Особенности сварки алюминия

этот метод сварки алюминия наиболее редко применяется в промышленности.

Отличие от ручной дуговой сварки стальных металлоконструкций заключается в

том, что алюминий имеет значительно более высокую теплопроводность, чем

сталь (см. п.1). Это приводит к тому, что шлак при ручной дуговой сварке не

успевает, в ряде случаев, удаляться из расплавленного металла сварного

соединения ввиду малого времени нахождения сварочной ванны в расплавленном

состоянии и остается в соединении в виде дефектов.

Защитные (инертные) газы. Для защиты расплавленного металла сварочной

ванны и проволоки при сварке алюминия и его сплавов применяются инертные

газы и их смеси: аргон высшего или первого сорта по ГОСТ 10157 –79 и гелий

особой или высокой чистоты по ГОСТ20461-75. Инертные газы аргон и гелий

поставляются в баллонах.

Вольфрамовые электроды. Вольфрам – самый тугоплавкий из известных

металлов (по температуре плавления он уступает только углероду).

Температура плавления вольфрама равна 36000С, удельный вес 19,3 г/см3, он

обладает весьма малой летучестью при высоких температурах и имеет низкий

коэффициент теплопроводности. Вольфрамовые электроды изготавливаются по

ГОСТ 23949-80. Они различаются по легированию, которое уменьшает работу

выхода электронов и соответственно срок службы электродов. Электроды бывают

чистые (ЭВЧ), лантанированные(ЭВЛ), иттрированные (ЭВИ), торированные

(ЭВТ). Характеристики наиболее распространенных электродов в табл. 1.5.

Таблица 1.5

Характеристики наиболее распространенных электродов [8]

|Марка электрода |Содержание примесей, |Диаметр прутка или |

| |мас. % |проволоки, мм |

|ЭВЧ |0,5; |1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0;|

| | |4,0; 5,0; 6,0; 8,0;10,0 |

|ЭВЛ |(1,1-1,4) окиси лантана |1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0;|

| |(LaO) |4,0; 5,0; 6,0; 8,0;10,0 |

|ЭВИ-1 |(1,5-2,3) окиси иттрия |2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0;|

| |(Y2O3) |8,0;10,0 |

|ЭВИ-2 |(2,0-3,0) окиси иттрия |2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0;|

| |(Y2O3) |8,0;10,0 |

|ЭВИ-3 |(2,5-3,5) окиси иттрия |2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0;|

| |(Y2O3) |8,0;10,0 |

|ЭВТ-15 |(1,5-2,0) двуокиси |2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0;|

| |тория(ThO2) |8,0;10,0 |

Электроды, применяемые при аргонодуговой сварке необходимо затачивать. Это

повышает стабильность работы аргонодуговой установки и качество сварного

соединения.

Покрытые электроды. Для сварки алюминия и его сплавов применяют следующие

наиболее распространенные марки покрытых электродов, производства России и

других стран [4,5]:

Электрод Свариваемый сплав

ОЗА 1 Технический алюминий

ОК 96.10 («ESAB») Технический алюминий

ОЗА2 Литой сплав типа АЛ-4

ОК 95.50 («ESAB») Литой сплав типа АЛ-4

МВТУ Сплавы типа АМц

АФ1 Сплавы типа АМг, АМц

ОК 96.20 («ESAB») Сплавы типа АМг, АМц

А1Ф Сплавы типа АМц, силумин

Состав электродных покрытий для сварки алюминия и его сплавов для некоторых

из перечисленных марок электродов приведен в табл. 1.6.

Таблица 1.6

Состав некоторых электродных покрытий для сварки алюминия и его сплавов,

мас. % [5]

|Компонент |Марки покрытия |

|ОЗА1 |ОЗА 2 |МВТУ |АФ1 |А1Ф |

|Хлористый натрий |18,2 |30 | | |18,0 |

|Хлористый калий |32,5 |50 |20,0 | |32,0 |

|Хлористый литий |9,1 | |24,0 | |9,0 |

|Фтористый калий | | |39,0 | | |

|Криолит |35,0 20 | | |35,0 33,0 | |

|Фтористый натрий |5,2 | |17,0 | |5,0 |

|Ферросилиций | | | | |3,0 |

|Флюс АФ-4А | | | |65,0 | |

С течением времени при хранении электроды увлажняются, поэтому перед

сваркой их необходимо подсушить при температуре 150 – 200 0С.

