Детали из алюминия и алюминиевых сплавов характеризуются малой плотностью, сравнительно высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью и способностью легко деформироваться. Поэтому они нашли широкое применение в авиации и судостроении, строительстве, транспортном машиностроении в производстве химической аппаратуры.
Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом является лучшим способом сварки тонколистового алюминия. Она обеспечивает минимальную деформацию свариваемой конструкции и высокое качество сварного шва, не требуя специального флюса. Сварка производится на переменном токе с обязательным применением осциллятора и устройств, устраняющих составляющую постоянного тока. При питании дуги переменным током за счет за счет катодного распыления в полупериоды, когда катодом является изделие, разрушается оксидная пленка.
Технология сварки алюминия и его сплавов имеет много общего, однако имеются и некоторые особенности, присущие каждой группе сплавов. Так, деформируемые сплавы, неупрочняемые термической обработкой (АМц, АМг, АМг5, АМг6 и др.), упрочняются нагартовкой. Степень нагартовки для промышленных полуфабрикатов составляет до 40% (так называемый полунагартованый сплав), что повышает предел прочности по сравнению с отожженным состоянием примерно на 20-25% при одновременным снижении пластичности. Сплавы типа АМц и АМг обладают хорошими сварочными свойствами, и, как ранее указывалось, все способы и режимы сварки чистого алюминия пригодны и для них. Однако при сварке полунагартованных сплавов прочность в зоне термического влияния снижается до показателей отожженного металла.
Кроме того, при сварке сплава АМц при малом содержании железа и кремния (менее 0,25 % каждого) возможно образование горячих трещин. В этом случае следует применять меры, предотвращение их появление, как например, подогрев.
ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ СВАРОЧНЫХ РАБОТ
1.Обезжиривание
1.1. Первый способ обезжиривания. Удалить следы масла, краски и других загрязнений со всей поверхности свариваемых изделий или с кромок деталей на ширине 20-30 мм вдоль стыка. Кромки деталей протереть ветошью, смоченной в бензине, ацетоне, уайт-спирите.
1.2. Второй способ обезжиривания. Выполнить общие обезжиривание всей поверхности в ваннах с щелочным составом.
- Обезжиривание в течение 58 мин в ванне щелочного раствора при температуре 65°С; состав ванны: 35..50 г Nа3Р04,35..50 г Nа2С03, 30 г жидкого стекла, 1000 мл воды;
- Промывка в воде при температуре 30°С;
- Промывка в проточной холодной воде, протирка тряпкой или волосяной щеткой;
- Сушка.
2. Специальная обработка для удаления поверхностной окисной пленки.
2.1. Механический метод. Зачистка поверхности детали наждачной бумагой, шабером или проволочной щеткой (рекомендуется для мелкого производства).
2.2. Химический метод. Химическое травление изделий в ваннах специального состава по следующей технологии:
- Травление в течение 1-2 мин в водном растворе NаОН (45.. .50 г/л) при температуре 60-70°С;
- Промывка в горячей воде (60-80°С);
- Промывка в проточной воде при 20°С;
- Осветление в течение 1...2 мин в 30% растворе НNO3 при 20°С;
- Промывка в проточной воде при 20°С, затем в горячей воде (60....80°С);
- Сушка сжатым воздухом при 80...90°С. При сварке изделий из алюминиевых сплавов с повышенной концентрацией магния (например, сплав АМг6) непосредственно перед сваркой кромки и особенно торцы изделия зачищают шабером.
3. Подготовка поверхности сварочной проволоки выполняется по технологии идентичной технологии подготовки поверхности основного материала:
- Обезжиривание;
- Травление;
- Дополнительная обработка поверхности после травления с целью повышения плотности пленки и уменьшения запаса имеющейся в ней влаги, (вакуумная сушка проволок; механическая зачистка поверхности в специальном приспособлении; химическое или электрохимическое полирование поверхности).
Для сварки алюминиевых сплавов в защитных газах применяют аргон первого сорта или смеси аргона с гелием.
При выполнении сварки неплавящимся вольфрамовым электродом с целью получения стыковых соединений без разделки кромок для исключения оксидных включений в металле шва необходимо применять подкладки рациональной формы.
На рис.1 приведены поперечные сечения сварных соединений, полученных сваркой на подкладке без канавки и подкладках с различной формой канавки - прямоугольного и сложного профиля.
Рис.1 Поперечные сечения соединений, полученных на различных подкладках:
а - без канавки; б - с прямоугольной канавкой; в - с канавкой сложного профиля; 1 - оксидная пленка.
