Какие алюминиевые сплавы лучше всего подходят для сварки?

Какой Алюминиевые сплавы лучше всего подходят для сварки? Алюминий стал самым популярным из металлов, используемых в современной промышленности, благодаря своей высокой мобильности, устойчивости к внешним воздействиям и простоте изготовления. Сплавы из него неоценимы в аэрокосмической, автомобильной, морской, а также жилищной и строительной отраслях. Однако проблемы, возникающие при сварке алюминия, отличаются от проблем при сварке других металлов, отчасти из-за высокой теплопроводности, скорости образования оксидов, а также деформации и растрескивания алюминия в процессе сварки. Знание свойств и характеристик различных алюминиевых сплавов важно для выбора материала, подходящего для конкретной задачи.

Не все алюминиевые сплавы одинаково хорошо поддаются сварке: одни хорошо поддаются традиционной сварке, другие нуждаются в особом способе сварки, например, сварке трением с перемешиванием. Выбор сплава и метода сварки зависит от таких факторов, как прочность, устойчивость к коррозии, пластичность и возможность термообработки. Поверхности также должны быть правильно подготовлены, присадочные металлы должны быть совместимы, а послесварочная обработка должна учитываться для получения высококачественных соединений.

В статье будет представлен подробный отчет о лучших типах алюминиевых сплавов для сварки, их характеристиках, преимуществах, связанных с их использованием, рекомендациях и трудностях, которые можно ожидать при сварке этих типов алюминиевых сплавов. Основываясь на этих знаниях, профессионалы смогут получить прочные, надежные и хорошо работающие сварные конструкции в различных промышленных и конструкционных областях.

Что такое алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы - это материалы, получаемые путем добавления к алюминию других металлов для повышения его прочности, коррозионной стойкости, обрабатываемости или свариваемости. Чистый алюминий слабый, легкий, мягкий и очень хорошо противостоит коррозии. Смешивая дополнительные элементы (такие как медь (Cu), магний (Mg), кремний (Si), марганец (Mn) или цинк (Zn)), инженеры могут создавать сплавы, подходящие для различных типов применения, включая аэрокосмическую промышленность, автомобильные детали, морские и строительные конструкции.

Несколько особенностей алюминиевых сплавов

• Усиленная сила: Легирование придает повышенную прочность по сравнению с неочищенным алюминием.
• Устойчивость к коррозии: Некоторые сплавы включают магний и другие сплавы, обладающие репутацией устойчивых к ржавчине и коррозии, вызванной условиями окружающей среды.
• Свариваемость: Другие алюминиевые сплавы легко поддаются сварке, но некоторые из них склонны к образованию трещин.
• Категории:
• Механически обработанные деформируемые сплавы: (применение к) экструдированным, плитам, листам (например, серии 1xxx, 5xxx, 6xxx).
• Литейные сплавы: Они создаются путем заливки потока расплавленного алюминия в формы для создания сложных типов.

Проще говоря, алюминиевые сплавы обладают легкими и устойчивыми к коррозии свойствами алюминия с дополнительными благоприятными качествами, необходимыми для удовлетворения потребностей промышленного применения.

Знание алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы делятся на деформируемые и литые. Механически обработанные сплавы получают в виде листов, плит или экструзии, а литые сплавы - в виде залитого в формы расплавленного алюминия. Деформируемые сплавы далее делятся на серии в соответствии с легирующими элементами:

• Серия 1xxx (чистый алюминий) - Содержит в основном алюминий с чистотой 99 процентов и выше. Такие сплавы мягкие, не подвержены коррозии и легко свариваются.
• Серия 2xxx (сплавы Al-Cu) -Они обладают высокой прочностью, но имеют пониженную коррозионную стойкость, и их сложнее сваривать, так как они более склонны к образованию трещин.
• Серия 3xxx (сплавы Al-Mn) -Хорошая коррозионная стойкость, умеренная прочность и хорошая свариваемость.
• Серия 4xxx (сплавы Al-Si) -Они обычно обладают средней свариваемостью и используются в автомобильной и аэрокосмической промышленности.
• Серия 5xxx (Al-Mg сплавы) - Хорошая коррозионная стойкость, высокая прочность и хорошая свариваемость.
• Серия 6xxx (сплавы Al-Mg-Si) -Хорошая прочность и коррозионная стойкость; умеренная свариваемость.
• Серия 7xxx (сплавы Al-Zn-Mg-Cu) -Сверхвысокая прочность при низкой способности к сварке и склонности к растрескиванию.
• Выбор сплава в значительной степени влияет на его способность к сварке и способность к соединению, при этом качество соединения также зависит от этого.

