Наименьшей температурой кипения и наибольшим давлением паров из элементов, часто встречающихся в алюминиевых сплавах, обладают цинк и магний. При сварке появляется опасность потерь этих элементов в результате их испарения.
Многочисленные литературные данные, указывающие на снижение концентрации магния в металле швов при сварке сплавов системы Al—Mg, подтверждают это положение только отчасти, поскольку в общую величину потерь обычно включаются и потери, вызванные его окислением. Цинк обладает значительно меньшим сродством к кислороду, чем алюминий, и, присутствуя в сплаве в небольших концентрациях, практически не окисляется. Поэтому потери его при сварке в основном вызваны испарением.
При дуговой автоматической сварке по слою флюса сплава АМг6 потери магния из основного и присадочного металлов различны. Если из основного металла теряется до 5—10 % Mg от общего содержания его в сплаве, то из присадочного металла — до 65 % и более. При газовой сварке потери магния из присадочного металла снижаются до 20 %, а из основного — возрастают до 15 % и более. Это можно объяснить тем, что в условиях газовой сварки основной металл в ванне существует в перегретом состоянии большее время, а присадочный металл, опущенный в ванну, перегревается в меньшей степени, что уменьшает потери магния, вызванные испарением.
При сварке сплавов алюминия, имеющих в своем составе магний как упрочняющий элемент, возникает задача сохранения исходной концентрации его в шве. Учитывая разницу в потерях магния из проволоки и основного металла, для увеличения концентрации магния в шве при сварке следует стремиться увеличивать долю участия основного металла в образовании шва или применять присадочный металл с повышенным содержанием магния.
Значительно более высокие температуры кипения других элементов (меди,
кремния, марганца, железа и др.), присутствующих в сплавах алюминия в
ограниченных концентрациях, исключают опасность заметных потерь их за счет
испарения.
Высказываются предположения о возможности выделения пузырьков
паров магния или цинка, содержащихся в сплавах. Для возникновения таких
пузырьков необходимо, чтобы давление паров этих элементов превышало внешнее
давление. При относительно невысокой концентрации этих элементов в алюминии (5—6
%) для оценки давления паров растворенных элементов можно применить закон Рауля
для идеальных растворов
pMg, Zn = NMg, Zn · p0Mg, Zn,
где pMg, zn — давление паров (Mg, Zn) над раствором; Nmg, zn — мольная доля растворенного вещества (Mg, Zn); p0Mg, Zn — давление пара чистого вещества (Mg, Zn) при той же температуре.
Если принять среднюю температуру ванны при сварке алюминия около 900 °С и концентрацию Mg и Zn в сплаве до б %, то расчетные значения давлений паров магния и цинка составят pMg = 793,5 Па, a pZn = 2,666 кПа.
Возникновение пузырьков из паров магния или цинка при принятой концентрации их в сплаве с алюминием в объеме ванны маловероятно. Однако испарение с поверхности вполне возможно и наблюдается в действительности. Можно также ожидать кипение в поверхностных перегретых слоях ванны. Так, например, судя по расчету, давление паров цинка при тех же концентрациях может превысить внешнее давление при температуре 1200— 1300 °С.
