Алюминиевые и магниевые сплавы

В конструкциях современных летательных аппаратов они получили широкое распространение в связи с высокой удельной прочностью, хорошими технологическими свойствами; алюминиевые сплавы коррозионно-стойкие.

Алюминиевые и магниевые сплавы делятся на деформируемые и литейные; упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой. К свариваемым алюминиевым сплавам относятся сплавы АД, АД1, АМц, АМг, АМгЗ, АМг5 В, АМгб, АВ, АД31, АДЗЗ, АД35, Д20, ВАД1, В92Ц и др. Среди магниевых сплавов, получивших наибольшее распространение в авиационных конструкциях, следует отметить сплавы МА1, МА2, МА2−1, МА8, МА13, МАИ и др.

Особенностью сплавов алюминия и магния является наличие на их поверхности плотной пленки оксидов, которые имеют более высокую температуру плавления и большую удельную плотность, чем основной металл. Так, температура плавления А1₂0₃ равна 2323 К, a MgO — 3073 К. Это приводит к тому что при сварке пленки оксидов препятствуют сплавлению кромок и, опускаясь в расплавленный металл, образуют оксидные включения, которые нарушают сплошность металла и снижают его механические свойства. Для осуществления нормального процесса сварки необходимо удалять оксиды с поверхности кромок до сварки (механическая зачистка, специальное травление) и в процессе.

При газовой и ручной дуговой сварке удаление оксидов осуществляется с помощью флюса. Однако остатки флюса вызывают коррозию сварного соединения, поэтому они должны удаляться после сварки не позднее чем через 2 ч, что осуществляется промыванием сварных соединений горячей водой с помощью волосяных щеток. Процесс этот сложен, причем полного удаления флюсов во всех конструкциях можно достичь не всегда. Так, в тавровых, нахлесточных, угловых, замковых соединениях флюсы могут оставаться и после промывки.

Наиболее широко применяется сварка сплавов алюминия и магния в инертных газах (аргон, гелий) вольфрамовым или плавящимся электродами. Оксидная пленка в этом случае разрушается под воздействием дуги. При сварке на обратной полярности, когда изделие является катодом, поверхность сварочной ванны подвергается ионной бомбардировке, разрушающей оксидную пленку. Этот механизм разрушения оксидной пленки получил название катодного распыления. Кроме того, происходит частичная термическая диссоциация оксидов и механическое их измельчение при перемешивании жидкого металла ванны под воздействием магнитных сил. При рассматриваемых методах сварки обязательно должна производиться тщательная подготовка поверхности свариваемых кромок для уменьшения толщины оксидной пленки, так как при катодном распылении пленка только разрушается, а не удаляется, как это происходит в случае применения флюсов. При аргонодуговой сварке алюминиевых и магниевых сплавов во избежание их окисления в процессе сварки необходимо применять аргон повышенной чистоты.

В жидком состоянии алюминий и магний активно растворяют водород. При охлаждении и затвердевании растворимость водорода резко снижается, вследствие чего могут возникнуть поры. Основным источником водорода является взаимодействие влаги, содержащейся в оксидной пленке, с металлом. Для алюминия, например, оно происходит следующим образом:

Основной мерой борьбы с водородом в алюминиевых и магниевых сплавах является удаление слоя оксидной пленки на поверхности металла и сварочной проволоки и запасов в ней влаги, снижение концентрации растворенного в металле водорода.

При сварке алюминиевых и магниевых сплавов возможно образование горячих трещин из-за вредного воздействия на пластичность и прочность металла эвтектик, влияние которых усугубляют процессы дендритной ликвации. Для устранения возникновения горячих трещин применяют присадочную проволоку с добавками элементов, улучшающих структуру шва (Zr, Ti, В), а также производят сварку с активным воздействием на кристаллизацию металла, перемешивая его, например в сварочной ванне, внешним магнитным полем. При сварке некоторых термически упрочняемых сплавов могут возникать и холодные трещины.

В результате воздействия сварочного нагрева происходит увеличение зерен и в околошовной зоне у металлов, не упрочняемых термической обработкой, — снятие эффекта нагартовки. Более существенное влияние на механические свойства оказывает нагрев при сварке термообрабатываемых сплавов. Отрицательной особенностью таких сплавов является образование горячих трещин в зоне оплавления границ зерен. Ширина зоны оплавления существенно зависит от метода сварки.

Лучшей свариваемостью из современных термообрабатываемых алюминиевых сплавов обладают сплавы Д20, ВАД1, перспективны сплавы системы А1 — Mg — Zn. Магниевые термообрабатываемые сплавы МА-14 (ВМ65−1), ВМД-3 обладают высокой свариваемостью.

При проектировании сварных конструкций из алюминиевых и магниевых сплавов необходимо учитывать также сложность их сварки на весу с полным проплавлением; большой коэффициент линейного расширения, что вызывает существенные деформации; высокую теплои электропроводность, приводящую к необходимости увеличения мощности источника энергии для их сварки. Так, при контактной сварке алюминиевых и магниевых сплавов, широко применяемой для производства изделий из этих сплавов, по сравнению со сваркой сталей необходимы токи большей величины и более мощные машины. Алюминиевые и магниевые сплавы в ряде случаев сваривают электронно-лучевой сваркой, холодной сваркой, сваркой ультразвуком, взрывом и трением, особенно при соединении деталей из этих сплавов с другими металлами.