Алюминиевые сплавы для сварки

Обновлено: 24.01.2025

Металлические конструкции, изготовленные из сплавов на основе алюминия широко применяются при возведении и ремонте объектов разного назначения, включая сооружения нестандартных форм.

Материал позволяет строить уникальные многоэтажные офисные здания, центры торговые, выставочные, развлекательные, спортивные сооружения, поражая своими стеклянными фасадами и формами крыш. У архитекторов и дизайнеров это востребованный материал. Ему можно придать любую форму, что и привлекает людей творческих профессий.

Сварка алюминия полуавтоматом считается производительным способом создания изделий необходимой конфигурации. Этим же способом восстанавливают работоспособность изделий, вышедших из строя, разнопрофильные ремонтные мастерские. Широко используется материал в промышленности - самолето-, кораблестроение и при производстве автомобилей. Полуавтоматическая сварка алюминия, да и автоматическая, на этих производствах занимают главенствующие позиции.

Применение металлических конструкций на основе алюминия в строительстве снижает массу несущих и ограждающих конструкций, обеспечивает повышенную коррозионную стойкость, высокие эксплуатационные свойства и требования, которые предъявляются к зданиям и сооружениям по архитектурной и строительной части.

Особенности сварки алюминия и сплавов на его основе

Конструкции чаще всего изготавливают из 99% алюминия, сплавов алюминиево-магниевых, где количество магния находится в пределах 4,8 ÷ 6,0% (остальное алюминий) и алюминиево-кремниевых (5,0 % кремния, остальное алюминий). Эти материалы характеризуются уникальными свойствами:

небольшим весом (до 3 раз ниже, чем у стали и до 7 - у железобетона);
коррозионной стойкостью;
высокими прочностными характеристиками;
не теряют своих качеств при температуре от минус 80 до 300 0С;
соединяются всеми известными способами (механическими, с помощью пайки, сварки);
не реагируют на воздействие большинства кислот, масел, газов, ультрафиолета;
не теряют своих качеств в во взрывоопасных зонах и агрессивных средах;
полируются;
окрашиваются (анодируются);
длительностью эксплуатации (более 80 лет).

Что нужно для сварки алюминия полуавтоматом знать сварщику? Во-первых, он должен знать какие факторы затрудняют процесс соединения деталей, во-вторых, уметь выбрать полуавтомат сварочный по алюминию и, в третьих, знать технологию проведения сварочных работ, обеспечивающую качество.

Сложность сварки сплавов на основе алюминия вытекают из физико-химических свойств, присущих этому материалу. К ним относят:

температуру плавления;
теплопроводность;
электропроводность;
текучесть;
взаимодействие с кислородом;
склонность к усадке;
не возможность по внешнему виду определить процесс расплавления (цвет почти не меняется);
количество магния в сплаве (чем больше, тем хуже свариваются детали).

Из-за наличия на поверхности оксидной пленки температура плавления у материала разная - у самого металла она составляет 660 0С, а у пленки она может доходить до 2200 0С. Происходит это в результате активного взаимодействия алюминия с кислородом воздуха. В дальнейшем она служит защитой от дальнейших окислительных процессов.

Прежде чем сваривать детали, необходимо удалить с поверхности в месте соединения эту тугоплавкую пленку. Избавиться от нее можно следующими способами:

механическим (зачистка металлической щеткой, шлифовальной машинкой, напильником);
химическим (травлением с помощью специальных растворов, флюсов);
пробиванием электроимпульсом (полуавтомат должен иметь специальный режим).

Полуавтомат сварочный для алюминия должен работать на токах в диапазоне 50 ÷ 450 А. Выбор силы тока, как и напряжения, зависит от толщины заготовок и марки сплава.

Из-за повышенной теплопроводности материала он теряет прочность при нагревании, что может привести к такому дефекту, как прожог. И тут важно правильно подобрать температуру ведения сварки и длину дуги. Это зависит от толщины свариваемых деталей, их положения в пространстве, марки, Ø присадочной проволоки или электрода. В процессе сварки необходимо применять теплоотводящие подкладки (из керамики или металла), включая водоохлаждаемого типа.

Обратите внимание! Толстые детали должны перед сваркой обязательно прогреваться горелкой или в печах до необходимой температуры (зависит от марки алюминиевого сплава, но как правило не превышает 110 0С ).

