Ремонт литых дисков с использованием аргонной сварки

Ремонт литых дисков с использованием аргонной сварки

Тема использование сварки при ремонте автомобильных алюминиевых дисков является весьма актуальной.

В статье мы разберём:

- правила;

- технологии изготовления обода колеса;

- алюминиевые сплавы, которые используются в ободах;

- термическая обработка, которая применяется к алюминиевым ободам;

- способы сварки, которые используются при сварке алюминиевых дисков;

- зона термического воздействия при сварке алюминия.

Условия и термины

В русскоязычной технической литературе, особенно в сети, обычно используется термин "колеса". В англоязычной нормативно-технической литературе колеса называются «wheels», т.е. - "колесо". Каждое колесо имеет обод, то есть ту часть, на которую крепится шина. "Диск" - так называется элемен колеса, который соединяет обод с осью транспортного средства. Стальные колеса грузовых автомобилей обычно не имеют ступицы, а крепятся к оси непосредственно через диск. Поэтому их называют «disk wheels» – "Дисковые колеса". Алюминиевые диски часто вместо диска имеют "спицы", которые переходят в "ступицу". Ступица крепится к оси транспортного средства. Обратите внимание, что в ГОСТ Р 50511-93 используются международные термины "колеса" и "дисковые колеса".

Ниже, во избежание путаницы, мы будем взаимозаменяемо использовать термины "колесо", "Дисковое колесо" и "колеса".

Иностранные правила - ремонтируют ли диски аргоновой сваркой и как ремонтируют

Колеса - это сверхмощные компоненты автомобиля, от которых во многом зависит его безопасность. Вот почему ведущими производителями автомобилей и колес не разрешается выполнять на них какие-либо ремонтные работы, включая ремонтную сварку.

Стандарт ISO 14400 четко указывает, что ремонт привода колеса сваркой производить не следует, так как это может привести к дополнительным напряжениям в его критических зонах. Организация EUWA (Association of European Wheel Manufacturers) - Ассоциация европейских производителей автомобильных колес - строго запрещает ремонт поврежденных ободьев и ободьев автомобильных колес с использованием нагрева, сварки или добавления любого дополнительного материала.

В то же время региональный регламент канадской провинции Британская Колумбия - правила ремонта сваркой алюминиевых ободьев - допускает ограниченное использование сварки для ремонта ободьев колес.

Некоторые положения канадских правил, которые могут представлять интерес для специалистов по сварке алюминиевых дисков:

• Минимальная толщина материала алюминиевого дискового элемента, который можно отремонтировать с помощью сварки, составляет 1,5 мм.

• Ремонтная мастерская всегда должна иметь страховой фонд специально для ремонта алюминиевых дисков в размере не менее 2 миллионов долларов (вы должны понимать, канадский).

• В мастерской должен быть сварочный аппарат мощностью не менее 250 ампер.

• В мастерской должен быть мастер по ремонту сварных швов, имеющий опыт сварки алюминия не менее 5 лет.

• Этот

мастер несет ответственность за:

а) решение отремонтировать литой диск из алюминиевого сплава с помощью сварки или отправить его в утиль;
б) метод ремонта для каждого отремонтированного алюминиевого диска;
в) качество сварки отремонтированного алюминиевого диска.

1. В мастерской по ремонту алюминиевых дисков должен вестись специальный реестр, в который заносится информация о каждом ремонтируемом алюминиевом колесе.

2. Каждый сварщик должен сдать экзамен на знание методов проверки и критериев приемки сварочного ремонта алюминиевых колес.

3. мастерская по ремонту алюминиевых колесных дисков должна просто пройти сертификационный аудит через два года, чтобы подтвердить, что у нее есть соответствующее оборудование, квалифицированные ремонтники и квалифицированный сварщик.

4. Авторизованный ремонт при сварке конструкций ограничен рамкой, как показано на рисунках 1 и 2.

5. Вокруг колеса разрешается производить косметический ремонт, в том числе ремонтировать сваркой вмятины и выступы на поверхности, которые не влияют на структурную целостность колеса.

6. Допускается ремонт дисков, при котором применяется сварной шов в сочетании с ограниченной горячей и холодной правкой.

