Сварка и резка цветных металлов

СВАРКА И РЕЗКА Ц ВЕТНЫ Х М ЕТАЛЛО В

Материалы, отмеченные знаком 
, доступны 

в электронно-библиотечной системе Znanium.com

Œ
Ž
‘
Š
‚
€
€
‹
œ
”
€
Œ
ˆ

”

€
Œ
2
0
1

Допущ ено Учебнометодическим объединением

высш их учебных заведений РФ по образованию

в области материаловедения,
технологии

материалов и покрытий в качестве учебного 

пособия для студентов высш их учебных

заведений,
обучаю щ ихся по направлению

подготовки 2
2
.
0
3
.
0
1
«
М атериаловедение

и технологии материалов»

(
квалиф икация (
степень)
«
бакалавр»
)

Регистрационный номер рецензии 0
2
/
1
3
1
4
от2
3
.
1
0
.
2
0
1
3

С В А Р К А 
И  Р Е З К А 
Ц ВЕТН Ы Х М ЕТА ЛЛО В

О .Г.
 Быковский • В.А.
 Ф ролов

В.В.
 П еш ков

2

УДК 621(075.8)
ББК 34.641

Б95
Быковский О.Г.

Сварка и резка цветных металлов : учебное пособие /

О.Г. Быковский, В.А. Фролов, В.В. Пешков. – Москва :
АльфаМ : ИНФРАМ, 2021. – 336 с. : ил. + Доп. материалы [Электронный ресурс]. – (Бакалавриат).

ISBN 9785982813923 (АльфаМ)
ISBN 9785160096834 (ИНФРАМ, print)
ISBN 9785161048962 (ИНФРАМ, online)
Систематизируется информация о технических возможностях известных способов сварки, наплавки и резки конструкционных цветных металлов и сплавов. Приводятся сведения об электродных материалах, технологии и технике сварки, наплавки и резки при изготовлении изделий, а также
характеристики современного оборудования для ручной и механизированной металлообработки.

Для студентов, обучающихся по направлению подготовки «Оборудование и технология сварочного производства». Представляет интерес для
инженернотехнических работников, занимающихся созданием сварных
конструкций из цветных металлов и сплавов.

УДК 621(075.8)

ББК 34.641

Учебное издание

Быковский Олег Григорьевич,

Фролов Вадим Анатольевич, Пешков Владимир Владимирович

Сварка и резка цветных металлов

Учебное пособие

Подписано в печать 08.12.2020. Формат 6090/16. Бумага офсетная.

Печать цифровая. Усл. печ. л. 21,0. ППТ40. Заказ № 00000.

ТК 2728001228572170214

Издательский Дом «АльфаМ»; адрес: 127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1

Тел./факс: (495) 2801596 (доб. 238); еmail: alfafaktor@infram.ru

По вопросам приобретения книг обращайтесь:

Отдел продаж «ИНФРАМ». 127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1;

тел.: (495) 2801596; факс: (495) 2803629; email: books@infra.ru

Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРАМ»

127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1

Тел.: (495) 2801596, 2803386. Факс: (495) 2803629

Б95

ISBN 9785982813923 (АльфаМ)
ISBN 9785160096834 (ИНФРАМ, print)
ISBN 9785161048962 (ИНФРАМ, online)

© Быковский О.Г., Фролов В.А.,

Пешков В.В., 2014

© АльфаМ, 2014

ВВЕДЕНИЕ

Многие отрасли народного хозяйства используют изделия из цветных металлов и сплавов. Так, при изготовлении судов, самолетов, вагонов, автомобилей, строительных
конструкций с каждым годом растут объемы использования
алюминиевых сплавов, авиакосмическая техника немыслима
без использования титановых и магниевых сплавов, а изделия
из меди, никеля и свинца незаменимы в химической, металлургической, нефтеперерабатывающей, атомной, электротехнической и других отраслях.

Работоспособность изделий, часто находящихся в тяжелых

экстремальных условиях – при повышенных и низких температурах, в агрессивных средах и т.д., во многом зависит от качества сварных однородных и разнородных соединений. Как
свидетельствует опыт, по своим физикохимическим свойствам цветные металлы в значительной степени отличаются от
сталей, что нужно учесть при выборе способа, сварочных материалов, технологии и техники сварки.

