Матеріали для зварювання алюмінієвих конструкцій

При виборі матеріалу для зварювання алюмінієвих конструкцій ще на стадії проєктування необхідно з’ясувати низку моментів та уточнити умови, в яких металоконструкції будуть експлуатуватися:

якими будуть навантаження – це визначає вимоги до механічних характеристик матеріалу (міцності);
вимоги до корозійної стійкості;
технологічність (оброблюваність) при виготовленні напівфабрикатів і деталей будівельних конструкцій;
можливість виконання зварних з’єднань без суттєвого зниження міцності порівняно з основним металом;
естетичні вимоги.

Щоб забезпечити якісне виконання зварювальних робіт під час виготовлення алюмінієвих конструкцій, необхідно підібрати відповідні присадні матеріали.

Особливості конструкційних сплавів алюмінію

Основними матеріалами для зварювання алюмінієвих конструкцій є деформівні алюмінієві сплави. Водночас допускається застосування ливарних сплавів, якщо їх характеристики відповідають вимогам умов експлуатації, будівельних норм і правил.

У спеціалізованій літературі можна зустріти поняття “система”, яке використовується для позначення різних складів конструкційних сплавів на основі алюмінію. Нижче наведемо основні системи деформівних алюмінієвих сплавів і коротко охарактеризуємо їх технологічні властивості з погляду вимог до міцності, корозійної стійкості, оброблюваності та можливості якісно виконати зварювальні роботи.

Можна помітити загальну закономірність, що із зростанням міцності використовуваного конструкційного сплаву з’являються труднощі у виготовленні алюмінієвих конструкцій:

Ускладнюється механічна обробка – через загальне збільшення міцності алюмінієвих сплавів.
Велика кількість різноманітних легувальних добавок відносно знижує стійкість алюмінієвої конструкції до корозії.
Під час зварювальних робіт можуть виникати труднощі, пов’язані з розм’якшенням основного металу в зоні термічного впливу.

Низькоміцні сплави алюмінію

Алюміній технічний – сплав алюмінію з домішками інших хімічних елементів до 1%. Характеризується відносно невисокою міцністю (границя короткочасної міцності* – орієнтовно 60 МПа), високою корозійною стійкістю, легко обробляється і добре зварюється. Приклади сплавів: АД, АД0, АДС та інші.

Система Al – Mn – алюмінієво-марганцеві сплави АМц, АМцС та інші. Додавання марганцю в кількості 1-1,5% дозволяє підвищити міцнісні характеристики металу, при цьому границя короткочасної міцності зростає орієнтовно до 100 МПа. Наявність марганцю практично не впливає на корозійну стійкість сплаву. Оброблюваність і зварюваність алюмінієво-марганцевих сплавів – чудова, як і в технічного алюмінію, підігрів і подальша термообробка зварного шва не потрібні.

Алюмінієві сплави середньої міцності

Система Al – Mg – також називається магналії, основною легувальною добавкою є магній. Міцнісні характеристики магналію дещо вищі, ніж у системи Al – Mn (границя короткочасної міцності орієнтовно 120 МПа, після нагартовування зростає більш ніж у 2 рази). Усі магналії дозволяють отримати рівноміцне з основним металом зварне з’єднання. Ці сплави загалом легко обробляються (залежить від ступеня легування). Сплави алюмінію з магнієм позначаються буквами АМг і цифрою, що вказує на граничний вміст магнію у відсотках. Корозійна стійкість – висока.

Система Al – Mg – Si представлена сплавами марок АД31, АД33, АВ та іншими. Після загартування та старіння ці сплави демонструють гарні показники міцності (границя короткочасної міцності орієнтовно 200 МПа). Оброблюваність хороша, стійкість до корозії – переважно висока. Зварювання цих сплавів може викликати певні труднощі.

Високоміцні сплави алюмінію

Система Al – (Zn і/або Cu) – Mg характеризується додаванням цинку і/або міді, але зазвичай у склад входять і інші легувальні елементи: титан, хром, кремній, марганець, залізо. Сюди також належать дюралюміни. Представники цього класу алюмінієвих сплавів характеризуються високими показниками міцності, які, втім, значною мірою залежать від режиму термообробки. У зв’язку з цим при проведенні зварювальних робіт потрібно пам’ятати про локальний відпуск зварюваних деталей. Щоб отримати якісні та міцні зварні з’єднання, необхідно застосовувати спеціальну термічну та інші види обробки після зварювання. Механічна обробка ускладнюється, а хімічна стійкість до корозії є низькою (але тільки порівняно зі сплавами інших систем).

Технології зварювання алюмінієвих конструкцій

механізоване (автоматичне або напівавтоматичне) чи ручне електродугове зварювання в захисному середовищі інертних газів із застосуванням вольфрамового електрода та подачею присадного дроту;
механізоване електродугове зварювання в захисному середовищі інертних газів із застосуванням плавкого електрода;
електричне контактне зварювання;
автоматичне зварювання під шаром флюсу (напіввідкрита дуга);
газове зварювання.

*Наведені дані про границю короткочасної міцності є орієнтовними і не можуть використовуватися для відповідальних розрахунків металоконструкцій.