7. Температура горячего выравнивателя не должна быть выше 204 °C (400 °F).

8. Ремонтная сварка должна выполняться только с использованием одобренных режимов и материалов TIG-сваркой или MIG-сваркой.

9. Сварка может выполняться на колесных дисках, изготовленных из алюминиевых литейных сплавов и кованых сплавов серий 5xxx и 6xxx.

10. . Приемлемость алюминиевых сварных швов должна соответствовать канадским правилам сварки алюминиевых конструкций.

Рисунок № 1 — Основные элементы автомобильного диска.

Рисунок № 2 — Разрешённые зоны сварки

Основные типы алюминиевых дисков

Цельный литой диск

Это самый распространенный тип алюминиевых дисков. Доля цельнолитых дисков в общем количестве алюминиевых дисков к 2012 году составляла: 80 % в Европе, 85% – в США и 93% – в Японии.

Диск из двух частей (двух составной колёсный диск на болтах)

Передняя часть диска - ступица - изготавливается методом литья, обод получается прокаткой или экструзией. Эти две части соединены друг с другом болтами, стальными или титановыми. Исходный лист - изготовлен из алюминиево-магниевого сплава, обычно сплава 5454.

Диск из двух частей (двух составной диск соединённый сваркой)

Обод и ступица изготавливаются методами обработки металла - горячей или холодной: глубокой осадкой, прокаткой, штамповкой, ковкой и т. Д. П. Обе части соединяются сваркой. Исходный лист - изготовлен из алюминиево-магниевых сплавов, в основном из сплава 5454.

Диск состоит из трех частей

Ступица и спицы сложной формы – литьевые. Обод состоит из двух половин, которые изготавливаются методом прокатки или экструзии. Обод крепится болтами или приваривается к ступице.

Кованые колеса

механические характеристики кованых дисков являются самыми высокими из всех типов, представленных на рынке. Они получены путем механической обработки кованой заготовки из алюминиевого сплава 6061 и 6082.

Алюминиевые сплавы для автомобильных приводов

Алюминиевый литейный сплав

Литые диски изготавливаются из литьевого кремний-алюминиевого сплава с содержанием кремния от 7 до 12%.

В США и Японии используется почти исключительно алюминиевый сплав AlSi7Mg0,3 в термически упрочненном состоянии T6. Этот сплав имеет номинальное содержание кремния 7% и магния - 0,3 %. В США аналогичный сплав обозначается как A356.0.

AlSi7Mg0,3 тот же сплав, используемый в Европе, отличающийся как термической закалкой, так и без термической закалки. В Германии и Италии используется сплав AlSi11Mg (номинальное содержание кремния 11%, магния - 1%), обычно без термического упрочнения.

Таблица 1 - Литейные алюминиевые сплавы,
используемые в литых дисках.

Алюминиевые сплавы для кованых дисков

Цельные кованые диски изготавливаются из следующих кованых алюминиевых сплавов:

•         6082 (в Европе)

•         6061 (в США);

сплавы 6082 и 6061 относятся к серии 6xxx. Основными легирующими элементами являются магний и кремний (номинальное содержание - до 1 %). Подвергаются термическому отверждению.

Алюминиевый лист, который используется при изготовлении колес, обычно состоит из алюминиевого сплава 5454. Сплав 5454 Относится к серии 5xxx. Основным легирующим элементом является магний с номинальным содержанием 3 %. Является термически неупрочняемым. Повышенная прочность может быть достигнута путем холодной пластической деформации - автофретажирования.

Таблица 2 - Алюминиевые сплавы для ковки,
используемые в кованых автомобильных дисках.

Свойства алюминиевых сплавов

Кованые алюминиевые диски из кованых сплавов 6082 и 6061, закаленных закалкой и искусственным старением (состояние T6).

Литые диски или их элементы, изготовленные из сплава AlSi7Mg0.3, могут подвергаться термической закалке путем закалки и искусственного старения (состояние T6) или использоваться без термической закалки, то есть в литом состоянии (состояние F).

Литые диски, изготовленные из сплава AlSi11Mg, обычно не подвергаются термическому упрочнению (состояние F).

