность. Сплав АД1 стоек к воздействиям химических веществ за счет образования пленки окиси. если говорить о стойкости к окислению и коррозиям, то чистый алюминий менее подвержен коррозии, чем при добавлении железа и других элементов.

2. АМЦ - это алюминиевый сплав с марганцем, который имеет повышенную стойкость к воздействию коррозийных компонентов. Элементы из этого сплава целесообразнее сваривать таким способом, как: атомно водородная сварка, аргоно-дуговая и контактная сварка. Возможна деформация деталей как в нагретом, так и в холодном состоянии.

3. AMr3 - сплав алюминия с магнием, марганцем и кремнием. Данный сплав устойчив к коррозии, возможно применение газовой и точечной сварки, а также можно придавать форму элементам как в горячем, так и в холодном виде.

4. АД31. Алюминий, при добавлении в него магния и кремния получает повышенные пластические свойства и устойчивость к коррозии. Сварочные работы нисколько не влияют на изменение коррозийной стойкости. После воздействия высоких температур, сплав алюминия приобретает максимальную твердость и прочность.

5. АВ - смесь алюминия с кремнием и медью с высокими показателями пластичности, Изделия после изготовления желательно подвергать термическому воздействию для упрочнения. В естественном состоянии сплав мягкий и не отличается высокой прочностью.

Характеристика алюминиевых сплавов зависит от их состава, то же самое можно сказать и о свариваемости. Свариваемость алюминиевых сплавов зависит от способности металла стойко переносить сварку и не образовывать трещин. Если в процессе проведения работ по сварке, на металле образуются многочисленные трещины, то в этом случае металл является несвариваемым и не применимым для создания сооружений и металлоконструкций.

Сплавы алюминия, которые после высокотемпературной обработки не приобретают улучшенных прочностных характеристик, хорошо поддаются сварке и устойчивы к окислению, но их применение в крупных конструкциях также не целесообразно. Многие алюминиевые сплавы, состоящие из трех компонентов, могут подвергаться сварочным работам лишь в том случае, если алюминия в сплаве более 93 процентов.

Характеристика алюминиевых сплавов различна и зависит от компонентов входящих в состав помимо алюминия. В зависимости от их вида и количества в сплаве он может стать пластичным или хрупким, свариваемым и несвариваемым, стойким к коррозии и не стойким к коррозии, прочным и не прочным. Поэтому выбирать сплав необходимо в зависимости от его назначения и работ, применяемых по отношению к сплаву.

Источники: taina-svarki.ru, normis.com.ua, referatwork.ru, studopedia.ru, titanen.ru, argonik.ru