Алюминий все чаще применяется взамен меди при из­готовлении токоведущих шин и проводов. Алюминиевые проводники тока дешевле медных, имеют меньший удельный вес. При одинаковом погонном весе проводов электропро­водность алюминия в два раза выше, чем меди. Соединению алюминия с алюминием и другими металлами препятствует образование плотной окисной пленки на его поверхности. Она обладает высоким электрическим сопротивлением, вследствие чего разъемные соединения алюминия с медью ненадежны в работе. Для повышения надежности таких со­единений необходимо приваривать к алюминиевым провод­никам медные выводы. Такие сварные соединения обеспе­чивают более высокие электрические свойства контактов, чем соединения на болтах.

Неразъемные соединения алюминия с медью могут быть получены сваркой давлением, плавлением и при совместном их действии. В настоящее время применяется преимущест­венно сварка давлением. Величина необходимого для обра­зования прочных соединений давления зависит от способов сварки. При холодной стыковой сварке оно составляет (150 — г — 200) • 1(Г7 Н/м2.

На процессе холодной сварки основано получение би­металлических листов алюминий —> медь (плакирование). Плакирование в холодном состоянии связано с единовре­менным обжатием до 75%. С целью уменьшения мощности прокатного оборудования предложена технология изго­товления биметаллических листов алюминий — медь, со­четающая холодную и горячую прокатку.

При необходимости соединения алюминиевых круглых об­разцов сплошного и трубчатого сечения с медными возможно

применение сварки трением [91, а также контактной сты­ковой сварки оплавлением и сопротивлением [32]. В мон­тажных условиях сварка давлением затруднена. В отдель­ных случаях в связи с конструктивными особенностями деталей применение сварки давлением исключено. В этих случаях целесообразно применять сварку плавлением; имеют­ся сведения об использовании для этой цели дуговой свар­ки. В работе [33] Ьписана аргонодуговая сварка алюминия с медью с предварительным нанесением на медь оловянного покрытия или серебряного припоя. Для получения неразъ­емных соединений алюминия с медью применяют также свар­ку заливкой и термитную сварку.

k Обзор различных видов сварки алюминия с медью при­веден в работе 132]. Наибольшее практическое применение получила сварка плавлением алюминия с медью.

Дуговая сварка плавлением алюминия с медью связана с определенными трудностями, обусловленными свойствами соединяемых металлов: высокой прочностью их окисной пленки, большой разницей температур плавления, огра­ниченной взаимной растворимостью металлов и т. д.

Оценивая свариваемость как совокупность свойств алю­миния и меди, определяющих возможность протекания физи­ко-химических процессов, которые приводят к получению прочного неразъемного соединения, необходимо прежде все­го обратить внимание на различие их температур плавления. Когда нагрев алюминия достигает температуры плавления, медь находится еще в твердом состоянии. Интенсивное окисление алюминия и меди в процессе дуговой сварки тре­бует применения специальных мер по предупреждению образования окислов и, главное, по удалению их из зоны шва. Многочисленные опыты показали, что даже при сварке в среде аргона разрушение окисной пленки, образующейся на поверхности свариваемых металлов, и смачивание меди алюминием происходят одновременно с оплавлением медной кромки. В результате шов формируется из чрезмерно перегре­того алюминия, содержащего значительный процент меди,

Механические свойства алюминия при добавке меди, а также меди при добавке алюминия резко изменяются. Диаг­рамма состояния сплава алюминий — медь (рис. 54) по­казывает, что алюминий и медь обладают неограниченной взаимной растворимостью в жидком состоянии и ограничен­ной — в твердом. При 400° С растворимость алюминия

Ат.°/ А1

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

■ III і і

1100

СВАРКА АЛЮМИНИЯ С МЕДЬЮ

80 90

Вес. %А1

Рис. 54. Диаграмма состояния сплава алюминий—медь.

в меди составляет 9,4%, меди в алюминии— 1,5%, при 548° С растворимость алюминия в меди—5,65%. Ниже 500° С в системе медь — алюминий, помимо областей твер­дых растворов алюминия в меди (a-фаза) и меди в алюминии (х-фаза), имеются фазы твердых растворов на основе хи­мических соединений А1Си2 (Ya-фаза, 15,8—20% Al), Al2Cu3 (б-фаза, 21—22% Al), AlCu (г]2- фаза, 28,2—29% Al), Al2Cu (9-фаза, 46—46,7% Al), Al3Cu (£-фаза, 24,6—25,3% Al).