Термически неупрочняемые сплавы серии 5xxx могут получать при изготовлении или ремонте условия холодной обработки, которые обозначаются Hhh.

Зона термического воздействия при сварке алюминия

Металлургия - сплавление и Сварка 

При дуговой сварке алюминия в сварном шве расплавляется в зоне сварки основной металл и присадочный материал, это сварочная ванна. Во время затвердевания этих металлов из сварочной ванны появляются новые зерна, которые "вырастают" на зерне исходного металла, у которому не хватило тепла, чтобы расплавиться [7].

Независимо от типа источника тепла, все сварные швы при сварке плавлением имеют участки с резко отличающейся микроструктурой. Эти изменения в микроструктуре происходят вследствие фазовых превращений в твердом состоянии, таких как:

1. перекристаллизация и/или рост зерен в холоднообработанных материалах;

2. старение или растворение фазы отверждения в термически отвержденных (состаренных) материалах.

Эта зона с измененной микроструктурой называется зоной термического воздействия сварки. Если производится ремонт литых дисков, нужно учитывать состояние металла в зоне сварного шва.

Зона термического воздействия при сварке высокопрочного алюминия

Алюминиевые сплавы в литом состоянии (состояние F) или отожженном состоянии (состояние O) можно сваривать без какой-либо значительной потери прочности в зоне сварки. В этом случае прочность сварного шва соответствует прочности основного металла. Это относится, например, к литым дискам и сплаву AlSi11Mg AlSi7Mg0,3, которые не подвергаются термическому упрочнению.

Если алюминиевый сплав, например, получил свою повышенную прочность за счет холодной пластической деформации (автофретаж) или за счет выделения упрочняющих частиц (старения), например, состояния T6, то в зоне термического воздействия может наблюдаться значительная потеря прочности.

Закаленные сплавы, например, сплавы серии 5xxx, теряют прочность из-за процесса перекристаллизации, который происходит в зоне термического воздействия при температуре выше 200°С, а при температуре выше 300°С - частичного или полного отжига (рис.3).

Рисунок 3 - Механические свойства холоднообработанного сплава серии 5xxx
в зоне термического воздействия сварки

Термически упрочненные сплавы при нагревании теряют прочность из-за дополнительного выделения и уплотнения армирующих частиц. Этот процесс называется старением. При температурах выше 300 ºC достигается состояние частичного или полного отжига (рисунок 4).

Рисунок 4 – Механические свойства термически упрочненного сплава 6061
в зоне термического воздействия сварки

Сплавы 6061, 6082, 5454 и A356.0

Термически упрочненный сплав 6061 в состоянии Т6 имеет минимальный предел текучести и долговечность 240 и 290 МПа, соответственно. В зоне термического воздействия эти показатели могут уменьшиться до 115 МПа (48%) и 175 МПа (60%).

Термически упрочненный сплав 6082 в состоянии Т6 имеет минимальный предел текучести и долговечность 255 и 300 МПа соответственно. Зона термического воздействия может быть уменьшена по этим показателям до 125 (49 %) и 185 МПа (62 %).

В холоднообработанном состоянии сплав H24/N34 5454 имеет минимальный предел текучести и прочность 200 и 270 МПа соответственно. В зоне термического воздействия эти значения могут быть снижены до 105 (53%) и 215 МПа (80%), то есть, почти до прочностных свойств отожженного состояния.

Сплав A356.0 (AlSi7Mg0.3) при литье в постоянные формы имеет минимальные пределы текучести и прочности в состоянии T6 200 и 250 МПа соответственно. В зоне термического воздействия сварки состояние T6 переходит в состояние F с минимальным пределом текучести и прочностью 90 МПа (45%) и 180 МПа (72%).

Заключение

При принятии решения о применении ремонтной сварки алюминиевых колес следует учитывать, что в зоне сварки механические свойства основного металла могут быть снижены.

Для назначения колесного диска и изменения режима сварки необходимо, как минимум, знать:

1. химический состав алюминиевого сплава;

2. состояние алюминиевого сплава (литое состояние, термически закаленное состояние, состояние холодной обработки).