Реферат: Особенности сварки алюминия

--PAGE_BREAK--1.3. Материалы для сварки алюминия и его сплавов.  


Сварочная проволока. При дуговой сварке большинства соединений требуется проволока, металл которой заполняет зазоры, а также обеспечивает формирование шва в соответствии с размерами, установленными ГОСТ 14806-80. Кроме того, проволока позволяет изменять состав шва, что особенно важно при сварке различных алюминиевых сплавов. Требуемый для легирования состав проволоки выбирают с учетом химического состава свариваемых кромок и доли участия проволоки в образовании шва. Для дуговой сварки в инертных газах содержание каждого элемента в проволоке можно рассчитать из уравнения [8]   <img width=«200» height=«62» src=«ref-1_497570795-2308.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034"> 

где СП – расчетное содержание элемента в проволоке; С0 – содержание элемента в свариваемом металле; СШ – содержание элемента в металле шва; kY – суммарный коэффициент усвоения элемента металлом шва при сварке; .П – доля проволоки в металле шва.  

Доля проволоки в металле шва зависит от типа соединения, толщины свариваемых кромок, формы и размеров шва, зазоров.  

Под действием высоких температур часть легирующих элементов улетучивается с поверхности расплавленного металла сварочной ванны и электродной проволоки. Эти потери учитывает суммарный коэффициент усвоения элемента металлом шва, который учитывает, какое количество данного элемента перешло в шов. Величина потерь зависит от способа и режима сварки, физико-химических свойств элемента и его содержания в проволоке. Обычно коэффициент усвоения kY определяют экспериментальным путем, сравнивая фактическое содержание элемента в шва с расчетным.  

Определенный по уравнению состав проволоки чаще всего не совпадает с составом проволок, выпускаемых промышленностью. В связи с этим для сварки подбирают ту марку проволоки, у которой состав наиболее соответствует расчетному.  

С введением легирующих элементов прочность металла шва повышается, а пластичность и коррозионная стойкость снижаются. Для большинства алюминиевых сплавов суммарное содержание в шве или зоне сплавления 5-8% легирующих элементов достаточно, чтобы по границам зерен образовался сплошной ободок из вторичных фаз. При такой структуре дальнейшее легирование не только не увеличивает, а даже несколько снижает прочность в результате концентрации напряжений по малопластичным вторичным фазам. Таким образом, для получения пластичных коррозионно-стойких соединений алюминиевые сплавы целесообразно сваривать менее легированными проволоками. Когда требуются сварные соединения повышенной прочности, наоборот, применяют более легированные проволоки с суммарным содержанием легирующих элементов не выше 6 –7%.  

Наличие максимума трещинообразования при сварке алюминиевых сплавов в каждой системе легирования определяет выбор проволоки, способной обеспечить соединениям повышенную стойкость против трещин. Чтобы повысить стойкость соединений против образования горячих трещин, при сварке сплавов менее легированных, чем сплав с максимальным показателем трещинообразования, применяют проволоку с пониженным содержанием легирующих элементов, тогда как более легированные сплавы сваривают проволоками с более высоким содержанием легирующих элементов.  

В зависимости от предъявляемых к соединениям требований, для сварки каждого из алюминиевых сплавов обычно применяют несколько марок проволок. Наиболее простым подходом является применение универсальной проволоки, которая обеспечивает сварным соединениям достаточно высокие   значения всех основных характеристик: стойкость против горячих трещин, прочность, пластичность и коррозионную стойкость. Остальные рекомендованные проволоки обеспечивают соединениям повышенные значения одной из названных характеристик при удовлетворительных значениях всех остальных (табл. 1.2.).  

Таблица 1.2.  

Рекомендуемые марки проволок для сварки распространенных алюминиевых сплавов.

Свариваемый  Металл

Универсальная  проволока,  обеспечивающая  удовлетворит.  характеристики  соединения

Проволока, обеспечивающая удовлетворительные  характеристики соединения и повышенные показатели

Стойкость  против горячих  трещин

Временное  сопротивление  разрыву

Относительное  удлинение

Коррозион.  стойкость

 
А99, А97, А95

А99

А99

СвА85Т

А99

А99

АД0, АД1

СвА5

СвА5

СвА5

СвА97

СвА97

Амц

СвАМц

СвАМц

СвАМц

СвАМц

СвАМц

АМг3

СвАМг3

СвАМг5

СвАМг5

АВч

АВч

АМг5

СвАМг5

СвАМг63

СвАМг6

СвАМг5

Св1557

АМг6

СвАМг6

СвАМг63

СвАМг61

СвАМг63

Св1557

АВ, АД31, АД33

СвАК5

СвАК5

Св1557

Св1557

АВч

1915

Св1557

СвАМг5

СвАМг6

СвАМг5

Св1557

Прим. Проволоку с обозначением «Св» поставляют по ГОСТ 7871-75, остальную по ТУ

 

Проволока может применяться в двух назначениях:  

как электродная проволока при полуавтоматической или автоматической сварке в защитных газах (в шведском стандарте называется «Autrod»)  

как присадочный материал при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом (в шведском стандарте называется «Tigrod»)  

Применяют также импортную сварочную проволоку фирмы «ESAB» (Швеция), (табл.1.3).  