При содержании меди в алюминии около 67% образуется легкоплавкая эвтектика (Тпл — 548° С), состоящая из х — и 0 — фаз (такую эвтектику часто называют Al — А12Си).

Оптимальным сочетанием свойств обладают алюминие­вые сплавы, содержащие до 12—13% меди. Поэтому техно­логия сварки плавлением алюминия с медью должна выби­раться с таким расчетом, чтобы содержание меди в металле шва не превышало этого процента. Шов должен формиро­ваться преимущественно из алюминия или являться спла­вом на основе алюминия. Применение присадки на медной основе вызывает перегрев алюминия и увеличивает содер­жание меди в сварном шве (до 40—60%). В результате нор­мального формирования шва не получается, он, как прави­ло, отличается повышенной хрупкостью. При сварке при­садочной проволокой на основе алюминия достигается более высокое качество соединения.

Схема образования сваркой плавлением прочного медно­алюминиевого соединения предполагает весьма непро­должительный контакт жидкого алюминия с твердой медью.

— В результате анализа физико-химических процессов, протекающих при образовании медно-алюминиевых со­единений сваркой плавлением, выработаны три направления повышения прочности сварных соединений:

1) дополнительное механическое упрочнение медно-алю­миниевого сварного соединения, содержащего значитель­ный процент меди; 2) ограничение или исключение перехода меди в свариваемое медно-алюминиевое соединение; 3) вве­дение в шов при его формировании легирующих присадок и модификаторов с целью активного воздействия на процесс кристаллизации соединения.

Медно-алюминиевое соединение с достаточно большим процентом меди, несмотря на хрупкость, отличается высо­кой электропроводностью. Как отмечалось выше, разру­шение такого соединения чаще всего наступает при кристал­лизации сварного шва под действием усадочных напряжений,
а также от механических воздействий (изгиба, вибрации, растяжения и др.) при его эксплуатации.

Сплав меди

г плтминнрм

СВАРКА АЛЮМИНИЯ С МЕДЬЮ

а

Рис. 55. Медно-алю­миниевые узлы, вы­полненные сваркой плавлением (с меха­ническим упрочне­нием):

а — соединение, под­готовленное к сварке; б — соединение после

сварки.

Одним из возможных вариантов механического упроч­нения сварных соединений является заключение хрупкого сплава в монолитную оболочку, способную воспринимать напряжения и не передавать их на свар­ной шов. Такая оболочка должна быть достаточно вязкой, прочной и выполнен­ной из материалов на основе пластмасс, эпоксидных смол или алюминия. Экс­периментально установлено, что наибо­лее приемлемым является механическое упрочнение сварного соединения алюми­нием. Необходимым условием обеспече­ния надежности таких соединений алю­миниевых тоководов с медными является цельность и замкнутость алюминиевого контура, охватывающего медный элемент в плоскости формирования сварного шва.

Дополнительное механическое скрепле­ние (опрессовка, клепка и др.) соединя­емых проводников с обоймой полностью разгружает сварное соединение. Свар­ной шов формируется либо за счет оплав­ления обоймы и соединяемых проводников, либо путем до­полнительной присадки алюминия. С помощью обойм можно соединять разнородные проводники в пучок, а также окон — цовывать медные проводники с целью подготовки их к сварке встык или внахлест с алюминиевыми тоководами (рис. 55). Соединение проводников может осуществляться сваркой, контактным нагревом или аргонодуговой сваркой. С при­менением флюса (водный раствор КС1 — 50%,NaCl — 30%, криолита — 20%) процесс сварки протекает более интен­сивно.

Данный вариант сварки плавлением наиболее эффек­тивен при соединении разнородных проводов, шнуров и
кабелей. Перед сваркой в месте вхождения проводников во втулку производится опрессовка. При аргонодуговой свар­ке вслед за опрессовкой торцов соединяемых проводов про­изводится наплавка алюминия. Наплавленный алюминий хорошо сплавляется с медью и торцом втулки. Металл со­единения отличается вязкостью, свободно обрабатывается напильником.

