Особливості технології та техніки зварювання алюмінію та алюмінієвих сплавів.

Основна складність при зварюванні алюмінію та його сплавів ─

1) наявність на поверхні металу щільної тугоплавкої оксидної плівки Аl2О3

( Тпл = 20500С ), яка перешкоджає сплавленню металу зварювальної ванни з основним металом ( формуванню шва ) та є джерелом неметалевих включень в металі шва.

Для отримання якісних з'єднань при зварюванні плавленням потрібен захист шва від насичення газами атмосфери та прийняття спеціальних заходів

для видалення або руйнування плівки оксидів. Це досягається дією току ( ка-тодне розпилення ) або впливом складових флюсів або покриттів електрода на

оксид алюмінію. Дія флюсів заснована на процесах розчинення та змивання

диспергованої оксидної плівки розплавленим флюсом.

Аl2O3 + 6KCl «2AlCl3 ↑ + 3H2O

( В тріщини Аl2О3 затікає флюс, утворює АlСl3, який сублімує при Т = 1830С і його пари відривають частки плівки від поверхні, вони відносяться флюсом, що рухається та частково в ньому розчиняються ).

( Катодне розпилення ─ позитивні іони, що рухаються з великою швидкістю,

попадаючи на поверхню метала, руйнують оксидну плівку )

2) Внаслідок високої теплоповідності алюмінію необхідно застосування потужних

джерел теплоти . При зварюванні плавленням алюмінію необхідний струм Ізв.,

який перевищує в 1,2 – 1,5 разів струм для сталі, не зважаючи на те, що

Тпл Аl << Тпл сталі . Інколи застосовується нагрів начальних ділянок шва до

Т = 120 - 1500С ( для масивних деталей).

Розміри зварювальної ванни при зварюванні алюмінію відрізняються від зварювальної ванни при зварюванні сталі. (Fе )

 

 

Велика рідкоплинність алюмінію та мала його міцність при Т > 5500С

( провалювання твердого металу той частини кромок, що не розплавилася, під

впливом ваги зварювальної ванни ) обумовлює застосування прокладок, що фор-

мують, зі сталі або графиту.

Значна усадка при затвердінні зварювального шва, а також високий коефі-ціент лінійного розширення призводять до суттєвих залишкових деформацій (більших, ніж при зварюванні низьковуглецевих сталей ) ─ коробленню. Треба використовувати жорстке закріплення деталей, притискувачі та інше, використову-вати зосереджені джерела нагріву.

Основні типи з'єднань, які використовують при зварюванні алюмінію, та його сплавів, регламентовані ГОСТ 14806 ─ 80. Найбільш раціональним типом з'єднання є стикові. Нахлест, тавр., та углер. бажано виконувати АДС, для якої не потрібні флюси. (можлива корозія через попадання залишків флюсів в

зазори ).

Для шовного та точкового зварювання ─ нахлест. з'єднання.

Через те, що швидкість плавлення алюмінієвого дроту в 5 разів більша,

ніж сталевого дроту, при зварюванні алюмінію збільшують кут розроблення кромок до 70…900 ( при зварюванні сталей α =40…550 )

Складання деталей під зварювання виконують за допомогою прихваток АДС НЕ ( ручної ) тими самими присаджувальними матеріалами, з якого склада-ється основне з'єднання. В серійному та масовому виробництві складають вузли

в спеціальних кондукторах та пристроях без прихваток.

 

Підготовка до зварювання

Перед зварюванням видаляють жирове забруднення ( на ширині 100…150мм

від кромки ) ацетоном, авіаційним бензином, уайт-спіритом та іншими розчинни-

ками.

Плівку оксидів видаляють механічними способами або хімічним травлен-ням.

При механічних способах кромки, що зварюються, на ширині 25…30 мм зачищують шабером, наждачним папіро або металевою щіткою.

 

Хімічне травлення здійснюється протягом 0,5…1 хвилини в реактиві

50 г NaΟΗ + 45 г NaF на 1 літр води ( Т = 60…700С ) ( 45 ─ 50 г/л NaΟΗ )

Після травлення промивка в проточній воді та освітлення протягом 1 ─ 2 хв.

в 30…35% розчині ΗNΟ3 ( для алюмінію та АМц ) або 25% розчині ортофосфорної кислоти ( для АМц та В95 ).

Після цього ─ промивка в проточній воді та просушка. Підготовлена по-верхня зберігає свої властивості протягом 3 ─ 4 днів.

