Утворення бар'єрного шару
Утворення бар'єрного шару — це виникнення крихких інтерметалічних фаз (наприклад, Fe2Al5) безпосередньо в зоні з'єднання, коли алюміній і сталь короткочасно плавляться під час зварювання. Цей твердий, схильний до тріщин шар розділяє обидва матеріали і руйнується при навантаженні негайно.
Фізико-хімічний механізм дії
На межі поділу між рідким алюмінієм і твердою сталлю атоми заліза та алюмінію дифундують один в одного. При охолодженні утворюються крихкі інтерметалеві фази, такі як FeAl3 або Fe2Al5. Ці фази мають дуже впорядковану кристалічну структуру без площин ковзання і досягають твердості до 1000 HV. Товщина шару зростає експоненціально з підвищенням температури та часу контакту. Швидке охолодження заморожує тонкий, але твердий шар.
Металургійне значення та ризики при зварюванні
Крихкий шар майже не має здатності до деформації. Під дією усадочних напружень при охолодженні вздовж шару одразу виникають тріщини. З'єднання руйнується вже при незначному навантаженні. Починаючи з товщини шару близько 10 µm, весь шов стає непридатним. Різне теплове розширення алюмінію та сталі створює додаткові напруження. Можуть утворюватися пори, якщо оксиди або волога захоплюються в зоні з'єднання.
Практика в майстерні та вказівки до дій
Утворення бар'єрного шару можна лише мінімізувати, а не повністю запобігти. Тримай час контакту зварювальної ванни менше 0,5 секунд. Обмежуй підведення тепла короткою дугою, високою швидкістю зварювання та низьким струмом. Мета — товщина інтерметалевого шару менше 5 µm. Використовуй перехідні вставки з вибухово-плакованого алюмінію-сталі або застосовуй зварювання тертям чи лазерне зварювання з точним контролем енергії. Ретельно очищай поверхні з'єднання та видаляй оксидні шари. Уникай попереднього нагріву сталі, оскільки тепло прискорює дифузію.