Материал: Технологические основы современных способов сварки. учебное пособие. Пешков В.В., Коломенский А.Б

Алюминиевые сплавы толщиной до 20 мм могут свариваться в нижнем положении. Сварка металла толщиной 20-150

ммвыполняется горизонтальным пучком снизу вверх или в горизонтальной плоскости, а сварка металла толщиной более 150

мм- горизонтальным пучком на подъём.

На качество формирования горизонтальных швов заметно влияет угол наклона пучка к стыку. В случае сварки заготовок толщиной до 150 мм лучшие результаты достигаются при сварке углом вперёд. В зависимости от толщины свариваемого металла угол наклона пучка изменяется от 5 до 15 .

При выполнении вертикальных швов на подъём на заготовках толщиной 40-250 мм для предотвращения образования внутренних дефектов в виде пустот и уменьшения вытекания жидкого металла электронный пучок в процессе сварки отклоняют на 5-17° от горизонтального положения вниз.

Для обеспечения нормальных условий формирования шва в начале и в конце стыка достаточно, чтобы размеры ввод- но-выводных планок были 50х50х5м мм. Крепятся они к свариваемым заготовкам на прихватках, выполняемых дуговой сваркой или с помощью сварочных приспособлений, обеспечивающих плотное прижатие к торцам стыка.

При сварке стыковых соединений зазор между кромками не должен превышать 0,1-0,15 мм. При использовании присадки (обычно диаметром 1,2-1,5 мм) требования к точности сборки деталей несколько снижаются: зазор между кромками

236

может быть увеличен до 0,5 мм.

Закономерности изменения параметров сварных швов от режимов ЭЛС для алюминия аналогичны зависимостям, наблюдаемым для других металлов: с увеличением тока луча ширина и глубина проплавления возрастают. Растёт глубина проплавления и при повышении ускоряющего напряжения (при постоянстве тока луча). С увеличением скорости сварки глубина проплавления снижается. При изменении скорости сварки от 20 до 80 м/ч ширина проплавления уменьшается в

1,3-1,5 раза.

В алюминиевых сплавах содержится значительное количество таких элементов, как магний (сплавы АМг3, АМг5, АМг6), цинк и магний (В95, АЦМ), литий (ВАД23, 1420), которые имеют невысокую температуру кипения. Разрежение в вакуумной камере создаёт благоприятные условия для испарения легирующих элементов с высокой упругостью паров. Так,

при 700°С упругость паров алюминия над жидким металлом равна 10-5 Па, а магния – 103 Па.

Рекомендуемые режимы ЭЛС алюминиевых сплавов даны в табл. 3.7. Однако при сварке на оптимальных режимах сплавов АМг6, В95, Д20 и 1420 недопустимого уменьшения всех легирующих элементов не наблюдается.

Временное сопротивление разрыву с увеличением количества проходов снижается на 10-30 МПа независимо от исходного состояния материала до сварки, даже на отожжённом материале. Следовательно, основную роль в этом может играть только изменение состава металла шва, что подтверждается результатами спектрального анализа. После однократного прохода с присадочной проволокой или без неё содержание магния в шве сохраняется примерно на том же уровне, что и в основном металле. После двух- и трёхкратного переплава шва количество магния уменьшается. Особенно заметны его потери, когда при третьем проходе присадочная проволока не использовалась.

237

Таблица 3.7 Рекомендуемые режимы ЭЛС алюминиевых сплавов раз-

личной толщины

Алюминиевые сплавы широко применяются в конструкциях криогенного назначения. Прочность сварных соединений увеличивается при снижении температуры испытаний. Среднее увеличение их временного сопротивление при 4,2 К у основного металла составляет 30-55 %, а у сварных соединений 45-65 % в зависимости от состояния основного металла.

238

Сварка лазером. Для получения качественного соединения, так же как и при ЭЛС, прежде всего необходимо обеспечить тщательную подготовку свариваемых кромок (химическое травление, с последующим шабрением) и качественную защиту шва от окисления. Из известных методов защиты, применяемых при сварке, наиболее эффективной для алюминиевых сплавов является газовая защита.

Максимальная глубина проплавления и высокое качество шва обеспечиваются при использовании гелия в качестве защитного газа. Причем обязательна защита шва с обеих сторон. В целях экономии допускается использование гелия для защиты только верхней части сварочной ванны, а для нижней, корневой, части может быть использован аргон.

Основой получения качественных сварных соединений является правильный выбор параметров режимов сварки. Специфика процесса лазерной сварки алюминиевых сплавов заключается в наличии порогового уровня мощности лазерного излучения, обеспечивающего проплавление при сварке. Например, для сплава АМг6 мощность CO2-лазера на уровне 2- 2,2 кВт сразу обеспечивает глубину проплавления 1,5-2 мм. При меньшей мощности излучения проплавление вообще отсутствует. Это явление связано с сочетанием высокого коэффициента отражения (0,97) алюминия на длине волны 10,6 мкм, высокой теплопроводности и теплоемкости алюминия. С нагревом поверхности алюминия до температур, близких к температуре плавления, коэффициент отражения резко снижается, и происходит интенсивное проплавление материала с образованием парогазового канала. Последующее увеличение мощности излучения приводит к практически линейному возрастанию глубины проплавления. Следует отметить, что указанный порог мощности зависит от свойств излучения, степени фокусировки, толщины пластины, состояния ее поверхности и скорости сварки.

Оптимальные режимы сварки излучением CO2-лазера

239

алюминиевого сплава представлены в табл. 3.8.

Таблица 3.8 Режимы сварки CO2-лазером алюминиевого сплава АМг6

Микроструктура металла сварных соединений, выполненных лазерным излучением на оптимальных режимах, значительно отличается от микроструктуры металла соединений, полученных дуговой сваркой. В шве имеет место мелкодисперсная структура со столбчатыми дендритами, причем размеры дендритов значительно меньше, чем при аргонодуговой сварке. Выделение эвтектики и оплавление границ зерен в непосредственной близости от шва не наблюдаются. Структурные изменения в зоне термического влияния при лазерной сварке происходят на участке, в 5-6 раз меньшем, чем при аргонодуговой сварке. Размер зерна в этой зоне увеличивается незначительно. Подобная структура является благоприятной для достижения высокого уровня механических свойств и предотвращения горячих трещин.

Контактная сварка. До 50-60-х годов контактная сварка алюминиевых сплавов в авиационной промышленности широко не применялась. Это было связано с нерешенностью ряда проблем, обусловленных особенностями алюминиевых сплавов, в первую очередь наличием оксидных пленок, препятствующих прохождению электрического тока, и большими значениями теплопроводности и теплоемкости, что требовало создания быстродействующих машин большой мощности.

В настоящее время наиболее распространенный вид контактной сварки – это точечная сварка, на долю которой приходится 80% всех соединений, выполняемых этим способом.

240