Для очищення алюмінієвого зварювального дроту рекомендована така об-робка:

─ знежирення розчинником;

─ травлення в 15% розчині технічного NaΟΗ протягом 5 -10 хв. при

Т 60…700С;

─ промивка в гарячій ( 60…700С ) воді ;

─ промивка в холодній воді ;

─ сушіння ;

─ вакуумне сушіння ( дегазація при Т = 3500С протягом 5…10 годин в

вакуумі ).

─ або замість вакуумного сушіння ─ прокалювання на повітрі при Т = 3000С

протягом 10…30 хвилин.

Хороші результати ( особливо для АМг ) дає електрохімічне полірування

поверхні алюмінієвого дроту.

Після травлення в NaΟΗ дріт подають в ванну з електролітом ( 700мл

Η3PO4, 300 мл Η2SO4, 42 г Cr2Ο3 ).

На дріт через мундштук від джерела постійного струму подається пози-тивний потенціал [ ( ─ ) в елекро (при dе = 1,6 мм → І = 19,8 А, при dе = 2,5мм

→ І = 13-А ). Т = 95 ─ 1000С.

Перевага ─ висока сталість горіння дуги.

Виконується на перемінному симетричному струмі від джерела живлення з

зовнішніми ВАХ, що падають.

 

Зварювання неплавленим електродом Ǿ 2…6 мм є доцільним для S < 12 мм

ручне до S = 8 - 10 мм

( 14…16 мм ) автоматичне до S = 14 – 16 мм

При S = 0,8…2 мм зварювальні з'єднання з відбортовкою.

При S ≤ 3 мм ─ один прохід на сталевій підкладці.

При S = 4…6 мм ─ двобічне зварювання.

При S > 6…7 мм ─ U або Х - подібна розділка.

Для РДС використовують присаджувальний дріт ( в залежності від товщини

→ d п.д. ).

S1 мм ─ < 2 2…5 > 5

d п.д., мм 1-1,5 1,5…3 3…4

При РДС пальник переміщують "кутом вперед", "лівим способом" ( при

S ≤ мм ).

При механізації автоматичного зварювання пальник під прямим кутом до

виробу , а присаджувальний дріт подається таким чином, щоб її кінець спира-вся на край зварювальної ванни.

Пристрій УДГ ─ для ручного зварювання, напівавтомати ПШВ- 1 ПШВ-3

для механізірованого зварювання, автомати АДНГ-300, АДСВ-2 АРК ─ для авто-матичного, АДСВ-5 ─ кільцеві шви.

 

Спеціальні способи зварювання ІН.

1) в зварюванні в суміші Ar ( 50…70% ) + Не ( 30…50% ) ─ забезпечує збіль-шення глибини проплавлення металу, підвищення в 1,5…2 рази швидкості зва-рювання, зменшення пустот в металі шва.

2) зварювання в Не відрізняється підвищеною здатністю до проплавлення та

спроможністю до підвищення швидкості зварювання Vзв .

Не в 4 – 5 разів дорожчий, ніж Ar.

Зварювання виконують на постійному струмі прямої полярності. теплопровідність

та теплоємність Не в 10 разів вища, ніж Ar.

За один прохід в гелії можна зварити S ≤ 20 мм. без розділки кромок.

З'єднання без розділки кромок, зазор ≤ 0,5 мм.

Висока концентрація енергії дуги сприяє отриманню вузьких швів та змен-шенню розмірів ЗТВ ( особливо суттєво для зварювання термічно зміцнених

сплавів ), менше деформації. Тому, що густина Не в 10 разів менша, ніж гу-

стина Ar, то витрата Не повинна бути більшою, ніж Ar ( в 1,8…2,2 рази )

Напруження при зварюванні в гелії Uд = 25…30 В ( в Ar Uд = 15…20 В ).

Потужність дуги в Не більша, ніж Ar при однаковому струмі. Ускладнено збудження дуги в гелії на перемінному струмі через високій потенціал іонізації гелію. Тдугине > Тдуги Ar на 400…5000С ─ цього достатньо для терміч-ного розкладання Al2О3. Зварювання на короткій дузі ( 1…2 мм ), тому зварю-вання, як правило, автоматична , зі спеціальними схемами АРНР.

3 ) зварювання W ─ електродом перемінним асиметричним струмом розширює

технологічні можливості за рахунок незалежного регулювання параметрів струму

прямої та зворотної полярності. Живлення від спеціального джерела промисло-вої частоти типу ОАРС. Струми при прямій та зворотній полярності розрізня-ються. Коефіцієнт асиметрії Кас. = ,

де Іп.п., Іо.п. ─ середнє значення складової струму прямої ( Іп.п.) та зворотної

полярності.

