Послесварочная обработка алюминия и алюминиевых сплавов

I. Удаление остатков

После сварки изделия, если используется газовая сварка или сварочные прутки с порошковым покрытием, необходимо быстро удалить остатки флюса и шлака из сварного шва и прилегающей к нему зоны перед проведением визуального контроля и неразрушающего контроля.

Этот этап предотвращает коррозию сварного шва и его поверхности под воздействием шлака и остаточного флюса, что позволяет избежать нежелательных последствий. Общепринятые методы послесварочной зачистки следующие:

(1) Скрабирование в горячей воде от 60℃ до 80℃;

(2) Погружение в дихромат калия (K2Cr2O2) или хромовый ангидрид (Cr2O2) от 2% до 3%;

(3) Дальнейшее полоскание в горячей воде от 60℃ до 80℃;

(4) Сушка в сушильном шкафу или воздушная сушка.

Для проверки эффективности удаления остаточного флюса можно капнуть дистиллированную воду на сварной шов заготовки. Затем дистиллированную воду собирают и опускают в пробирку с раствором азотной кислоты 5%. Если появляется белый осадок, это указывает на то, что остатки флюса удалены не полностью.

II. Обработка поверхности сварных швов

Благодаря правильному процесс сварки При правильной технике работы поверхность сварных швов из алюминия и алюминиевых сплавов после сварки получается однородной, без ряби и гладкой.

Анодирование, особенно в сочетании с полировкой и окрашиванием, позволяет получить высококачественные декоративные поверхности. Зона термического воздействия от сварки может быть сведена к минимуму, что сводит к минимуму изменения цвета, вызванные анодированием. Быстрые процессы сварки могут значительно уменьшить зону термического воздействия. Таким образом, качество анодирования сварных швов, выполненных в режиме вспышки, является хорошим.

Особенно при сварке деталей из сплавов, которые нельзя подвергать термообработке для упрочнения в отожженном состоянии, после анодирования цветовой контраст между металлической основой и зоной термического воздействия минимален. Печь и погружение пайкакоторые не предполагают локального нагрева, дают очень равномерный металлический цвет.

Сплавы, которые можно подвергать термической обработке для упрочнения, часто используемые для изготовления конструктивных элементов зданий, часто анодируются после сварки. В таких сплавах под действием сварочного тепла образуются осадки из элементы сплава.

После анодирования появляются различия между зоной термического воздействия и сварной шов. Эти зоны ореола вблизи зоны сварки можно свести к минимуму за счет быстрой сварки или использования охлаждающих блоков и зажим пластины. Эти зоны ореола до анодирования и после сварки можно устранить с помощью закалки осадками.

При химической обработке сварных деталей могут возникать значительные цветовые различия между металлом шва и основным металлом. Это требует тщательного подбора присадочного материала состав металлаОсобенно если в нем содержится кремний, который может повлиять на подбор цвета.

При необходимости сварной шов можно механически отполировать. Обычная механическая методы полировки К ним относятся полировка, шлифовка, абразивная и дробеструйная обработка. Механическая полировка Улучшение поверхности алюминиевых деталей с помощью физических методов, таких как шлифовка, удаление заусенцев, обжиг, полировка или пескоструйная обработка. Цель состоит в том, чтобы достичь желаемого качества поверхности с помощью как можно меньшего количества операций.

Однако алюминий и его сплавы - мягкие металлы с высоким коэффициентом трения. Перегрев в процессе шлифовки может вызвать деформацию сварных деталей или даже привести к разрушению границ зерен в основном металле. Поэтому в процессе полировки требуется достаточное количество смазки, а давление на поверхность металла должно быть сведено к минимуму.

III. Послесварочная термическая обработка

Цель послесварочной термообработки - улучшить структуру и эксплуатационные характеристики сварного соединения или устранить остаточное напряжение. Термообработанный алюминиевые сплавы может подвергаться послесварочной термообработке, восстанавливая прочность зоны термического влияния основного металла, близкую к исходной.

