Сварка алюминия. Пористость

Металлургические рекомендации по уменьшению пористости

Повышенная склонность алюминиевых сплавов к порообразо­ванию является одним из главных затруднений на пути полу­чения сварных соединений высокого качества. Некоторые ученые считают, что пористость больше определенного размера при опре­деленном взаимном расположении отдельных пор существенно понижает прочность и пластичность сварных соединений. Поэтому в СССР и за рубежом проводятся работы по выяснению причин возникновения пористости и определению методов их предупреждения. Основной причиной пористости в алюминиевых сплавах является присутствие в них водорода. Кроме водорода, в сварочную ванну возможно попадание азота и кислорода. Азот практически не растворяется в алюминии, а дает нитрид алюминия, переходящий в шлак, и поэтому не ока­зывает существенного влияния на образование пористости. При сварке в защитных газах кислород в сварочную ванну обычно попадает в небольших количествах, так как содержание его в за­щитных газах строго ограничено. Кислород, попадающий в ванну, соединяется с алюминием в окисел А1₂0₃ и, очевидно, также не влияет на появление пористости в металле шва.

Легкий пластичный алюминий и алюминиевые сплавы используются в строительстве, аэрокосмической промышленности, машино-, судо- и автомобилестроении — в конструктивных элементах, турбинах, кузовных и корпусных деталях, трансмиссиях. Аргонная сварка алюминия применяется при производстве и ремонте, позволяет получать чистые швы и надежные сварные соединения при разной толщине металла.

Сварку полуавтоматом тонколистового металла ведут на короткой дуге — нижний предел для стали 0,7-1 мм и для алюминия и алюминиевых сплавов 2 мм. Она выполняется на низких сварочных токах, поэтому тепловложение в заготовку и размер ванны невелики. Однако для этого метода характерен крупнокапельный перенос, вне зависимости от используемой проволоки. Готовое изделие нужно зачищать.

Избыток газообразного водорода в металле объясняется повы­шением растворимости газов, особенно водорода, в жидком алю­минии и скачкообразным уменьшением растворимости его в кри­сталлизующемся металле. Температура сварочной ванны в голов­ной ее части достигает 1600—1700° С, а температура переносимой в столбе дуги капли еще выше; Установлено, что наивысшая растворимость водорода в алюминии имеет место при температуре 2050° С и достигает 20,9 см 3 на 100 г металла, т. е. объем раство­ренного водорода чрезвычайно велик.

Такой режим нагрева приводит к последующему созданию некоторого вредного внутреннего напряжения материала в зоне соединения. Однако это компенсируется почти двойной толщиной стенки полученного трубопровода в зоне соединения и большой площадью сварки (гораздо больше площади торца трубы при сварке встык).

Образование пористости зависит от чистоты исходного металла, качества подготовки под сварку поверхности свариваемого и при­садочного материалов, чистоты защитных газов, состава защитной атмосферы, качества травления и полноты удаления продуктов травления, способа сварки, параметров сварки, вида переноса капель металла и других факторов.

Свариваемую внешнюю поверхность трубы рекомендуется подготовить с помощью калибратора и фаскоснимателя. Калибратор устраняет т.н. эллипсность трубы и, в случае необходимости, уменьшает ее внешний диаметр до нормы, при этом удаляя возможные загрязнения и оксидный слой.

Нагрев, неоднородность соединения, взаимодействие материалов – процесс сварки создает идеальную среду для быстрого развития коррозии. Коррозийное поражение приводит к деформации шва, нарушает прочность соединения, грозит потерей основных функций и полным разрушением конструкции.

TIG сварка

Образованию пористости сварных соединений способствует не только водород, попадающий в сварочную ванну с присадочным материалом, газами и из влаги, адсорбированной поверхностной окисной пленкой, но и водород, растворенный в металле при изготовлении полуфабрикатов. Внутренние напряжения создают направленный поток водорода в растянутые места решетки, и про­грессирующая сегрегация водорода в этих местах может привести к ослаблению сил сцепления и зарождению трещин.

К расчету силы сварочного тока подходят внимательно. Он имеет ключевое значение, так как влияет на производительность процесса и механические свойства шва. Характерные проблемы при слишком низких значениях тока — плохой поджиг дуги, залипание электрода, грубая чешуйчатость шва, сильное шлакообразование, несплавление с основным металлом. При излишне высоких токах электроды сгорают быстрее, есть риск прожечь тонкий металл, мешает сильное разбрызгивание.

4. Для уменьшения пористости наобходимо повышать чистоту присадочной проволоки. При этом следует стре­миться к относительному уменьшению площади поверхности при­садочной проволоки, т. е. применять присадочную проволоку возможно большего диаметра. Для получения сварных швов высокого качества необходима тщательная подготовка материалов перед сваркой. По методике суммарной оценки качества подготовки материалов к сварке, разработанной в Англии, две пластины размером 25 x 37 мм, толщиной 1,5 мм сваривают по большей стороне аргоно-дуговой сваркой и рассматривают качество металла в изломе.

Подбирать режимы сварки — скорость ведения электрода, силу тока для ММА, напряжение или длину дуги, скорость подачи проволоки, индуктивность MIG лучше опытным путем. При это надо понимать, как влияет каждый параметр на сварной шов, и уметь их правильно регулировать.

СП 40-102-200 рекомендует на концах труб снимать наружную фаску под углом 45° на 1/3 толщины стенки трубы с помощью т.н. фаскоснимателя. Для труб небольшого диаметра (до 40мм) этой рекомендацией обычно пренебрегают. Для труб диаметром 50мм и выше – пренебрегать не стоит. Фаскосниматель позволяет также снять внутреннюю фаску с торца трубы для уменьшения возможного внутреннего грата и риска уменьшить внутреннее сечение трубопровода в месте сварки.

В некоторых случаях в сварных соединениях из алюминиевых сплавов нарушается герметичность в околошовной зоне. Это явление наблюдается в сварных деталях малой толщины (до 1 мм). В деталях большей толщины негерметичности может не быть, однако в околошовной зоне отмечается вспучивание металла. Исследования показали, что причиной возникновения негерме­тичности в околошовной зоне является междендритная водород­ная микропористость, в некоторых случаях — сквозная. При нагреве сварочной дугой в околошовной зоне частично оплав­ляются границы зерен. Диффундирующий из основного металла к этим границам водород вытесняет расплавленную эвтектику, в результате чего в околошовной зоне образуется пористость, имеющая вид разветвленных каналов. Пористость такого типа опасна, так как часто не выявляется непосредственно после сваркипри контроле сварных швов, а открывается при эксплуатации сварных узлов.