Таблица 1.3  

Рекомендуемые марки проволок фирмы «ESAB» для сварки распространенных алюминиевых сплавов [4].

Свариваемый металл

Марка проволоки

Чистый алюминий А995

OK Autrod 18.01 (состав проволоки Al99,5)

Чистый алюминий A995

OK Autrod 18.11 (состав проволоки Al99,5Ti)

Силумин, с содержанием Si до 7%

OK Autrod 18.04 (состав проволоки AlSi5)

Сплав АМг3 (до 3%Mg)

OK Autrod 18.13 (состав проволоки AlMg3)

Сплав АМг5 (до 5%Mg)

OK Autrod 18.15 (состав проволоки AlMg5)

Сплавы АМг4, АМг5

OK Autrod 18.16 (состав проволоки AlMg4,5Mn)

 


2.
Обзор наиболее распространенных способов сварки  алюминия и его сплавов
.  

Для алюминия и его сплавов применяют практически все промышленные способы сварки плавлением. К основным методам сварки относятся: ручная дуговая сварка покрытыми электродами (ММА), аргонодуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом с подачей присадочной проволоки (ТIG), плазменная сварка, полуавтоматическая сварка в защитном газе – бывает как минимум четырех разновидностей (импульсная полуавтоматическая сварка, традиционная полуавтоматическая сварка, полуавтоматическая сварка с управляемым массопереносом на инверторном источнике питания, полуавтоматическая сварка на источниках питания типа ВД-306ДК с комбинированной вольтамперной характеристикой). Другие виды сварки алюминия и его сплавов, такие как автоматическая сварка под слоем флюса и газовая сварка применяются значительно реже и рассматриваться не будут. Каждый способ сварки имеет свои особенности, которые необходимо учитывать для наиболее эффективного их использования при изготовлении изделий различного назначения.  

2.1.
Ручная дуговая сварка покрытыми электродами  алюминия и его сплавов
.  

Ручную дуговую сварку покрытыми электродами применяют при изготовлении конструкций из технического алюминия, сплавов АМц и АМг, содержащих до 5 % магния, а также силумина. Толщина свариваемого металла лимитируется диаметром электрода. Минимальный диаметр электрода обычно составляет 4 мм, что вызвано трудностями сварки электродами малого сечения вследствие высокой скорости их плавления. Алюминиевый электрод расплавляется в 2-3 раза быстрее стального. В связи с этим толщина свариваемого металла должна быть свыше 4 мм.  

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.   


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, мас. %

Диаметр прутка или 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 (LaO)

1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0;10,0

ЭВИ-1

(1,5-2,3) окиси иттрия (Y2O3)

2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0;10,0

ЭВИ-2

(2,0-3,0) окиси иттрия (Y2O3)

2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0;10,0

ЭВИ-3

(2,5-3,5) окиси иттрия (Y2O3)

2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0;10,0

ЭВТ-15

(1,5-2,0) двуокиси тория(ThO2)

2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 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.

<img width=«511» height=«224» src=«ref-1_497573103-17865.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035"> 

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]

Диаметр электрода, мм

Максимальный сварочный ток (А) для вольфрамовых  электродов при полярности

ЭВЧ

ЭВЛ

ЭВТ-15

ЭВИ-3

прямой

обратной

прямой

обратной

прямой

обратной

прямой

обратной

2,0

50-90

20-25

110-150 30-

35

140-180

35-40

160-200

40-50

3,0

160-200

30-35

240-280

40-45

300-340

45-50

320-360

50-70

4,0

320-370

40-50

470-520

50-60

530-580

60-70

600-660

70-80

5,0

570-600

50-70

680-740

60-80

770-830

70-90

860-920

80-110

6,0



70-90



80-110



90-120



100-130

8,0



110-140



120-160



140-180



160-200

10,0



160-210



170-220



200-250



220-270

 

Как следует из табл. 2.4, при переходе на обратную полярность происходит многократное снижение допустимого тока. Поэтому, наиболее разумным решением является использование медных сферических водоохлаждаемых анодов. Это обеспечивает возможность изменения сварочного тока в широких пределах (до 300А) при сохранении высокой (более 10 часов) продолжительности работы. Работы в этом направлении, как отмечалось выше, проводит ЗАО НПФ «ИТС» и ВАТТ МО РФ, г. С-Петербург.  