Нюансы ведения сваривания полуавтоматами

Сварка осуществляется в принципе на любом сварочном оборудовании. Однако, должны соблюдаться некоторые требования. Полуавтомат сварочный для сварки алюминия и его сплавов должен иметь:

механизм подачи с U-образными канавками и быть с 4 роликами. Это позволит правильно подавать присадочную проволоку без воздействия на ее поверхность;
наконечник должен предназначаться для подачи алюминиевой проволоки (у него должна быть маркировка AL);
диаметр отверстия наконечника подающего алюминиевую проволоку больше диаметра проволоки на 0, 4 мм(из-за расширения, которое происходит вследствие нагрева при подаче);
шланг, подающий проволоку не длиннее 3 м, во избежание деформирования проволоки и его канал должен быть тефлоновым или графитовым, чтобы снизить силу трения (подача осуществляется с большой скоростью).

Полуавтоматы для сварки сплавов на основе алюминия

Сварка может вестись полуавтоматами без подачи в зону сварки защитного газа и с ним. В последнем случае применяется аргон или смесь аргона с гелием. Они препятствуют образованию оксидной пленки. Особенно это относится к сплавам алюминия, где в составе более 1% магния.

Если сварка ведется без применения защитного газа, то проволока для сварки алюминия полуавтоматом без газа должна применяться только порошковая или процесс сварки должен осуществляться под слоем флюса (испарения формируют защиту расплавленной ванны от контакта с воздухом).

Сварка алюминия полуавтоматом в среде углекислого газа не ведется, т. к. он хоть и защищает расплавленный металл от воздействия воздуха, но в тоже время вступает в реакцию с алюминием. Из-за этой особенности получить качественное и прочное соединение невозможно.

К преимуществам сварки полуавтоматами относят:

высокую скорость;
одинаковую глубину проплавления;
возможность сваривания швов без ограничения их длины;
возможность создания изделий сложной конфигурации;
надежную защиту от вредного воздействия окружающей среды;
высокое качество сварного соединения.

Наряду с преимуществами необходимо отметить и недостатки:

металл должен тщательно подготавливаться к соединению;
полуавтомат должен настраиваться в зависимости от марки сплава;
сварщик должен иметь необходимую квалификацию и навыки.

Обратите внимание! Полуавтоматическая с варка алюминия не выполняется на улице.

Аргонодуговая сварка

Выделяют 2 вида сварки - TIG и MIG. В первом случае сварку ведут с помощью вольфрамового электрода в среде защитного газа (аргона). Сварка алюминия полуавтоматом в аргоне, как и сплавов на его основе, выполняется на переменном токе.

Такой аппарат обязательно снабжают специальным устройством. Оно облегчает процесс зажигания дуги. Подача инертного газа и проволоки (сплошной или порошковой) происходит через сварочную горелку специальной конструкции. Сварщик в этом случаем имеет возможность контролировать процесс сваривания.

MIG сварка или она еще называется полуавтоматической импульсной ведется инвертором. Устройство может менять частоту напряжения, что сказывается на качестве сварного шва. Импульсный полуавтомат для сварки алюминия - это оптимальное решение, т. к . повышает производительность труда сварщика и экономит потребление электрической энергии.

Виды проволоки

Проволока для сварки алюминия полуавтоматом является присадочным материалом. Она, в процессе сварки, плавясь, входит в состав шва. Поэтому основное требование к ее выбору - должна по химическому составу приближаться к химическому составу материала, который будет свариваться. Также ее температура плавления должна быть или такой же, как свариваемые элементы или чуть ниже.

Алюминиевая сварочная проволока для полуавтомата выпускается производителями российскими и зарубежными Ø 0,8 ÷ 3,2 мм. Сварка алюминия проволокой осуществляется марками, указанными в таблице.

Марка по международной классификации	Отечественный аналог
ОК Autrod 1070 (18.01)	Св. - А85, Св.- А97, Св. - Амц
ОК Autrod 1450 (18.11)	Св. - 1201
ОК Autrod 4043 (18.04)	Св. – АК5, Св. – АК6
ОК Autrod 5183 (18.16)	Св. – АМг5
ОК Autrod 5356 (18.15)	Св. – АМг3

Проволока для сварки алюминия полуавтоматом по еще одной распространенной классификации EN ISO 18273 может иметь маркировку ER 4043, ER 5356. Это чаще всего используемые присадочные материалы для сварки литейных сплавов типа АД31, АД33и АД35, если им не нужна операция анодирования. Поставляется в бухтах или на кассетах разного веса.