Условия, влияющие на свариваемость

Алюминиевые сплавы можно сваривать в зависимости от множества факторов:

• Легирующие элементы: Это такие элементы, как магний (Mg), кремний (Si), медь (Cu) и цинк (Zn), которые влияют на свариваемость. Медь: высокое содержание меди, как в сплавах серии 2xxx, может ухудшить легкость сварки и повысить вероятность образования горячих трещин.
• Теплопроводность и температура плавления: Алюминий проводит тепло примерно в четыре раза лучше, чем сталь, поэтому тепло легко распространяется и трудно поддерживать постоянную сварочную ванну. Еще один риск, который создает низкая температура плавления алюминия, - прожоги во время сварки.
• Восприимчивость к растрескиванию: Сплавы 2xxx и 7xxx имеют склонность к образованию трещин при затвердевании из-за напряжений, концентрирующихся при охлаждении.
• Окисление поверхности: Алюминий легко и самопроизвольно образует очень прочную оксидную оболочку при контакте с воздухом. Этот оксидный слой плавится при более высоком диапазоне температур по сравнению с основным металлом и должен быть.

Лучшие алюминиевые сплавы для сварки

сплав 5052

Al-Mg (алюминиево-магниевый) сплав 5052 многие считают одним из самых дружественных к сварке сплавов. Это связано с высоким содержанием магния, поэтому он обладает хорошей устойчивостью к коррозии, особенно в морской среде и при химической обработке.

Приложения: Умеренно-высокая прочность, высокая пластичность и коррозионная стойкость выше среднего.

Преимущества:

• Очень хорошая свариваемость при использовании технологий TIG и MIG.
• Не устойчив к деформации и горячему растрескиванию при сварке.
• Обладает превосходными антикоррозийными свойствами при сварке.

Материалы: Морские сооружения, химические резервуары, автомобильные панели, кровельные листы и промышленное оборудование.

Сплав 5083

Алюминиево-магниевый сплав 5083 обладает высокой прочностью при низких температурах и поэтому применим в морской и криогенной промышленности. Он противостоит коррозии, особенно в промышленной и морской воде.

Характеристики: Сверхвысокая прочность, хорошая защита от коррозии, хорошая усталостная прочность.

Преимущества:

• Отличная свариваемость при минимальной послесварочной подготовке.
• Очень устойчив к растрескиванию под напряжением и коррозии.
• Применяется в областях, требующих высокой структурной целостности, например, в тяжелых условиях эксплуатации.

Области применения: Судостроение, сосуды под давлением и резервуары, автомобильные рамы и оборудование, транспортное оборудование.

5754 Сплав

Еще один сплав Al-Mg - A-Mg 5754, который можно охарактеризовать как среднепрочный с высокой коррозионной стойкостью и высокой формуемостью. Он также обладает структурной прочностью и свариваемостью, поэтому его широко используют там, где структурная прочность является ключевым фактором, а также свариваемость.

Характеристики: Умеренная прочность, высокая пластичность, устойчивость к коррозии.

Преимущества:

• Превосходная сварка с использованием доступных методов сварки.
• Отлично противостоит коррозии в морских и промышленных условиях.
• Обладает хорошей формуемостью и достаточно высокой прочностью даже при сварке.

Приложения: Кузовные панели, структурные панели, строительная облицовка, морские панели.

сплав 6061

Al-Mg-Si сплав с составом 6061 нашел широкое применение в конструкционной и аэрокосмической областях. Он представляет собой компромисс между прочностью, коррозионной стойкостью и практичностью.

Тип недвижимости: Средневысокая прочность, очень хорошая коррозионная стойкость и умеренная пластичность.

