Особенности восстановления деталей из алюминиевых сплавов сваркой

Блоки и головки цилиндров многих автомобилей отливают из алюминиевых кремнистых сплавов.

Термическая обработка таких деталей из силумина заключается в закалке при +535 ^оC с выдержкой в течение 2-5 часов в зависимости от массивности и старения при t=175 ^оC с выдержкой в течение 12 часов.

Сварка алюминиевых деталей затруднена по ряду причин. Резкая окисляемость алюминия приводит к образованию на его поверхности тугоплавкой пленки окисла AlO₃ имеющей температуру плавления 2050 ^оC.

Плотная оксидная пленка на поверхности основного наплавляемого металла препятствует сплавлению и загрязняет шов окислами.

Высокий коэффициент химического расширения и большая усадка при остывании способствует образованию трещин по шву или околошовной зоне. А большая растворимость в расплавленном металле водорода способствует образованию пористости.

Трудность определения начала плавления алюминия, не изменяющего своего цвета при нагревании, и большая жидкотекучесть в расплавленном состоянии затрудняет сварку.

Сварку таких деталей осуществляют различными способами.

Для блоков и головок цилиндров в качестве основного способа рекомендуют электродуговую сварку электродами на постоянном токе при обратной полярности.

Другим способом является сварка наплавляющимся вольфрамовым электродом в среде аргона на установках для ручной аргоно-дуговой сварки алюминия и его сплавов.

Ацетилено-кислородная сварка нейтральным пламенем алюминиевых деталей ведется под слоем флюса, присадочным материалом, того же состава, что и основной металл.

Мощность пламени горелки выбирают из расчета 100-120 л/час на 1 мм толщины металла.

При всех способах сварки, детали из силумина подогревают до 200-250 ^оC, что позволяет избегать коробление деталей и образование трещин.

После сварки детали подвергают низкотемпературному отжигу при 300-350 ___ с целью снятия внутренних напряжений и улучшению структуры наплавленного металла.

Защита расплавленного металла от вредного действия кислорода и азота при определенном виде сварки осуществляется струей углекислого газа, которая при выходе из сопла газовой горелки оттесняет от зоны сварки воздух. В зависимости от применяемого электрода различают сварку плавящимися и неплавящимися электродами.

Углекислый газ получается из жидкой углекислоты при нормальных условиях температуры t=0 давление 760 мм рт. ст. При испарении 1 кг углекислоты образуется 509 литров углекислого газа.

Влияние углекислого газа на качество сварного шва двойное:

С одной стороны газ защищает расплавленный металл от кислорода и азота воздуха, с другой разлагается при высокой температуры дуги на окись кислорода и углерода и проявляет окислительные процессы.

Устранение этого осуществляется расплавлением металла шва или удалением окислов из сварочной ванны.

Для раскисления применяют сварочную проволоку с повышенным содержанием марганца и кремния. Содержание кремния не менее 0,6 %, марганца - не менее 0,9%.

Марганец и кремний имея большее родство к кислороду, чем железо отнимает кислород от закиси железа FeO и сам подвергается окислению.

Окислы кремния и марганца не растворяются в жидком металле и вступают во взаимодействие друг с другом, образуют легкоплавкое соединение, которое всплывает на поверхности в виде шлака, удаляемого из шва.

Кроме того кремний и марганец восполняют убыль легирующих элементов вследствие их выгорания.

Сварка в среде углекислого газа производится на постоянном токе при обратной полярности.

Полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа особенно выгодна для механизации сварочных работ при ремонте кузовов авто.

Наплавкой в среде углекислого газа можно восстанавливать детали с небольшими диаметральными размерами с нанесением слоя металла толщиной 0,8-1 мм.

Наплавка производится как наложение валиков по винтовой линии для цилиндров, так и продольными валиками при восстановлении плоскостей и цилиндров.

Для уменьшения толщины наплавленного металла и припусков на механическую обработку, а также теплового воздействия дуги, необходимо применять проволоку минимального диаметра.

Вследствие небольших износов обычно применяются однослойные наплавки на режимах. Ориентировочно режимы можно принять след:

- диаметр детали 20-40 мм. 70-90 мм

- диаметр проволоки 0,8 -1 мм. 1,4 – 1,6 мм.

- сила тока 90 -140 А 175-195 А

- скорость наплавки 30-60 м/ч 60-80 м/ч

- напряжение 18-19 В. 20-22 В

Кроме наплавки в среде углекислого газа восстановление деталей можно вести и в других защитных средах: аргоне, смеси аргона с углекислым газом и среде водяного пара.

Механические свойства наплавленного металла в среде аргона Ar и смеси СО₂особенно усталостная прочность и ударная вязкость значительно превосходят эти свойства наплавки в среде СО₂.