 

Найбільш доцільно застосовувати Кас = 0,2…0,8, коли забезпечується мож-ливість впливу на форму шва та зберігається задовільне поєднання стійкості Wел. та ступенем катодного очищення.

Максимальним впливом, що проплавляє, характеризується дуга при Кас. ≈ 0,6

Переважає пряма полярність → підвищення h, Vс, стійкості елек.

Переважає зворотна полярність → покращується очищення металу від ок-сидної плівки та покращується якість шва, що формується.

4) зварювання Wел трьохфазною дугою перемінним струмом.

Трьохфазне джерело живлення ІТД 600/1000

ІТДІ -125, ІТДІ – 315 , ІТД – 350 S = 30…40мм

Три дуги в одному факелі:

1 - між ізольованими один від одного Wел;

2, 3 - між W та деталлю,

або два стандартних однофазних тр-ри, які

з'єднані трикутником.

За один прохід без розділки S = 20…30 мм

на прокладці. І мах = 1200А

Забезпечує велику проплавляючи здатність. Потужність зростає в 3…5 разів.

Глибину та ширину проплавлення можна регулювати розташуванням електродів.

послідовне розташування ─ підвищення h , поперечне розташування ─ підвищення Е.

5) Зварювання з застосуванням ЕМП .

6) Зварювання імпульсне від спеціального ДЖ.

Для малої товщини ( S = 0,2…1 мм ).

Зменшується короблення в порівнянні зі звичайним зварюванням на 40…6%.

7) Зварювання зануреною дугою ─ за один прохід S ≤ 20 мм.

Спеціальні вольфрамові електроди ( ітрій, тантан ─ добавки )

ІП - ІПД - 1000.

 

ІП  зварювання електродом, що плавиться  економічний потужний спо-

сіб зварювання метала товщиною більш ніж 4 мм. Для більш тонкого металу

не вдається добитися стабільного горіння дуги при дрібнокрапельному струйно-му перенесенні металу.

У зв'язку з недостатньо високою жорсткістю алюмінію зварювання дротом

dе < 1,2…1,5 мм ускладнено. При використанні дроту вказаних діаметрів сталий

процес можна отримати при струмі не меншому 130…140 А, які дозволяють зварювати за один прохід метал товщиною 4…5 мм, але в зв'язку з крапель-ним переносом металу крізь дуговий проміжок більш забезпечити надійний за-

хист зварювального простору від попадання повітря, що погіршує механічні якості металу шва. Застосування І П постійного струму із жорсткою ( dе<2,5мм) або пологоспадкою (dе≥ 2,5мм ) зовнішньою ВАХ.

Зварювання проводять на струмі зворотної полярності, що забезпечує на-дійне руйнування оксидної плівки за рахунок катодного розпилення ( більшого,

ніж при прямої полярності та перемінному струмі ) та нормальне формування

швів.

Зварювання електродом, що плавиться, виконують напівавтоматом або авто-

матом.

Полу автомати типу ПШП ( ПШП – 10, ПШП - 10 ) , ПРМ – 2, ПРМ – 4.

Автомати типу АДСП ( АДСП - 2 ), АДПГ, АДГ.

 

Зварювання проводиться "кутом вперед".

lg = 2…6 мм

 

 

Автоматичне зварювання застосовується : для S = 4…8 мм  без розділки кро-

( найчастіше для S > 10…20 мм ) мок за два проходи;

для S = 8…15 мм  з U-подібною роз-

ділкою кромок;

для S>20 мм…  з U-подібною або

Х-подібною розділкою кромки

 

Спеціальні способи зварювання ІП

 

1) В суміші аргону та гелію ( до 70% по об'єму ). Добавки гелію підвищу-ють ефективність зварювання ( підвищує теплову потужність дуги ) та можна

зварювати за 1 прохід S ≤ 16 мм, за два проходи S ≤ 30 мм.

При зварюванні в суміші Аr + Не підвищується щільність металу шва. При однаковій погонній енергії Vзв. в суміші газів на 45…50% вища, ніж в

аргоні.

2) Імпульсно-дугове зварювання електродом, що плавиться, розширяє можли-вості зварювання алюмінієвих сплавів при різних просторових положеннях. При

цьому поліпшується формування швів, підвищуються механічні якості зварю-вального шва, зменшується нижня межа зварювального струму, можна застосо-вувати дріт dе = 0,8…1,0 мм та зварювати S = 1…3 мм.