Применение флюсов способствует наиболее полному удалению окисной пленки [10, 34]. Хорошие результаты были получены при сварке плавлением меди с алюминием с использованием активных флюсов ВАМИ, Ф-54А и др. Защиту поверхности меди от окисления в месте укладки шва можно осуществить предварительным нанесением тон­кого слоя такого металла, который бы имел температуру плавления, близкую к температуре плавления алюминия, хорошо смачивал медь, обладал положительной раствори­мостью как в меди, так и в алюминии. При эксперименталь­ной проверке металлы наносились на кромки медных проводов гальваническим путем. Из всех видов покрытий (олово, цинк, никель, серебро, кадмий, а также комбиниро­ванные покрытия никель + олово, никель + цинк и др.) цинковое покрытие (50—60 мк) дало наилучшие резуль­таты.

Были проведены опыты по непосредственной сварке алю­миния с медью для толщины металла 6 мм аргоно-дуговым способом неплавящимся электродом. Режим сварки: сва­рочный ток 150 А, напряжение 15 В, скорость сварки 6 м/час. Скос кромок медного листа производили под углами 45 и 75°. Присадочная проволока диаметром 2 мм — алюминий АДО. Несмотря на то, что при сварке в основном плавилась алюминиевая кромка, а медь в меньшей степени подверга­лась воздействию дуги, удовлетворительные по прочности и пластичности швы получены не были. Содержание меди достигало 30%.

При толщине металла 10 мм сварку алюминия с медью производили автоматом по слою флюса АН — А1. Режим

сварки: сварочный ток 400—420 А, напряжение 38—39 В, скорость сварки 21 м/ч, скорость подачи электрода 332 м/ч. Присадочная проволока диаметром 2,5 мм — алю­миний АДО.

ь

Си

и

і

I

% ■

7

1

Си ^

C—J

|

1

J

і

Си

А1 ■

1

31

1 S

А1

ili

60

I

На рис. 56 показаны типы опытных разделок кромок. Установлено, что содержание меди в шве минимально только при рюмкообразной раз­делке (рис. 41, д), запол­ненной присадочными стержнями диаметром 3 мм. В этом случае шов содержит до 8—10% Си и обладает удовлетвори­тельными механически­ми свойствами (<тв =

|

А

Прутки А1

1 ®

Си

Ш М |

_I

1

I

і

, Прутки

1

‘ Прутки А1

Си

І Al 1

Л

—г

ч

Рис. 56. Типы разделки, применяемые при сварке алюминия с медыо (стрелка­ми обозначено направление электрода):

= (5 — г 7) • 1(Г7 Н/м2).

а — стыковое соединение; б — односторон­ний скос с притуплением; в — односторон­ний скос без притупления; г — двухсторон­ний скос кромки без притупления; д— запол­нение фигурной разделки прутками алюми­ния; е— заполнение фигурной резделки алю­минием и цинком.

Когда применялись другие разделки, пока­занные на рис. 41, содер­жание меди в шве резко возрастало и при свар­ке без разделки доходи­ло до 35%. Пластичного соединения в этих слу­чаях не получили. При­менение разделки поз­волило уменьшить коли­чество хрупких интерме­таллидов и эвтектики в металле шва.

Сварка меди с алюми­нием даже с разделкой

кромок требует сравнительно высокой квалификации сварщика, так как при попадании дуги сварки на медь увеличивается ее содержание в шве выше оптимальных пре­делов.

Зависимость прочности сварных соединений от толщины покрытия и вида разделки приведена на рис. 57, Лучшие

40 50 60 70

Толщина покрытия, мкм

Рис. 57. Зависимость прочности свар ных соединений от толщины покры­тия и вида разделки (толщина ме­талла 6 мм):

СВАРКА АЛЮМИНИЯ С МЕДЬЮ

1 — двухсторонняя разделка медной кром­ки под углом 75°; — односторонняя

разделка под углом 45°.

результаты дает разделка медной кромки под углом 75° при толщине цинкового покрытия около 60 мк. При покрытии цинком снижает­ся содержание меди в шве до 1 % и уменьшается в три — пять раз толщина интерметаллидной прослой­ки (не превышает 10—15 мк) со стороны медной кромки. Положительные результаты были получены при введе­нии цинка в виде присадки также в случае автомати­ческой сварки под флюсом.

