При выборе материала для сварки алюминиевых конструкций, еще на стадии проектирования необходимо выяснить ряд моментов и уточнить условия, в которых металлоконструкции будут эксплуатироваться:
- каковы будут нагрузки – это определяет требования к механическим характеристикам материала (прочности);
- требования к коррозийной стойкости;
- технологичность (обрабатываемость) при изготовлении полуфабрикатов и деталей строительных конструкций;
- возможность выполнения сварных соединений без существенного снижения прочности по сравнению с основным металлом;
- эстетические требования.
Чтобы обеспечить качественное выполнение сварочных работ при изготовлении алюминиевых конструкций, необходимо подобрать подходящие присадочные материалы.
Особенности конструкционных сплавов алюминия
Основными материалами для сварки алюминиевых конструкций являются деформируемые алюминиевые сплавы. В то же время допускается применение литейных сплавов, если их характеристики соответствуют требованиям условий эксплуатации, строительных норм и правил.
В специализированной литературе можно встретить понятие «система», которое используется для обозначения различных составов конструкционных сплавов на основе алюминия. Ниже приведем основные системы деформируемых алюминиевых сплавов и кратко охарактеризируем их технологические свойства в свете требований к прочности, коррозийной стойкости, обрабатываемости и возможности качественно выполнить сварочные работы.
Можно заметить общую закономерность, что при возрастании прочности используемого конструкционного сплава появляются трудности в изготовлении алюминиевых конструкций:
- Затрудняется механическая обработка – в связи с общим увеличением прочности сплавов алюминия.
- Большое количество разнообразных легирующих добавок относительно снижает устойчивость алюминиевой конструкции к коррозии.
- Сложности проявляются при сварочных работах, что обусловлено разупрочнением основного металла в месте термического воздействия сварки.
Низкопрочные сплавы алюминия
Алюминий технический – сплав алюминия с содержанием примесей других химических элементов до 1%. Характеризируется относительно невысокой прочностью (предел кратковременной прочности* – ориентировочно 60 МПа), высокой коррозийной стойкостью, легко обрабатывается и легко сваривается. Примеры сплавов: АД, АД0, АДС и другие.
Система Al – Mn – алюминиевомарганцевые сплавы АМц, АМцС и другие. Введение добавки марганцы в количестве 1-1,5% позволяет повысить прочностные характеристики металла, при этом предел кратковременной прочности возрастает ориентировочно до 100 МПа. Наличие марганца практически не влияет на устойчивость сплава к коррозии, она остается относительно высокой. Обрабатываемость и свариваемость алюминиевомарганцевых сплавов – отличная, как и у технического алюминия, подогрев и последующая термообработка сварного шва не требуется.
Алюминиевые сплавы средней прочности
Система Al – Mg – также называются магналии, основной легирующей добавкой выступает магний. Прочностные характеристики у магналия несколько выше, чем у системы Al – Mn (предел кратковременной прочности ориентировочно 120 МПа, после нагартовки возрастает более чем в 2 раза). Все магналии позволяют получить равнопрочное с основным металлом сварное соединение. Данные сплавы, в основном, легко обрабатываются (зависит от степени легирования). Сплавы алюминия с магнием обозначаются буквами АМг и цифрой, которая указывается предельное содержание магния в процентах. Коррозийнай стойкость – высокая.
Система Al – Mg – Si представлена сплавами марок АД31, АД33, АВ и другими. После закалки и старения эти сплавы демонстрируют хорошие показатели прочности (предел кратковременной прочности ориентировочно 200 МПа). Обрабатываемость хорошая, устойчивость к коррозии – преимущественно высокая. Сварка этих сплавов может вызывать некоторые сложности.
Высокопрочные сплавы алюминия
Система Al – (Zn и/или Cu) — Mg характеризируется добавкой цинка и/или меди, но зачастую в состав входят и другие легирующие элементы: титан, хром, кремний, марганец, железо. Сюда относятся также и дуралюмины. Представители этого класса алюминиевых сплавов характеризируются высокими показателями прочности, которые, впрочем, во многом зависят от режима термообработки. В связи с этим, при проведении сварочных работ нужно помнить о локальном отпуске свариваемых деталей. Чтобы получить качественные и прочные сварные соединения следует прибегнуть к специальной термической и другим видам обработки после сварки. Механическая обработка уже сопряжена с некоторыми трудностями, а химическая стойкость к коррозии низкая (но только по сравнению со сплавами из других систем).
Технологии сварки алюминиевых конструкций
Изготовление металлоконструкций из алюминия и его сплавов может производиться с помощью различных технологий сварки, среди которых основными являются:
- механизированная (автоматическая или полуавтоматическая) или ручная электродуговая сварка в защитной среде инертных газов с применением вольфрамового электрода и подачей присадочной проволоки;
- механизированная электродуговая сварка в защитной среде инертных газов с применением плавящегося электрода;
- электрическая контактная сварка;
- атоматическая сварка по слою флюса (полуоткрытой дугой);
- газовая сварка.
Подбор алюминиевой присадки для сварочных работ
При выполнении сварочных работ с подачей присодочной проволоки или с применением плавящегося электрода необходимо правильно подбирать присадочные материалы. В СНиП II-B.5-64 мы можем найти базовые рекомендации по подбору химического состава присадки и электродов для сварки алюминия:
- для технического алюминия и алюминиевомарганцевых сплавов – состав присадочной проволоки должен совпадать с составом основного свариваемого материала;
- в производстве конструкций из магналия присадочный материал должен быть того же состава, что и основной, однако допускается примененять присадки с повышенным содержанием магния;
- в конструкциях их сплавов системы алюминий-магний-кремний следует применять проволоку из сплавов свАК3, свАК5, свАК10 и свАК12;
- сварка конструкций из сплава В92 должна проводиться с помощью проволоки свВ92 из того же материала или из сплава свАК12;
Общее правило гласит, что для получения качественного сварного соединения сварной шов должен обладать одинаковыми с основным металлом физико-химическии характеристиками. В большинстве случаев это достигается путем подбора присадочных материалов с эквивалентным содержанием того или иного элемента.
*Приведенные данные о пределе кратковременной прочности, хоть и соответствуют, в большинстве случаев, реальным показателям, но служат только для приблизительной оценки и не могут быть использованы для ответственных расчетов металлоконструкций.