Зварювання полягає в тому, що на постійний струм зворотної полярно-сті, що отримують від І П, накладаються нетривалі імпульси струму з задан-ною частотою, що генеруються імпульсним пристроєм. При цьому отримують

дрібнокраплевий спрямований переніс ел. металу крізь дугу при більш низьких

значеннях Ізв., ніж це має місце при природному дрібнокраплевому переносі.

 

П

Плазмове зварювання, в зв'язку з необхідністю руйнування та видалення оксидної плівки, здійснюється стиснутою дугою перемінного та постійного струму зворотної полярності ( при інтенсивному охолодженні W електроду (малі

токи ).

Плазмове зварювання забезпечує ряд технологічних переваг в порівнянні з

АДС НЕ:

 підвищує продуктивність зварювальних робіт на 50…70% (висока швид-кість зварювання через велику концентрацію теплової енергії);

 зменшується ЗТВ та зменшуються деформації в порівнянні з АДС НЕ;

 стійкий процес горіння стиснутої дуги, мала чутливість до коливань дов-

жини дуги.

Зварювання S < 8 мм виконують без розділення кромок за один прохід на сталевій підкладці або з двох боків у висячому стані.

 

 

Установка УПС – 502, УПС – 801.

 

Мікроплазмове зварювання ( Установка МПУ – 4, МПУ – 5 )

Застосовують для зварювання S = 0,2…1,5 мм.

Плазмоутворюючий газ  аргон, захисний газ  Аr та Не.

Ізв. = 10…30 ( 100 ) А  перемінний струм або різнополярні прямокутні імпульси частоти, яка регулюється.

Існує чергове дугапостачанність струму ( 1 – 5 А ), що безперервно горить між

соплом та W електродом.

 

Э

РДС ПЭ застосовують для зварювання технічного алюмінію, сплаву АМц,

АМг ( до 5% Мg), силумінів в малонавантажених конструкціях.

dмін.ел. ≥ 4 мм ( 5, 6, 7, 8мм). Іс ≈ 50…60 dе.

Постійний струм зворотної полярності.

Необхідний підігрів при S > 10мм до 250…4000С для отримання потрібного про-

плавлення при помірному зварювальному струмі.

Smin = 4 мм. В основному стикові з'єднання в нижньому положенні.

S ≤ 20 мм  без розділення, з двох боків на сталевій підкладці.

S > 20 мм U-подібне розділення.

Алюмінієвий електрод розплавляється в 2-3 рази швидше сталевого. В зв'язку з

цім VзвАl повинна бути вища. Без коливань, не перериваючи процесу, коротка

дуга . Зварювання "правим" способом.

Недолік  внутрішня пористість швів.

 

Ф

Автоматичне зварювання з застосуванням флюсів.

а) Зварювання по флюсу напіввідкритою дугою застосовується при виготов-ленні цистерн, котлів, ємкостей з технічного алюмінію та АМц S = 10…30 мм.

Постійний струм зворотної полярності від стандартних джерел з полого спадної

або жорсткої ВАХ.

При однакових струмах hАl > hсталі в 2…3 рази.

Не потрібен попередній нагрів.

Без розділяння кромок, двосторонні шви на сталевій підкладці. Одиночним або

здвоєним електродом.

Висота шару флюсу суворо обмежується і залежить від товщини та режиму

зварювання ( Для S = 4…25 мм висота флюсу = 7…16 мм ).

Залишки шлаку треба ретельно вилучати.

б) Зварювання під флюсом ( закритою дугою ) має недолік : навіть не роз-

плавлений флюс має велику електропровідність, шунтує дугу та порушує ста-бильність процесу, отримуємо погане формування шва та погана дегазація шва.

Глибоке проплавлення через велику щільність струму. не потребує розділе-ння кромок.

Разлужений електрод, перемінний або постійний струм зворотної полярності.

Керамічні флюси ЕКА – 64. Кращі умови праці зварника.

 

Ш

Застосовують для виготовлення шинопроводів.

 

ЭШС Аl, АМц, АМг6.

S = 50…200 мм пластинчатим електродом або плавким мундштуком.

Перемінний струм . Vзв = 6…8 м/год.

Апарати А – 550 з І.П. ТШС – 10000 – 1

ТШС – 3000 – 1

Флюси АН- А301.

Досягається рівноміцністю шва з основним металом

σш = ( 0,95…1 ) σо.м

Продуктивність наплавки Qн = 50…90 кг/год при S = 50 - 100 мм ( в 10…20 разів вища, ніж при дуговому зварюванні ) .