Существующие справочные материалы по сварке цветных

металлов неполны, потому что опубликованы в отдельных
журнальных статьях или изданиях 20–30летней давности, зачастую содержат преимущественно общие вопросы по сварочному производству и не удовлетворяют сегодняшней потребности специалистов. Данное пособие рассчитано на подготовленного пользователя, в достаточной степени владеющего
знаниями в области сварки и резки металлов. Приведенные в
пособии данные позволят в первом приближении назначить
оптимальный способ сварки, выбрать необходимые материалы, технологию и технику выполнения сварочных работ.

Основой этого пособия стали результаты исследований,

опубликованные в справочниках и монографиях, которые вышли в свет в конце XX в., а также в периодических изданиях
«Автоматическая сварка», «Сварщик» и «Сварочное производство» начиная с 1985 г. и по настоящее время. В последних публикациях
приведены
результаты
исследований
научных

работников
из
таких
ведущих
организаций,
как
ИЭС

им. Е.О. Патона НАН Украины, АНТК «Антонов», ЗМБК
«Прогресс», ВИАМ и НИАТ, производителей ракетной и
авиакосмической
техники
КБ
«Южное»,
ФГУП
НПО

им. С.А. Лавочкина, ГК НПЦ им. М.В. Хруничева, кафедр
сварки
СанктПетербургского
технического
университета,

РГТУим.Н.Э.Баумана, РГТУ «МАТИ» им. К.Э.Циолковского,
Приазовского государственного технического университета,
Запорожского национального технического университета и др.
Приведены некоторые сведения о продукции, произведенной
компаниями Австрии, Швейцарии и Швеции.

Безусловно, представленные рекомендации имеют ориентировочный характер и могут быть скорректированы в соответствии с конкретными условиями металлообработки.

Как стали, так и цветные металлы и сплавы можно рассматривать относительно их технологической свариваемости, разделяя их на отдельные группы (табл. В1).

К I группе относятся сварные соединения, которые можно

получить
без
использования
особенных
дополнительных

приемов. Такие материалы характеризуются хорошей свариваемостью.

Ко II группе относятся сварные соединения, высокое качество которых можно получить при строгом соблюдении режима сварки, использовании специальных электродных материалов, нормальной температуре, в некоторых случаях рекомендуются подогрев, проковывание швов, термическая обработка.
Такие материалы имеют удовлетворительную свариваемость.

К III группе относятся сварные соединения, высокое качество которых можно получить лишь при обязательных дополнительных операциях – предварительном, а иногда и сопутствующем подогреве, проковывании швов, последующей термической обработке и т.д. Такие материалы имеют ограниченную
свариваемость.

К IV группе принадлежат сварные соединения, высокое качество которых обеспечить невозможно при любых дополнительных мерах, перечисленных выше. Такие материалы имеют
плохую свариваемость и не могут быть рекомендованы для изготовления сварных конструкций.

