Алюминий — пластичный, хладостойкий и легкий металл (у = 2,7 г/см3) с высокой электро - (65 % от меди) и теплопро­водностью. В ряде агрессивных сред он коррозионностоек, бла­годаря образующейся на поверхности изделия пленке диоксида алюминия АЬОз.

В промышленности чистый алюминий имеет ограниченное при­менение вследствие низкой прочности (ав< 100 МПа) и исполь­зуется при изготовлении малонагруженных изделий, к которым в основном предъявляются требования по коррозионной стой­кости, хладостойкости и др. Химический состав и маркировка первичного алюминия (в чушках, слитках, катанке) регламенти­рует ГОСТ 11069-74. Система маркировки первичного алюминия отражает максимально допустимое содержание примесей в каждой марке. Первичный алюминий обозначают буквой А и цифрами, которые соответствуют требуемому содержанию алюминия в дан­ной марке сверх 99 %. Например, обозначение А5 означает, что минимальное содержание алюминия составляет 99,5 %, а содер­жание примесей не более 0,5 %. Марки алюминия с дополнитель­ным индексом Е (А5Е, А7Е) применяют при производстве кабе­лей, токопроводящих изделий ит. д., в которых содержание же­леза должно быть не менее 0,18 %, а сумма всех примесей не более 0,5 %.

В качестве конструкционных материалов в основном исполь­зуют полуфабрикаты из алюминиевых сплавов. Все сплавы на основе алюминия можно разделить на две основные группы: де­формируемые (предназначенные для получения поковок, штам­повок, листов, профилей и труб) и литейные. Деформируемые сплавы имеют концентрацию легирующих элементов меньше пре­дела растворимости, что при нагреве обеспечивает их высокую деформационную способность. Литейные сплавы имеют концент­рацию легирующих элементов выше предела растворимости и со­держат в структуре эвтектику, что придает им хорошие литейные свойства (жидкотекучесть), но ухудшает их деформационную спо­собность. Деформируемые сплавы в свою очередь по способности упрочняться термообработкой делятся на термически неупрочня - емые и термически упрочняемые.

В зависимости от количества допускаемых примесей деформи­руемый алюминий разделяется на алюминий высокой чистоты и технической. Марки деформируемого алюминия обозначают бук­вами АД (алюминий деформируемый) или буквами и цифрами АД000, АДОО, АДО, АД1, которые характеризуют его чистоту, но не отражают количественного содержания допускаемых примесей. Наиболее чистым является технический алюминий АД000 (сумма примесей не более 0,2 %), а наименее чистым — марка АД (сумма примесей не более 1,2 %).

Деформируемые алюминиевые сплавы не имеют единой четкой системы маркировки.

Сплавы, не упрочняемые термической обработкой (алюми­ниево-марганцевый сплав АМц и группа сплавов системы Al~Mg), маркируются, как это принято для бронз, т. е. обозначение марок состоит из первоначальных букв русских названий элементов, сос­тавляющих сплав. За буквами следуют цифры, соответствующие среднему содержанию основного легирующего элемента. Напри­мер, марки АМг1, АМгЗ и АМгб означают, что в этих марках алюминиево-магниевых сплавов среднее содержание магния сос­тавляет 1, 3 и 6 %. Существует также ряд марок сплавов алюминия с медью и магнием, которые обозначаются буквой Д. За буквами следуют цифры (например Д1, Діб, Д18), которые не связаны с количеством в сплавах меди и являются просто порядковыми но­мерами сплава.

Существует также другое условное обозначение марок дефор­мируемых сплавов, состоящее из букв и цифр, не связанных с химическим составом сплава или другими свойствами (ММ, В65 и др).

Согласно ГОСТ 4784-74 деформируемые алюминиевые сплавы обозначают с помощью цифровой системы, в которой каждой марке присвоен четырехзначный номер. Например, для алюминия марки АД — номер 1015, а для сплава Д1 номер 1110 и т. д.

