Особенности изготовления алюминиевых конструкций

Упрочненный алюминий как строительный материал обладает рядом положительных технологических свойств, благодаря которым ассортимент алюминиевых полуфабрикатов и заготовок может быть очень обширным. При сравнительно небольшом нагреве (до 7=623/723 К) из этого металла прессованием можно получить профили разнообразной конфигурации, а путем проката — листы от самых тонких, типа фольги, до плит толщиной 20 мм и выше. Из листов холодной гибкой или штамповкой можно изготовить гнутые профили проката, фигурные листовые панели и строительные детали. Форма таких полуфабрикатов может быть разной в зависимости от эксплуатационных требований.

Основной особенностью изготовления алюминиевых конструкций является то, что в процессе изготовления происходит не только сборка конструкций из профилей и полуфабрикатов, но и изготовление самих профилей и полуфабрикатов. Получение как прессованных, так и гнутых профилей относится к сложным металлургическим процессам. В зависимости от способа изготовления полуфабрикатов выбираются, а иногда и заново могут разрабатываться алюминиевый сплав и способ его упрочнения. В связи с этим проектировать новый профиль или новую панель может только инженер, хорошо знающий технологические возможности и требования прессования, гибки и штамповки.

Естественно, такие технологические условия требуют более совершенной организационной структуры процессов проектирования алюминиевых конструкций, деталей, изготовления полуфабрикатов, обработки полуфабрикатов и изготовления самой конструкции. Отсюда следует, что второй особенностью изготовления алюминиевых конструкций является то, что в данном случае роль проектировщика тесно переплетается с ролью металлурга, технолога-изготовителя всей конструкции и монтажника-строителя.

Проектировщик вместе с технологом должен отработать форму прессованных, гнутых, штампованных деталей и всю конструкцию таким образом, чтобы в процессе сборки и соединения максимально были упразднены дополнительные многодельные операции механической обработки: строжка кромок, резка, сверление, а также соединение ручной сваркой, ручной клепкой и т. д. Необходимо, чтобы при изготовлении алюминиевых конструкций подавляющее число процессов было автоматизировано, а отдельные элементы изготавливались на поточных линиях с помощью роботов. Большие перспективы при сборке на заводе и монтаже дает применение соединений на замках и защелках с клеевой смазкой касающихся поверхностей парных профилей. Заслуживает внимания также соединение этих парных элементов с запрессовкой под давлением. Такое соединение может воспринимать значительные скалывающие усилия.

Алюминий и его сплавы отличаются от стали своими теплофизическими свойствами:

Высокая теплопроводность и теплоемкость, большая скрытая теплота плавления требуют для расплавления металла мощного источника тепла при сварке. В алюминиевые сплавы обычно не входят компоненты, раскисляющие сварочную ванну и легирующие шов. Наоборот, алюминий дает стойкие окислы, более тяжелые, чем основной металл, и ухудшающие качество шва. На поверхности сварочной ванны и конце плавящегося электрода образуется пленка окиси алюминия с высокой температурой плавления (=2323 К), что затрудняет сварочный процесс.

Алюминий хорошо растворяет газы, это является причиной пористости сварных швов при некоторых видах сварки. Основным порообразователем является водород, попадающий во время сварки из влаги воздуха, флюса, обмазки, инертных газов, присадочного металла или продуктов сгорания. Из-за быстрого охлаждения шва водород не успевает выйти из металла и образует поры.

При температурах выше 573—623 К алюминиевые сплавы имеют небольшую прочность и низкую пластичность. В результате неравномерного нагрева и остывания изделия плохо сопротивляются образованию трещин и провалам сварочной ванны.

Вследствие теплового влияния дуги в околошовной зоне термообработанных и нагартованных сплавов происходит отжиг. Под влиянием теплового поля, источником которого является дуга, различные точки шва и околошовной зоны подвергаются разной термической обработке, в результате в указанных областях металл имеет неоднородную структуру.

Из-за малой объемной массы для сварки алюминия требуются легкоплавкие флюсы, иначе затрудняется удаление шлаков, которые могут остаться в шве. Алюминий и его сплавы имеют большую усадку при переходе из расплавленного состояния в твердое; с другой стороны, коэффициент линейного расширения алюминиевых сплавов почти в 2 раза больше, чем у стали, что вызывает в сварных алюминиевых конструкциях значительные деформации.

Все эти особенности служили причиной того, что сварка алюминия и его сплавов долго не была освоена. Только изыскание своеобразных методов, как например сварка в среде аргона, позволили разрешить проблему соединения этого металла путем плавления.

Процесс клепки алюминиевых конструкций имеет свою специфику. Упрочненные термообработкой или нагартовкой алюминиевые сплавы при горячей клепке получают отжиг вокруг заклепочных отверстий, что значительно ослабляет все соединение. Поэтому при изготовлении применяется холодная клепка, которая требует больших давлений для образования замыкающих головок заклепок. В связи с этим необходимо применение специального клепального оборудования.

В соответствии с классификацией алюминиевых конструкций изготовление различных их типов может быть объединено на отдельных участках и в цехах, в связи с чем специализация технологических потоков включает изготовление: отдельно стоящих каркасов и каркасов под ограждение; рельефно-монококовых листовых конструкций, рельефных панелей ограждения и панельно-каркасных конструкций; гладких листовых конструкций; прессованных и гнутых строительных деталей (карнизов, импостов, решеток и т. п.); переплетов и витражей.

Каждый поток состоит из ряда технологических процессов. Основные из них следующие: прессование профилей, гибка профилей и деталей, листовая штамповка, разметка, механическая обработка (резка, пробивка дыр, сверление, фрезерование и др.), термическая обработка деталей, соединение их сваркой, клепкой, болтами, склеиванием, правка заготовок, защита от коррозии, контрольная сборка, хранение полуфабрикатов.