Преимущества:

• Может свариваться методом TIG или MIG с возможным предварительным подогревом толстых секций.
• Механические свойства восстанавливаются после сварочной термической обработки.
• Обладая отличным соотношением прочности и веса, он подходит для использования в конструкционных деталях.

Приложения: Авиационные конструкции, трубопроводы, автомобильные компоненты, мостовые конструкции и конструкционные изделия.

сплав 6063

Сплав Al-Mg-Si (6063) - еще один архитектурный и декоративный сплав Al, который отличается гладкой поверхностью и способностью противостоять коррозии.

Свойства: Сильная или умеренная прочность, хорошая коррозионная стойкость, хорошая обработка поверхности.

Преимущества:

• Превосходная свариваемость всех типов толщины.
• Способны противостоять коррозии, в том числе на открытом воздухе и в архитектуре.
• Гладкая поверхность может быть анодирована и отмечена декором.

Приложения: Архитектурные конструкции, оконные рамы, двери, навесные потолки и экструзии.

Сплав 1100

Алюминиевый сплав 1100 может показаться почти чистым алюминиевым сплавом (это алюминий 99%). Он мягкий, пластичный и очень легко сваривается, поэтому подходит для тех случаев, когда важна не прочность, а удельное сопротивление.

Высокая пластичность: Отличная коррозионная стойкость, низкая прочность.

Преимущества:

• Очень легко сваривается без предварительной подготовки.
• Очень хорошая устойчивость к коррозии, даже к сильным химическим воздействиям.
• Очень легко гнется, формуется и лепится.
• Приложения: Крыши, сайдинг, химическое оборудование, кухонные предметы и малопрочные материалы.

Сплав 1350

Еще один алюминиевый сплав высокой чистоты, применяемый в электротехнической и химической промышленности, -1350. Он невероятно прочен, обладает высокой коррозионной стойкостью, хорошо поддается сварке и является очень надежным металлом при использовании в специализированных установках.

Преимущества: Не подвержены коррозии, обладают отличной свариваемостью и малым весом.

Преимущества:

• Легко сваривается обычным способом.
• Малый вес, что позволяет использовать его в переносных машинах.
• Устойчив к коррозии и имеет долгий срок службы даже в химической среде или морской воде.
• Приложения: Технологическое оборудование, кабелепроводы, электрические шины и резервуары для хранения химикатов.

Алюминиевые сплавы, а также их основные свойства и способность к сварке

В технической таблице ниже приведен список полных собственных названий алюминиевых сплавов, а также их основные свойства и способность к сварке:

Это версия, в которой используются правильные названия сплавов, упоминаемые в инженерных книгах, и аэрокосмические/промышленные термины.

Виды алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы делятся на две большие группы: деформируемые сплавы и литейные сплавы. Каждый тип обладает определенными свойствами, областью применения и свариваемостью.

1. Алюминиевые сплавы, деформируемые

Механически обработанные листы, плиты, фольга, прутки или экструзия изготавливаются из деформируемых сплавов. По своему составу они подразделяются на две серии:

Сплавы, не поддающиеся термической обработке:

• Эти сплавы не могут достичь прочности с помощью термической обработки, а только путем холодного деформирования, например, серии 1000, 3000 и 5000. Они очень устойчивы к коррозии и обладают хорошей свариваемостью, поэтому используются для изготовления морских конструкций, кровли и оборудования для химической обработки.

Термообрабатываемые сплавы:

•  Обработка этих сплавов раствором также может придать им прочность. Примерами являются сплавы серий 2000, 6000 и 7000. Они прочны, но могут быть трудно свариваемыми, в некоторых случаях требуются специальные методы. Области применения - аэрокосмическая, автомобильная промышленность и конструкционные каркасы.

2. Литье алюминиевых сплавов

Сайт литьё алюминия Сплавы получают путем заливки расплавленного сплава в отливки. Они применяются для получения сложных форм, которые трудно создать с помощью кованых процессов. Литейные сплавы могут быть термообработанными или необработанными и обеспечивают равномерный баланс прочности, коррозионной стойкости и обрабатываемости. Обычно они используются для изготовления блоков цилиндров, деталей автомобилей и машин.

При выборе подходящего материала для сварки очень важно понимать природу алюминиевого сплава, поскольку от этого зависят механические свойства, устойчивость к коррозии и качество швов.