Содержание цинка в шве в этом случае может достигать 30%, а количество меди не превышает 12%. Полученные соединения разрушаются пре­имущественно по алюминию вдали от шва.

Влияние легирующих присадок на свойства сварных швов медно-алюминиевых соединений изучалось по двум направлениям: введением в шов легирующих элементов в сравнительно большом количестве (при этом вводятся эле­менты, образующие с алюминием легкоплавкую эвтектику); модифицированием структурных составляющих (интерме­таллических соединений и эвтектики) небольшими добавка­ми элементов катализаторов (Zn, Mg и др.), которые огра­ничивают переход меди в алюминий, поверхностно-актив­ных элементов (Са, Mg и др.), способствующих хорошему
заполнению легкоплавкой эвтектикой междендритного про­странства, а также тугоплавких элементов (Ті, Zr, Мо и др.) — центров кристаллизации — с целью измельчения структуры наплавки.

Легирующие элементы выбирались исходя из диаграмм состояния и свойств сплавов этих элементов с алюминием и медью.

Технологический режим сварки оказывает решающее влияние на свойства и структуру медно-алюминиевых со­единений, так как от изменения величины тока, скорости сварки, смещения электрода относительно стыка и других факторов зависят температура нагрева основного металла, длительность взаимодействия меди с жидким и твердым алю­минием, интенсивность окисления металлов. В связи с этим исследование температурно-временных условий сварки плав­лением алюминия с медью и их влияния на свойства соеди­нений представляет особый интерес при выборе оптималь­ных режимов дуговой сварки этих металлов.

Алюминий А5 и медь Ml сваривались по флюсу АН-А1. Электродным и присадочным материалом служила алюми­ниевая проволока АДО. Проволока и алюминиевые пласти­ны под сварку готовились по обычной технологии. Медные кромки механически зачищались.

Механические свойства медно-алюминиевых соединений, выполненных на различных режимах сварки, испытывались на плоских образцах. Переходное омическое сопротивление измерялось на образцах квадратного сечения с поперечным расположением шва при базе 60 мм. Термические циклы на границе сплавления алюминия с медью записывались ос­циллографом. По записям определялось время нахождения стыка алюминий — медь выше определенных температур. Основная часть опытов проводилась с металлами толщиной 10 мм. Были разработаны также режимы сварки меди с алю­минием толщинами 8, 12 и 20 мм.

Для алюминия характерна вполне определенная зави­симость диаметра электродной проволоки от величины

тока. Скорость подачи электродной проволоки для каждого диаметра выбиралась исходя из устойчивости горения ду-

q/S

30-

29

28-і

27J

■6

0,28 0,92 0,58 0,70 #М

а

Рис. 58. Влияние скорости сварки:

СВАРКА АЛЮМИНИЯ С МЕДЬЮ

S

ЗО 20

0,28 0,92 0,56 0,70 Ус9,

XT to2?

S,
00

U зо

2 40 О

Ш2#

а — на свойства соединений; б — на длительность пребывания пе-
реходной зоны алюминий—медь выше температур образования интер-
металлидов.

ги и качества формирования швов. Анализ полученных ре-
зультатов показал, что формирование швов удовлетвори-

тельное при сварочном токе
380—400 А и диаметре про-
волоки 2,5 мм.

Скорость сварки изме-
нялась в диапазоне 13,9—
28,8 м/ч, остальные пара-
метры режимов оставались
^ неизменными (сварочный

-40 § ток 380—400 А, напряжение

%Си

г^г™

3

К

и

/

R

1

J

/

28-

27-

26

|Н*

оГ 29′

ч. О

5

О

9

8

£

%

7

1

8

5

-юоі

9

-80§

-60 |

2

-40%

1

20§

s>

V?

В

7

6

5

9

¥

3

2

1

/ j ч о о / а уц, т швов удовлетворительное

Рис. 69. Влияние смещения элект — при СКОрОСТИ сварки 21,5; рода на свойства соединения. 24,8 И 28,8 м/ч. При мень-

шей скорости (13,9 и 18,6 м/ч) алюминиевая и медная части соединения перегреваются, что приводит к сильному оплавлению кромок. Швы в этом случае имеют большую ширину и повышенное содержание

/> / >

-1

ч

/ *

<-—■

г

J

> Г /

%Си

< N /

;< /

N f г

я

/

.. 4

Л/

/

А

iff

60

120

180

72

ґ 8

-4

3

I

&

1

I

§

I

СВАРКА АЛЮМИНИЯ С МЕДЬЮ

i*

Рис. 60. Влияние ширины медной плас­тины:

а — на свойства сварных соединений; б — на длительность пребывания переходной зоны алюминий — медь выше определенных темпе­ратур.

