Алюминиевый сплав

Когда говорят про алюминиевый сплав, многие сразу думают про лёгкость и коррозионную стойкость. Это, конечно, верно, но в реальной работе, особенно в энергетическом оборудовании, всё упирается в детали, которые в учебниках не распишешь. Сколько раз сталкивался с тем, что заказчик требует ?самый прочный алюминий?, не понимая, что прочность — это не одна цифра, а целый набор свойств после термообработки, и что для корпуса преобразователя и для токоведущей шины нужны принципиально разные марки. Вот с этого, пожалуй, и начну.

Марки и их ?характер?: от теории к цеху

Возьмём, к примеру, АД31 и АД33. Вроде бы, из одной ?семьи?. Но попробуй использовать АД31 для силового крепления, где есть вибрация — быстро пожалеешь. У него же предел выносливости пониже. Мы на своём производстве, на том же заводе ООО Баоцзи Хуаюань Энергетическое Оборудование, через это прошли. Делали однажды комплект монтажных профилей для крепления шин. Взяли, что было под рукой и дешевле — АД31. В статике всё прекрасно, а при монтаже на действующую подстанцию, где всегда есть фоновая вибрация, через полгода пошли микротрещины в местах креплений. Пришлось срочно менять партию на АД33 с другой термообработкой. Убытки, конечно, были, но урок получили наглядный.

Или вот ещё момент по литью. Казалось бы, залил в форму — и готово. Но нет. Для корпусов приборов учета, которые мы производим, важна герметичность и отсутствие раковин. Использовали сплав АК12ч (она же АЛ2). Но когда требования к механическим свойствам возросли, пришлось переходить на АК9ч, хотя литьё его капризнее — больше усадочных раковин может быть. Пришлось полностью пересматривать технологию литья: температуру расплава, скорость охлаждения, конструкцию литниковой системы. Это месяцы проб и, опять же, брак. Но без этого нельзя — ГОСТ есть ГОСТ, а оборудование должно работать десятилетиями.

Сейчас, глядя на наш сайт https://www.bjhydlgs.ru, где мы показываем готовые изделия, я всегда вспоминаю эти внутренние технологические битвы. Красивый корпус блочной трансформаторной подстанции — это не просто покрашенный металл. Это выбранный конкретный алюминиевый сплав, его конкретное состояние (отожжённый, нагартованный), проверенная технология сварки и обработки кромок, чтобы не было концентраторов напряжения.

Сварка: где прячется слабое звено

Со сваркой алюминия вообще отдельная история. Все знают про окисную плёнку и необходимость аргона. Но мало кто с ходу скажет, как варить сплав АМг6, который у нас часто идёт на несущие конструкции, в условиях цеха зимой, когда температура опускается. Если не подогреть изделие перед сваркой хотя бы до +50...+70°C, риск получить холодные трещины резко возрастает. Мы это не сразу учли. Сделали партию каркасов шкафов управления. Сварка красивая, ровная. А после покраски и отгрузки заказчику в северный регион, через сезон — звонок: трещина по сварному шву на нескольких шкафах. Разбирались долго. Виноваты оказались остаточные напряжения из-за сварки на холодном металле в сочетании с эксплуатацией при -40°C.

Поэтому теперь у нас в техпроцессе жёстко прописано: подготовка кромок щёткой из нержавейки (не обычной стальной!), контроль температуры заготовки, и обязательно — последующая термообработка для снятия напряжений, если изделия ответственные. Да, это удорожает процесс. Но дешевле, чем репутацию терять и заниматься гарантийным ремонтом. Наша компания, как новое современное высокотехнологичное предприятие, не может позволить себе халтуру на базовых вещах.

Ещё один нюанс — выбор присадочной проволоки. Для сварки того же АМг6 логично брать проволоку Св-АМг6. Но если в сплаве уже есть примеси или он не совсем той кондиции, лучше взять Св-АМг5, она более ?пластичная? и меньше горячих трещин даёт. Такие решения приходят только с опытом и партией забракованных деталей.

Обработка: от станка до готового вида

Механическая обработка — кажется, тут всё просто: резать, сверлить, фрезеровать. Но алюминиевый сплав — материал мягкий, вязкий. При неправильных режимах резания он не стружку даёт, а налипает на резец, рвёт поверхность. Особенно это критично для прецизионных деталей, скажем, элементов токопроводов, где важна чистота поверхности для хорошего электрического контакта.

