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: 1337;