Как правило, точка разрушения в соединении обычно находится внутри зона слияния сварного шва. После послесварочной термической обработки прочность металла шва в первую очередь зависит от дисперсного присадочного металла.

1. Характеристики алюминия и алюминиевых Сварка сплавов

(1) Алюминий легко окисляется на воздухе и во время сварки, образуя оксид алюминия (Al2O3), который имеет высокую температуру плавления и чрезвычайно стабилен, что затрудняет его удаление. Это препятствует расплавлению и сплавлению исходного материала. Большой удельный вес оксидной пленки не позволяет ей всплывать на поверхность, что приводит к таким дефектам, как шлаковые включения, отсутствие плавления и неполное проплавление.

Поверхностная оксидная пленка алюминия и поглощенная им влага могут привести к образованию пористости в сварном шве. Перед сваркой необходимо провести тщательную очистку поверхности химическими или механическими методами для удаления оксидной пленки. Во время сварки следует усилить защиту, чтобы предотвратить окисление.

При сварке вольфрамовым электродом в инертном газе (TIG) следует использовать источник переменного тока для удаления оксидной пленки путем "катодной очистки". Когда газовая сваркаСледует использовать флюс, удаляющий оксидную пленку. Во время толстого сварка пластинПри этом теплота сварки может быть увеличена. Например, гелиевая дуга имеет высокую температуру, поэтому используйте гелий или аргон-гелиевую смешанную газовую защиту, или газ большого диаметра металлическая дуга сварка (GMAW) на постоянном токе, что исключает необходимость "катодной очистки".

(2) Теплопроводность и удельная теплота алюминия и его сплавов более чем в два раза выше, чем у углеродистой стали и низкоуглеродистой стали. легированная сталь. Теплопроводность алюминия в десятки раз превышает теплопроводность аустенитной нержавеющей стали.

В процессе сварки большое количество тепла может быстро передаваться основному металлу, поэтому при сварке алюминия и его сплавов, помимо энергии, затрачиваемой на расплавление металлической ванны, больше тепла уходит в другие части металла. Эти потери энергии более значительны, чем при сварка стали. Для достижения высокого качества сварные соединенияСледует по возможности использовать концентрированные источники энергии большой мощности. Также можно использовать предварительный нагрев и другие технологические меры.

(3) Коэффициент линейного расширения алюминия и его сплавов примерно в два раза выше, чем у углеродистой и низколегированной стали. Алюминий подвергается значительной объемной усадке во время затвердевания, что вызывает значительные деформации и напряжения в сварном соединении. Поэтому необходимо принимать меры по предотвращению сварочных деформаций. Затвердевание алюминиевой сварочной ванны обычно приводит к образованию усадочных полостей, пористости, горячих трещин и высоких внутреннее напряжение.

Чтобы предотвратить возникновение горячие трещиныПри производстве можно регулировать состав сварочной проволоки и процесс сварки. В условиях коррозионной стойкости сварочная проволока из алюминиево-кремниевого сплава может быть использована для сваривать алюминий сплавы, за исключением алюминиево-магниевых сплавов.

В алюминиево-кремниевых сплавах склонность к горячему растрескиванию значительно возрастает при содержании кремния 0,5%. С увеличением содержания кремния температурный диапазон кристаллизации сплава уменьшается, текучесть значительно улучшается, а скорость усадки уменьшается, что приводит к снижению склонности к горячему растрескиванию.

Согласно производственному опыту, при содержании кремния 5%-6% горячее растрескивание не происходит, поэтому использование проволоки SAlSi (с содержанием кремния 4,5%-6%) обеспечивает лучшую трещиностойкость.

(4) Алюминий обладает сильной отражательной способностью для света и тепла. При переходе из твердого состояния в жидкое не происходит заметного изменения цвета, что затрудняет оценку в процессе сварки. Высокотемпературный алюминий имеет очень низкую прочность, что затрудняет поддержку сварочной ванны и делает ее склонной к прожогам.

