Алюминиевые колесные диски: варить или не варить?

• В чем особенность аргоновой сварки
• Преимущества аргоновой сварки
• Какие дефекты дисков можно устранить аргоновой сваркой
• Особенности процесса сварки
• Подготовительные процедуры
• Процесс сварки
• Рекомендации

Легкосплавные диски придают автомобилю стильный внешний вид, имеют большой эксплуатационный срок, способны выдерживать высокие нагрузки на неровностях дорожного покрытия. Благодаря их практичности, они используются на большинстве современных автомобилей. Какими надежными не бы ли бы легкосплавные диски, низкое качество отечественных дорог рано или поздно приведет к возникновению трещин, сколов и прочих дефектов, которые исключают дальнейшую возможность использования диска.

Для ремонта и реставрации поврежденного диска потребуются сварочные работы. Если для сварки стальных дисков подойдет любой метод, то для легкосплавных используются специальные технологии. Одним из вариантов, обеспечивающим полное восстановление технических параметров диска, является аргоновая сварка. Если варить диск в воздушной среде, шов через короткое время повредится и потребуется повторный ремонт. Выполнение сварки с применением аргона исключает окисление шва, обеспечивая ему высокую прочность и однородность практически, как у основного металла диска.

В чем особенность аргоновой сварки

Легкосплавные диски в своем составе имеют активные металлы: алюминий и магний. Их особенностью является то, что в обычных условиях, в процессе нагревания, на поверхности происходит окисление, что не позволяет сваривать две детали обычным способом. В этом случае применяется аргонно-дуговая сварка, предусматривающая применение защитной ванны из аргона.

Аргон является инертным газом и не вступает в химическую реакцию с разогретыми металлами во время сварки. Подача этого газа в область сваривания формирует защитную среду, которая исключает попадание молекул кислорода к соединяемым деталям. Это исключает их окисление и позволяет получить прочный и надежный шов, который впоследствии будет выдерживать огромные нагрузки.

Подготовка поверхностей

Сварка литых дисков аргоном начинается с подготовки поверхности. Для того чтобы просто заварить трещину, вам нужно будет её немного расширить и удалить краску с поверхности диска на расстоянии от трещины не меньше 1 сантиметра в обе стороны.

Если же необходимо отремонтировать скол, то нужно будет потрудиться над диском и тем куском, который будет привариваться к нему.

Идеальный вариант, когда кусок является частью этого же диска. Но если вы собираетесь приваривать кусок от другого диска, то для начала нужно перепроверить составы поверхностей, которые будут подвергаться сварке.

В этом случае при неправильном подборе материала вся работа окажется напрасной. Совсем несложно под размер скола подогнать заимствованный кусок. Для этих целей необходимо приклеить лист бумаги к повреждённой части и границы скола обвести карандашом. Приложите бумагу на часть, которую собираетесь приваривать, и на поверхность перенесите полученный контур. Именно по ним вырезается заплатка.

Детали в месте скола и место сварки зачищаются от неровностей и краски на расстоянии не менее 1 сантиметра. Это делается при помощи болгарки. Иными способами зачистить изделие от краски будет сложно. Потому что у этой краски специфический состав и она держится отлично на поверхности. Краска в процессе сваривания будет гореть, выделяя большое количество очень едкого дыма. Именно из-за этого сваривать колёсные диски необходимо в помещении, где хорошая вытяжка или которое хорошо проветривается.

Не стоит приступать к ремонту сразу же, если у вас нет опыта сварочных работ. Для начала нужно приобрести хотя бы какие-то навыки, а уже после этого начинать непосредственно ремонт вашего изделия. Освоить навыки работы можно на любых изделиях, изготовленных из алюминия. Не помешает присутствие при этом человека с опытом.

Преимущества аргоновой сварки

• возможность сваривания цветных и активных металлов;
• высокая надежность получаемого шва;
• швы представляют собой единое целое со свариваемыми деталями;
• после обработки и подкраски швы визуально не выделяются;
• исключается окисление сварного шва благодаря использованию аргоновой защиты области сварки;
• незначительное нагревание свариваемых деталей, что исключает их деформацию;
• высокая скорость выполняемых работ.

Состояния алюминиевых сплавов

Кованые алюминиевые диски из деформируемых сплавов 6082 и 6061 упрочняют путем закалки и искусственного старения (состояние Т6).

Литые диски или их элементы из сплава AlSi7Mg0,3 могут подвергаться термическому упрочнению путем закалки и искусственного старения (состояние Т6) или применяться без термического упрочнения, то есть в литейном состоянии (состояние F).

