LeafKorolev

Окисные пленки

При сварке алюминиевых сплавов существенные затруднения возникают в связи с необходимостью удаления с поверхности свариваемых кромок окисной пленки. При взаимодействии с кис­лородом алюминий образует устойчивый окисел Аl2O3. Окисная пленка, покрывающая поверхность деталей, надежно защищает их от дальнейшего окисления. Окисная пленка может быть двух типов а Аl2O3 и у Аl2O3. Пленка второго типа образуется при температуре выше 657° С и отличается несколько большей плот­ностью. Пленка обладает хорошими защитными свойствами до температуры 680—720° С.

При дальнейшем повышении темпера­туры толщина окисного слоя увеличивается, а ее защитные свой­ства ухудшаются. Окисная пленка на поверхности алюминиевых деталей, надежно защищающая металл от дальнейших окисли­тельных процессов, в то же время затрудняет процесс сварки из-за высокой тугоплавкости и более высокой, чем основной металл, плотности. Окисная пленка препятствует сплавлению металла сварочной ванны с основным металлом, а, попадая в шов, становится неметаллическим включением. Окисел Аl2O3обладает повышенной гигроскопичностью.

При комнатной температуре за 7 дней толщина окисной пленки достигает 50—100 ангстрем, а при нагреве до температуры плавления алюминия может достигать 0,2 мкм. При трехмесячном хранении толщина окисной пленки достигает 7-10-3 мкм, а затем увеличивается со скоростью не более (0,2—0,3) • 10-3 мкм в месяц.

Поверхность алюминия наиболее активно окисляется в первые часы после очистки. Поэтому при изготовлении особо ответствен­ных изделий время от момента снятия окисной пленки до момента начала сварки следует ограничивать. Будучи более плотной, чем основной металл, окисная пленка опускается на дно сварочной ванны и часто остается в шве. Окисная пленка малопластична. Попадая в сварной шов, она может явиться местом начала разру­шения или возникновения неплотности. Окисную пленку удаляют химическими или механическими путями либо применением их совместно.

Удаление окисной пленки

Кроме специальных методов удаления окисной пленки, очи­щающее от окисной пленки действие оказывает электрическая дуга, горящая в защитных газах: аргоне или гелии или их смеси. При сварке на постоянном токе обратной полярности очищающее действие дуги имеет место на протяжении всего процесса ее горе­ния, а при сварке на переменном токе в те полупериоды, когда изделие является катодом. Механизм воздействия электрического тока на окисную пленку состоит в том, что движущиеся с большой скоростью положительные ионы бомбардируют поверхность сва­рочной ванны, разрушают пленку окисла и путем так называемого распыления удаляют ее. Действием дуги может быть удалена плен­ка малой толщины, а пленку большой толщины окислов алюминия необходимо предварительно удалять механическим или химическим путем.

Распыление окисной пленки электрической дугой происходит более полно при применении трехфазной дуги, обеспечивающей лучшее, чем при однофазной дуге, перемешивание металла и более полное удаление окисной пленки.

Замечено, что при передвижении дуги пленка разрушается на участке, ширина которого равна диаметру катодного пятна. Ширина зоны катодного распыления уменьшается с увеличением постоянной составляющей сварочного тока и уменьшением длины дуги. С повышением расхода газа зона катодного распыления уве­личивается. Однако расход газа не должен быть слишком велик во избежание нарушения защиты сварочной ванны. При сварке деталей малой толщины из-за небольшой мощности свароч­ной дуги разрушающее действие на окисную пленку ослабляется.

При пересечении швов и при сварке по прихваткам могут образовываться в металле шва окисные включения, а в корне шва — несплавление кромок соединяемых деталей. Дефекты такого типа снижают прочность сварных соединений особенно при циклических нагружениях. В этих случаях тщательное удаление поверхностной пленки перед сваркой строго обязательно.

Не наблюдать окисных включений в сварных швах алюминиевых сплавов, выполненных автоматической свар­кой плавящимся электродом в среде защитных газов. Можно предполагать, что при сварке плавящимся электродом происходит более интенсивное перемешивание сварочной ванны, поэтому неразрушенные в первый момент окисные пленки могут повторно оказаться на поверхности и подвергнуться разрушению. Этому же способствует, очевидно, большая по сравнению со сваркой неплавящимся (вольфрамовым) электродом концентрация тепла и по­тока ионизированного газа.