меди. Оптимальными свойствами обладают соединения, вы-
полненные при скорости сварки 21,5—24,8 м/ч (рис. 58, а).

В этом диапазоне дли-
тельность пребывания
стыка алюминий —
медь выше температур
интенсивного образо-
вания хрупких интер-
металлических фаз не
превышает 10—15 с
(рис. 58, б).

Ось электродной
проволоки смещали от
стыка в сторону мед-
ной кромки на 3 —

10 мм. В испытанном
диапазоне смещений
формирование швов
было удовлетвори-
тельным (рис. 59). Од-
нако наиболее ста-
бильную и высокую
прочность и мини-
мальное переходное
эл ектросоп р отивление
можно получить при
расположении элект-
родной проволоки на
расстоянии 5—7 мм
от стыка в сторону
медной кромки. При
большем смещении
электрода увеличива-

ется переход меди в шов из-за смещения на медную кром-
ку высокотемпературных участков изохрон. Температурно-
временные условия в переходной зоне алюминий — медь и

зависимость свойств сварных соединений от ширины мед­ной пластины показаны на рис. 60. Разработанные опти­мальные режимы автоматической сварки по флюсу алюми­ния с медью различных толщин приведены в табл. 24.

Таблица 24

Режимы автоматической сварки по флюсу алюминия с медью

<Я «ч

я w

s § ef §

* н —

о <и S

Н S S

Свароч­ный ТОК,’

А

Диаметр электро­да,; мм

Напряже­ние,) В

Скорость

сваркщ

м/ч

Смещение электро­да, мм

Количе­

ство

слоев

Слой флюса,- мм

Шири­

на

Высо­

та

8

360—380

2,5

35—38

24,4

4—5

1

32

12

10

380 400

2,5

38—40

21,5

5-6

1

38

12

12

390—410

2,6

39—42

21,5

6—7

1

40

12

20

520—550

3,2

40—44

18,6

8—12

3

46

14

Анализ полученных данных и сравнение их с режимами сварки алюминия и меди в однородном сочетании показы­вают, что погонная энергия сварки алюминия с медью больше погонной энергии сварки для алюминия, но меньше для сварки меди. При выборе режима величину смещения а электрода от стыка в сторону медной кромки и оптимальную ширину b медной пластины можно определять по соотноше­ниям: а = (0,5 — 0,6) 6; b> (15 18) б, где б — толщина металла.

Медно-алюминиевые переходники сечением 10 X 120 мм, выполненные автоматической сваркой по флюсу в соот­ветствии с разработанными режимами, проходили произ­водственные испытания в течение года на одном из предприя­тий в условиях работы агрегатов электрохимического травления при токовой нагрузке 3 А/мм2 (1800—2000 А) на каждый стык. За это время следов механического разру­шения и перегрева стыков не обнаружено. При замене бол­товых соединений меди с алюминием сварными отпала необходимость зачистки и поджатия контактов, сократи­лись потери электроэнергии в агрегатах,

Для исследования влияния легирующих элементов на свойства и структуру медно-алюминиевых соединений было изготовлено методом вытягивания из расплава несколько лигатур присадочных проволок на основе алюминия с до­бавками марганца, магния, серебра, цинка и лития. Свар­ные швы содержали большое количество меди. Это дости­галось значительным смещением дуги в сторону медной

г

a; Is

$•

8

4

2

о

10 20 30 40

Содержание Zn, %

а

ШЛ

v/Zr’

УК/Г

N

I

8

•ч

‘о 6

ч

2

о

Ч а 6 8 $

Содержание Si, %

Рис. 61. Зависимость прочности медно-алюминиевых соединений

от процентного содержания в металле шва:

а — цинка; б — кремния.

кромки на 5—7 мм) от стыка. При таком смещении содер­жание меди в шве превышало 10—15%.