Сварка алюминия полуавтоматом без газа ведется с применением порошковой проволоки, ее еще называют самозащитной. Имеет трубчатую конструкцию внутри которой находится порошкообразный наполнитель. Он одновременно выполняет несколько функций - раскисляет, легирует, защищает от вредного воздействия воздуха, формирует шов и т. д.

Выбор диаметра и марки самозащитной проволоки зависит от толщины изделий, которые будут свариваться и состава алюминиевого сплава.

Технология сварки алюминия полуавтоматом

Качество полученного шва зависит от многих факторов - применяемого аппарата, присадочного материала, качества аргона (при аргоно-дуговой сварке), навыков сварщика. Как сваривать алюминий полуавтоматом? Зависит от модели аппарата, но какой бы она не была необходимо выполнять следующие действия:

подготовку поверхностей заготовок. Удаляют загрязнения разного рода с помощью ветоши. Далее необходимо убрать окислы. Их удаляют с помощью металлической щетки, угловой шлифовальной машинки и травлением специальными растворителями и реактивами. При этом придерживаются таких правил. Щеткой нельзя сильно надавливать на изделие и очистку проводят только в одном направлении. Остатки травящих жидкостей обязательно снимают, используя ацетон растворители или промыванием. У изделий, имеющие толщину более 3 мм разделывают кромки. Угол разделки 60 0;
подогрев. Осуществляют в печах или с помощью горелки. Особенно это касается заготовок, у которых разная толщина. Температура прогрева не должна превышать 110 0С;
настройка аппарата. Независимо от типа применяемого устройства подбирается диаметр проволоки, диаметр наконечника, сила тока и напряжение. Чаще всего используют специальные таблицы, которые имеются в инструкции к изделию. Наиболее выгодными являются устройства импульсного типа, снабженный специальной программой. Сварщик только выставляет значение тока, а микроконтроллер осуществляет подбор остальных параметров в автоматическом режиме;
определиться с положением горелки и скоростью ведения сварочного процесса. Она должна располагаться под углом не более 20 0 к вертикали, сварку ведут на большой скорости только справа налево. Особое внимание необходимо уделить окончанию шва. Его заваривают, возвращаясь назад на мм 20, без выключения сварочной дуги.

На результат сварки влияние оказывает квалификация сварщика и его навыки. Он обязательно должен пользоваться средствами защиты - маской, респиратором, спецодеждой, обувью и рукавицами. На сварщике не должно быть открытых участков тела, т. к. возможно получение ожога от ультрафиолета.

Несколько слов о причинах возникновения брака. Чаще всего после сварки обнаруживаются прожоги, трещины, не правильно заваренный кратер. Трещины возникают из-за нарушения ведения технологического процесса.

При превышении температуры нагрева происходит расширение сплава, а если не обеспечивается медленное остывание, то происходит быстрое сжатие, что и приводит к возникновению трещин и разрывов. Применение теплоотводящих подкладок обеспечит качество сварки. Также негативно сказывается на качестве и недобросовестная подготовка изделия к процессу сваривания.

Сварочный полуавтомат для сварки алюминия - аппарат, который позволяет повысить производительность труда. Его использование будет эффективным, если будут учитываться все требования производителя устройства, которые указаны в паспорте. Поэтому необходимо тщательно проработать инструкцию и следовать ее указаниям.

Интересное видео

Марки и сплавы алюминия которые часто используются в сварке

Алюминиевые сплавы часто применяются для создания конструкций разного назначения. Основными достоинствами данных металлов является малая плотность, высокая прочность и высокая устойчивость к коррозии. Чистый алюминий ввиду низкой прочности применяется в разных видах промышленности. Алюминий высокой чистоты широко используется в производстве полупроводников.

Сплавы из алюминия разделяются на литейные и деформируемые. В основном в сварочных конструкциях используются полуфабрикаты, например листы, трубы и профили из деформируемых сплавов. Концентрация легирующих элементов в деформируемых сплавах составляет меньше предела растворимости, а при нагреве данные сплавы могут переводиться в однофазовое состояние, которое обеспечивает высокую деформационную способность.

