Різка алюмінію і його сплавів 1 963 васильев до

Різка алюмінію і його сплавів

В якості конструкційного матеріалу в промисловості отримали застосування різні сплави алюмінію. Найбільш широко використовують сплави типу дуралюмин, алюмінієво-магнієві, алюмінієво-марганцовистое і деякі ливарнісплави (силумін і ін.).

При різанні алюмінію і його сплавів необхідно враховувати наступні обставини. Плівка окису алюмінію, що покриває поверхню металу, має високу температуру плавлення, в 3 рази перевищує температуру плавлення самого металу. У зв'язку з цим для різання необхідний потужний концентрований джерело тепла, здатний розплавити плівку тугоплавкой окису.

Включення тендітних оксидів в плівці оплавленого металу на кромці різу можуть при подальшій зварюванні перейти в зварений шов, порушуючи однорідність його металу і знижуючи його механічні властивості. У зв'язку з цим важливо забезпечити гарне видалення окисленого металу з порожнини різу і мінімальну товщину оплавленої плівки.

Алюміній не може бути розрізаний кисневої різкою. Застосування киснево-флюсового різання для обробки алюмінію також не є сприятливим. Залізний порошок, частково осідаючи на крайках різу, сильно забруднює їх. В результаті того, що алюміній має велику спорідненість з киснем, метал кромок різу на значній глибині (до 6 мм) окислюється. Твердість окисленого шару різко підвищується, що істотно ускладнює механічну обробку поверхонь різу. У зв'язку з викладеним киснево-флюсове різання алюмінію придатна тільки для його грубого оброблення.

З електричних способів різання алюмінію найбільше значення мають різка проникаючої дугою і плазмова різка, інші методи є малопродуктивними, неекономічними і не забезпечують належної якості різу.

З фіг. 70 видно зміни величин швидкості різання алюмінію при застосуванні різних методів різання. Найменш продуктивною є дугова електрична різання. Вона малоефективна навіть при різанні менш теплопровідних, ніж алюміній, металів, крім того, не дозволяє отримати рез з крайками прийнятної якості. Нерівні, сильно оплавлені поверхні різу покриті окисленим металом. Обробка таких кромок трудомістка, а використання їх для зварювання без подальшої обробки неприпустимо, так як при цьому неминучі непровари по крайках і сильне забруднення зварного шва неметалевими включеннями. Сказане значною мірою відноситься і до розділової повітряно-дугового різання алюмінію.

Дорогим (процесом є різка алюмінію ковзної дугою за допомогою плавиться електрода. В результаті різання утворюється злегка звужується донизу порожнину різу з поверхнями, покритими характерними ризиками, що нагадують ризики, які утворюються при кисневого різання. Розплавлений метал, як правило, повністю видаляється з різу. Товщина плівки металу з литою структурою на поверхні різу досягає 0,5 мм. При різанні сталевим дротом в цьому шарі можливе підвищення вмісту заліза на 0,04 - 0,06%. Глибина області зі зміненим химиче ським складом складе 0,03 - 0,13 мм.

Для більшості алюмінієвих сплавів залізо є шкідливою домішкою. Воно утворює з алюмінієм з'єднання FeAl3. У марганцовистое сплаві алюмінію FeAl3. утворюючи з'єднання (Fe Мn) Аl6. випадає по межах зерен, знижуючи міцність і пластичність сплаву. Залізо в алюмінієвих сплавах знижує також корозійну стійкість і електропровідність. У зв'язку з цим в більшості випадків шар, що містить залізо, доцільно видаляти механічної обробкою. Для невідповідальних з'єднань подальша механічна обробка крайок не обов'язкова. Різка алюмінієвим дротом можлива, але дуже неекономічна і недостатньо якісна.

Фіг. 70. Швидкість різання алюмінію різними методами: 1 - проникаючої дугою; 2 - плазмою; 3 - плавиться; 4 - киснево-дугового різкою

Киснево-дугове різання алюмінію також не відрізняється високими швидкістю і якістю різу. Краї киснево-дугового різання нерівні, сильно окислені, оплавлені і мають значні включення заліза. Економічна ефективність киснево-дугового різання алюмінію низька.