Процесс возбуждения дуги в установках обычно происходит следующим образом:   

  • С помощью высокочастотного высоковольтного напряжения осциллятора в промежутке электрод – сопло возбуждается искровой разряд, который затем переходит в дуговой (под воздействием электрического поля источника питания), т.е. возбуждается так называемая дежурная дуга постоянного тока, горящая между электродом и соплом.  

  • Потоком плазмообразующего газа катодное пятно дежурной дуги перемещается с внутренней конической поверхности сопла на его цилиндрическую поверхность, одновременно с этим дежурная дуга растягивается и плазменная струя длиной 20-40 мм истекает из сопла.  

  • При касании факела дежурной дуги изделия замыкается цепь электрод – изделие и возникает основная дуга, ток дежурной дуги снижается до нуля.  

Для плазменной сварки алюминия применяют установки типа УПС-301 (токи до 300А) и УПС-501 (токи до 500А). В последнее время наиболее часто применяют источник питания ВД-306ДК или ВД-506ДК и приставку БУСП-ТИГ для аргонодуговой сварки, которая служит для подключения плазменной горелки, регулировки тока дежурной дуги, базового тока, скорости нарастания-снижения базового тока, времени продувки до и после сварки и времени горения дежурной дуги после выключения основной сварочной дуги.  

В качестве плазменной горелки часто применяли плазмотрон типа ПС-3, конструкция которого допускает использование медного или вольфрамового электродов. Плазмотрон разработан СПбГТУ, выпускался заводом «Электрик». В настоящее время наибольший интерес вызывает псевдоплазменная горелка с медным анодом разработки ЗАО НПФ «ИТС» и ВАТТ. Существует соглашение, что после промышленных испытаний промышленное производство этой горелки будет осуществлять немецкая фирма «Abicor Binzel»  

Рекомендуемые режимы плазменной сварки сплава АМг6 приведены в табл.2.5.  

Таблица 2.5.  

Ориентировочные режимы плазменной сварки стыковых соединений  из сплава АМг6 толщиной 3,2 мм. [5]

Род тока

IСВ, А UД, В



VСВ, м/ч

dПР, мм

q/v.103, Дж/м

Постоянный (обратная полярность)

87

33

23

1,8

225

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 неплавящимся электродом. Также происходит худшее удаление окисной пленки, т.к. при аргонодуговой механизированной сварке непрерывным током сварочный процесс сопровождается короткими замыканиями, в момент которых катодное распыление отсутствует.  

Для устранения этих недостатка в сварочной установке ВД-306ДК применены принципиально новые технические решения: низковольтная постоянная подпитка сварочной дуги напряжением 10-11В, которая накладывается на общую картину сварочного напряжения.  

Для сварки, как правило, применяют проволоку диаметром 1.2-1.6 мм, так как из-за недостаточной жесткости сварка алюминиевой проволокой меньшего диаметра затруднена. Применение проволоки большего диаметра принципиально возможно, однако сварные соединения в этом случае получаются крупночешуйчатые, что ухудшает их внешний вид и механические свойства.   

Установки для механизированной сварки состоят из выпрямителя (ВД-306ДК и т.д.), механизма подачи (ПДГО-508, ПДГО-510 и т.д.) со специальными роликами.  

Конструкция механизма подачи должна обеспечивать надежное и стабильное поступление мягкой алюминиевой проволоки. Обычно в таких механизмах предусматривают две пары специальных ведущих и прижимных роликов, что уменьшает возможность проскальзывания проволоки и ее сминания.  

Наиболее применимы сварочные горелки немецкой фирмы «Abicor Binzel» с тефлоновым подающим каналом. Следует отметить, что в виду использования аргона, как защитного газа, чаще всего применяют водоохлаждаемые модели горелок. Сопло горелки должно обеспечивать надежную защиту инертным газом жидкой сварочной ванны. Диаметр сопла горелки для механизированной сварки алюминия обычно 18-22 мм.  

Ориентировочные режимы механизированной аргонодуговой сварки алюминия плавящимся электродом приведены в табл. 2.6.  

Таблица 2.6.  

Ориентировочные режимы механизированной аргонодуговой сварки алюминия и его сплавов плавящимся электродом. [5]

Тип соединения

b, мм

dЭЛ.ПР., мм

IСВ, А

UД, В

VCВ,  м/ч

Расход аргона, л/мин

Число проходов

Встык, без разделки кромок

4-6  8-10  12

1,5-2,0  1,5-2,0  2,0

140-240  220-300  280-300

19-22  22-25  23-25

20-30  15-25  15-18

6-10  8-10  10-12

2  2  2

Встык, с Vобразной разделкой кромок на подкладке

5-8  10-12

1,5-2,0  2,0

220-280  260-280

21-24  21-25

20-25  15-20

8-10  8-12

2-3  3-4

Встык, с Х образной разделкой кромок

12-16  20-25  30-60

2,0  2,0  2,0

280-360  330-360  330-360

24-28  26-28  26-28

20-25  18-20  18-20

10-12  12-15  12-15

2-4  4-8  10-40

Тавровое, угловое и нахлесточное

4-6  8-16  20-30

1,5-2,0  2,0  2,0

200-260  270-330  330-360

18-22  24-26  26-28

20-30  20-25  20-25

6-10  8-12  12-15

1  2-6  10-40

 