(5) Алюминий и его сплавы могут растворять значительное количество водорода в жидком состоянии, но почти не растворяют его в твердом состоянии. Во время застывания и быстрого охлаждения сварочной ванны водород не успевает выйти, что приводит к образованию водородной пористости.

Влажность в атмосфере дуги, сварочные материалы, а также адсорбированная влага на оксидной пленке поверхности материнского материала являются значительными источниками водорода в сварном шве. Поэтому для предотвращения образования пористости необходим строгий контроль над источниками водорода.

(6) Элементы сплава склонны к испарению и выгоранию, что снижает эффективность сварного шва.

(7) Если основной металл исходного материала закален деформацией или термически обработан раствором, сварочное тепло может снизить прочность зоны термического влияния.

(8) Алюминий, имеющий гранецентрированную кубическую решетку и не имеющий аллотропных форм, не претерпевает фазовых переходов при нагревании и охлаждении. Это приводит к образованию крупных зерен в сварном шве, которые не могут быть очищены в результате фазовых переходов.

2. Методы сварки

Для сварки алюминия и его сплавов можно использовать практически все методы сварки. Однако приспособленность алюминия и его сплавов к различным методам сварки неодинакова, и каждый метод имеет свое применение.

Газовая сварка и дуговая сварка в защитных слоях металла просты и удобны. Газовую сварку можно использовать для ремонта швов на алюминиевых листах и отливках, где требования к качеству не высоки. Дуговая сварка в защитной среде может использоваться для ремонта алюминиевых литьё из сплавов.

Инертные сварка в газовой среде (TIG или MIG) - наиболее широко используемый метод сварки алюминия и его сплавов. Листы алюминия и алюминиевых сплавов можно сваривать с помощью сварки вольфрамом в инертном газе на переменном токе или импульсной сварки вольфрамом в инертном газе.

Пластины из алюминия и алюминиевых сплавов можно сваривать с помощью гелия дуговая сварка вольфрамовым электродомаргонно-гелиевая сварка в инертном газе, сварка металлом в инертном газе и импульсная сварка металлом в инертном газе. Все более широкое применение находят сварка металлов в инертном газе и импульсная сварка металлов в инертном газе (аргон или аргонно-гелиевая смесь).

3. Сварочные материалы

(1) Сварочная проволока

При выборе сварочной проволоки из алюминия и алюминиевых сплавов необходимо не только учитывать хорошие характеристики процесса сварки, но и обеспечить, чтобы прочность на разрыв и пластичность (при испытаниях на изгиб) стыковых соединений соответствовали установленным требованиям в соответствии с требованиями судна.

Требования к ударной вязкости должны быть выполнены для алюминиево-магниевых сплавов с содержанием магния более 3%. Для судов с требованиями к коррозионной стойкости коррозионная стойкость сварного соединения должна достигать или быть близкой к уровню основного материала. Поэтому выбор сварочной проволоки в основном основывается на свойствах алюминия.

1) Чистота чистой алюминиевой сварочной проволоки обычно не ниже чистоты исходного материала;

2) Химический состав алюминия Сварочная проволока из сплава обычно аналогична или близка по свойствам к сварочной проволоке из основного материала;

3) Содержание коррозионно-стойких элементов (магния, марганца, кремния и т.д.) в сварочной проволоке из алюминиевого сплава, как правило, не ниже, чем в исходном материале;

4) При сварке различных типов алюминиевых материалов выбирайте сварочную проволоку, исходя из более коррозионностойкого и прочного исходного материала;

5) Высокопрочные алюминиевые сплавы (термически упрочненные алюминиевые сплавы), для которых не требуется коррозионная стойкость, могут использовать сварочные проволоки другого состава, например, сварочные проволоки из трещиностойкого алюминиево-кремниевого сплава типа SAlSi-1 (обратите внимание, что прочность может быть ниже, чем у исходного материала).