Сварочные флюсы. Для полуавтоматической сварки под слоем флюса применяют

флюсы АН-А1, АН-А4, 48-АФ-1, МАТИ-1а, МАТИ-10.Состав флюсов в табл. 1.7.

Таблица 1.7

Состав флюсов для сварки алюминия и его сплавов, мас.% [5]

|Компонент |Марка флюса |

|АН-А1 |АН-А4 |48-АФ-1 |МАТИ-1а |МАТИ-10 |

|Хлористый натрий | | | | | |

|20,0 | | | | | |

|Хлористый калий |50,0 |57,0 |47,0 |47,0 |30,0 |

|Хлористый литий | | | |8,0 | |

|Фтористый барий | |28,0 47,0 | | |68,0 |

|Фтористый натрий | | | |42,0 | |

|Фтористый калий | | |2,0 | | |

|Фтористый литий | |7,5 | | | |

|Фтористый алюминий | |7,5 | | |2,0 |

|Криолит |30 | |3,0 | | |

|Фторцирконат калия | | |2,0 | | |

|Окись хрома | |2,0 | | | |

Флюс должен храниться в герметически закрываемой таре, а перед

употреблением просушиваться при температуре 200 – 250 0С в течении 2 часов.

Наиболее приемлемым типом сварного соединения для алюминия является

стыковое. Соединений внахлестку и тавровых избегают, так как возможно

затекание шлака в зазоры, из которых его трудно удалить при промывке после

сварки. Наличие шлака в зазоре может вызвать коррозию металла. Поэтому,

этот метод сварки алюминия наиболее редко применяется в промышленности.

Отличие от ручной дуговой сварки стальных металлоконструкций заключается в

том, что алюминий имеет значительно более высокую теплопроводность, чем

сталь (см. п.1). Это приводит к тому, что шлак при ручной дуговой сварке не

успевает, в ряде случаев, удаляться из расплавленного металла сварного

соединения ввиду малого времени нахождения сварочной ванны в расплавленном

состоянии

и остается в соединении в виде дефектов.

2.2. Аргонодуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом с подачей

присадочной проволоки (ТIG).

Аргонодуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом с подачей

присадочной проволоки (ТИГ) наиболее распространенный способ сварки,

применяющийся для изготовления сварных конструкций из алюминиевых сплавов

ответственного назначения. Основным преимуществом процесса дуговой сварки

вольфрамовым электродом в среде защитного газа является отсутствие шлаковых

включений, возможность работы на малых токах дуги (от 5А), возможность

сварки тонких листов, включая фольгу, высокая устойчивость горения дуги во

всем диапазоне токов, технологичность процесса. Благодаря этому процесс

широко используется при сварке алюминия и его сплавов.

2.2.1. Сварка вольфрамовым электродом переменным

симметричным током.

Питание дуги осуществляется переменным током от источников с падающими

внешними характеристиками. Существует справедливое мнение, что

аргонодуговую сварку необходимо производить на штыковых или крутопадающих

внешних вольт-амперных характеристиках. Это обусловлено тем, что в

указанном случае минимален пусковой бросок тока, что резко улучшает

свойства сварного соединения. Переменный ток дуги при сварке алюминия

обеспечивает разрушение окисной пленки. Для повышения стабильности горения

электрической дуги и эффективного разрушения окисной пленки, кроме падающей

внешней характеристики источника и постоянной работы осциллятора используют

дополнительную индуктивность (дроссель) в цепи дуги (обеспечивает

дополнительную ЭДС самоиндукции и не позволяет погаснуть электрической

дуге). Осцилляторы выполняют две функции – бесконтактное зажигание

электрической дуги и стабилизацию сварочного тока в момент прохождения

через ноль специальными стабилизаторами, синхронизированными со сварочным

током и включенными, как правило, параллельно электрической дуге. Последние

устройства обычно совмещают с осцилляторами. Электрическая дуга горит между

изделием и неплавящимся вольфрамовым электродом. Для повышения стабильности

горения электрической дуги рекомендуется тщательно затачивать конец

вольфрамового электрода. Симметричность тока обеспечивает равную

проплавляющую и очищающую способность электрической дуги. Это самый простой

и распространенный способ аргонодуговой сварки.