Помню, как мы осваивали обработку крупногабаритных плит из АД35 для оснований распределительных устройств. Фрезеровали пазы. Стружка уходила плохо, забивала канавки фрезы, перегревалась и сама деталь, и инструмент. В итоге, геометрия паза ?плыла?. Решение нашли в комбинации: специальная фреза с полированными стружколомающими канавками, обильная подача эмульсии именно под давлением для вымывания стружки, и снижение подачи при увеличении скорости вращения шпинделя. После этого проблема сошла на нет.

И, конечно, финишная обработка. Анодирование. Многие думают, это только для красоты. На самом деле, для энергооборудования твёрдое анодно-оксидное покрытие — это дополнительная электроизоляция и защита от царапин. Но и тут подводные камни. Толщина покрытия напрямую зависит от марки сплава. На чистый алюминий (АД0) ложится ровно и хорошо. А на тот же АМг6 с высоким содержанием магния слой может получиться неравномерным, с пятнами. Поэтому для деталей, которые будут анодироваться, мы заранее, на этапе заказа металла, оговариваем не только марку, но и допустимое содержание легирующих элементов. Это тот самый случай, когда высокая отправная точка в проектировании процесса экономит массу сил и средств на финише.

Контроль качества: недоверие как принцип

У нас в ООО Баоцзи Хуаюань Энергетическое Оборудование есть простое правило: доверяй, но проверяй. Даже если пришла партия сплава с сертификатами от проверенного поставщика. Выборочно, но обязательно делаем спектральный анализ на стационарном анализаторе. Бывало, что в сертификате на АД33 указан магний в одном диапазоне, а по факту его на верхней границе или чуть выше. Для одних изделий прокатит, а для других — нет, потому что изменится режим последующей термообработки.

Обязательный этап — контроль твёрдости по Бринеллю для закалённых и состаренных сплавов. Не УЗ-методом, который даёт косвенные данные, а именно вдавливанием шарика. Станочники сначала ворчали, мол, время теряем. Пока не поймали партию ?просроченного? естественного старения. Сплав АД35 после закалки должен вылежаться несколько суток, чтобы набрать твёрдость. А его пустили в работу сразу на следующий день. Детали были мягкими. Если бы не контроль на приёме от цеха, собрали бы бракованный узел.

И, конечно, визуальный и измерительный контроль после всех операций. Заусенец на кромке шины — это не мелочь. Это потенциальная точка коронного разряда в высоковольтной аппаратуре. Поэтому у нас участок зачистки кромок — один из самых загруженных. Кажется, ерунда, а без него — никуда. Вся наша изысканная технология обработки рушится на такой простой операции, если её не делать или делать спустя рукава.

Взгляд вперёд: не стоять на месте

Сейчас много говорят про новые композитные материалы, но алюминиевый сплав в энергетике никуда не денется. Вопрос в оптимизации. Мы, например, всё больше смотрим в сторону вакуумного литья для особо ответственных сложных деталей — меньше газовость, выше плотность отливки. Или внедряем лазерную резку с автоматической подачей — меньше деформация, выше точность контура по сравнению с плазмой.

Ещё один тренд — это комбинирование. Не делать всю деталь из дорогого высокопрочного сплава, а использовать вставки или локальное усиление. Это требует точного расчёта и понимания поведения разных марок в одной конструкции, но даёт выигрыш и в цене, и в весе. Над такими задачами как раз работает наша группа из 16 технологий исследования и развития персонала. Без этого сегодня нельзя, иначе остановишься в развитии.

В итоге, что хочу сказать. Работа с алюминиевыми сплавами — это не работа с абстрактным материалом. Это постоянный диалог с металлом, его структурой, его историей (в виде слитка) и его будущим (в виде изделия, которое должно проработать 30 лет). Каждая новая партия, каждый новый заказ — это немного новый опыт. И наш завод в Баоцзи, с его 1500 квадратными метрами и годовым оборотом, — это не просто производственные площади. Это, в каком-то смысле, большая лаборатория, где теория из учебников по металловедению каждый день проверяется практикой, а иногда и ставится с ног на голову. И в этом, наверное, и есть главный интерес этой работы.