(2) Экранирующий газ

В качестве защитного газа используется аргон, гелий или их смесь. Для переменного тока высокой частоты Сварка TIGИспользуйте более 99,9% чистого аргона. Постоянный ток положительный сварка на полярности подходит для гелия.

При сварке MIG рекомендуется использовать аргон с добавлением гелия от 50% до 75%, если толщина листа составляет 75 мм. Аргон должен соответствовать требованиям GB/T 4842-1995 "Чистый аргон". Давление в аргоновом баллоне недостаточно и не может быть использовано, если оно ниже 0,5 МПа.

(3) Вольфрамовые электроды

Четыре типа вольфрамовых электродов используются в аргонодуговая сваркаЧистый вольфрам, торированный вольфрам, цериевый вольфрам и циркониевый вольфрам. Электроды из чистого вольфрама имеют высокие температуры плавления и кипения, что делает их менее склонными к плавлению, испарению, выгоранию электрода и загрязнению наконечника.

Однако они имеют более низкую способность к эмиссии электронов. Торированные вольфрамовые электроды, изготовленные путем добавления к чистому вольфраму оксида тория от 1% до 2%, обладают более высокой способностью к эмиссии электронов, допускают более высокую плотность тока и поддерживают более стабильную дугу. Однако торий слабо радиоактивен, поэтому при его использовании необходимо принимать соответствующие меры защиты.

Церий-вольфрамовые электроды изготавливаются путем добавления 1,8% - 2,2% оксида церия (с примесями ≤0,1%) к чистому вольфраму. Эти электроды имеют низкую рабочую функцию электронов, высокую химическую стабильность, обеспечивают высокую плотность тока и не обладают радиоактивностью. В настоящее время они являются наиболее часто используемыми электродами.

Циркониевые вольфрамовые электроды позволяют предотвратить загрязнение основного металла. Их наконечники легко поддерживать в полусферической форме, что делает их пригодными для сварки переменным током.

(4) Флюс

Флюс, используемый при газовой сварке, состоит из хлоридов и фторидов таких элементов, как калий, натрий, литий и кальций, которые могут удалять оксидную пленку.

4. Подготовка перед сваркой

(1) Очистка перед сваркой

Перед сваркой алюминия и его сплавов необходимо тщательно удалить оксидную пленку и смазку с поверхности заготовки. линия сварки и поверхность сварочной проволоки.

Качество этой зачистки напрямую влияет на процесс сварки и качество соединения, например, склонность к образованию пористость сварного шва и различные механические свойства. Для очистки обычно используются химические или механические методы очистки.

1) Химическая очистка

Химическая очистка отличается высокой эффективностью и стабильностью качества, что делает ее подходящей для очистки сварочной проволоки и малогабаритных деталей массового производства. Погружение в воду и скрабирование - два распространенных метода.

Органические растворители, такие как ацетон, бензин и керосин, используются для обезжиривания поверхности, затем следует промывка щелочью с использованием раствора NaOH от 5% до 10% при температуре от 40°C до 70°C в течение 3-7 минут (дольше для чистого алюминия, но не более 20 минут), затем промывка проточной водой.

Затем проводится кислотная промывка с использованием раствора HNO3 30% комнатной температуры до 60°C в течение 1-3 минут, затем еще одно ополаскивание проточной водой и сушка на воздухе или при слабом нагреве.

2) Механическая очистка

Механическая очистка часто используется при больших размерах заготовки, длительном производственном цикле, многослойной сварке или при повторном загрязнении заготовки после химической очистки.

Сначала органические растворители, такие как ацетон или бензин, используются для обезжиривания поверхности, а затем щетка с проволокой из меди или нержавеющей стали диаметром 0,15-0,2 мм до появления металлического блеска.

Обычно не рекомендуется использовать шлифовальные круги или обычную наждачную бумагу, чтобы на поверхности металла не оставались песчинки, которые могут попасть в сварочную ванну во время сварки и вызвать шлаковые включения или другие дефекты. В качестве альтернативы можно использовать скребки или напильники для очистки свариваемой поверхности.