2.2.2. Сварка вольфрамовым электродом переменным

асимметричным током.

По сравнению с аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом

симметричным током, сварка асимметричным током алюминиевых сплавов

расширяет технологические возможности за счет регулирования параметров тока

прямой и обратной полярности. Как правило, регулировка асимметричности

осуществляется в пределах 30% от амплитудного значения параметра.

Преобладание составляющей тока прямой полярности приводит к увеличению

глубины проплавления и скорости сварки, а также к повышению стойкости

вольфрамового электрода. Преобладание тока обратной полярности улучшает

очистку свариваемого металла от окисной пленки и улучшает качество

формирования шва. Выбор правильного режима сварки в этом случае является

задачей технолога.

Для аргонодуговой сварки алюминиевых сплавов неплавящимся вольфрамовым

электродом переменным асимметричным током используются установки УДГУ-

351АС/DC и УДГУ-501AC/DC.

2.2.3. Импульсная сварка вольфрамовым электродом.

В ряде случаев целесообразно использовать сварку вольфрамовым

электродом импульсной дугой. Подача импульсов осуществляется, как правило,

с частотой до 50 или свыше 100Гц и эти импульсы накладываются на базовое

напряжение на дуге. Импульсы имеют остроугольную или прямоугольную форму и

служат для улучшения формирования сварного шва (при частоте следования 1-50

Гц) и для улучшения удаления окисной пленки (при частоте следования более

100 Гц). Наиболее часто такие импульсы применяются при сварке

тонколистового металла. Для сварки в импульсном режиме выпускаются

приставки к установкам УДГУ-351АС/DC и УДГУ-501AC/DC (типа ППС-01 -пульт

пульсирующей сварки). Пульт пульсирующей сварки ППС-01 позволяет

регулировать максимальное и минимальное значения импульсов тока, а

также их продолжительность. В стандартном исполнении он позволяет

регулировать частоту следования импульсов до 10 Гц, по спецзаказу- до 30Гц.

Это обеспечивает снижение вероятности прожогов свариваемого металла и

улучшает формирование сварного соединения.

2.3. Плазменная сварка.

Плазменная сварка является дальнейшим развитием и усовершенствованием

аргонодуговой сварки вольфрамовым неплавящимся электродом. Плазменная

сварка – это сварка плавлением, при которой нагрев производится сжатой

дугой. Сжатая дуга – это дуга, столб которой сжат с помощью сопла

плазменной горелки, потока газа или внешнего электромагнитного поля.

Промышленное развитие получили сварочные плазменные горелки, где

стабилизация и сжатие дуги осуществляется с помощью сопла плазменной

горелки и потока плазмообразующего газа.

При свободном горении дуги температура столба достигает 5000-6000К и

столб дуги имеет форму усеченного конуса (рис.2.2, а). При ограничении

возможности свободного расширения дуги температура ее возрастает. Кроме

того, при сжатии столб дуги принимает практически цилиндрическую форму

(рис.2.2, б), стабилизируется анодное пятно на изделии, тепловой поток

становится более сосредоточенным, глубина проплавления возрастает,

снижается нагрев основного металла, прилегающего к шву.

[pic]

Рис.2.2. Схемы сопловых частей аргонодуговой (а) и плазменной (б) горелок

Сжимающее дугу сопло, через которое проходит плазма, имеет два важных

размера – диаметр выходного отверстия dc и длину lc. Расстояние, на котором

установлен электрод от выходного отверстия сопла, называется углублением

электрода ly, а расстояние между внешней поверхностью (торцом) сопла и

свариваемым изделием – рабочим расстоянием Н. Рекомендуется длину

цилиндрической части сопла lc выполнять в диапазоне 0.5-2 dc . Соотношение

lc/ dc носить название калибра и является важной характеристикой сварочной

плазменной горелки, так как определяет давление сжатой дуги на сварочную

ванну и возможность возникновения аварийного режима работы горелки –

двойного дугообразования (дуга горит между электродом и соплом, соплом и

изделием). Чем меньше длина цилиндрической части сопла, тем меньше

вероятность возникновения этого аварийного режима.