Стрелками показаны направления течения металла при заполнении канавки и включения оксидных пленок.
Зажигание дуги непосредственным касанием вольфрамового электрода поверхности алюминиевых деталей затруднено. Поэтому дугу зажигают на вспомогательной графитовой пластинке, а затем переносят электрод на свариваемые кромки.
Ручная сварка неплавящимся электродом может производиться во всех пространственных положениях как с присадочным материалом, так и без него, но без поперечных колебаний электродом. В качестве присадки применяют сварочную проволоку, близкую по химическому составу основному металлу. Длина дуги не должна превышать 1,5 - 2,5 мм, а расстояние от выступающего конца вольфрамового электрода до нижнего среза наконечника горелки при стыковых соединениях 1-1,5 мм, при тавровых (угловых) 4 - 8 мм. Рабочее давление аргона в зависимости от расхода устанавливается в пределах 0,01 - 0,05 МПа.
Включение подачи аргона должно производиться за 3 - 5 секунд до возбуждения дуги, а выключение - спустя 5-7 секунд после обрыва дуги, что обеспечивается электромагнитным клапаном аппаратуры управления.
При полуавтоматической и автоматической сварке неплавящимся электродом, в отличие от ручной, горелка обычно располагается вертикально, а присадка специальным механизмом подается в правильную зону так, чтобы конец проволоки опирался на край сварочной ванны. Питание дуги, как и при ручной сварке, осуществляется переменным током.
Ручная и автоматическая сварка трехфазной дугой вольфрамовыми электродами находит применение для сварки алюминия и его сплавов. Большая проплавляющая способность этого метода сварки позволяет при соответствующем режиме выполнять без раздела кромок за один проход (на подкладке из меди или нержавеющей стали) изделия толщиной до 30 мм. При этом резко уменьшается склонность металла шва к пористости, так как сварка производится без введения присадочного металла, за счет которого и имеет место увеличение пористости металла шва.
При сварке металла большой толщины, когда проплавляющая способность дуги должна быть максимальной, необходимо, чтобы сила тока в изделии была больше, чем в электродах. И наоборот, когда требуется минимальная проплавляющая способность дуги, например при наплавочных работах, сила тока в изделии может быть установлена меньше силы тока в электродах. Кроме того, регулировать глубину и ширину проплавления основного металла можно еще за счет расположения электродов относительно оси шва. Последовательное расположение электродов относительно оси шва вызывает увеличение глубины проплавления и уменьшения ширины шва, а поперечное расположение электродов относительно оси шва приводит к уменьшению глубины проплавления и увеличению ширины шва. Для сварки вольфрамовым электродом металла большой толщины необходимо повысить стойкость электрода. Вольфрамовые электроды марки ВИ с добавками иттрия характеризуются повышенной стойкостью (рис. 2).
Рис.2 Концы электродов при горении дуги в среде инертных газов:
а - электрод из чистого вольфрама; б - электрод из вольфрама с активирующей добавкой.
Допустимая сила сварочного тока для электродов этой марки ø10 мм достигает 800-1000 А. С помощью этих электродов можно сваривать за один проход дугой с большой силой тока металл толщиной до 20 мм.
В связи с применением токов большой силы для сварки возникла необходимость создания специальных горелок, обеспечивающих надежную защиту вольфрамового электрода и ванны.
Горелка для сварки дугой с большой силой тока имеет развитую газовую камеру с перегородками из латунных сеток, уменьшающих скорость истечения газового потока и его турбулентностью.
При таких условиях работы необходимо применять сварочные маски хамелеон.
При сварке вольфрамовым электродом непрерывно горящей дугой не удается получить высококачественных соединений из металла толщиной меньше 0,8 мм. Это объясняется тем, что снижение силы тока до значения, меньшего 10 А, приводит к нарушению устойчивости горения дуги. Из-за «блуждания» дуги возникает необходимость сварки при коротком дуговом промежутке, вследствие чего очень часто наблюдается короткие замыкания электрода на изделие.
Разработан метод микроплазменной сварки на переменном токе, обеспечивающий нормальное катодное распыление и очистку ванны в полупериоды обратной полярности и достаточную стойкость вольфрамового электрода.
Этот метод позволяет сваривать алюминиевые сплавы толщиной 0,2...2 мм при силе тока 10..100 А. В качестве плазмообразующего газа при микроплазменной сварке используют аргон, а в качестве защитного газа - гелий. Гелий, защищая ванну от контакта с атмосферой, затрудняет развитие фронта ионизации в радиальном направлении, т.е. делает дугу пространственно устойчивой.