Литые диски из сплава AlSi11Mg обычно не подвергают термическому упрочнению (состояние F) [2, 6].

Термически неупрочняемые сплавы серии 5ххх могут получать при изготовлении или ремонте нагартованные состояния, которые обозначаются Hхх.

Какие дефекты дисков можно устранить аргоновой сваркой

Вследствие динамических нагрузок на колесных дисках могут появиться разные дефекты. С помощью аргонно-дуговой сварки можно устранить следующие:

• трещины;
• глубокие разломы;
• глубокие царапины и задиры;
• сколы;
• отсутствие фрагментов диска.

В процессе устранения дефектов важна высокая точность работ и профессионализм мастера. Это позволит исключить дисбаланс диска и возможные биения в процессе его эксплуатации.

Основные типы алюминиевых колесных дисков

Цельный литой диск

Это наиболее широко распространенный тип алюминиевых колесных дисков. Доля цельных – монолитных – литых дисков в общем количестве всех алюминиевых дисков к 2012 году составляла: 80 % в Европе, 85 % – в США и 93 % – в Японии [6].

Диск из двух частей (обод из листа + литая ступица)

Передняя часть диска – ступица – изготавливается литьем, обод получают прокаткой или экструзией [2]. Эти две части соединяются друг с другом болтами, стальными или титановыми. Исходный лист – из алюминиево-магниевого сплава, обычно из сплава 5454 [2, 3]

Диск из двух частей (обод и ступица из листа)

Обод и ступицу изготавливают методами обработки металлов давлением – горячей или холодной: глубокой высадки, прокатки, штамповки, ковки и т. п. Обе части соединяют сваркой. Исходный лист – из алюминиево-магниевых сплавов, чаще всего из сплава 5454 [2]

Диск из трех частей

Ступицу и спицы сложной формы получают литьем. Обод состоит из двух половинок, которые изготавливают прокаткой или экструзией. Обод болтами или сваркой соединяют со ступицей [2].

Цельный диск: литье + катаный обод

Этот процесс комбинирует литейную технологию с методами обработки металлов давлением для формирования обода, горячей или холодной.

Кованый диск

Механические характеристики кованых колесных дисков являются самыми высокими из всех типов, представленных на рынке. Их получают путем механической обработки кованых заготовок из алюминиевых сплавов 6061 и 6082.

Диск из заготовки в полутвердом состоянии

Этот тип дисков мало распространен из-за их ограниченного производства. Их механические характеристики аналогичны характеристикам кованых дисков. На отливке в полутвердом состоянии раскатывают обод методами обработки металлов давлением или центральную часть диска, которую соединяют болтами или сваркой с ободом [2].

Особенности процесса сварки

Сварка с использованием защитной среды инертного аргона может осуществляться с применением плавящих и не плавящих электродов. Их диаметр подбирается в зависимости от характеристики соединяемых деталей. В зависимости от состава металла свариваемого диска выбирается вид присадочной проволоки. Различают три способа аргонно-дуговой сварки:

• ручной с использованием не плавящегося вольфрамового электрода;
• автоматическая с использованием аргона и плавящихся электродов;
• автоматическая с использованием аргона и не плавящихся электродов;

Для ремонта колесных дисков в условиях автомастерских в основном применяется ручная сварка с использованием не плавящегося электрода.

Выбор типа сварки и электрода

Очень важным этапом является выбор электрода. Это сделать непросто, потому что при отклонениях от заданного состава могут быть нежелательные последствия. Очень часто бывали случаи, когда после сварки литых дисков в специализированных мастерских их рекомендовалось применять только для запаски.

Мастер подобрал неправильный тип электрода для сварки — именно по этой причине получился ненадёжным сварочный шов.

Есть два вида аргоновой сварки:

1. С ручной подачей электрода.
2. С автоматической подачей.

Аппарат автоматический позиционируется как более современная и надёжная техника. Правда, недостаток его в том, что с ним сможет работать только специалист. А если говорить точнее, то только опытный пользователь сможет настроить аппарат правильно на определённую марку сплава.

Обычному же человеку будет проще справиться с более дешёвым аппаратом, в котором подача электрода осуществляется вручную. Его работа не хуже автоматического, вот только приловчиться к нему гораздо проще.