После очистки заготовки и сварочной проволоки оксидная пленка снова появляется во время хранения, особенно во влажной среде или в среде, загрязненной кислотными или основными парами, где оксидная пленка растет еще быстрее.

Поэтому время хранения от окончания очистки до начала сварки должно быть сведено к минимуму. В условиях повышенной влажности сварку, как правило, следует выполнять в течение 4 часов после очистки. Если время хранения после очистки слишком велико (например, превышает 24 часа), процесс очистки следует повторить.

(2) Опорная пластина

Алюминий и его сплавы обладают низкой прочностью при высоких температурах, а расплавленный алюминий легко растекается, что может привести к разрушению металла шва во время сварки. Чтобы обеспечить полное проплавление без разрушения, часто используются подкладные пластины для поддержки сварочной ванны и прилегающего металла.

Опорные пластины могут быть изготовлены из графита, нержавеющей стали, углеродистой стали, медных пластин или медных стержней. На поверхности опорной пластины делается изогнутая канавка для обеспечения формирования сварного шва с обратной стороны.

В качестве альтернативы можно выполнять одностороннюю сварку с двусторонним формированием без опорной пластины, но это требует квалифицированных сварочных работ или применения передовых технологических мер, таких как строгий автоматический контроль энергии сварки с обратной связью.

(3) Предварительный нагрев перед сваркой

Тонкие и небольшие алюминиевые детали обычно не требуют предварительного нагрева. Предварительный нагрев может быть выполнен для толщины от 10 мм до 15 мм, при температуре от 100℃ до 200℃ в зависимости от типа алюминиевого сплава.

Для нагрева можно использовать такие методы, как оксиацетиленовое пламя, электропечи или паяльные лампы. Предварительный нагрев помогает минимизировать деформацию сварного шва и уменьшить дефекты, такие как пористость.

5. Послесварочная обработка

(1) Очистка после сварки

Остаток сварочный флюс и шлак, оставшиеся на сварном шве и вблизи него, могут повредить пассивирующую пленку на алюминиевой поверхности и даже вызвать коррозию алюминиевых деталей, поэтому требуется тщательная очистка. Для деталей простой формы с общими требованиями можно использовать простые методы очистки, такие как промывка горячей водой или чистка паровой щеткой.

Для алюминиевых деталей сложной формы, пользующихся большим спросом, после очистки в горячей воде жесткой щеткой их следует замочить в водном растворе хромовой кислоты или растворе дихромата калия концентрации 2-3% при температуре примерно 60℃-80℃ на 5-10 минут, а затем протереть жесткой щеткой.

Затем их следует промыть в горячей воде и высушить в сушильном шкафу или горячим воздухом. Допускается также естественная сушка.

(2) Термическая обработка после сварки

Как правило, термическая обработка после сварки алюминиевых контейнеров не требуется. Однако, если алюминиевый материал в процессе эксплуатации проявляет значительную чувствительность к коррозии под напряжением в условиях среды, контактирующей с контейнером, необходимо провести послесварочную термообработку для устранения высоких сварочных напряжений, тем самым снизив напряжение на контейнер до уровня ниже порогового для коррозионного растрескивания под напряжением.

Это требование должно быть специально оговорено в документации по проектированию контейнера до проведения термической обработки для снятия напряжения после сварки. Если после сварки отжиг Термообработка необходима, рекомендуемая температура для чистого алюминия, 5052, 5086, 5154, 5454, 5A02, 5A03, 5A06 и т.д., составляет 345℃; для 2014, 2024, 3003, 3004, 5056, 5083, 5456, 6061, 6063, 2A12, 2A24, 3A21 и т.д., она составляет 415℃; для 2017, 2A11, 6A02 и т.д., она составляет 360℃.

В зависимости от размера и требований к заготовке, температура отжига может быть отрегулирована в сторону увеличения или уменьшения на 20-30℃, а время обслуживания может составлять от 0,5 до 2 часов.