Большинство элементов, которые входят в состав алюминиевых сплавов, имеют ограниченную растворимость, которая изменяется с температурой. При температуре металла в 1000 градусов по Цельсию, реакция окисления начинает происходить. Окись, которая образовывается в результате окисления, покрывает поверхность деталей плотной и прочной пленки. При температуре 20 градусов окисление происходит по параболическому закону, а при повышенной температуре, процесс протекает немного иначе. Важнейшей характеристикой окисной пленки алюминия является ее способность к адсорбированию газов, например водяного пара. Водяной пар удерживается окисной пленкой до температуры плавления металла.

Коэффициент теплового расширения окисной пленки практически в 3 раза менее коэффициента расширения самого алюминия, поэтому при нагревании металла образовываются трещины. При наличии в алюминии добавок легирующих элементов и добавок, состав окисной пленки может измениться существенным образом. Сложная окисная пленка является рыхлой и гигроскопической, а также обладает худшими защитными свойствами.

К сплавам, которые наиболее часто используются для сварки, являются: АД, АД1, АМц, АМг, АМг3, АМг5В, АМг6, АВ, АД31, АДЗЗ, АД35, М40, Д20, ВАД1, В92Ц. Для проведения успешных сварочных работ применяют проволоку из алюминия и алюминиевых сплавов в соответствии с ГОСТ 7871—75.

АД1 применяются в промышленности для изготовления полуфабрикатов с помощью использования метода горячей или холодной деформации.

Сплав АД33 используется для изготовления деталей разной степени прочности, которые работают в интервале от -70 до 50 градусов во влажной атмосфере и в воде в море.

Для производства полуфабрикатов методом холодной или горячей деформации, а также слитков, слябов и биметаллических листов.

Д20 наиболее часто используется для производства сварных изделий, которые работают при комнатной температуре или кратковременно при повышенной температуре.

Сварка алюминия и сплавов является приоритетной для большинства сварщиков, поэтому необходимо знать, какие сплавы наиболее часто используются для работы.

Сварщику о классификации алюминиевых сплавов

Промышленные деформируемые алюминиевые сплавы подразделяются на семь серий. Есть еще восьмая – для сплавов, которые не попадают в первые семь серий и девятая – резервная. Различие между сериями состоит в различных главных легирующих элементах. Различные легирующие элементы дают алюминиевым сплавам различные свойства.

Сварка чистого алюминия

Сплавы серии 1ххх называют «сплавами» весьма условно. Это различные по чистоте варианты технически чистого алюминия. ГОСТ 4784 так и называет их: «марки алюминия». Впрочем, железо часто оказывается не только примесью, но и легирующим элементом – оно повышает прочность алюминия. Прочность при растяжении сплавов этой серии составляет от 70 до 150 МПа. Они являются свариваемыми, хотя из-за узкого интервала затвердевания требуют особой технологии сварки. Их высокая коррозионная стойкость делает их подходящими для применения в химических емкостях и трубах. Благодаря высокой электрической проводимости их применяют для изготовления электрических шин. Эти алюминиевые сплавы имеют относительно низкие прочностные свойства и поэтому их редко применяют для конструкционных элементов. Их часто сваривают сварочными материалами с аналогичным химическим составом или сварочными алюминиевыми сплавами из серии 4ххх в зависимости от назначения изделия и условий его эксплуатации.

Сварка дюралей

Серия 2ххх. Это серия термически упрочняемых алюминиевых сплавов. Их прочность при растяжении составляет от 190 до 430 МПа. Они содержат медь от 0,7 до 6,8 %. Эти высокопрочные сплавы часто применяют в аэрокосмической технике и самолетостроении. Они сохраняют высокую прочность в широком интервале температур.

Большинство из них считаются не свариваемыми методами дуговой сварки из-за их склонности к горячему растрескиванию и коррозии под напряжением. Однако в этой серии есть специально разработанные хорошо свариваемые дуговой сваркой алюминиевые сплавы 2219 (наш Д20) и 2519. Их часто сваривают родственным высокопрочным сварочным сплавом 2319. Иногда, в зависимости от условий эксплуатации сварного шва, применяют сварочные алюминиевые сплавы из серии 4ххх, содержащие кремний или кремний в сочетании с медью.