Плазмова різка алюмінієвих сплавів характеризується більш високою продуктивністю. В результаті різання отримують вузький рез, злегка звужується донизу. Так, ширина різу алюмінієвого сплаву товщиною 10 мм у верхній частині становить 2 - 5 мм, а в нижній 1 - 1,5 мм. Рез має рівні, злегка шорсткі кромки. При дослідженні поперечного шліфа у поверхні різу спостерігається зона литого металу, що має глибину 0,2 - 0,5 мм. Далі розташована дрібнозернистий перехідна зона глибиною також до 0,5 мм. Твердість металу в цій зоні знижена. При різанні плазмою аргону або його суміші з чистим азотом помітних змін хімічного складу металу в поверхневому шарі не відбувається. Газові включення тут - явище рідкісне. Здебільшого такі кромки придатні для зварювання без попередньої обробки. Найбільш високою продуктивністю і економічністю відрізняється різання алюмінієвих сплавів проникаючої дугою. Як правило, різання виконують дугою постійного струму. Вище було зазначено, що в якості робочих газів можна використовувати аргон (табл. 33), азот або їх суміші з воднем, при застосуванні ризиків з роздільною подачею газів можна використовувати водяний струмінь або повітряну кільцеву струмінь з центральним захисним потоком аргону. В останньому випадку можна досягти високої економічності процесу, але отримати знижену якість металу на крайках. Невисока якість крайок спостерігається також при різанні з використанням одного аргону. Поверхні різу поцятковані численними, нерівномірними штрихами. На нижніх крайках утворюються рясні напливи.

Фіг. 71. Вплив вмісту водню в суміші на якість поверхні різу алюмінію: а - 22%; б - 35%; в - 40%; г - 51%; д - 65%

Дані про різанні магнієво-алюмінієвого сплаву проникаючої дугою в аргоні [50]

Товщина металу, що розрізає в мм

У кромки різу алюмінієвих сплавів з'являється смужка металу, що піддалося оплавлення. У цій зоні метал має дендритне будова; спостерігаються включення у вигляді газових бульбашок і окисних плівок. Глибина оплавленої зони при сприятливих режимах становить 0,3 - 0,4 мм, але при різанні з малими швидкостями може досягти в нижній частині різу 2 - 3 мм. При різанні алюмінієво-магнієвого сплаву в оплавлення поверхневому шарі спостерігається рівномірний по товщині різу вигоряння магнію. Зменшення вмісту магнію складає в середньому 15 - 20% від величини його змісту в основному металі. Чад магнію не залежить від вмісту водню в робочій газової суміші і в процентному відношенні приблизно однаковий у верхній і у нижній крайок. Зовнішнім ознакою вигоряння магнію служить інтенсивне виділення білого диму, що спостерігається в процесі різання.

У деяких сплавах вздовж кромки з'являється зона разупрочнения шириною до 1 см.

Перевірка зварних зразків з алюмінієво-магнієвого сплаву, виконаних плавиться в аргоні по крайках, отриманим різкої проникаючої дугою в аргоно-водневої суміші; після їх знежирення і очищення металевою щіткою показала, що статична міцність і ударна в'язкість металу зварного шва практично рівноцінні швах, звареним за механічно обробленим крайках. У той же час шви, зварені після різання, можуть мати непровари, включення окисних плівок і пори.

Алюмінієво-магнієві сплави вимагають найбільш точного дотримання режимів різання. При різанні з максимально можливими швидкостями і змісті в суміші 50% водню може бути отриманий рівномірний по глибині різу шар оплавленого металу з мінімальною товщиною (до 0,15 мм). При цьому якість зварного шва підвищується. Алюмінієво-марганцевий сплав і сплави типу дуралюмина розрізати легше. Для цього можна користуватися газовими сумішами, що містять менше 50% водню.

1 (Виконано Е. П. Маслової і Н. К. Плиска.)

Отже, алюмінієві сплави доцільно різати газоелектричний методами різання. Доцільніше алюміній різати проникаючої дугою; однак для поділу металу товщиною 100 мм і вище необхідно працювати при високій напрузі, що перевищує безпечну напругу для ручного інструменту. При механізованої різанні, що гарантує безпеку роботи, можливо поділ металу значно більшої товщини. Користуючись способом проникаючої дуги, можна різати алюміній товщиною 120 - 150 мм і більше.

Д. Г. Биховський (ВНІІЕСО) перерізав кругляк з алюмінієвого сплаву діаметром 250 мм, повертаючи його навколо поздовжньої осі в міру прорізування.

Різка алюмінію невеликої товщини проникаючої дугою відбувається при таких високих швидкостях, що їх важко реалізувати при ручному виконанні процесу. Алюміній товщиною менше 5 мм в окремих випадках при ручному різанні зручніше різати струменя плазми. Різання проникаючої дугою з використанням механізмів можна застосовувати і для більш тонкого металу. Алюміній товщиною менше 3 мм в більшості випадків краще різати плазмою.