В зависимости от состояния поставки сплавов на основе алю­миния ГОСТ 21631-76 вводит дополнительную маркировку: Н — нагартованные; Н2 — полунагартованные; М — отожженные; Т — закаленные и естественно состаренные; Т1 — закаленные и искусственно состаренные. Сплавы без термической обработки не имеют дополнительных условных обозначений. о - -

Термически упрочняемые деформированные сплавы можно разделить на несколько групп:

• сплавы системы Ai-Cu-Mg (дуралюмин, дюралюмин, дюра - f люминий, дюраль) характеризуются средними показателями V прочности на уровне ств = 460 МПа; сто,2 = 280-5300 МПа, 8 = ; = 15-5-17 %. Важнейшие из них (Д1, Діб, Д19, ВАДІ, ВД17, 4; М40) слабо чувствительны к действию повторных статических. и вибрационных нагрузок, мало склонны к коррозии под на­пряжением, но имеют пониженную общую коррозийную стой-

Т кость;

сплавы системы Al~Cu-Mg-Si (авиали) АВ, АД31, АДЗЗ, 4 АД35, АК6-1 и АК8 характеризуются хорошими литейными свойствами и высокой пластичностью в горячем состоянии;

• сплавы на основе системы Al-Cu-Mg-Fe-Ni — АК2, АК4, АК4-1;

• сплавы системы Al-Cu-Mn: Д20, Д21 и В АД-23 (Al-Cu-Mn - ф Li-Cd) имеют среднюю прочность (до 400 МПа). Они отлича - йУ'Ются довольно высокой жаропрочностью при 200-250 °С. У д них понижена общая коррозионная стойкость (особенно в зоне

• расположения сварных соединений);

• сплавы на основе системы Al-Zn-Mg-Cu: В93, В95, В96, В94;

• сплавы на основе системы Al-Mg-Zn: В92, В92Ц, АЦМ.

Из всех перечисленных выше сплавов к свариваемым можно отнести все марки алюминия высокой и технической чистоты (АД0, АД1 и др.), термически неупрочняемые сплавы (АМц, АМг1 — АМгб), термически упрочняемые (АВ, АД31, АДЗЗ, АД35, М40, Д20, ВАДІ, В92Ц и др.).

Химический состав и обозначение марок литейных алюминие­вых сплавов регламентирует ГОСТ 1583-89. Химический состав некоторых деформируемых и литейных сплавов на основе алюми­ния, механические свойства, основные марки отечественных спла­вов на основе алюминия и их соответствующие зарубежные ана­логи приведены в приложении (табл. П14-П16). По системе легирования литейные алюминиевые сплавы разделяют на: А1- Si-Mg; Ai-Si-Cu; Al-Cu; Al-Mg и А1 — прочие компоненты. Марки литейных сплавов обозначаются буквами АЛ и цифрами (например АЛ4, АЛ8 и др.). В ГОСТ 1583-89 для ряда сплавов сохранена маркировка, принятая в соответствии с другими стан­дартами и ТУ. Некоторые марки алюминиевых сплавов обозна­чают буквами названий основных легирующих элементов и циф­рами, указывающими среднее содержание их в сплаве. Например, марка АК5М7 означает, что сплав содержит 5 % кремния и 7 % меди, остальное алюминий. Кроме стандартных марок, регла­ментированных ГОСТ 1583-89, в промышленности применяют нестандартные сплавы, изготавливаемые согласно ведомственным ТУ и ОСТ.

Свариваемость алюминия и алюминиевых сплавов. В сварных конструкциях алюминий и его сплавы используют в виде листов, труб, профилей, поковок, штамповок и проволоки. Основной проблемой при сварке алюминия и его сплавов, определяющей их свариваемость, является очень большая химическая активность алюминия. Он взаимодействует с кислородом и образует диоксид алюминия АЬОз (температура плавления 2050 °С), в результате на поверхности сварочной ванны возникает плотная пленка, пре­пятствующая сплавлению наплавленного металла с основным. При многослойной сварке пленка может располагаться между отдельными валиками, а также образовывать шлаковые вклю­чения в сварных швах. Высокое сродство алюминия с кислородом исключает возможность удаления пленки в процессе сварки за счет раскисления металла в сварочной ванне, поэтому приходится применять другие способы ее разрушения и удаления.