6
Введение

Таблица В1. Технологическая свариваемость конструкционных цветных металлов

и сплавов

Марка свариваемого

материала

Группа свариваемости

Рекомендованные способы

сварки1

AД0, AД1, АМц, АМг3, АМг6,

Д1, Д31, АК12, АК5М, АЛ25

серия 1400

II

II

ІІІ

Р3, ПЗ3, НЭ3, ПФ, ЭШ, К, Э, Т
Г6, Р6, НЭ6, ПЗ

НЭ6, ПЗ 6, Т

МА1, МА3

МЛ3, МЛ8

IІ

IІ

НЭ6, К, ПЗ6, Г3

НЭ6, Г3

ВТ1–00, ВТ1–0, ВТ5
І
ПЗ, НЭ, ПФ, ЭШ, К, Т, Э

ОТ4, ВТ20, АТ2, ВТ6, ВТ15
ІІ
НЭ, К, Т, Э

М0, М1, М2, Бр Мц5

Л63, ЛЦ63А6Ж3Мц2

БрАЖ9–4, БрАМц9–2

БрКМц3–1

БрОЦС5–55

II

II

II

IІ

IІІ

Г2, Р2, ПЗ, НЭ, ПФ, ЭШ, К, Т

Г2, Р3, ПЗ, НЭ, ПФ, К, Т

Р3, ПЗ, НЭ, ПФ, Г, К

Р, НЭ, Г3

Р4 Г3, НЭ, ПФ3, ПЗ

БрХ 07

МНЖ 5–1, МНЖМц 30–11

ІІІ

І

Р3, ПЗ3, ПФ

Г, Р, НЭ, ПЗ, ПФ

НП1, НП2

Х20Н80, НМЖМц28–2,5–1,5

I

Г, Р, ПФ, НЭ, ЭШ, К

С0, С1, С2
I
Г4, Р4, НЭ4, Т

Композиты
ІІІ
НЭ5, ПЗ5, Т5

Алюминий + медь

Алюминий + титан

Титан + медь

ІІ

ІІ

ІІ

НЭ5, Т

НЭ, Т, К

НЭ, Т

1 Способы сварки: Г – газовая, Р – ручная графитовым или покрытым электродом, ПЗ – плавящимся электродом в защитных газах, НЭ – неплавящимся
электродом в защитном газе, ПФ – под флюсом, ЭШ – электрошлаковая, К – контактная, Э – электроннолучевая, Т – в твердой фазе.

2 Необходимы подогрев и проковка.
3 Необходим подогрев.
4 Рекомендуется проковка.
5 Через третий металл или биметалл.
6 Необходимы подогрев и термическая обработка.

Введение
7

Рекомендаций относительно использования тех или иных

способов сварки следует придерживаться с учетом фактора
свариваемости.

Подогрев осуществляется в печах, токами промышленной

частоты или газопламенными горелками. Температура контролируется с помощью термоэлектрических пирометрических
датчиков
или
термоиндикаторных
красок
согласно

ТУ 133–67, ТУ 6091739–73, ТУ 6101131–71 или термокарандашей по ТУ 6101110–71. Погрешность измерений – около ±10 С.

8
Введение

ТЕХНОЛОГИЯ И ТЕХНИКА СВАРКИ
АЛЮМИНИЯ И АЛЮМИНИЕВЫХ
СПЛАВОВ

1.1. Сварка плавлением алюминия
и алюминиевых сплавов

По объему применения в металлоконструкциях

алюминий и алюминиевые сплавы занимают второе место после сталей и чугунов и используются в различных состояниях –
деформированном, литом, термически обработанном и т.п.

К деформируемым термически неупрочненным сплавам согласно ГОСТ 4784–97 относятся: алюминий технический марок АД0 (99,5 % Al), АД1 (99,3 % Al), сплавы системы Al–Mn
марки АМц (Mn 1,0–1,5 %, Fe 0,7 %, Si 0,6 %, ост. Al), сплавы
систем Al–Mg и Al–Mg–Mn – марка АМг3 (Mg 3,2–3,8 %,
Mn 0,3–0,6 %, Zn 0,2 %, Fe 0,5 %, Si 0,5–0,8 %, Ti 0,1 %, ост. Al),
марка АМг6 (Mg 5,8–6,8 %, Mn 0,5–0,8 %, Zn 0,2 %, Fe 0,4 %,
Si 0,4 %, ост. Al), сплавы системы Al–Cu–Mn марки 1201
(Si 0,20 %, Fe 0,30 %, Cu 5,8–6,8 %, Mn 0,20–0,40 %, Mg 0,02 %,
Zn 0,10 %, Ti 0,02–0,10 %, Zr 0,10–0,25 %, ост. Al), сплавы системы Al–Zn–Mg марки 1915 (Si 0,35 %, Fe 0,4 %, Cu 0,1 %,
Mn 0,2–0,7 %, Mg 1,0–1,8 %, Cu 0,06–0,20 %, Zn 4,0–5,0 %,
Ti 0,01–0,06 %, Zr 0,08–0,2 %, ост. Al) и т.п., деформируемые
термически упрочняемые сплавы системы Al–Mg–Si марки
АД31 (Mg 0,4–0,9 %, Mn 0,1 %, Zn 0,1 % Fe 0,35 %, Si 0,2–0,6 %,
Ti 0,11 %, ост. Al), системы Al–Cu–Mg марки Д1 (Mn 0,4–
1,0 %, Mg 0,4–0,8 %, Cu 3,5–4,5 %, Fe 0,7 %, Si 0,2–0,8 %,
Cr 0,1 %, Zn 0,25 %, Ti 0,15 %, ост. Al) и т.д.