Особый интерес при механизированной сварке алюминия вызывает использование источника питания ВД-306ДК с механизмом подачи ПДГО-508(510) (полуавтоматический модуль мультисистемы «Сорока»). Использование этого источника вызывает большой промышленный интерес в виду того, что в нем применены принципиально новые технические решения: низковольтная постоянная подпитка сварочной дуги напряжением 10-11В. Особенностью низковольтной подпитки напряжения на сварочной дуге является наложение постоянно действующего отрицательного потенциала. Это обеспечивает непрерывное горение электрической дуги, улучшает удаление окисной пленки, обеспечивает более мягкий переход капель электродного металла в сварочную ванну, уменьшает разбрызгивание и улучшает стабильность горения электрической дуги и качество формирования сварного соединения. Высоковольтная подпитка служит для облегчения зажигания дуги. Таким образом, в указанной схеме стало возможным производить регулирование продолжительности коротких замыканий и их частоты, возможность регулирования тока короткого замыкания. Установка имеет также возможность регулировки угла наклона вольтамперных характеристик и возможность производить сварку на значительном удалении от источника питания (до 20м). Последнее обеспечивается за счет применения обратных связей по току и напряжению на дуге. Для реализации последнего необходимо применять подающий механизм ПДГО-510Т и выпрямитель ВД-306ДК. Следует напомнить, что этот источник обеспечивает высококачественную сварку алюминия и его сплавов в режиме ручной дуговой сварки. Кроме того, его использование позволяет решить проблемы комплектации сварочной техникой цехов, когда все виды сварки (ММА, МИГ, ТИГ) можно производить на базе одного выпрямителя, комплектуя его различными приставками (БУСП-ТИГ, ПДГО) для реализации различных технологических процессов.  

Механические свойства сварных соединений из сплава АМг6 толщиной 10 мм, выполненных механизированной сваркой на традиционных источниках питания (типа ВДУ-506) следующие [7]: .В = 30,6 кг/мм2, угол загиба . = 133 град.  


2.4.2. Механизированная импульсно-дуговая сварка  плавящимся электродом.  

Повысить качество металла шва алюминиевых сплавов удается применением техники управляемого переноса металла при импульсно-дуговой сварке.  

Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом отличается от обычной тем, что на постоянный ток обратной полярности, получаемый от основного источника питания, накладываются кратковременные импульсы тока с определенной частотой (как правило, 50 или 100Гц). Импульсы генерируются импульсным устройством для получения мелкокапельного направленного переноса электродного металла через дугу при более низких значениях сварочного тока, чем это имеет место при естественном мелкокапельном переносе. Величину и длительность импульсов сварочного тока выбирают такими, чтобы можно было обеспечить управляемый перенос металла с торца электрода небольшими каплями в широком диапазоне токов. Как правило, в паузах между импульсами значение тока небольшое, но достаточное для поддержания горения сварочной дуги, при котором ввод теплоты в изделие уменьшается и отсутствует перенос металла.  

Импульсно-дуговая сварка обеспечивает повышение механических свойств наплавленного металла и сварных соединений в целом, улучшает стабильность процесса, позволяет выполнять сварку в различных пространственных   положениях с улучшенным формированием швов, существенно стабилизировать провар корня шва.  

Для механизированной импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом используют источник питания ВДГИ-302, который комплектуется подающим механизмом ПДИ-304.  

Ориентировочные режимы механизированной импульсно-дуговой сварки алюминия и его сплавов плавящимся электродом в аргоне приведены в табл. 2.7.

Таблица 2.7.  

Ориентировочные режимы механизированной импульсно-дуговой сварки алюминия и его сплавов плавящимся электродом в аргоне. [5]

b, мм

dЭЛ.ПР., мм

Частота импульсов, 1/с

, А

UД, В

,  м/ч

Расход аргона, л/мин

Число проходов

4

1,4-1,6

50

130-150 17-

19 20-

25

10-12

1

5

1,4-1,6

50

140-170 17-

19 20-

25

10-13

1

6

1,4-1,6

100

160-180 18-

21 20-

25

12-14

1

8

2,0

100 160-

190 22-24

25-

30 12-

14 2



10

2,0

100 220-

280 24-

26 25-

30 14-

16

2
    продолжение
--PAGE_BREAK--