Самые трудносвариваемые алюминиевые сплавы

Сплав 2024

Высокопрочный материал Al-Cu, используемый в аэрокосмической промышленности и других областях с высоким напряжением.

Задачи:

• Имеет склонность к образованию горячих трещин при сварке.
• Требуются специальные методы и присадочные металлы.
• Для восстановления механических свойств необходимо провести послесварочную термообработку.

Сплав 2219

Характеристики: Высокопрочный сплав Al-Cu, который применяется в аэрокосмической промышленности и ракетных компонентах.

Задачи:

• Очень трудно сваривать, так как он может треснуть и деформироваться.
• И требует большого мастерства в нагревании и идеальной сварки.

Сплав 7075

Характеристики: Сплав Al-Zn-Mg-Cu, обладающий чрезвычайно высокой прочностью, который обычно используется в аэрокосмической и военной промышленности.

Задачи:

• Плохая свариваемость; их нельзя сваривать обычным способом.
• Очень восприимчивы к коррозии под напряжением.
• Обычно используется сварка трением с перемешиванием или другие специальные процессы.

Техника сварки алюминия

Выбор подходящей процедуры сварки так же важен, как и выбор подходящего сплава. Наиболее распространенными методами сварки алюминия являются:

• Сварка TIG (GTAW): Можно получить тонкие и чистые сварные швы, однако этот метод подходит для тонких материалов. Часто используется при работе со сплавами 1xxx, 5xxx и 6xxx.
• Сварка MIG (GMAW): Обеспечивает более высокую скорость осаждения, может использоваться с более толстыми секциями и часто является предпочтительным процессом сварки в промышленности для сварки алюминиевых сплавов серий 5xxx и 6xxx.
• Металлы-наполнители: Важно выбрать подходящий присадочный металл. Так, присадки 5356 применимы к сплавам 5xxx, а 4043 - к сплавам 6xxx.
• Предварительный и последующий нагрев: Обработка: Предварительный нагрев позволяет избежать проблем, связанных с тепловым ударом и растрескиванием, особенно в толстых деталях. Некоторым сплавам требуется искусственное старение для восстановления прочности после сварки.

Практические рекомендации по сварке алюминиевых сплавов

Составы для сварки алюминия Алюминий легко сваривается, но эта операция требует дополнительного планирования и техники, поскольку алюминий обладает высокой теплопроводностью, склонностью к образованию оксидных покрытий и легко деформируется или ломается. Правильно подобранный сплав и техника могут значительно повысить прочность и качество сварного шва. Ниже приведены рабочие рекомендации:

1. Выберите подходящий сплав для использования

• В морской, химической и коррозионной среде: 5052, 5083 и 5754 - идеальный выбор.
• Умеренная прочность: 6061, 6063 в основном используются в прочных конструкциях.
• Для использования в декоре или в качестве низкопрочных материалов: Можно использовать 1100, 1350.
• Избегайте сплавов: такие как 2024, 2219 и 7075, если только не используются специализированные методы, такие как сварка трением с перемешиванием.

2. Выберите подходящий процесс сварки

• TIG (GTAW): Это точный и чистый процесс, который часто используется при сварке тонких участков. Лучше всего подходит для 5052, 5083, 6061 и 1100.
• Металл в инертном газе (GMAW): Использует промышленный стандарт MIG (металл в инертном газе, или газометаллическая дуга). Применяется быстрее, когда требуется более толстый металл; обычно применяется в промышленности. Подходит для 5052, 6061 и 5754.
• Сварка трением (FSW): Эта технология сварки наиболее эффективна при работе с высокопрочными сплавами, такими как 7075 и 2219, для которых сварка плавлением не рекомендуется.

3. Подготовка поверхности

• Перед сваркой очистите поверхность оксида алюминия щеткой из нержавеющей стали или химическим очистителем.
• Убедитесь, что поверхность не жирная и не влажная, иначе материал может быть пористым и иметь слабые связи.

4. Регулирование входного сигнала отопления

• Алюминий слишком быстро проводит тепло, поэтому его перегрев приводит к деформации, прогоранию или повышению прочности.
• Сведите к минимуму длинные проходы и неправильные размеры электродов, используйте предварительный подогрев (при необходимости) для обеспечения равномерного распределения тепла.