В последние годы все большее распространение находят

сплавы
алюминия,
легированные
литием:
Al–Mg–Li,

Al–Cu–Li, Al–Cu–Mg–Li. Их удельный вес (ã = 2,47 г/см3)
меньше, чем у других алюминиевых сплавов, благодаря чему

можно снизить общий вес металлоконструкции почти на 20 %.
Это сплавы серии 1400, из которых наиболее изучен 1420
(Li 1,8–2,1 %, Mg 4,9–5,5 %, Zr 0,15 %, ост. Al). Из них изготовляют полуфабрикаты – листы, штампованные заготовки,
прессованные профили разнообразных форм и размеров.

Литейные сплавы согласно ГОСТ 1583–93 также разделяются на несколько групп по системам легирования: система Al–Si
марки АК12 (АЛ2) (Si 10–13 %, ост. Al), система Al–Si–Cu марки АК5М (АЛ5) (Mg 0,35–0,6 %, Si 4,5–5,5 %, Cu 1,0–1,5 %,
ост. Al) и т.п. Из этих сплавов отливают фасонные изделия, их
используют для заварки дефектов литья или ремонта поврежденного при эксплуатации изделия.

Тугоплавкая (Тпл = 2050 °С) и нерастворимая в жидком алюминии (Тпл = 660 °С) оксидная пленка А12О3, образующаяся при
сварке плавлением, засоряет сварочную ванну и способствует
появлению пористости. Пленка может быть причиной микротечей и возникновения газопроводных каналов, которые под
действием малоциклового растяжения превращаются в сквозные, а в сплавах серии 1400 они образуются в виде нитеподобных включений. Структура и толщина (может различаться в 4–
24 раза) оксидных пленок зависит от химического состава
сплава и во всех случаях является источником концентраторов
напряжений, снижающих служебные характеристики металлоконструкции.

Борьба с пленкой ведется как на стадии предварительной

подготовки поверхности под сварку, так и во время сварки за
счет выбора параметров режима и сварочных материалов.

На п е р в о м э т а п е при изготовлении сравнительно неответственных крупногабаритных листовых конструкций оксидную пленку со свариваемых кромок и околошовной зоны удаляют механическим путем щетками из нержавеющей проволоки диаметром не более 0,15 мм или шабером.

Для ответственных конструкций необходимая подготовка

включает химическую обработку основного и присадочного металла, который обеспечивает уничтожение старой и образование новой пленки оксидов небольшой равномерной толщины.

Особенно тщательно нужно обрабатывать присадочную

проволоку, с которой в сварочную ванну поступает почти в

10
Глава 1. Технология и техника сварки алюминия и его сплавов

раз больше оксидов и других загрязнений. Для уменьшения
их количества используют проволоку максимально большого
диаметра, а саму проволоку подвергают электролитическому
полированию.

Существующие химические методы для снятия оксидной

пленки предполагают применение щелочных и кислотных растворов различных составов.

Технология травления в щелочных растворах состоит из следующих этапов:

1) травление 1–5 мин в 10%ном растворе NAOH или KOH при

температуре 50–70 °С или 2–5 мин в растворе (в % по массе):
едкий натр – 1, фосфорнокислый натрий – 5, вода – 94 при
температуре 70 °С;

2) промывание в горячей воде;
3) осветление в 10%ном растворе азотной кислоты для нейтрализации остатков щелочи и удаления с поверхности продуктов
реакции алюминия с щелочью; температура осветления – комнатная, время выдержки до 1 мин;

4) промывание в горячей воде и протирка волосяными щетками;
5) просушка при температуре 40–70 °С до полного удаления влаги.

Травление в кислотных растворах используется для обработки сплавов алюминия – силуминов, дюралюминия и проч.,
при травлении которых щелочами образуется черный налет, и
осуществляется разными составами, например (% по массе):
ортофосфорная кислота – 25, двухромовокислый калий – 0,5,
вода 74,5; температура травления 30–45 °С, длительность
10–15 мин. После травления осуществляются промывание в
холодной проточной воде, протирка мягкими щетками и сушка в струе подогретого воздуха.

Сварка подготовленных таким образом деталей должна

быть выполнена на протяжении 16 ч. Сварочную проволоку
после химической обработки можно хранить на открытом воздухе не больше 12 ч, а в герметичной таре не больше 36 ч. Неиспользованную проволоку разрешается без предварительного
обезжиривания подвергать химической обработке не более
2 раз.

Травление проводят в ваннах из нержавеющей стали, стабилизированной молибденом. Необходимо строго следить за
чистотой рук и рабочих рукавиц.

1.1. Сварка плавлением алюминия и алюминиевых сплавов
11