4. Сварка алюминия и его сплавов

Трудности при сварке алюминия и его сплавов обусловлены образованием тонкой прочной и тугоплавкой поверхностной пленки оксида А1₂0₃, плавящегося при температуре 2050°С; склонностью к образованию газовых пор и горячих трещин.

Пленка оксида покрывает капли расплавленного металла и препятствует сплавлению их между собой и основным металлом. Для разрушения и удаления пленки и защиты металла от повторного окисления при сварке используют специальные флюсы или ведут сварку в атмосфере инертных газов. Флюсы состоят из смеси хлористых и фтористых солей щелочноземельных металлов (NaСl, КСl, ВаСl₂, СаР₂ и др.). Действие флюсов основано на растворении пленки оксидов. При сварке в защитных газах пленка разрушается в результате электрических процессов в том случае, если она оказывается в катодной области дуги. Это реализуется при сварке плавящимся электродом на постоянном токе обратной полярности и сварке неплавящимся электродом на переменном токе с использованием специальных источников тока.

Причиной газовой пористости в сварных швах алюминия является водород. Источник водорода – влага воздуха, которая сильно адсорбируется пленкой оксида на поверхности заготовки и сварочной проволоки. Газовая пористость обусловлена, с одной стороны, насыщением расплавленного металла большим количеством водорода, с другой, малой его растворимостью в твердом состоянии. Для предупреждения пористости необходима тщательная механическая очистка свариваемой поверхности заготовок и сварочной проволоки или химическая их очистка (например, раствором ШОН). При этом с пленкой оксида удаляется скопившаяся на ней влага.

Образование горячих трещин в алюминии и некоторых его сплавах связано с крупнокристаллической макроструктурой сварных швов.

Наиболее трудно свариваются термически упрочняемые сплавы системы Аl – Сu – М (дуралюмины). При нагреве свыше 500°С происходит оплавление границ зерен с образованием на расплавленных участках эвтектических выделений. После затвердевания эвтектика имеет пониженные механические свойства, что приводит к охрупчиванию з. т. в. и снижению ее прочности по сравнению с прочностью основного металла. Свойства з. т. в. не восстанавливаются термической обработкой.

При сварке самозакаливающихся сплавов системы Аl – Mn – Мg возможно образование холодных трещин в послесварочный период, обусловленное выпаде­нием хрупких интерметаллидов и действием сварочных напряжений.

Относительно хорошо свариваются термически не упрочняемые сплавы сис­темы Аl – Мn (сплав АМц) и системы А1 – Мg (сплавы АМг).

Наиболее широко применяют сварку алюминия и его сплавов в атмосфере за­щитных газов неплавящимся (толщины 0,5–10 мм) и плавящимся (толщины бо­лее 10 мм) электродами. В этом случае получают более высокое качество свар­ных швов по сравнению с другими видами дуговой сварки. Применяют также ав­томатическую сварку плавящимся электродом полуоткрытой дугой по слою флюса, при которой для формирования корня шва используют медные или сталь­ные подкладки. Возможна газовая сварка алюминия и его сплавов. Флюс наносят на свариваемые кромки в виде пасты или вводят в сварочную ванну на разогретом конце присадочного прутка. Алюминий и его сплавы также сваривают плазменной, электрошлаковой сваркой и контактной.

Учитывая высокую теплопроводность и электропроводимость алюминия, для его сварки необходимо применять большие силы тока. Чистый (до 0,5% примесей) и технический алюминий (до 1,0% примесей) хорошо свариваются холодной сваркой.