5. Используйте совместимые металлы-наполнители

• Чтобы сохранить прочность и избежать коррозии, подбирайте присадочный сплав в соответствии с основным металлом.
• Некоторые из распространенных присадочных сплавов - это сплавы 4045, 5356 и 5556, в зависимости от основы алюминия.

6. Послесварочные обработки

• В случае сплавов, требующих термической обработки, таких как 6061 или 2024, послесварочная термическая обработка должна быть выполнена для восстановления механических свойств.
• Более высокая коррозионная стойкость может быть достигнута за счет анодирования или других защитных покрытий, если речь идет о морской или другой агрессивной среде.

7. Минимизация искажений

• Поэтапные сварные швы, зажим и прихваточная сварка помогут уменьшить коробление или напряжение.
• Для поглощения лишнего тепла на тонких листах можно использовать опорные планки или охлаждающие пластины.
• Эти полезные рекомендации гарантируют прочность, жесткость и коррозионную стойкость сварных соединений из алюминия, а также минимизируют вероятность образования трещин, деформации или разрушения.

Заключение

Сварка алюминиевых сплавов требует определенного равновесия между выбором материала, процедурой и термической обработкой после сварки для получения прочных, устойчивых и коррозионностойких соединений. Из всего многообразия доступных алюминиевых сплавов 5052, 5083, 5754, 6061, 6063, 1100 и 1350 обладают наилучшими характеристиками с точки зрения коррозионной стойкости, пластичности и простоты изготовления для успешной сварки. Этот тип сплава распространен в таких отраслях, как судостроение, автомобилестроение, аэрокосмическая и конструкционная промышленность, благодаря умеренной и высокой прочности при хорошей свариваемости. И наоборот, высокопрочные сплавы с более высокими значениями прочности (2024, 2219 и 7075) особенно трудно сваривать, поскольку они склонны к образованию горячих трещин, деформации и потере прочностных свойств, что требует либо специальных методов сварки (сварка трением с перемешиванием, контролируемая термообработка), либо специальной термообработки.

Такие практические аспекты, как подготовка поверхности крепления, температура, использование соответствующих наполнителей, а также послесварочная обработка, важны для обеспечения оптимального использования сварных конструкций из алюминия. Зная свойства, преимущества и недостатки каждого сплава, инженеры и изготовители могут принимать обоснованные решения, которые приведут к достаточной прочности конструкции и долгому сроку службы. Наконец, выбрав правильный алюминиевый сплав и придерживаясь правильных сварочных процедур, можно обеспечить высокое качество и безопасность сварки, повысив надежность и эффективность всех промышленных, архитектурных и технологических изделий и приложений.

Вопросы и ответы

1. Какие алюминиевые сплавы легче всего поддаются сварке?

Сплавы 5052, 5083, 5754, 6061, 6063, 1100 и 1350 легче всего поддаются сварке. Сплавы обладают хорошей коррозионной стойкостью, высокой пластичностью и очень малой вероятностью растрескивания во время сварки, что делает их пригодными для использования в большинстве промышленных и конструкционных применений.

2. Почему некоторые виды алюминиевых сплавов трудно поддаются сварке?

Такие сплавы, как 2024, 2219, 7075, трудно поддаются сварке из-за высокой прочности и возможности термической обработки, поэтому они склонны к образованию горячих трещин, деформации, и это лишь некоторые из рисков, которым они подвергаются в процессе обычной сварки плавлением, - способность терять свои механические свойства. Для получения прочных и бездефектных соединений обычно требуются специальные процессы соединения, такие как сварка трением с перемешиванием.

3. Каковы наилучшие практики в источниках для сварки алюминия?

Лучшие практики включают в себя правильную очистку поверхности для удаления оксидных слоев, тщательный контроль подводимого тепла, совместимость типов присадочных металлов друг с другом, зажим или прихватку для минимизации деформации, а также любую послесварочную обработку, такую как термообработка или нанесение защитного покрытия. Эти методы эффективно приводят к получению высоких, прочных и долговечных сварных швов и антикоррозионной защиты.