Механические испытания соединений показали, что наи­более благоприятное влияние на свойства швов оказывают легирующие добавки кремния, цинка, серебра и олова. Зависимость предела прочности образцов медно-алюминие­вых соединений от процентного содержания кремния и цин­ка приведена на рис. 61.

Механизм действия данных присадок на свойства со­единений заключается в изменении формы выделений ин­терметаллических фаз и измельчения структуры (рис. 62). Изменяются также размеры и структура переходной зо­ны: интерметаллическая прослойка уменьшается, а в иных случаях полностью замещается зоной твердого раствора.

Микротвердость переходной зоны в швах, выполненных сваркой с присадками кремния и цинка, уменьшается.

Экспериментально проверено влияние модификаторов на структуру сварных медно-алюминиевых швов: введение до 0,5% титана и циркония измельчает структуру сплава меди

СВАРКА АЛЮМИНИЯ С МЕДЬЮ

Рис. 62. Микроструктура меди-алю­миниевого соединения (хЗОО).

с алюминием. Однако ме­ханические свойства соеди­нений при этом повыша­ются незначительно.

С целью определения ко­личества меди и определе­ния фазового состава каж­дого структурного участка проводился рентгеноспект­ральный анализ на мик­розонде фирмы «Камека» 121 ]. На рис. 63 представ­лены результаты записи из­менений содержания меди перпендикулярно к оси шва. Расположенный непо­средственно возле меди I участок интерметаллидов II, содержащий 48—50% Си, соответствует 0 — фазе (СиА12). При большом увеличении можно заметить, что он состоит как бы из двух тоненьких, отличающихся по цвету, прослоек. Строение горизонтального участка III шириной 150—200 мк — сплошная эвтектика (х + 0) он содержит 28—38% Си. Наличие участка IV свидетельствует об очень развитой неоднородности содержания меди в боль­шей части алюминиевого шва. Здесь четко выделяются две фазы: твердый раствор меди в алюминии (2—3% Си) и по­граничная неравновесная эвтектика с 35—40% Си. Заме­тим, что в равновесных условиях в эвтектике содержится 33% Си.

Наличие указанных структурных участков хорошо под­тверждается измерением микротвердости. Изучение микро­структуры разрушенных образцов четко показало, что они разрушаются хрупко по интерметаллическому слою со сто­роны меди. При фрактографическом исследовании поверх-

Рис. 63. Характер распределения меди поперек оси шва по

направлению от меди к алюминию:

J — медь; И — интерметаллид; 111 — эвтектика;^— эвтектика — f — твер­дый раствор’ меди в алюминии.

60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480

Расстояние, мкм

СВАРКА АЛЮМИНИЯ С МЕДЬЮ

Чт

І 80

I

Л 70

Л

60
50

40

30
20
10

О

ности излома как со стороны меди, так и шва обнаружены отдельные участки интерметаллидов.

Проведенные опыты показывают, что главной причиной низкой прочности сварных соединений алюминия с медью являются хрупкие интерметаллические прослойки в шве со стороны меди, состоящие преимущественно из соедине­ния CuAl2. Там, где интерметаллические прослойки отсут­ствуют или их толщина незначительна (<; 1 мкм), сварные соединения разрушаются по алюминию,

На прочность сварного шва в большей степени влияют частичные несплавления меди с алюминием, возникающие при отклонениях от оптимального режима сварки. Они являются своеобразными концентраторами напряжений при ла. грузках на изгиб и вибрационных нагрузках.

Механические испытания образцов медно-алюминиевых соединений, изготовленных указанными способами на

СВАРКА АЛЮМИНИЯ С МЕДЬЮ

СВАРКА АЛЮМИНИЯ С МЕДЬЮ

О15 30 45 60 75 0 15 30 45 60 75

Скос кромок, град Скос кромок, ерад

а ІЇ

Рис. 64. Зависимость предела прочности медно-алюминиевых Соединений от угла разделки медной кромки:

а — Г-образная разделка; б — К-образная разделка.

оптимальных режимах, показали, что предел их прочности находится на уровне основного металла (алюминия). Ука­занные соединения имеют высокую вибрационную прочность при испытании в условиях, аналогичных работе токоведу­щих элементов. Переходное омическое сопротивление и температура нагрева при длительном прохождении номи­нального тока, а также в условиях кратковременных то­ковых перегрузок участков соединений алюминий — медь меньше соответствующих характеристик участков основного металла (алюминия).

