CC BY
35Вестник магистратуры. 2019. № 1-2(88)
ISSN 2223-4047
УДК 62
В.В. Брилев
ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ АЛЮМИНИЯ
В данной работе рассматриваются проблемы, возникающие при сварке алюминия и их решения.
Ключевые слова: алюминий, сварной шов, оксидная пленка, пористость, трещины.
В настоящее время алюминий и его сплавы применяют во многих областях промышленности и техники. Прежде всего алюминий и его сплавы используют авиационная и автомобильная отрасли промышленности. Широко применяется алюминий и в других отраслях промышленности: в машиностроении, электротехнической промышленности и приборостроении, промышленном и гражданском строительстве, химической промышленности, производстве предметов народного потребления.
Ввиду высокой теплопроводности алюминия рекомендуется предварительный подогрев начальных участков шва до температуры 120-150°С или сопутствующий подогрев. При сварке металла большой толщины этот процесс замедляет кристаллизацию сварочной ванны, способствуя более полному удалению газов и уменьшению пористости.
Сварные швы подвержены короблению, поэтому сварка данного металла требует надежного крепления свариваемых заготовок. Это связано с большой величиной коэффициента линейного расширения и низким модулем упругости алюминия.
По теплопроводности данный металл уступает только серебру и меди, втрое превышая теплопроводность малоуглеродистой стали. Вследствие низкой температуры плавления возникает высокая вероятность прожога свариваемого материала. Можно отметить, что алюминий практически не меняет своего цвета при нагреве, поэтому во время сварки сложно контролировать размеры сварочной ванны.
Пористость является одним из основных дефектов швов алюминиевых сплавов. Это связано с повышенной растворимостью газов в нагретом металле и задержкой их в нем при остывании. Данной способностью обладает водород, источником которого является влага. Необходима тщательная химическая очистка присадочного материала и механическая обработка с последующим обезжириванием свариваемых кромок.
При сварке в соединении могут образовываться горячие трещины. Это происходит в связи со столбчатой структурой металла шва и выделением по границам зерен легкосплавных эвтектик, а также развитием значительных усадочных напряжений в результате высокой литейной усадки алюминия. Для уменьшения вероятности появления трещин в сварные швы могут добавляться специальные модификаторы, улучшающие кристаллическую структуру шва.
При сварке алюминия стоит обратить внимание на возможность растрескивания образовавшего кратера на конце шва. Это связано с быстрым термическим расширением алюминия в ходе сварки и сужением при остывании. В случае вогнутых швов вероятность растрескивания возрастает, так как поверхность кратера по мере охлаждения сужается и трескается. Необходимо придать шву выпуклую форму для компенсации сжимающих сил.
Основной проблемой при сварке алюминия является его способность быстро покрываться на воздухе оксидной пленкой (А12О3), которая предотвращает дальнейшее окисление основного металла и служит гарантией отсутствия коррозии в легких условиях эксплуатации. Например, при сварке технического алюминия на поверхности деталей после химической обработки мгновенно образуется оксидное покрытие.
Оксидная пленка имеет температуру плавления 2050 °С, тогда как сам алюминий плавится около 650 °С. Имея большую плотность, чем алюминий, оксидное покрытие проникает внутрь шва через расплавленную ванну в виде включений, что ведет к снижению механических свойств шва.
Важнейшей характеристикой оксидной пленки является ее способность адсорбировать влагу, в особенности водяной пар, который может удерживаться окисным покрытием вплоть до температуры плавления металла. Влага в свою очередь является источником водорода, который вызывает пористость в сварных швах.
Для осуществления сварки алюминия применяются следующие меры.
© Брилев В.В., 2019.
ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2019. № 1-2(88)
Независимо от применяемого способа, сварке должна предшествовать тщательная подготовка свариваемых кромок, цель которой - очистка последних от загрязнений и окисной пленки. Подготовка состоит из ряда операций:
Очистка и обезжиривание. Свариваемые детали и присадочный материал перед сваркой тщательно очищаются от грязи, масла и жира. Обезжиривание производят ацетоном, авиационным бензином, уайт-спиритом или иным подходящим растворителем.
Разделка кромок (при необходимости). Сварку деталей толщиной до 4 мм выполняют без разделки кромок, при большей толщине требуется разделка. Исключением из этого правила является сварка алюминия покрытыми электродами, при которой разделку кромок выполняют при толщине металла выше 20 мм.
Удаление оксидной пленки. Кромки деталей на ширине 25-30 мм зачищают наждачной бумагой, напильником или металлической щеткой из нержавеющей стали с диаметром проволоки не более 0,15 мм.
БРИЛЕВ ВИКТОР ВИКТОРОВИЧ - магистрант, Брянский государственный технический университет, Россия.