Подготовительные процедуры

Чтобы получить качественное и надежное соединение, свариваемые поверхности изначально следует подготовить. Этот процесс включает:

• разделку сколов и трещин;
• засверливание концов трещин для снятия излишнего напряжения металла;
• очистка свариваемых поверхностей от оксидной пленки;
• обезжиривание свариваемых кромок.

Если ремонт диска предусматривает наваривание недостающего элемента, следует позаботиться о выборе заплатки из металла с аналогичным составом, что и сам диск (сваривать нужно только однородные составы).

Порядок выполнения работ

После подготовки поверхности и приобретения хотя бы какого-то опыта можно приступать к ремонту дисков. Порядок работы таков:

1. Место сварки прогрейте горелкой. При этом нужно следить, чтобы металл не перегрелся.
2. Поднесите электрод к месту шва после появления определённого цвета (он зависит от материала изделия). Если вы будете соблюдать все правила, то металл с электрода расплавится быстро и заполнит швы.
3. При приваривании дискового скола не помешает прихватить его по краям. Так вы закрепите положение заплатки. После этого можно сваривать элементы по всей их длине.
4. Шов при правильной сварке должен быть виден с двух сторон. Жидкий горячий металл должен заполнять пространство полностью и входить в металлическую структурную решётку диска.

При большой толщине диска сварка проводится в несколько этапов с двух сторон. Швы при этом накладываются друг на друга. Такая сварка гораздо надёжнее. После того как диск полностью остынет его следует зашлифовать и подготовить к работам по покраске. В этом вам поможет болгарка со шлифовальной и заточной насадками. После полной обработки поверхности литой восстановленный диск готов к дальнейшему использованию.

Процесс сварки

Для сварки легкосплавных дисков используется режим с обратной полярностью.

Прут	Применение
1070	АД1, Амц
1100	АД1, Амц
1450	С добавлением титана. Применяется для сварки алюминия и его сплавов в авиастроении и пищевой промышленности.
4043	Для сварки литейных Al и Si сплавов АД31, АД33, АД35 (Блоки ДВС, опорные плиты, рамы и тд.)
4047	С добавлением кремния, для увеличения текучести и снижение усадочных деформаций
5087	С добавление Zn, для снижения вероятности возникновения горячих трещин. Применяется для сварки сплавов AL с содержанием до 5% Mg
5183	Пищевая промышленность, морское судостроение. Для сварки Al-Mg; Al-Mn сплавов.
5356	AMg3, AMg4, AMg5, AMg6
5554	Ёмкости для хранения химических материалов, рамы и колесные диски авто.
5556	Для сварки тавровых соединений Al-Mg.
5754	Для сварки Al-Mg сплавов. Шов обладает высокой прочностью и стойкостью к коррозии.

К диску подключается «масса», а к электроду подается положительный потенциал. В этом случае область повышенной температуры локализуется возле электрода, исключая чрезмерное перегревание свариваемой области диска.

На инверторе устанавливается сила тока сварки. Сваривание тонких областей диска выполняется на токе до 120 А, а для утолщенной части он увеличивается до 140 А.

Чтобы сформировать защитную инертную среду подача аргона включается за 15…20 сек до начала сварки. Выключать аргон также следует немного позже завершения сварочного процесса – ориентировочно через 5…10 сек.

После подачи рабочего тока горелку с электродом максимально близко преподносят к свариваемым поверхностям, но без контакта. Оптимальным расстоянием будет около 2 мм. Удерживание электрода на таком расстоянии позволит хорошо прогреть соединяемые части (не перегрев их), получая качественный и высоконадежный шов.

Горелку с присадочной проволокой следует медленно перемещать вдоль направления формируемого шва. Присадочная проволока вводится в область действия дуги без резких движений.

В ходе сварки нужно следить, чтобы не касаться электродом свариваемых поверхностей. Контакт электрода с поверхностью может привести к загрязнению дуги и затруднению выполнения сварки.

Для розжига рабочей дуги пользуются осцилляторами, которые преобразуют сетевой ток в высокочастотные импульсы с напряжением 2…6 кВ и частотой 0,15…0,5 кГц. Импульсы с такими параметрами позволяют быстро поджечь дугу без потребности в контакте электрода со свариваемой поверхностью.

Алюминиевые сплавы для автомобильных дисков

Алюминиевые литейные сплавы

Литые диски изготавливают из литейных алюминиево-кремневых сплавов с содержанием кремния от 7 до 12 %.