Для исследования электрических характеристик медно­алюминиевых соединений, полученных аргоно-дуговой свар­кой, были выполнены алюминиевомедные переходники сечением 6 X 80 мм, общей длиной 300 м. Сварка производи­лась с двух сторон с предварительным гальваническим цин-

кованием медных кромок (толщина цинкового покрытия 60 мкм). Медные кромки имели К-образную разделку с уг­лом раскрытия 60°, разделка алюминия не производилась. Как показали механические испытания, такая подготовка кромок гарантирует высокую и стабильную прочность мед­но-алюминиевых соединений (рис. 64). С целью получения сравнимых результатов к медному и алюминиевому концам соединений приваривались соответственно медные и алюми­ниевые шины такого же сечения и длиной 800 мм. Режимы сварки стыков алюминий •—* медь, алюминий =*• алюминий, медь медь указаны в табл, 25,

Таблица 25

Режимы аргонодуговой сварки стыков

Стык

Присадочная

проволока

Сварочный ток, А

Диаметр вольфрамово­го электрода# мм

Расход арго­на# л/мин

Материал

Диа-

метр,

мм

Алюминий—медь

АДО

3

260—270

5

8-Ю

Алюминий—алюминий

АДО

3

190—210

4

7—8

Медь—медь

Бр. КМцЗ-1

4

290—310

6

6*-**7

Переходное омическое сопротивление замерялось на ба­зе 92 мм на следующих участках шин: медь (основной ме­талл), медь и алюминий (сварное соединение), алюминий (основной металл), медь (сварное соединение) и алюминий (сварное соединение). Омическое сопротивление определя­лось по падению напряжения на указанных участках при прохождении через шины постоянного тока 34,8 А, полу­чаемого от выпрямителя. Падение напряжения замерялось потенциометром. Электрические характеристики указан­ных участков приведены в табл. 26. Сопротивление участков алюминий — медь (сварное соединение) значительно ни­же, чем у сварного металла (алюминия), а также меньше

Электрическое сопротивление участков шин

Участки

А ^

Падение

напряжения,

мВ

Сопротивление R.10—’6. 0м

Медь (основной металл)

0,34

3,79

Алюминий ^— медь (сварное соединение)

0,40

4,36

Алюминий (основной металл)

0,48

5,51

Медь (сварное соединение)

0,37

4,02

Алюминий (сварное соединение)

0,45

5,17

полусуммы сопротивлений алюминиевых и медных участков основного металла. Сварное соединение алюминий — алю­миний имеет меньшее сопротивление, чем целый участок алюминиевой шины. Переходное сопротивление участков

Al А1 Си Си

СВАРКА АЛЮМИНИЯ С МЕДЬЮ

Рис. 65. Схема расположения термопар при испытании на длительный нагрев медно-алюминиевых соединений.

сварного соединения медь — медь больше сопротивления аналогичных участков основного металла (меди).

Длительный нагрев сварных медно-алюминиевых со­единений производился путем пропускания через шины пере­менного тока силой 960 А (плотность тока 2 А/мм2.) Темпе­ратура нагрева при длительном прохождении электриче­ского тока определялась в точках, указанных на рис, 65,

В этих точках засверливались отверстия, в которые уста­навливались термопары. Замеры производились через каж­дый час. Установившаяся температура наблюдалась через 6—7 ч от начала прохождения тока. Нагрев медно-алюми­ниевого стыка как в установившемся, так и в неустановив — шемся режимах меньше нагрева основного металла (алю­миния).

Испытания на электротермическую устойчивость медно­алюминиевых соединений производились током 2400 А, длительностью 2,25 с (испытательная величина тока равна 25-кратному значению допустимой для данного сечения, что имитировало режим короткого замыкания трансформатора). В процессе протекания тока температура измерялась ана­логично испытаниям на длительный нагрев. Полученные данные свидетельствуют, что температура нагрева шва рав­на 79—80° С, в то время как алюминиевая шина в этих же условиях нагревается более чем до 100° С.

Проведенные испытания позволяют сделать вывод о соответствии электрических свойств медно-алюминиевых соединений, выполненных аргонодуговой сваркой, нор­мам технических условий на электрические машины и трансформаторы.