Сварка сплавов алюминий-марганец

Серия 3ххх. Алюминиевые сплавы этой серии – не упрочняемые термической обработкой с пределом прочности при растяжении от 110 до 280 МПа. Главный легирующий элемент – марганец, от 0,05 до 1,8 %. Они имеют умеренную прочность, хорошую коррозионную стойкость, хорошую формуемость и подходят для работы при повышенных температурах. В прошлые годы из них любили делать кухонную посуду. Сейчас они являются основным материалом при изготовлении теплообменников для транспортных средств, химических заводов и электростанций. Их довольно скромные прочностные свойства делают их не пригодными для конструкционного применения. Алюминиевые сплавы серии 3ххх сваривают сварочными сплавами из серий 1ххх, 4ххх и 5ххх, в зависимости от их химического состава, условий применения и эксплуатации.

Сварочные алюминиевые сплавы

Серия 4ххх. Эта серия состоит как из термически упрочняемых, так и термически неупрочняемых алюминиевых сплавов. Предел прочности при растяжении – от 170 до 380 МПа. Они содержат кремний от 0,6 до 21,5 %. Кремний снижает точку плавления и повышает текучесть материала при плавлении. Эти их свойства вполне благоприятны для них как материалов для сварки плавлением и пайки. Кремний, когда он сам по себе, делает алюминий термически неупрочняемым, однако добавки магния или меди превращают его в термически упрочняемый сплав. Обычно эти термически упрочняемые сварочные сплавы применяют только тогда, когда сварная конструкция после сварки должна подвергаться термической обработке.

Сварка сплавов алюминий-магний

Серия 5ххх. Термически неупрочняемые алюминиевые сплавы этой серии имеют предел прочности от 125 до 350 МПа. Они содержат магний от 0,2 до 6,2 %. Эти сплавы имеют самую высокую прочность среди термически неупрочняемых сплавов и хорошо свариваются. Они широко применяются в виде листов и плит в судостроении, транспортном машиностроении, при изготовлении сосудов под давлением, строительстве мостов и зданий. Алюминиевые сплавы с содержанием магния до 2,5 % часто успешно свариваются сварочными алюминиевыми сплавами из серий 5ххх и 4ххх. Сплав 5052 (сплав АМг2,5 по ГОСТ 4784) обычно считается предельным по содержанию магния, когда еще можно сваривать сварочным сплавом из серии 4ххх. Это связано с пониженными механическими свойствами сварных швов из-за возникающего эвтектического подплавления. Поэтому сплавы с повышенным содержанием магния сваривают не сварочными сплавами из серии 4ххх, а сплавами серии 5ххх с близким химическим составом.

Сварка сплавов алюминий-магний-кремний

Серия 6ххх. Эти термически упрочняемые алюминиевые сплавы имеют предел прочности от 125 до 400 МПа. Они содержат небольшие количества магния и кремния – около 1 % каждого. Сплавы серии 6ххх широко применяются в сварных строительных конструкциях, в основном в виде прессованных профилей. Эти алюминиевые сплавы являются склонными к горячему растрескиванию при затвердевании сварного шва. Поэтому их не сваривают без сварочной проволоки или сварочного прутка. Сварочный сплав перемешивается в сварочной ванне со свариваемым сплавом и предотвращает горячее растрескивание шва. Сплавы 6ххх сваривают как сварочными сплавами 4ххх, так и сварочными сплавами 5ххх в зависимости от назначения сварного изделия и его условий эксплуатации.

Сварка высокопрочных алюминиевых сплавов

Серия 7ххх. Эта серия включает термически упрочняемые алюминиевые сплавы с прочностью от 220 до 610 МПа. Главным легирующим элементом является цинк в количестве от 0,8 до 12,0 %. Самые прочные алюминиевые сплавы принадлежат этой серии. Сплавы серии 7ххх применяют в самолетостроении, космической технике, спортивном оборудовании. Как и в серии 2ххх, большинство сплавов этой серии считаются не свариваемыми дуговой сваркой. Однако у нее есть и хорошо свариваемые сплавы, как, например, сплав 7005 (сплав 1915 по ГОСТ 4784), который сваривают в основном сварочными сплавами серии 5ххх.

Дуговая сварка алюминия: выбор сварочного сплава

При дуговой сварке алюминия и его сплавов может применяться довольно большое количество сварочных материалов, как отечественных, так и зарубежных.

Выбор сварочного сплава для сварки алюминия

Японская корпорация KOBE STEEL в своем руководстве по дуговой сварке алюминия и алюминиевых сплавов дает рекомендации по выбору подходящего сварочного сплава из тех, которые представлены в японском стандарте JIS Z 3232 (таблица). Цифровые обозначения сплавов совпадают с обозначениями стандартов ISO и EN, а также имеют широкое применение в России и ее окрестностях.