Труднощі пов'язані з високою рідкоплинністю, низькою Т кип., низькою

Турист. алюмінію.

 

ЕЛ

Знаходить широке застосування для високоміцних термічно зміцнених та

нагартованих алюмінієвих сплавів.

S = 0,5… 350 мм (в Японії 600 мм ).

Підготовка деталей  травлення + шабрування безпосередньо перед зварюванням.

Шви можна здійснювати у висячому стані ( мала ванна ).

Стикові, таврові, в напусток, кутові, з відбортовкою та інше.

Малий зазор 0,1…0,15 мм .

Переваги:

 висока питома концентрація енергії;

 мале тепловкладання;

 відносно висока швидкість процесу ( до 100 м/год.).

 мале зменшення міцності в біляшовній зоні для термічного зміцнення

сплаву;

 мінімальне короблення виробу через малу ширину шва;

 сприятливі умови для видалення Н2 та N2 в вакуумі (зниження пористості);

 успішне руйнування та видалення оксидної плівки в вакуумі ( механічний вплив на плівку пара металу );

 високі механічні якості зварювального шва.

Недоліки:

випаровування ЛЕ ( Zn, Mg ) Vзв. > 40 м/год.

 

Контактне зварювання, в основному точкове та шовне, застосовують для сплавів, що деформуються, АМц, Аl, АМг-6, Д16 та інші.

При контактному зварюванні алюмінієві сплави в зв'язку з їх високою те-

плопроводністю, необхідно застосовувати потужні короткочасні імпульси струму

( щільність струму до 2000 А/мм2, тривалість імпульсу 0,02…0,4 с ). Струм в

3- 4 рази більший, ніж при зварюванні сталі. Питомий тиск 59…98 МПа.

Особливу увагу приділяють підготовку поверхні деталей: механічна зачистка та

хімічне травлення.

Виконують з'єднання в напусток.

Точкове зварювання застосовується для S = 0,04…6 мм.

Шовне зварювання застосовується для S = 4 мм.

Стикове зварювання застосовують переважно методом оплавлення (до 20 мм/с в кінці процесу ) . Високі та щільні струми 40…60 А/мм2 перед осадкою.

Тиск осадки 15…30 кг/мм2.

 

Дифузійне зварювання  АМг5 (6), АЛ25, АЛ26.

Важливу роль відіграє підготовка поверхні.

Режим зварювання: Т = 5000С, р = 10 мПа , t = 10 хв, вакуум 133•10-5 мм.рт.ст.

Недолік: підготовка особливо чистої поверхні.

 

Пресове зварювання  передбачає підігрів деталей до Т = 350…4300С, пито-мий тиск ≈ 150 мПа.

Після підігріву бокові поверхні та поверхні, що стикуються, зачищають ме-

талевою щіткою.

Потім осадка.

 

Холодне зварювання  зварювання в твердій фазі, передбачає значну пластичну деформацію. Виконують на повітрі при кімнатної температурі. Застосовується для зварювання технічного алюмінію в напусток та у стик. Чистота поверхні має вирішальне значення. У стик з'єднуються проводи. Важко створити особливо чисту поверхню.

 

Ультразвукове зварювання  для з'єднання алюмінієвих сплавів малих тов-щин. З'єднання мають високу міцність на відрив та зріз.

 

Зварювання тертям  забезпечує задовільні механічні властивості. Нагрів де-

талей здійснюється теплотою, що генерується за рахунок роботи сил тертя.

 

Термічна обробка.

Для термічно не зміцнюваних сплавів термообробка в основному не засто-совується.

Термозміцнювані сплави, що застосовуються в відповідальних конструкціях

проходять повну термообробку: загартування ( Т = 4500С ), + старіння (180…1900С  витримка декілька десятків годин ) ( при цьому підвищується міцність та зменшується пластичність ). ( Закалювання при 450…5300С в воді, старіння при 160…1900С  16 годин )

При зварюванні термозміцнюваних алюмінієвих сплавів внаслідок випадіння

інтерметалів помітно розміцнюється навколошовна зона ( σвзв.з'єд. = 0,6…0,7σво.м. ).

При РДС ПЕ застосовується попередній та супутній нагрів до Т = 250…4000С.

При зварюванні самогартівних ( Al - Zn - Mg ) сплавів виникають холодні

тріщини.

Для боротьби з холодними тріщинами застосовують нагрівання зварюваль-них з'єднань до Т = 200…2200С ( перестаріння )

250…4000С

 

 








Дата добавления: 2016-06-24; просмотров: 1328;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.089 сек.