В США и Японии применяют практически только алюминиевый сплав AlSi7Mg0,3 в термически упрочненном состоянии Т6. Это сплав имеет номинальное содержание кремния 7 % и магния – 0,3 %. В США аналогичный сплав имеет обозначение А356.0.

Тот же сплав AlSi7Mg0,3 применяется и в Европе, причем как с термическим упрочнением, так и без термического упрочнения. В Германии и Италии применяют сплав AlSi11Mg (номинальное содержание кремния 11 %, магния – 1 %), обычно без термического упрочнения [6].

Таблица 1 – Литейные алюминиевые сплавы, применяемые в колесных дисках

Деформируемые алюминиевые сплавы

Цельные кованые диски изготавливают из следующих деформируемых алюминиевых сплавов:

• 6082 (в Европе)
• 6061 (в США);

Сплавы 6082 и 6061 относятся к серии 6ххх. Основные легирующие элементы – магний и кремний (номинальные содержания – до 1 %). Являются термически упрочняемыми.

Листовой алюминий, который применяют при изготовлении колесных дисков, обычно состоит из алюминиевого сплава 5454. Сплав 5454 относится к серии 5ххх. Основным легирующим элементом является магний с номинальным содержанием 3 %. Является термически неупрочняемым. Повышенную прочность может достигать за счет холодной пластической деформации – нагартовки.

Таблица 2 – Деформируемые алюминиевые сплавы, применяемые в колесных дисках

Рекомендации

Выбор присадочной проволоки

Качество создаваемого шва во многом зависит от корректного выбора проволоки с присадками. Есть проволоки с добавками Si, Zn, Ti. Их выбирают в зависимости от химического состава сплава, используемого для производства дисков. У разных производителей он отличается. Поэтому, перед сваркой нужно изучить технический паспорт диска, в котором указан его состав или использовать в помощь специальную базу, с информацией о составе металла для производства дисков известными брендами.

Разделывание дефектов

В местах дефектов глубиной до 3 мм разделка предусматривает создание V-образных краев. В утолщенной части диска трещину разделывают в форме буквы «Х». Чтобы снять излишнее напряжение у концов трещин высверливают 2-миллиметровые отверстия. Скол борта нужно выравнивать болгаркой.

Перед наплавкой продольной трещины ее нудно прорезать насквозь, чтобы исключить дальнейшее растрескивание. Для поперечных трещин достаточно их прорезать, чтобы кромки сделать ровными.

Ремонт скола

От глубины скола зависит количество наплавляемых слоев, длина шва не должна превышать 30 мм. Стежки каждого следующего слоя должны быть перпендикулярными к предыдущему. Валик следует делать с запасом, чтобы исключить появление углублений после шлифовки места сварки.

Самый эффективный метод ремонта

Наиболее эффективным методом восстановления дисков является аргонная сварка, предполагающая сплавление возникших трещин посредством электрической дуги в среде защитного газа (аргона).

К достоинствам этого вида сварочных работ относят следующее:

• при работе с инертным газом нет необходимости в специальной подготовке изделий (исключая тщательную зачистку повреждённых мест);
• при сварке в аргоновой среде на восстанавливаемых поверхностях не образуется оксидная плёнка;
• ремонт дисков этим способом позволяет восстанавливать литые поверхности в самых уязвимых и труднодоступных местах.

К особенностям этого метода сварки относят необходимость применения при ремонте материала, характеристики которого должны соответствовать свойствам металла, используемого при изготовлении колес.

Перед сваркой дисков аргоном обязательно следует выяснить химический состав их материала, указываемый в наносимой на изделие маркировке.

При подготовке к восстановлению также нужно обратить внимание на степень повреждения дисков, что позволит правильно подобрать мощность электродугового аппарата (инвертора).

Наплавка

Встречается еще один дефект – это скол кромки борта диска. Чтобы его заделать, придется воспользоваться не сваркой, а наплавкой. По сути, присадочная проволока своим расплавленным металлом будет заполнять отсутствующую часть послойно. Для этого надо будет выставить сварочный аппарат на ток – 12-140 ампер.

Все слои укладываются аккуратно с переходом на целую часть кромки борта. Излишки металла в процессе шлифовки будут убираться, и наплавленная кромка будет подгоняться под необходимые размеры и форму.

Если все проделанные с дефектами операции вам показались неудовлетворительными, то наплавленный металл можно удалить, и процедуру по ремонту литых дисков можно повторить еще раз, учитывая ошибки. Чтобы этого не случилось, необходимо под сварочный участок подкладывать отводящие температуру подкладки (медные или из нержавейки).