Принимаются во внимание следующие факторы:

склонность к образованию трещин;
прочность шва при растяжении;
пластические свойства сплава;
коррозионная стойкость;
сочетание оттенков цветов шва и основного металла после анодирования.

Среди всех сварочных материалов, наиболее часто применяют алюминиевые сплавы 4043 и 5356. Ниже представлены основные моменты, на которые надо обращать внимание при выборе сварочного материала.

Алюминиевый сварочный сплав 4043

Сплав 4043 проявляет высокое сопротивление образованию горячих трещин и поэтому хорошо подходит для сварки сплавов серии 6ХХХ, а также алюминиевых отливок. Его недостатки: 1) материал шва имеет низкую пластичность и 2) из-за высокого содержания кремния его цвет после анодирования плохо сочетается с цветом сплавов серий 5ХХХ и 6ХХХ. Кроме того, сплав 4043 не подходит для сварки сплавов серии 5ХХХ с высоким содержанием магния (3 % и более), поскольку в этом случае в металле шва образуется чрезмерно много интерметаллидных частиц Mg₂Si, что снижает его пластичность и повышает склонность к образованию трещин.

Алюминиевый сварочный сплав 5356

Сплав 5356 широко применяется для сварки сплавов серии 5ХХХ (например, популярного сплава 5083) и сплавов серии 6ХХХ (например, 6061). Потребление этого сплава составляет более половины всего мирового объема потребления алюминиевых сварочных сплавов. Сплав 5356 содержит небольшое количество титана, чтобы обеспечить мелкую микроструктуру и тем самым улучшить механические свойства металла шва. Если нужно хорошее совпадение цветов шва и основного металла, например, в декоративных или строительных изделиях, применяют сварочный сплав 5356.

Алюминиевый сварочный сплав 2319

В большинстве сварных соединений конструкций из алюминия и алюминиевых сплавов металл шва не является термически упрочняемым сплавом или только незначительно термически упрочняется за счет образования твердого раствора легирующих элементов в основном металле. Поэтому, когда сварные конструкции из термически упрочняемых сплавов после сварки должны подвергаться термической обработке, выбор сварочного материала весьма ограничен. При сварке сплавов 2219 и 2014 термически упрочняемый сварочный сплав 2319 обеспечивает максимальную прочность сварного шва.

Алюминиевые сварочные сплавы 5183, 5356, 5556 и 5654

Сварочные сплавы 5183, 5356, 5556 и 5654, которые имеют номинальное содержание магния более 3 %, не подходят для изделий и конструкций, которые работают при температурах выше 65 °С, поскольку могут быть подвержены растрескиванию под напряжением. Сварочный сплав 5554 и все другие сплавы, представленные в таблице кроме перечисленных выше, подходят для работы при повышенных температурах.

Алюминиевые сварочные сплавы 4043 и 4047

Алюминиево-магниевые сварочные сплавы обладают высокой стойкостью к общей коррозии, когда применяются при сварке алюминиевых сплавов с близким содержанием магния. Однако сварочные сплавы серии 5ХХХ могут быть анодными к алюминиевым сплавам серий 1ХХХ, 3ХХХ и 6ХХХ. Поэтому при работе в воде или влажной среде металл шва сам будет подвергаться коррозии и защищать от коррозии основной металл. Это будет происходить с различной скоростью в зависимости от разности электрических потенциалов металла сварочного шва и основного металла. В этом случае алюминиево-кремниевые сварочные сплавы, такие как сплавы 4043 и 4047, будут более предпочтительными с точки зрения коррозионной стойкости, чем сплав 5356 при сварке, например, конструкции из сплава 6061. Именно поэтому, по-видимому, сварочный сплав 4043 применяется для сварки велосипедных рам из алюминиевого сплава 6061.

Свариваемые и несвариваемые алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы сваривают в основном дуговой сваркой в среде инертных газов, неплавящимся или плавящимся электродом, обычно – аргонно-дуговой сваркой. Большинство алюминиевых сплавов легко подвергаются сварке. Однако для некоторых алюминиевых сплавов дуговую сварку не применяют никогда. Почему? Рассмотрим кратко различные серии деформируемых алюминиевых сплавов с точки зрения их свариваемости.