Отрицательное влияние на свариваемость алюминия и его спла­вов оказывает их высокая склонность к пористости. Установлено, что основной причиной образования пор в швах является водород, который растворяется в металле сварочной ванны и медленно вы­деляется при ее охлаждении. Растворимость водорода резко сни­жается при кристаллизации металла. Он не успевает выделиться из сварочной ванны и образует поры в металле шва. Создаваемое в них большое давление может привести к образованию кристал­лизационных трещин в сварных швах (особенно в термически упрочняемых сплавах). Основным источником водорода в металле шва является влага, адсорбированная поверхностью основного и электродного металлов и содержащаяся в гидратированной оксидной пленке. Для снижения содержания водорода использу­ют ряд технологических мероприятий: ПО. ■ > ■

• травление свариваемых деталей в растворе кислоты или едкого натра;

• выдержка обезвоженных деталей перед сваркой не более 3 суток;

« исключение сварки на интенсивно охлаждаемых медных под­кладках, имеющих на поверхности адсорбированную влагу;

« подогрев детали, что увеличивает длительность пребывания сварочной ванны в расплавленном состоянии и способствует более полной дегазации металла;

» ограничение содержания водорода в основном и присадочном металле с помощью технологий плавки и рафинирования.

В ходе проведенных в последнее время исследований установ­лено, что существенное влияние на образование пористости при сварке алюминия оказывают углеводородные соединения, кото­рые диссоциируют в зоне горения дуги на углерод и водород.

На свариваемость алюминия, его сплавов и свойства сварных соединений большое влияние оказывает наличие в них примесей. В первую очередь это железо и кремний, содержащиеся прак­тически во всех промышленных сплавах. Существенное значение имеет нс только их количество, но и соотношение между ними, которое влияет на сопротивление образованию трещин, а также на их механические и коррозионные свойства. Если соотношение железа к кремнию в сплаве больше единицы, то они хорошо свариваются без образования третцпн. Положительное влияние железа обусловлено тем, что оно связывает кремний и другие элементы в иптермсталлиды. В результате исчезает полностью или частично свободный кремний, и легкоплавкая эвтектика нс образуется вовсе или образуется в очень небольших количествах, что не оказывает значимого влияния па прочностные и дефор­мационные характеристики кристаллизирующегося металла.

Сплавы системы AJ-JMg (АМгІ-АМгб) имеют относительно небольшую склонность к образованию горячих трещин при сварке.

Снижение склонности к образованию третий ті пор в металле шва при сварке сплавов системы АІ—Mg-Li (1420) достигается за счет оптимизации химического состава сплава и ограничения со­держания железа и кремния.

Высокопрочные сплавы системы Al-Si-Mg (АВ, АК6, АК8 и др.) упрочняются при искусственном старении за счет выделения

(фазы Mg2Si. Эти силаны склонны к образованию при сварке горячих трещин, однако, если они модифицированы титаном, то могут быть использованы для изготовления несложных сварных конструкций.

Сплавы системы ЛІ-Cu-Mg (Д1, Діб) обладают высокой склонностью к образованию горячих трещин при сварке. При со­держании меди н>с плаве Д1 на нижнем уровне и легировании его титаном (до 0,1 %) его свариваемость улучшается.

Сложполегированные сплавы системы Al-Cu-Mg-Zn (В95) имеют высокую склонность к образованию горячих трещин, не­обходимые свойства соединений обеспечиваются длительной го­могенизацией. Применение сплавов Діб, АК8 и В95 для сварных конструкций ограничено.

Для изготовления сварных конструкций широко используется сплав АМгбІ, обладающий хорошей свариваемостью.

Некоторые термически упрочняемые сплавы системы Al-Zn- Mg при сварке склонны не только к образованию горячих, по и холодных трещин (задержанному разрушению), появляющихся через некоторое время после сварки. Для предотвращения обра­зования холодных трещин применяется предварительный подог­рев, при котором происходит частичное выделение и коагуляция интерметаллических фаз из твердого раствора и снижение свароч­ных и структурных напряжений.

Сварные конструкции из алюминия и его сплавов склонны к короблению, что обусловлено его высоким коэффициентом теп­лового расширения.