По сравнению с аргонодуговой сваркой неплавящимся вольфрамовым электродом

плазменная сварка имеет следующие преимущества:

• Меньшее влияние возможного изменения расстояния от торца сопла до изделия

на геометрические размеры зоны проплавления;

• Меньшее влияние изменения тока на форму дуги, а, следовательно, и на

стабильность проплавления металла;

• Высокая надежность зажигания дуги благодаря дежурной дуге;

• Отсутствие включений вольфрама в сварном соединении;

• Повышенная скорость сварки;

• Меньшее тепловложение и, следовательно, коробление изделий.

Если принять одинаковую скорость сварки, то при плазменной сварке необходим

ток в два раза меньший по сравнению с аргонодуговой сваркой, сварные швы

более узкие и с уменьшенной зоной термического влияния, благодаря чему

уменьшается деформация конструкций. Недостатком плазменной сварки является

то, что применяются водоохлаждаемые плазменные горелки и значительно

усложняется и удорожается оборудование.

Плазменная сварка алюминия и его сплавов в связи с необходимостью

разрушения и удаления окисной пленки выполняется сжатой дугой постоянного

тока обратной полярности. Электрод в такой горелке служит анодом. В табл.

2.4 приведены рекомендуемые значения допустимого сварочного тока прямой и

обратной полярности для вольфрамовых электродов различных марок и

диаметров.

Таблица 2.4.

Допустимые значения постоянного тока прямой и обратной полярности для

электродов различных марок [8]

|Диаме|Максимальный сварочный ток (А) для вольфрамовых электродов при |

|тр |полярности |

|элект| |

|рода,| |

|мм | |

|ЭВЧ |ЭВЛ |ЭВТ-15 |ЭВИ-3|

|прямой |обрат|прямой |обрат|прямой |обрат|прямой |обрат|

| |ной | |ной | |ной | |ной |

|Постоянный |87 |33 |23 |1,8 |225 |

|(обратная | | | | | |

|полярность)| | | | | |

|Переменный |220 21 |20 |2,0 |415 | |

Механические свойства сварных соединений из сплава АМг6 толщиной 3,2 мм,

выполненных на постоянном токе обратной полярности следующие: предел

прочности .В = 32,3 – 33,4 кгс/мм2 (316,9 – 327,7 МПа), угол загиба . = 78

– 81 град. [5]

2.4. Механизированная аргонодуговая сварка плавящимся электродом.

2.4.1. Механизированная сварка плавящимся электродом непрерывным током

Механизированную сварку плавящимся электродом применяют для получения

стыковых, тавровых, нахлесточных и других соединений алюминия и его сплавов

толщиной 4-6 мм и более. Этот способ является самым производительным среди

ручных видов сварки. За границей наиболее распространенный среди видов

сварки алюминия.

Отличием механизированной сварки алюминия от традиционной механизированной

сварки сталей является: использование аргона в качестве защитного газа,

тефлоновых подающих каналов вместо стальных, специальной формы роликов в

подающем механизме, специальных мундштуков на горелках. В СССР ввиду

отсутствия дешевых тефлоновых каналов этот метод сварки был незаслуженно не

востребован.

Электрическая дуга при этом способе сварки горит между изделием и

плавящимся электродом (проволокой), который подается в зону дуги обычно с

постоянной скоростью.

Надежное разрушение пленки окислов при механизированной сварке плавящимся

электродом достигается лишь при питании дуги постоянным током обратной

полярности. Механизм удаления окисной пленки в этом случае заключается в

разрушении и распылении ее тяжелыми положительными ионами, бомбардирующими

катод (эффект катодного распыления).

Недостатком способа сварки алюминия плавящимся электродом является

некоторое снижение по сравнению со сваркой неплавящимся электродом

показателей механических свойств. В частности, уменьшение прочности шва об

ясняется тем, что электродный металл, проходя через дуговой промежуток,

перегревается в большей степени, чем присадочная проволока при сварке

Страницы: 1, 2, 3, 4