Свариваемые алюминиевые сплавы

Серия 1ХХХ. Технически чистый алюминий (не менее 99 %). Применяется, в основном, в качестве проводника электрического тока или для изделий с высокой коррозионной стойкостью. Все эти сплавы (марки алюминия) легко свариваются. В качестве сварочного сплава чаще всего применяют сплав 1100 (алюминий марки АД по ГОСТ 4784 на деформируемые алюминиевые сплавы).

Серия 3ХХХ. Эта серия включает среднепрочные алюминиевые сплавы, которые легко поддаются формовке. Часто применяют для теплообменников и кондиционеров. Все эти сплавы легко свариваются сварочными алюминиевыми сплавами 4043 или 5356 (аналоги по ГОСТ 4784 – сварочные сплавы СвАК5 и СвАМг5).

Серия 4ХХХ. Эти алюминиевые сплавы обычно применяют в качестве сплавов для сварки или пайки. Однако иногда они могут использоваться и как свариваемые материалы. В этом случае их сваривают сплавом 4043 (СвАК5).

Серия 5ХХХ. Это серия алюминиевых сплавов в основном для высокопрочных листов и плит. Все они легко свариваются с применением сварочного сплава 5356 (СвАМг5). Для наиболее прочных сплавов, таких как 5083 (АМг4,5), применяют сплавы 5183 или 5556.

Серия 6ХХХ. Это – алюминиевые сплавы, главным образом, для прессованных профилей, хотя их также применяют и для листов и плит. Они являются склонными к горячему растрескиванию при сварке. Однако при должной технологии они все довольно хорошо свариваются со сварочными сплавами 4043 и 5356.

Несвариваемые алюминиевые сплавы

А где же знаменитые высокопрочные алюминиевые сплавы серий 2ХХХ и 7ХХХ? Почему не в первых рядах по сварке? А вот почему!

Серия 2ХХХ. Эти высокопрочные аэрокосмические алюминиевые сплавы («дюрали») применяют в основном в виде листов и плит. Их химический состав делает большинство из них не свариваемыми методами дуговой сварки из-за их большой склонности к горячему растрескиванию. Исключение составляют сплавы 2219 и 2519, которые хорошо свариваются с применением сварочных сплавов 2319 или 4043. Свариваемость этим сплавам дает почти полное отсутствие в них магния. Аналогом этих двух сплавов является отечественный алюминиевый сплав Д20, из которого делают высокопрочные свариваемые плиты. Популярный за свою высокую прочность сплав 2024 (Д16 по ГОСТ 4784) никогда не сваривают дуговой сваркой, так как он чрезвычайно подвержен горячему растрескиванию при сварке.

Серия 7ХХХ. Это тоже серия высокопрочных аэрокосмических алюминиевых сплавов. Подобно сплавам серии 2ХХХ большинство из них не свариваются методами дуговой сварки из-за горячего растрескивания и склонности к коррозии под напряжением. Исключениями являются сплавы с минимальным содержанием меди – менее 0,1 %. Это сплавы 7003 и 7005 (наш 1915) для прессованных профилей и сплав 7039 для листов. Все трое сплавов хорошо свариваются с применением сварочного сплава 5356.

Почему не сваривают дюрали?

Основная причина горячего растрескивания при сварке «несвариваемых» алюминиевых сплавов серий 2ХХХ и 7ХХХ заключается в следующем. В ходе сварки в зоне шва – зоне термического влияния – по границам зерен выделяются компоненты сплава – эвтектики и интерметаллиды – с температурой плавления ниже, чем у основного сплава. Это понижает и расширяет температурный интервал затвердевания границ зерен. Поэтому, при дуговой сварке этих типов сплавов границы зерен затвердевают последними и, вследствие этого, легко растрескиваются под воздействием усадочных напряжений. Мало того, это приводит к увеличению разности гальванических потенциалов между границами зерен и остальной зеренной структурой, что делает границы зерен более подверженными коррозии под напряжением.

Когда заклепки лучше сварки

По всем этим причинам алюминиевые сплавы серий 2ХХХ и 7ХХХ чаще соединяют механически, чем сваривают. Иногда применяют контактную сварку, а также сварку трением. Сварка трением «работает» при значительно более низких температурах, чем дуговая, не расплавляет основной металл и поэтому исключает проблемы, связанные с затвердеванием.

Источники:
Aluminum and Aluminum Alloys, J.R. Davis, Ed., 1996.
G. Mathers, The Welding Aluminium and its Alloys, Woodenhead Publishing Ltd, 2002.

Читайте также: