Меню Рубрики

Механизированная сварка алюминиевых сплавов

Сварка алюминия и его сплавов

Алюминий является качественным металлом, который используется для изготовления различных металлических конструкций. Он обладает маленьким весом, высокими свойствами теплопроводности и хорошей прочностью.

Однако у него имеется один недостаток — он плохо подвергается сварению. По этой причине сварка алюминия должна проводиться высококвалифицированными специалистами при помощи специального оборудования. Но многие ее выполняют в домашних условиях, но предварительно стоит изучить важные особенности и нюансы.

Чем можно объяснить плохую свариваемость алюминия

Сварка алюминия и его сплавов обладает некоторыми сложностями и трудностями, которые могут повлиять на дальнейшее качество и прочность сварных швов. Это объясняется определенными особенностями данного металла:

  • главная трудность тепловой обработки заключается в том, что на поверхности металла постоянно образуется окисная пленка. Она плавится при высоких температурах — 2044 градусов. А сам металл расплавляется при сниженной температуре — при 660 градусах;
  • во время сварки алюминия в сварной области образуются капли сварного металла, на которых быстро образуется покрытие из окисной тугоплавкой пленки. Именно она предотвращает получение равномерного соединения. Чтобы предотвратить все эти проблемы алюминиевая сварка должна выполняться с применением защиты сварной области от взаимодействия с окружающим воздухом. Для этих целей применяется аргоновый газ;
  • при расплавлении у алюминия наблюдается высокая степень текучести, именно это создает трудности при формировании сварной ванны. По этой причине технология сварки алюминиевых сплавов рекомендует применять специальные подкладки с теплоотводящей структурой;
  • в состав алюминия входит водород в растворенном виде, который во время застывания металла начинает выходить наружу. Это может привести к появлению в области шва пор и кристаллизованных трещин. Многие сплавы из алюминия имеют в составе повышенный уровень кремния, именно это вызывает появление трещин во время охлаждения деталей;
  • алюминий обладает высоким коэффициентом линейного расширения. Из-за этого возникает сильная усадка металла во время его застывания. Все это приводит к деформированию соединений у деталей, которые применяются для сваривания;
  • процесс сварки сплавов из алюминия должен проводиться только под воздействием высоких разрядов тока. Это объясняется тем, что этот металл имеет высокую теплопроводность. А вот во время сварки других сталей применяются токи с наименьшей силой — 1,2-15 раза. Это связано с тем, что они в отличие от алюминия имеют более высокую температуру плавления;
  • сварка алюминия дома может быть затруднена тем, что часто не получается определить точную марку сплава, из которого выполняются соединяемые детали. Это может достаточно сильно осложнить выбор режимов сварки и применяемых для ее выполнения методов.

Преимущества и недостатки сварки алюминия

Несмотря на то, что сварка по алюминию имеет некоторые сложности. Она все равно пользуется высоким спросом. Это связано с тем, что данный металл позволяет сделать конструкции с высокой прочностью. Его активно используют в разных областях промышленности, и без алюминия не обходится ни одно оборудование.

Сварка алюминия и стали имеет целый ряд положительных особенностей:

  • процесс обходится достаточно не дорого, он позволяет сэкономить приличное количество финансов. Это положительное качество особенно актуально для тех специалистов, у которых имеются в распоряжении профессиональное оборудование;
  • сварка занимает немного времени, она производится в один момент, а сам результат можно сразу же проверить;
  • для проведения сварочных работ могут применяться подручные средства;
  • нет особых требований к качеству шва;
  • сварной шов получается прочным и износостойким.

Но помимо положительных качеств сварочные работы по алюминию имеют недостатки:

  • при сварке алюминия своими руками сварной шов часто получается низкого качества;
  • иногда могут возникать сложности во время выбора присадочного материала;
  • чтобы получить качественное сваривание металла в домашних условиях необходимо применять современные технологии, которые используют на производствах. Но при их применении дома могут возникнуть серьезные сложности;
  • тяжело соблюдать правила техники безопасности;
  • часто хранение электродов проводится в неподходящих условиях, они могут быстро отсыреть или испортиться;
  • нет точных методов контроля качества готового соединения.

Виды сварки алюминия

Методы сварки алюминия могут проводиться с использование разного оборудования и различных приспособлений. Каждый из них обладает некоторые отличительными особенностями, от которых может зависеть качество и вид шва. Но чтобы в итоге получить качественное и прочное изделие требуется соблюдать все правила и нормы сварочного процесса.

К самым популярным и распространенным способам сварки алюминиевых конструкций относятся:

  • сварочный процесс, который выполняется в среде инертных газов. Для его проведения применяется вольфрамовый электрод;
  • полуавтоматическая сварка с использованием защитной среды из газов. Для ее выполнения применяется специальная присадочная проволока, которая подается в автоматизированном режиме (DC MIG);
  • сварка, во время которой используются электроды с покрытием из специального состава.

Рассматривая главные способы сварки алюминия, стоит особое внимание уделить их особенностям. В любом случае основной целью при каждом методе сваривания будет разрушение оксидной пленки, которая формируется на поверхности металла. Обычно для этого используется электрический постоянный ток с обратной полярностью. Важно добиться эффекта катодного распыления, при помощи которого будет проведено разрушение пленки с тугоплавкой структурой.

Как выполняется подготовка алюминия к сварке

Чтобы технология сварки алюминия и его сплавов была проведена правильно, важно провести правильную подготовку кромок всех деталей. При этом совсем не имеет значения, где будет проводиться данная процедура — дома или на производстве.

Подготовка алюминия к сварке состоит в проведении важных мер:

  • поверхность металла необходимо хорошо очистить от грязи, масла и жира. Чтобы поверхности полностью обезжирить их требуется обработать при помощи специальных растворителей — уайт-спиритом, ацетоном, бензином и другими средствами;
  • во время подготовительного этапа может проводиться разделка кромок свариваемых деталей, она делается, если в этом есть необходимость. Если сварка алюминиевых радиаторов и других компонентов выполняется без использования покрытых электродов, то разделка кромок производится при размере толщины соединяемых деталей больше 4 мм. Если в процессе сваривания используются электроды, то разделку кромок делают, когда размер толщины составляет больше 2 см;
  • если для сваривания будут использоваться алюминиевые листы, размер толщины которых составляет не больше 1,5 мм, то перед выполнением соединения, их торцы тщательно обрабатываются;
  • с поверхностей деталей из алюминия перед началом сваривания требуется полностью удалить оксидную пленку. Для этой процедуры может применяться напильник или щетка с ворсинками из нержавеющей стали. При помощи данных изделий с кромок соединяемых заготовок производится удаление оксидной пленки.

Нередко зачистка алюминия перед сваркой выполняется при помощи различных химических растворителей — каустической соды, бензина. Они помогают быстро устранить оксидную пленку. Если для очистки кромок соединяемых деталей будет использоваться каустическая сода, то после данной обработки их требуется промыть при помощи проточной воды.

Сварка алюминия электродами

Проведение электросварки алюминия электродом в домашних условиях возможно только в тех случаях, если выполняется соединение деталей, не несущих высокой ответственности и нагрузки. Но при этом показатель толщины используемых алюминиевых изделий должна быть не меньше 4 мм.

Однако данный процесс может сопровождаться некоторыми негативными особенностями:

  • после сваривания шов получается не сильно прочным и низкого качества. У него отмечается высокая пористость;
  • расплавленный алюминий в сварке начинает разбрызгиваться вокруг соединения, а шлаки, которые образуются на поверхности шва, достаточно плохо отделяются. Все это может спровоцировать развитие коррозионных процессов.

Но все же сварка алюминия со сталью с использованием электродов и обычного инвертора ММА активно применяется для соединения металла. Раньше для этих целей применялись расходники с маркировками ОЗА-1 или ОЗА-2. Имеются наиболее качественные варианты — УАНА и ОЗАНА. Это отечественные электроды, при помощи которых можно варить чистый металл и сплавы.

Сварка алюминиевых проводов и других элементов из этого металла может выполняться с использованием расходных материалов от шведских производителей ESAB. Если в процессе сваривания применяется чистый алюминий без примесей и сплавов, то лучше применять электроды ОК 96. 10. А вот для сварки сплавов подойдут электроды марки ОК 96. 50.

Особенности проведения электродуговой сварки

Чтобы технология электродуговой сварки алюминия была проведена правильно, ее необходимо выполнять с учетом важных правил. От этого будет зависеть качество, прочность и внешний вид сварных соединений. К основным правилам электродуговой сварки относят следующие:

  • сваривание алюминия должно проводиться с проведением постоянного тока, но при этом он должен иметь обратную полярность (для этого на инверторе требуется поменять местами разъемы). Во время этого обязательно должны соблюдаться соотношения показателей мощности и диаметра электрода. Во время сварки алюминия постоянным током должна постоянно регулироваться его сила, она должна быть примерно по 30 ампер на каждый миллиметр диаметра;
  • рекомендуется предварительно выполнить нагревание деталей для сваривания. Изделия из алюминия со средней толщиной нагревают до показателей 200-300 градусов. А вот большие массивные части требуется нагреть до 400 градусов;
  • зажигание дуги выполняется, так как и обычно, но все же стоит учитывать, что скорость горения электродов для алюминиевого металла значительно выше, чем у обычных. По этой причине шов требуется вести немного быстрее;
  • ни в коем случае не стоит обрывать сваривание, так и не закончив соединение. В конце полученного шва может появляться корка шлака, которая в последующий период станет препятствием для разжигания дуги в этой области. Важно проводить планирование свариваемых швов на плавление одного электрода;
  • во время выполнения свариваемого соединения нельзя производить поперечных движений, как это может делаться при варке стали;
  • после того как процесс сваривания будет закончен весь шлак в области соединения необходимо полностью удалить. Обязательно зону сварки требуется зачистить щеткой с ворсом и хорошо промыть при помощи горячей воды.

Как проводится сварка неплавящимся электродом в среде аргона

AC TIG сварка алюминия проводится с использованием электродов. Она является одной из популярных процедур, ее часто используют для создания различных конструкций. Во Время сваривания должны использоваться расходные элементы высокого качества и с хорошей прочностью.

К основным расходным компонентам относятся следующие:

  • сварка алюминия TIG предполагает применение специальных электродов. Для нее подходят вольфрамовые стержни с размером 1,6-5 мм. Они должны выдерживать высокие показатели температуры до 3 тысяч градусов по Цельсию;
  • обязательно должна быть присадочная проволока для сварки алюминия, которая должна иметь поперечник с размерами 1,6-4 мм.

При выполнении сварки в аргоновой среде вольфрамовые стержни практически не будут расходоваться. Они только принимают участие в генерации электродуги. Обязательно должна быть присадка для сварки алюминия, в качестве нее подойдет алюминиевый пруток. Чтобы сваривание получилось качественным и прочным, потребуются защитные газы. Наиболее подходящими будут гелий или аргон с высокой частотой.

Особенности сварки в среде аргона

Многие начинающие сварщики часто интересуются вопросом — как сваривать алюминий с использованием аргоновой среды. Данный процесс может проводиться в домашних условиях, главное требуется приобрести необходимое оборудование, расходные материалы и изучить главные правила.

Итак, можно выделить основные особенности сварки алюминия с использования аргона:

  • процесс питания дуги производится от источника переменного тока. Именно он сможет полностью и качественно убрать оксидную оболочку;
  • основные параметры, а именно поперечник электрода и прутка, должны соответствовать величине применяемого тока. Все зависит от используемого оборудования для сварки;
  • параметры сварочной зоны должны быть на самом минимальном уровне;
  • скорость процесса сваривания электродом по изделию из алюминиевого металла должна зависеть от уровня расхода неактивного газа;
  • дуга должна зажигаться в стороне на отдельной графитовой пластинке. Ни в коем случае не стоит стучать вольфрамовым стержнем по поверхности заготовки, это может привести к ухудшению качества электрода;
  • присадочный пруток должен подаваться постепенно к области края сварочной ванны под углом в 90 градусов к электроду. Нельзя подавать присадку прямо под область электрода, это может сильно испортить качество шва;
  • сварка алюминия в домашних условиях газовой горелкой должна выполняться правильно. Горелка должна проводиться за электродом, но только не наоборот;
  • ни в коем случае нельзя слишком притапливать дугу или, наоборот, через чур сильно отодвигать. Сварочная ванна или область расплавленного металла должна обладать овальной немного вытянутой формой;
  • газ должен применяться в умеренных количествах, иначе это может вызвать появление некоторых проблем. А именно это может привести к попаданию воздуха в рабочую зону;
  • подача газа (аргона) должна осуществляться за 4 секунды до зажигания дуги, а прекращаться через 7 секунд после разрушения дуги.

Как выполняется полуавтоматическое сваривание алюминия

Полуавтоматическое сваривание также имеет и другое название MIG сварка алюминия. Во время данного процесса применяется импульсное оборудование, потому что оно считается наиболее производительным. Оно создает сильный всплеск высокого напряжения, который способствует быстрому разрушению оксидной оболочки.

Оборудование вгоняет каждую частицу расплава металлического стержня в область сваривания. Именно за счет этой забивки и создается высококачественный шов с высокой прочностью. Благодаря этому и создается точечная сварка алюминия.

MIG/MAG сварка алюминия при помощи полуавтомата проводится с использованием дорогого оборудования, которое может не каждый себе позволить. Однако многие умельцы, которые уже достаточно длительное время занимаются сваркой, научились модифицировать стандартные полуавтоматы для сварки алюминия и нержавейки.

Главные особенности полуавтоматической сварки

По принципу действие полуавтоматического сваривания ничем не отличается от обычной сварки алюминия и нержавейки. Однако имеются некоторые технические особенности, от соблюдения которых зависит качество свариваемой конструкции из алюминия:

  • частый алюминий и его смеси нельзя варить током с высоким напряжением и прямой полярностью, допустимо применять противоположный вариант;
  • стоит учитывать, что пруток из алюминия намного мягче стальных компонентов, по этой причине он может делать петли. Что этого избежать, важно приобрести специальное устройство подачи, которое должно иметь 4 ролика, маленький рукав и прокладку из тефлоновой основы;
  • во время нагрева отмечается сильное расширение цветного металла, именно это может привести к тому, что проволока может застрять в зоне наконечника подающего механизма. Чтобы избежать данных проблем, требуется использовать особые наконечники с маркой Al, также подойдут стандартные модели, главное чтобы у них был увеличенный диаметр;
  • от выбранной марки присадочной проволоки для сварки алюминия зависит расход материала и качество сварного шва. Стоит учитывать, что пруток из цветного металла обладает интенсивным плавлением. Именно поэтому требуется обеспечить ускоренный темп подачи. Иначе может потребоваться слишком частая замена наконечника.

Особенности сварки инвертором

Инверторная сварка является самой подходящей и лучшей для изделий из алюминиевой основы. Процесс сварки металла выполняется в специальной оболочке из защитного газа, которая зачастую состоит из аргона. Обязательно используются вольфрамовые электроды с неплавящейся структурой.

Однако во время проведения сварочных работ поверхность данного электрода всегда требуется чистить. Дело в том, что на них скапливаются наросты, которые состоят из окисей вольфрама. В результате этого сильно ухудшается качество сварного шва.

Для удаления наростов применяется абразивный диск. При помощи него производится заточка электродов. Это позволяет сделать их поверхность чистой и гладкой, на ней не возникают заусенцы и канавки. Для заточки рекомендуется использовать отдельный диск, которые не применяется для других элементов.

Кроме этого можно самостоятельно снизить появления больших наростов на поверхности вольфрамовых электродов. Для этого данные элементы рекомендуется подвергнуть сильному охлаждению при помощи газа.

Инвертор для работы с алюминием

Изучая вопрос, чем сваривают алюминий стоит обратить внимание на функциональные устройства — инверторы. Данные приборы для сварки этого металла могут быть разными — они могут отличаться по конструкции и по модификациям. Чаще всего применяются полуавтоматические модели, но иногда могут использоваться электродуговые установки.

Основное преимущество инверторных устройств состоит в том, что они всегда подают стабильное напряжение. Именно это обеспечивает высокое качество сварного шва. Также как и у полуавтоматических устройств, у инверторного оборудования предусмотрена специальная приставка, которая обеспечивает высокую защиту во время работы в газовой среде.

Обычно данная приставка имеет маркировку TIG. Зачастую на многих аппаратах предусмотрена функция, которая позволяет производить быстрый переход в режим эксплуатации в среде защитных газов.

При проведении сварки алюминиевых труб и других элементов из данного цветного металла при помощи инверторного оборудования важно помнить несколько важных рекомендаций:

  • на поверхности изделий из алюминия всегда образуется оксидная пленка, которая может затруднить сварочный процесс. Именно по этой причине важно предварительно поверхность обработать при помощи абразивного диска, он поможет полностью устранить пленку;
  • при нагревании алюминий и его сплавы не изменяют цвет. Именно это намного усложняет процесс контролирования состояния сварочной ванны;
  • важно помнить, что сварочные работы с использованием инвертора, которые проводятся дома, должны выполняться правильно. В этом деле не стоит спешить, необходимо выждать время, чтобы было нужное прогревание;
  • если металл прогреть слишком сильно, то это может привести к деформированию детали. При проведении сварки алюминия с медью и другими цветными металлами в домашних условиях требуется дополнительно вместе с инвертором использовать специальную приставку, она позволит обеспечить контроль над проведением работы и предоставить возможность создать качественный, прямой и прочный шов;
  • способы и особенности сварки алюминия и его сплавов практически ничем не отличаются от сварки черных металлов. Для того чтобы справиться самостоятельно с процессом обработки алюминия достаточно иметь минимальные навыки. Дополнительно можно изучить специальную литературу и видеоматериалы.

Конечно, если соблюдать вышеперечисленные рекомендации при сварке алюминия в домашних условиях, все равно не получится получить шов высокого качества. Стоит учитывать, что процесс сваривания достаточно тяжелый и затратный. Самым лучшим вариантом будет приобретение осциллятора. Данный прибор позволит выдавать необходимые параметры тока.

Если при сварке будет применяться осциллятор, то обязательно дополнительно потребуются вольфрамовые электроды. Могут использоваться плавящиеся и неплавящиеся расходники. Все зависит от вида шва, который требуется получить в результате, а также от материала, применяемого в процессе работы.

Обычно самые прочные сварные алюминиевые конструкции получаются при проведении термического сваривания. Однако данный способ невозможно выполнить в домашних условиях. Для него потребуется подготовить специальную смесь, которая должна состоять из свинцовой стружки, марганцовки, алюминиевой пудры, канифоли.

Для этого обязательно требуется знать точные пропорции всех компонентов. Полученная смесь высыпается в область трещины и поджигается, это все приводит к возникновению небольшого взрыва, который и вызывает сплавление шва.

Сварка алюминия аргоном

Сварка алюминиевых конструкций при помощи аргона проводится для создания прочного и ровного шва. Для ее проведения применяется полуавтоматическое оборудование, которое позволяет выполнить соединение правильно. Обычно для работы подходит аргонно-дуговой аппарат, который имеет в конструкции три агрегата.

Перед тем как будет начата дуговая сварка алюминия с использованием аргона, важно привести в рабочее состояние агрегаты оборудования. Показатели расхода сопутствующих ресурсов могут повлиять на итоговую цену услуги.

Что будет нужно для сварки аргоном

Чтобы автоматическая сварка алюминия с использованием аргоновой среды была проведена правильно и качественно, важно к ней правильно подготовиться. Для нее обязательно должно быть специальное оборудование для сваривания. Аппарат для сварки обычно состоит из трех важных частей:

  • источника электропитания;
  • баллона с аргоновым газом;
  • механизма, который подает присадочную проволоку.

На крупных промышленных производствах устройство подключаются к централизованным магистралям. По ним поступает инертный газ. Также обязательно применяется стабилизатор дуги для сварки алюминия. После подготовки оборудования для сварки, можно приступать к подготовке деталей для сваривания. Они должны быть подготовлены в обязательном порядке, от соблюдения данной меры будет зависеть качество и прочность свариваемого шва.

К основным рекомендациям подготовки деталей для сваривания можно отнести:

  • с их поверхности обязательно очищается вся грязь, жир и остатки от машинного масла. Это можно выполнить при помощи любого растворителя;
  • если толщина деталей для сваривания составляет больше 4 мм, то важно провести разделывание кромок;
  • согласно рекомендациям специалистов и техническим условиям, листовой алюминий с толщиной от 4 мм стоит сваривать только встык;
  • зачистка кромок может выполняться при помощи напильника или на наждачном станке. Если же деталь обладает сложной формой, то область для сваривания зачищается при помощи переносной шлифовальной машинки.

Как выполняется сварка аргоном

Чтобы правильно провести сварку алюминия дуговой сваркой в аргоновой среде при помощи полуавтоматического оборудования важно выполнять все этапы процесса. Для сваривания обязательно потребуются вольфрамовые электроды. Размер диаметра расходных материалов подбирается в пределах от 1,5 до 5,5 мм.

При выполнении сваривания важно следить за тем, как ориентирован электрод относительно свариваемой поверхности. Его требуется держать под углом не менее 800. А присадочная проволока по отношению к электроду должна быть под прямым углом. Максимальная длина дуги должна быть не больше 3 мм.

Имеет несколько правил, которые обязательно требуется соблюдать во время проведения сварки алюминия газовой горелкой в аргоновой среде:

  • если соблюдать все рекомендации и правильное положение, то расход материалов будет оптимальным;
  • при выполнении сварочного процесса присадочная проволока должна перемещаться спереди горелки;
  • электрод и присадочная проволока во время сварки алюминия аргоном должны двигаться только вдоль сварного соединения;
  • нельзя делать поперечные движения;
  • если для сваривания применяются тонкие листы из алюминия, то обязательно будет нужна подкладка. В качестве данного элемента может применяться лист нержавейки;
  • подкладка обеспечит интенсивный отвод тепла от рабочей зоны через лист нержавейки, в результате этого вероятность прожога резко уменьшится. Также снизится расход энергии, потому что рабочий процесс будет выполняться намного быстрее.

Технология плазменной сварки алюминия

Сварка алюминия плазмой по технологии чем-то похоже на процесс сваривания металлов с использованием аргоновой среды. Суть состоит в расплавлении металла в необходимой зоне под влиянием потока плазмы — ионизированных атомов и молекул. Весь процесс осуществляется в защитном облаке, которое предотвращает попадание в область сварочной ванны газов, имеющихся в атмосфере.

Особенности

Стоит учитывать, что плазменная сварка меди и алюминия и сплавов этого цветного металла обладает некоторыми специфическими особенностями. Перед тем как приступать к свариванию требуется внимательно их изучить, от них зависит качество и прочность сварного соединения:

  • во время рабочего процесса образуется оксид алюминия с тугоплавкой структурой, который имеет температуру плавления почти 20500 С. Он обладает плотностью больше чем у алюминия, именно это может усложнить проведение оплавления кромок материала, а соединения загрязняется частичками окиси;
  • при расплавлении алюминий становится сильно текучим, именно высокая текучесть может стать препятствием для распределения металла внутри сварочной ванны. Он может просочиться через зону корня шва и разрушить металл вокруг ванны. Но данную проблему можно с легкостью решить, для этого достаточно использовать прокладки из керамики, графита или стали;
  • во время плазменной сварки алюминия используется водород. Его применение способствует образованию пористости в области сварного шва, которая уменьшает свойства пластичности и прочности заготовки. Чтобы это предотвратить требуется тщательно обезжирить поверхность свариваемые детали. Также снизить пористость можно при помощи нагревания материала до 150-240 градусов;
  • алюминий обладает высоким коэффициентом температурного расширения и сниженной упругостью, это вызывает деформирования во время сварочного процесса. Эту негативную особенность можно снизить при помощи использования разных режимов сварки;
  • алюминий обладает высоким коэффициентом теплопотери, но чтобы его снизить, достаточно применять дополнительные источники тепла и проводить предварительное прогревание металла.

Режимы плазменной сварки

Плазменная сварка алюминиевых трубок кондиционера и других элементов из этого металла может выполняться при помощи нескольких способов. Их можно выполнять в домашних условиях, но предварительно стоит изучить все важные особенности и приобрести необходимое оборудование.

Всего выделяют 4 вида плазменной сварки алюминия, смотрите в таблице.

Автоматическая дуговая сварка трубок кондиционера и других элементов выполняется полуоткрытой плазменной дуги по флюсу или закрытой дуги под флюсом. Для проведения сварочного процесса используется плавящийся расщепленный электрод и флюс АН-А1 для сварочных работ по техническому алюминию, и АН-А4 для соединения алюминиево-магниевых сплавов.

Рабочий процесс выполняется по слою флюса, это защищает от появления шунтирования или нарушения технологического процесса. Размеры флюса для сварки алюминия своими руками могут зависеть от показателя толщины элементов, которые применяются для сваривания. В среднем они составляют — 20-45 мм в ширину и 7-15 мм в толщину.

Ручная сварка используется для деталей из разного металла — из чистого алюминия, алюминиево-кремниевых сплавов, сплавов с магнием, цинком. Но толщина элементов должна быть не меньше 4 мм. Сварочный процесс выполняется с использованием постоянного тока с обратной полярностью и высокой скоростью.

Если показатель толщины кромок составляет больше 1 см, то обязательно нужно выполнить разделку кромок. Во время этого метода сварки шов лучше делать встык, если же он будет делаться внахлест, то много шлаков могут проникнуть в состав соединения и привести к коррозии. К сварке стоит приступать только после прогревания деталей до 4000 С.

Сварка выполняется в вакуумной среде. Во время нее отмечается разрушение оксидов под воздействием паров металлов, в итоге окись разлагается в вакууме. Вакуум ускоряет выведение водорода из области сварного соединения.

В итоге выходят ровные и красивые швы с высокой прочностью. Металл практически не теряет свои свойства в области стыка, а деформирование заготовки сводится к минимуму.

Оборудование для плазменной сварки

Чтобы плазменная сварка трубки кондиционера и других элементов из алюминия была выполнена в соответствии со всеми нормами, важно иметь в наличии специальное оборудование — аппарат для плазменной сварки. Он состоит из источника переменного или постоянного тока с обратной величиной и плазмотрона — специальной горелки, которая нужна для генерации плазменного разряда.

Источники питания, установленные в устройстве аппарата, могут обладать разной продолжительностью нагрузки, величиной силы тока, различным напряжением холостого тока. Соответственно у них могут быть разные показатели потребляемой мощности.

У плазмотрона предусмотрены специальные подводы для плазмообразующего и защитного газов. Также они предназначены для обеспечения жидкостного или воздушного охлаждения стенок сопла. Обязательно для горелки требуется использовать электрод. Он может быть изготовлен из тугоплавкого вольфрама, гафния или меди.

Особенности техники безопасности

Важно помнить, что контактная и любая другая сварка алюминия является тяжелым и ответственным процессом. Она должна не только выполняться правильно, но и безопасно для жизни, иначе можно сильно навредить себе и другим окружающим людям. Чтобы этого избежать необходимо во время сварки выполнять технику безопасности, которая обеспечит максимальную защиту исполнителю.

К важным рекомендациям защиты стоит отнести:

  • обязательно во время проведения сварочного процесса нужно использовать защитные средства — маска, рукавицы, прорезиненная обувь, асбестовое или брезентовое полотно, листовое полотно. Данные элементы должны применяться в обязательном порядке независимо от того будь это сварка простой алюминиевой рамы велосипеда или тяжелых конструкций;
  • все элементы электрической цепи необходимо полностью изолировать;
  • ни в коем случае не стоит проводить сварочные работы в помещениях с наличием легковоспламеняющимися предметами;
  • в комнате должна быть вентиляция, она поможет предотвратить отравление газами.

Сварка алюминия — это ответственная и тяжелая задача, которая требует высокой внимательности. Успешность ее выполнения зависит от точного и строгого соблюдения всех норма и правил. Важно знать основные сложности, которые могут привести к ухудшению качества сварного шва. Но полезные рекомендации помогут быстро их устранить, не ухудшая прочности металла.

Также любой способ сварки алюминия требует наличия специального оборудования и расходного материала, который позволит провести сваривание качественно и правильно.

Интересное видео

источник

Интертехприбор

Статьи

Механизированная сварка алюминиевых сплавов. Сварка алюминия аргоном.

I. Алюминий и алюминиевые сплавы. Химико-металлургические и технологические особенности

1.1. Алюминий.

Алюминий — один из самых лёгких металлических конструкционных материалов, его плотность составляет 2,7 г/см3. Чистый алюминий имеет невысокую температуру плавления (657ºС), низкую твёрдость, высокую пластичность, хорошую электропроводность (60% от электропроводности меди). Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью к воздействию воды и кислот. Коррозионные свойства объясняются высокой химической активностью алюминия, он быстро окисляется с образованием поверхностной плёнки Al2O3, которая имеет высокую плотность, твёрдость и температуру плавления. Одним из наиболее ценных свойств алюминия — высокая пластичность и хорошая деформируемость; он хорошо подвергается обработке давлением в холодном и горячем состоянии.
Коррозионная стойкость алюминия и его сплавов определяется наличием на поверхности изделий плотной окисной пленки. Алюминий совершенно нетоксичен, чем определяется широкое применение его в пищевой промышленности. Он весьма стоек в окислительных средах. В связи с этим его используют в сосудах для транспортировки и получения азотной кислоты и т.п. Как правило, чем меньше примесей в техническом металле, тем выше его коррозионная стойкость.
Чистый алюминий редко применяется как конструкционный материал (за исключением использования в качестве электропроводного материала в электротехнической промышленности и в отдельных случаях в химической и пищевой промышленности), что связано с его низкой прочностью. Но в результате сплавления с магнием, медью, цинком, кремнием и другими элементами алюминий способен образовывать разнообразные сплавы, обладающие достаточной прочностью и хорошими технологическими свойствами.

1.2. Алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы используют в сварных конструкциях различного назначения. Основными достоинствами их как конструкционных материалов являются малая плотность, высокая удельная прочность, высокая коррозионная стойкость. В качестве конструкционных материалов в основном используют полуфабрикаты из алюминиевых сплавов. По показателям отношения прочности и текучести к плотности высокопрочные алюминиевые сплавы значительно превосходят чугун, низкоуглеродистые и низколегированные стали, чистый титан и уступают лишь высоколегированным сталям повышенной прочности и сплавам титана. Рис. 1. Классификация алюминиевых сплавов по бинарной диаграмме: 1 — деформируемые; 2 — литейные; 3 — деформируемые, неупрочняемые термической обработкой; 4 — деформируемые, упрочняемые термической обработкой. Алюминиевые сплавы разделяют на литейные и деформируемые по пределу растворимости элементов в твердом растворе. В сварных конструкциях в основном используют полуфабрикаты (листы, профили, трубы и др.) из деформируемых сплавов. Концентрация легирующих элементов деформируемых сплавов меньше.

Алюминиевые сплавы разделяют на литейные и деформируемые по пределу растворимости элементов в твердом растворе. В сварных конструкциях в основном используют полуфабрикаты (листы, профили, трубы и др.) из деформируемых сплавов. Концентрация легирующих элементов деформируемых сплавов меньшепредела растворимости, и при нагреве эти сплавы могут быть переведены в однофазное состояние, при котором обеспечивается их высокая деформационная способность. Большинство элементов, входящих в состав алюминиевых сплавов, обладает ограниченной растворимостью, изменяющейся с температурой. Это сообщает сплавам способность упрочняться термической обработкой. В связи с этим деформируемые сплавы разделяют на сплавы, не упрочняемые термической обработкой с концентрацией легирующих элементов ниже предела растворимости при 20 0С), и сплавы, упрочняемые термической обработкой (имеющие концентрацию легирующих элементов свыше этого предела). К деформируемым сплавам, не упрочняемым термической обработкой, относятся:

технический алюминий АД0, АД1
сплав А1-Мn АМц (Аl + 1,3% Мg)
сплавы А1-Мg АМг1, АМг2, АМг3, АМг5, АМг61
В сварных соединениях эти сплавы способны сохранять до 95% прочности основного металла при высокой пластичности и высокой коррозионной стойкости.
Термически упрочняемые деформируемые алюминиевые сплавы могут быть разделены на несколько групп:
сплавы А1-Сu-Мg (дуралюмины) Д1, Д16, Д19, ВАД1, ВД17, М40, Д18
сплавы А1-Мg-Si и А1-Сu-Мg-Si (авиали) АВ, АД31, АД33, АД35, АК6, АК6-1, АК8
сплавы А1-Сu-Мg-Fe-Ni АК2, АК4, АК4-1
сплавы А1-Сu-Мn Д20, Д21
сплавы Аl-Zn-Mg-Cu В93, В95, В96, В94
сплавы А1-Мg-Zn В92, В92Ц
сплавы Al-Cu-Mn-Li-Cd ВАД 23
Из перечисленных сплавов к свариваемым относятся: АД, АД1, АМц, АМг, АМг3, АМг5В, АМг6, АВ, АД31, АДЗЗ, АД35, М40, Д20, ВАД1, В92Ц.
Самая значительная доля алюминиевых сплавов находит свое применение в упаковочной промышленности и транспортном машиностроении (см. Рис. 2), то есть там, где наиболее важны проблемы защиты пищевых продуктов от коррозии и снижения массы конструкций. Второе место по применению алюминиевых сплавов — строительство. Азия и Северная Америка потребляют суммарно более половины всех алюминиевых сплавов, что обусловлено массовым строительством жилых и административных зданий и бурным развитием транспортного машиностроения.

1.3. Поверхностная оксидная плёнка.

При 1000ºС реакция окисления алюминия может протекать при очень низком парциальном давлении кислорода. Образующийся оксид алюминия Al2O3 покрывает поверхность деталей плотной и прочной плёнкой. При 20ºС процессы окисления алюминия протекают по параболическому закону. Оксидная плёнка плохо проводит электрический ток. Важной характеристикой оксидной плёнки алюминия является её способность адсорбировать газы, в особенности водяной пар. Влага удерживается оксидной плёнкой до температуры плавления металла.
Коэффициент теплового расширения оксидной плёнки почти в 3 раза меньше коэффициента расширения алюминия, поэтому при нагреве металла в ней образуются трещины. При наличии в алюминии легирующих добавок состав оксидной плёнки может существенно меняться. Возникающая сложная оксидная плёнка в большинстве случаев является более рыхлой, гигроскопичной и обладает худшими защитными свойствами.
Ещё одной особенностью оксидной плёнки алюминия является её высокая плотность, вследствие чего в расплавленном металле сварочной ванны она опускается на дно и впоследствии может служить причиной дефектов шва — внутренних кристаллизационных трещин, особенно опасных при знакопеременном нагружении.

1.4. Свариваемость алюминиевых сплавов.

Сварные конструкции изготавливают из деформируемых сплавов, сведения о которых приведены в ГОСТ4784-74. Важнейшим показателем свариваемости алюминиевых сплавов является способность не образовывать при сварке горячих трещин. Сплавы, крайне чувствительные к горячему трещинообразованию, считаются несвариваемыми. Применение их в сварных конструкциях не рекомендуется.
Сплавы, не упрочняемые термической обработкой (системы А1-Мn и А1-Мg) и технический алюминий хорошо свариваются. Заготовки из этих сплавов выпускаются в отожженном и холоднодеформированном (нагартованном) состоянии.
Сплавы, упрочняемые термической обработкой (закалка с последующим старением), имеют обычно более высокую степень легирования и механическую прочность. Это сплавы А1-Мg-Si (авиали) и Аl-Zn с добавками других элементов. Они хуже свариваются (некоторые совсем не свариваются) и часто имеют низкую коррозионную стойкость. Авиали свариваются только с использованием присадочного материала.
Сплавы А1-Сu и А1-Сu-Мg (большинство относятся к дюралюминам) относятся к несвариваемым сплавам. Единственный свариваемый сплав А1-Сu — 1201 и его зарубежные аналоги.
Тройные сплавы Аl-Zn-Мg свариваются хорошо только в том случае, если суммарное содержание легирующих элементов не превышает 7,0 — 7,5%. К свариваемым относится отечественный сплав 1915 и его зарубежные аналоги.
Для литейных сплавов сварка применяется только в ремонтных целях, а также для исправления дефектов литья. Из всех литейных сплавов наибольшее распространение получили сплавы А1-Si (силумины), которые относятся к группе ограниченно свариваемых.

II. Химико-металлургические особенности сварки алюминиевых сплавов.

Оксидная плёнка на поверхности алюминия и его сплавов затрудняет процесс сварки. Обладая высокой температурой плавления (2050ºС), оксидная плёнка не расплавляется в процессе сварки и покрывает металл прочной оболочкой, затрудняющей образование общей ванны. Вследствие высокой адсорбционной способности к газам и парам воды оксидная плёнка является источником газов, растворяющихся в металле, и косвенной причиной возникновения в нем несплошностей различного рода. Частицы оксидной плёнки, попавшие в ванну, а также часть плёнок с поверхности основного металла, не разрушенных в процессе сварки, могут образовывать оксидные включения в швах, снижающие механические свойства соединений и их работоспособность.

Для осуществления сварки должны быть приняты меры по разрушению и удалению оксидной плёнки и защите металла от повторного окисления. С этой целью используют специальные сварочные флюсы или сварку осуществляют в атмосфере инертных защитных газов. Вследствие большой химической прочности соединения А12О3 восстановление алюминия из оксида в условиях сварки практически невозможно. Не удается также связать А12О3 в прочные соединения сильной кислотой или щёлочью. Поэтому действие флюсов для сварки алюминия основано на процессах растворения и смывания диспергированной оксидной плёнки расплавленным флюсом. В условиях электродуговой сварки в инертных защитных газах удаление оксидной плёнки происходит в результате электрических процессов, происходящих у катода (катодное распыление). В этих условиях возникает необходимость повышения требований к качеству предварительной обработки деталей перед сваркой с целью получения тонкой и однородной плёнки по всей поверхности свариваемых кромок. Для предупреждения дополнительного окисления и засорения ванны оксидами необходимо применять защитный газ высокой чистоты.

Водород, в отличие от других газов, обладает способностью растворяться в алюминии и при определенных условиях образовывать поры в металле швов. Растворимость водорода в алюминии изменяется при различных температурах. Концентрация растворенного в металле водорода [Н] зависит от давления молекулярного водорода, находящегося с ним в равновесии.

В реальных условиях парциальное давление молекулярного водорода в газовой фазе дуги ничтожно мало. Поэтому основным источником водорода, растворяющегося в сварочной ванне, является реакция взаимодействия влаги, содержащейся в окисной пленке с металлом. В результате протекания этой реакции концентрация атомарного водорода в поверхностном слое атмосферы, контактирующей с металлом, может соответствовать большому давлению молекулярного водорода, находящегося в равновесии с металлом. Поэтому при наличии паров воды в зоне ванны концентрация растворенного в металле водорода может оказаться намного больше равновесной. При охлаждении растворенный водород в связи с понижением растворимости стремится выделиться из металла. Пузыри выделяющегося водорода, не успевая всплыть из ванны, остаются в шве, образуя поры. Поэтому основной мерой борьбы с пористостью при сварке алюминия является снижение концентрации растворенного в нем водорода до предела ниже 0,69-0,70 см3/100 г металла. Основным источником водорода, растворяющегося в металле шва при сварке, является влага, адсорбированная поверхностью металла и входящая в состав оксидной плёнки в виде гидратированных оксидов. Количество ее определяется состоянием поверхности металла и зависит от его обработки перед сваркой.

Предупреждению пористости при сварке алюминия может способствовать сокращение удельной поверхности присадочной проволоки за счет увеличения её диаметра и уменьшения доли участия присадочного металла в образовании шва. Рациональную обработку поверхности проволоки и основного металла применяют с целью уменьшения толщины оксидной плёнки и запаса имеющейся в ней влаги. Магний увеличивает растворимость водорода в алюминии, поэтому повышенная склонность к пористости при сварке алюминиево-магниевых сплавов объясняется другим механизмом образования пор. На поверхности сплавов, содержащих магний, присутствует оксидная плёнка, состоящая из окислов А12О3 и МgO. Такая плёнка имеет большую толщину, меньшую плотность из-за дефектов ее строения и больший запас влаги, чем плёнка из А12О3. В процессе сварки при расплавлении основного и присадочного металлов часть влаги, содержащейся во внутренних дефектах пленки, не успевает прореагировать. Попадающие в ванну частицы плёнки содержат остатки влаги, которая разлагается с выделением водорода. Образовавшийся в дефектах плёнки водород переходит в молекулярную форму и затем выделяется в жидком металле ванны в виде пузырьков, минуя стадию растворения. При таком механизме образования пор в качестве мер уменьшения пористости, кроме обычных, связанных с применением рациональной обработки поверхности проволоки и основного металла, а также сокращения удельной поверхности проволоки, участвующей в образовании шва, эффективной мерой борьбы с пористостью становится ужесточение режимов сварки. Однако при ужесточении режимов возникает опасность увеличения давления водорода в несплошностях, что затрудняет выполнение многослойных швов и подварку.

Кристаллическая структура металла шва определяет его механические свойства. Чистый алюминий при кристаллизации обладает способностью образовывать в металле швов грубую крупнокристаллическую структуру.
При сварке алюминиевых сплавов кристаллическая структура и механические свойства металла швов могут изменяться в зависимости от состава сплава, используемого присадочного металла, способов и режимов сварки. Для всех способов сварки характерно наличие больших скоростей охлаждения и направленного отвода тепла. При кристаллизации в этих условиях часто развивается дендритная ликвация, что приводит к появлению в структуре металла эвтектики. Эвтектика снижает пластичность и прочность металла. В связи с этим в швах возможно возникновение кристаллизационных трещин в процессе кристаллизации. Улучшение кристаллической структуры металла швов при сварке алюминия и некоторых его сплавов может быть достигнуто модифицированием в процессе сварки. Поэтому в качестве присадочного металла при сварке все большее применение находят специальные проволоки с добавками модификаторов. Введение этих элементов в небольших количествах позволяет улучшить кристаллическую структуру металла швов и снизить их склонность к трещинообразованию. Перемешивание металла сварочной ванны в процессе сварки с помощью внешнего магнитного поля также снижает склонность металла швов к трещинообразованию.

Свойства сварных соединений зависят также от процессов, протекающих в околошовных зонах. При сварке чистого алюминия и сплавов, неупрочняемых термической обработкой, в зоне теплового воздействия наблюдается рост зерна и некоторое их разупрочнение, вызванное снятием нагартовки. Рост зерна и разупрочнение нагартованного металла при сварке изменяется в зависимости от способа сварки, режимов и степени предшествовавшей нагартовки сплава. Свариваемость сплавов А1-Мg осложняется их повышенной чувствительностью к нагреву и склонностью к образованию пористости и вспучиванию в участках основного металла, непосредственно примыкающих к шву. Способность этих сплавов образовывать пористость в зонах термического воздействия связывается с наличием в слитках молекулярного водорода. После обработки таких слитков (прессования или прокатки) в металле образуются несплошности в виде каналов или коллекторов, в которых водород находится под высоким давлением. Для проверки качества металла, предназначенного для сварки, рекомендуется проводить специальную пробу.

При сварке сплавов, упрочняемых термической обработкой, в околошовной зоне происходят изменения, ухудшающие свойства свариваемого металла. Измерение твёрдости и изучение структуры металла в зоне термического воздействия сплавов этой группы позволяют обнаружить в ней участки металла с различной степенью распада твёрдого раствора и коагуляции упрочнителя. Однако самым опасным изменением, резко ухудшающим свойства металла и способствующим образованию трещин,является оплавление границ зёрен. Появление жидких прослоек между зёрнами снижает механические свойства металла в нагретом состоянии и способствует образованию кристаллизационных трещин.

Независимо от способа сварки и исходного состояния металла в непосредственной близости от шва наблюдается зона оплавления границ зёрен. Ширина этой зоны меняется в зависимости от способа и режимов сварки. Наиболее широкая зона появляется при газовой сварке и более узкая — при способах сварки с жёстким термическим воздействием (дуговой). Распределение эвтектики в этой зоне изменяется в зависимости от исходного состояния сплава. В сварных соединениях, полученных при сварке закаленного сплава, эвтектика располагается в виде сплошной прослойки вокруг зёрен, в то время как в соединениях из отожжённого металла в залегании эвтектики появляются несплошности. Последующей термической обработкой не удается восстановить свойства металла в зоне, прилежащей к шву, что приводит к большому изменению прочности соединений и делает ненадежными эти соединения в эксплуатации.

Сплавы Д20, ВАД1, М40 и другие подобные имеют лучшую свариваемость. Особенно перспективными являются самозакаливающиеся сплавы тройной системы А1-Mg-Zn. При сварке этих сплавов удается получить соединения с прочностью до 80-90% от прочности основного металла в закаленном и состаренном состоянии.

Алюминий и его сплавы отличаются высокой тепло- и электропроводностью, что вызывает необходимость применения больших токов и мощных машин для электрической контактной сварки, особенно при точечной сварке. Для повышения эффективности нагрева и плавления целесообразно сваривать эти металлы при малой длительности импульсов тока или на больших скоростях при сварке плавлением.

Сварные конструкции из алюминия и его сплавов склонны к короблению, что объясняется относительно высоким коэффициентом теплового расширения. Снижение деформаций в конструкциях может быть достигнуто за счет использования технологических мероприятий (выбор соответствующего способа сварки, подбор оптимальных режимов, подогрев и др.).

III. Типы сварных соединений алюминиевых сплавов.

Типы соединений, применяемые при сварке алюминиевых сплавов, размеры и форма подготовки кромок в основном регламентированы ГОСТ 14806-80 и ГОСТ 23792-79. При сварке плавлением алюминиевых сплавов наиболее рациональным типом соединений являются стыковые, выполнить которые можно любыми способами сварки. Для устранения оксидных включений в металле швов применяют подкладки с канавкой рациональной формы или разделку кромок с обратной стороны шва, что в некоторых случаях обеспечивает удаление оксидных включений из стыка в формирующую канавку или в разделку.

Применение при сварке флюсов, наносимых на торцовые поверхности перед сваркой в виде дисперсной взвеси фторидов в спирте, также способствует уменьшению количества окисных включений в металле шва.

При разделке кромок угол их раскрытия необходимо ограничивать с целью уменьшения объёма наплавленного металла в соединении, а следовательно, и вероятности образования дефектов. Конкретный выбор конструктивных элементов подготовленных кромок свариваемых деталей, их размеров и размеров выполненных швов для основных типов соединений должен производиться согласно ГОСТ 14806-69.

Для точечной и шовной контактной сварки характерны нахлёсточные соединения, размеры которых установлены ГОСТ 15878-70. При этом соотношение толщин свариваемых деталей, как правило, не превышает 1:2. Для стыковой сварки оплавлением используются стыковые соединения. Форма деталей должна обеспечивать надёжное закрепление их в зажимах машины и токоподвод вблизи стыка. Площади сечения деталей в зоне соединения должны быть приблизительно одинаковыми.

IV. Применяемые методы сварки
Для сварки алюминиевых сплавов используются следующие методы сварки:
1) Газовая сварка.
2) Сварка штучными электродами с покрытием.
3) Сварка неплавящимся электродом в среде инертных защитных газов (TIG).
4) Сварка плавящимся электродом в среде инертных защитных газов (MIG).
5) Плазменная сварка (PAW).
6) Сварка плавящимся электродом по слою флюса. Наиболее распространёнными являются методы TIG, MIG и PAW, о которых в дальнейшем и пойдёт речь.

V. Сварочные материалы для алюминиевых сплавов

5.1. Газы и газовые смеси.

При дуговой сварки алюминия и его сплавов для предотвращения окисления используются инертные защитные газы — аргон или его смеси с гелием (гелий повышает температуру дуги и увеличивает проплавление). Особое внимание необходимо обращать на чистоту защитного газа: допущено применение аргона чистотой не менее 99,9% по ГОСТ 10157-73, сорта: высший, первый и второй. При сварке плавящимся электродом иногда применяют аргон с добавкой до 5% О2.

Повышенное содержание влаги в защитном газе повышает вероятность образования дефектов сварки. Поэтому, если поставщик газов не может гарантировать их чистоту и влажность, рекомендуется применение газовых фильтров.

5.2. Неплавящиеся электроды.

Для сварки методом TIG используются неплавящиеся вольфрамовые электроды. Для алюминиевых и магниевых сплавов используются электроды:
марка WP чистый вольфрам 99,95% зелёная маркировка
марка WT 20 легирование 2% оксид тория ThO2 красная маркировка
марка WZ 10 легирование до 1% оксида циркония ZrO2 коричневая маркировка
марка WC 20 легирование 2% оксида церия CeO2 оранжевая маркировка
марка WL 20 легирование 2% оксид лантана LaO2 жёлтая маркировка

При этом электроды из чистого вольфрама являются более предпочтительными; электроды с цериевым легированием являются универсальными и могут использоваться для сварки как на переменном, так и на постоянном токе; лантанированные электроды применяются только для сварки на постоянном токе.
Одним из важнейших элементов качественной TIG сварки является подготовка неплавящегося электродов, которая неплавящихся электродов заключается в шлифовке стержня электрода и подготовке геометрии. Шлифовка стержня делается на заводе-изготовителе; шлифовка проводится в продольном направлении для исправления дефектов, возникающих при прокатке стержней. Подготовка геометрии заключается в заточке острия и проводится непосредственно перед сваркой. Чем острее заточен электрод, тем большим является давление электрической дуги. При заточке также важны направление заточки и определенная шероховатость острия электрода. Заточка электрода обязательно должна проводится вдоль оси электрода. Электроды, у которых заточка выполнена «поперек» и имеет сильную шероховатость, оказывают негативное влияние на острие электрода вследствие влияния надреза.

5.3. Присадочные материалы.

Сварка с подачей присадочного материала рекомендуется как основной метод для алюминиевых сплавов. Подача дополнительного присадочного материала позволяет избежать газонасыщения и пористости металла шва и избежать повышенного содержания растворённого водорода в шве и околошовной зоне.
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:

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,
γП — доля проволоки в металле шва.

При выборе присадочного металла следует также учитывать возможность появления в структуре металла швов различных химических соединений. При сварке сплавов алюминия, содержащих магний, с применением присадочной проволоки, содержащей кремний, в металле шва и особенно в зоне сплавления появляются иглообразные выделения Мg2Si, снижающие пластические свойства сварных соединений. Неблагоприятно влияют на свойства соединений из сплавов системы А1-Мg ничтожно малые добавки натрия, которые могут попадать в металл шва через флюсы.

Присадочным материалом служит сварочная проволока или присадочные прутки. Отечественная сварочная проволока в соответствии с ГОСТ 7871-75 состоит из:
чистого технического алюминия марки СвА99, СвА97, СвА85Т, СвА5
сплава Al-Mn марка СвАМц
сплавов Al-Mg марки СвАМг3, СвАМг5, Св1557, СвАМг6, СвАМг61, СвАМг63
сплавов Al-Si марки СвАК5, СвАК10 сплава Al-Cu марка Св1201

Кроме того, по специальным техническим условиям выпускают проволоку 1437 (алюминий, легированный хромом) и АВч (сплав алюминия с кремнием и магнием). За рубежом наиболее широко используется проволока марки 4043 (отечественный аналог СвАК5) и 5356 (отечественный аналог СвАМг5). Общим правилом при сварке алюминиевых сплавов является то, что металл сварочной проволоки должен примерно соответствовать по химическому составу металлу детали. Исключением являются сплавы алюминия с магнием, для сварки которых из-за интенсивного испарения магния при сварке следует использовать проволоку с содержанием магния большим, чем в детали.

Для сварки авиалей и ремонта и исправления дефектов отливок из низколегированного силумина широко применяется проволока СвАК5. Металл проволоки имеет относительно низкую температуру плавления и хорошую жидкотекучесть. По сравнению с проволоками из алюминиево-магниевых сплавов при сварке она дает меньше дыма и аэрозолей и поэтому облегчает визуальное наблюдение за сварочной ванной. Следует иметь в виду, что сварной шов этой проволоки имеет низкую пластичность.

Для сварки наиболее широко распространённых алюминиево-магниевых сплавов, а также для сваривающихся тройных сплавов алюминий-цинк-магний, используются проволоки СвАМг5 и СвАМг61. Ограничением в ее применении является то, что сварной шов не должен при эксплуатации подвергаться действию температур, превышающих 80ºС.

В своё время промышленность не имела достаточного количества присадочных материалов для сварки алюминиевых сплавов, и в качестве присадки использовались прутки, изготовленные механической резкой непосредственно из отходов свариваемых листов (так называемая «лапша»), которые затем подвергались гальванической очистке или травлению. Такой подход является принципиально неправильным, так как не учитывает необходимость компенсации легирующих элементов, выгорающих при сварке — в первую очередь это касается магния и кремния, присутствующих в наиболее распространённых сплавах типа Al-Mg и Al-Si.
Поверхность алюминиевой присадочной проволоки не должна иметь следов стружки, задиров, трещин, рубцов, наплывов и прочих дефектов, в которых могут скапливаться загрязнения. Неудовлетворительное состояние поверхности проволоки, то есть присутствие на ней грязи, пыли, масляных пятен, приводит к образованию вредных примесей в процессе сварки, что, в свою очередь, может изменить характеристики горения дуги и снизить качество сварного шва. Также недопустимо изменение диаметра проволоки по ее длине (повышенные отклонения, овальность). Изменение диаметра проволоки даже в пределах диапазона допускаемых производителем отклонений может нарушить стабильность горения дуги и повлиять на основные параметры сварочного процесса — длины дуги (то есть напряжения), площади пятна нагрева (нарушение концентрации дуги) и его местоположения на стыке (неконтролируемые перемещения дуги по свариваемым кромкам). Перекрученная проволока и проволока с изгибами также может влиять на стабильность горения дуги.
Для сварки с ручной подачей присадочной проволоки обязательно использование специальных присадочных прутков, которые поставляются в герметичной таре и полностью готовы к использованию, то есть не нуждаются в дополнительной очистке или какой-либо иной подготовке. В тех случаях, когда упаковка прутков не была использована полностью в течение 2-3 часов, она должна быть герметично закрыта и храниться в сухом помещении при температуре 20-25ºС. Стандартная упаковка для присадочных прутков — обычно жестяная банка с пластиковой крышкой, которая обеспечивает удовлетворительные условия хранения в течение 2-3 суток после вскрытия.
При сварке с механизированной подачей присадочной проволоки катушки с проволокой должны обязательно иметь герметичную упаковку. Применяемая алюминиевая проволока должна иметь ровную рядную намотку на катушках и обязательно должна поставляться во влагонепроницаемой упаковке. Перед приобретением партии проволоки следует изучить опыт использования проволоки именно этого производителя, а при закупке обязательно запросить все необходимые сертификаты.
Также можно дать рекомендации по защите проволоки непосредственно во время сварки. Учитывая постоянное наличие в воздухе производственных помещений токопроводящей пыли, водяных и масляных паров, при сварке алюминия с механизированной подачей присадочной проволоки рекомендуется применять блоки подачи проволоки закрытого типа с горизонтальным расположением оси катушки с проволокой. Для дополнительной очистки проволоки перед входной втулкой механизма подачи проволоки можно закрепить мягкое пористое вещество (например, поролон), смоченное растворителем.

VI. Подготовка кромок деталей под сварку

При подготовке деталей из алюминиевых сплавов под сварку профилируют свариваемые кромки, удаляют поверхностные загрязнения и окислы. Обезжиривание и удаление поверхностных загрязнений осуществляют с помощью органических растворителей или обработкой в специальных ваннах щёлочного состава.
В качестве растворителей для обезжиривания деталей из алюминиевых сплавов применяют уайт-спирит, технический ацетон, растворители РС-1 и РС-2. Обезжиривание алюминиевых сплавов можно проводить в водном растворе следующего состава:
40-50 г/л технического тринатрийфосфата Na3РО4 х 12Н2О
40-50 г/л кальцинированной соды Na2СО3
25-30 г/л жидкого стекла Na2SiO3
Температура ванны 60-70ºС, время обработки 4-5 мин.
Удаление поверхностной оксидной плёнки является наиболее ответственной операцией подготовки деталей. При этом в основном удаляют старую плёнку, полученную в результате длительного хранения и содержащую значительное количество адсорбированной влаги.
Оксидную плёнку можно удалять с помощью металлических щёток из проволоки диаметром 0,1-0,2 мм при длине ворса не менее 30 мм или шабрением. После зачистки кромки вновь обезжиривают растворителем. Продолжительность хранения деталей перед сваркой после зачистки не более 2-3 часов. При более широких масштабах производства поверхности деталей подвергают травлению. Широко применяют травление в щёлочных ваннах по следующей технологии:
1) обезжиривание деталей в растворителе;
2) травление деталей в ванне из водного раствора 45-50 г/л NаОН,
температура ванны 60-70ºС,
время травления 1-2 мин для неплакированных материалов,
при необходимости снятия технологической плакировки (например, на сплаве АМг6) время травления выбирают из расчета 0,01 мм за 2,5-3 мин;
3) промывка в проточной горячей воде (60-80ºС), затем в холодной воде;
4) осветление в 30%-ном водном растворе HNO3 при 20ºС в течение 1-2 мин или в 15%-ном водном растворе HNO3 при 60ºС в течение 2 мин;
5) промывка в холодной проточной воде, затем в горячей (60-70ºС);
6) сушка горячим воздухом (80-90ºС).
При сварке деталей из сплавов алюминия, содержащих магний повышенной концентрации (например, сплава АМг6), перед сваркой кромки деталей и особенно их торцовые поверхности необходимо зачищать шабером. Для обработки электродной проволоки из алюминиевых сплавов используют те же ванны. Во многих случаях для обработки присадочной проволоки после травления рекомендуется проводить, электрохимическое полирование, особенно для сплавов, содержащих магний. В качестве электролита используют раствор состава: 700 мл ортофосфорной кислоты, 300 мл серной кислоты, оксид хрома. В процессе полирования проволоки температуру электролита поддерживают 95-100ºС. При перегреве электролита свыше 100ºС происходит растравливание поверхности, а при понижении температуры ниже 90ºС процесс полирования прекращается. Качество подготовки проволоки контролируют наплавкой технологических валиков с последующей оценкой пористости металла шва путем взвешивания.

VII. Общая концепция сварки TIG. Оборудование для сварки TIG

Наличие оксидной плёнки, обладающей высокой тугоплавкостью и плохой электропроводностью, весьма затрудняет сварку алюминиевых сплавов. Кроме того, алюминий имеет такое большое химическое сродство к кислороду, что механическая очистка поверхности основного материала перед сваркой действует в течение непродолжительного времени, после чего поверхности очень скоро вновь образуется оксидная плёнка Разрушение оксидной плёнки представляется довольно сложной задачей, требующей больших вложений энергии. Поскольку разрушить плёнку нагревом электрическим током сложно из-за её плохой электропроводности, можно прибегнуть к разрушению плёнки методом катодного распыления. Это обуславливает необходимость применения сварки на переменном токе.

Рис. 6. Концепция сварки TIG

7.1. Сварка TIG

Сварка методом TIG — 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 5 А), возможность сварки тонких листов, высокая устойчивость горения дуги во всем диапазоне токов, технологичность процесса.
При сварке TIG дуга горит между неплавящимся вольфрамовым электродом и свариваемым изделием. При этом отсутствует перенос расплавленного металла через дуговой промежуток, что облегчает условия горения дуги и обусловливает её высокую стабильность, исключает разбрызгивание расплавленного металла, сокращает потери на испарение и улучшает качество сварного шва за счёт ограничения взаимодействия расплавленного металла с газами столба дуги.
Сварка TIG на переменном токе открывается возможность разрушить и устранить оксидный слой при помощи носителей заряда в электрической дуге. Для этого подходят только ионы, поскольку электроны из-за своей малой массы не обладают достаточной для такого процесса кинетической энергией.
На рис. 7 показан поток носителей заряда в электрической дуге. Когда отрицательный полюс находится на электроде, электроны перемещаются от электрода к изделию, а остаточные ионы — от изделия к электроду. При такой полярности очищающий эффект невозможен. При обратной полярности более тяжёлые ионы возвращаются на поверхность изделия. При этом за счёт своей высокой кинетической энергии они могут разрушить и устранить оксидный слой на поверхности изделия.

Если бы сварка выполнялась на горячем положительном полюсе, то у электрода была бы очень низкая токонесущая способность. Поэтому данный вариант сварки TIG применим только для сварки очень тонких алюминиевых конструкций (с толщиной стенки до 2,5 мм). Переменный ток предлагает компромиссное решение. Когда на электроде находится позитивная полуволна, возникает очищающий эффект. Следующая за ней отрицательная полуволна снова охлаждает электрод. Поэтому можно говорить об очищающей и охлаждающей полуволнах. Токонесущая способность при сварке переменным током меньше, чем при сварке постоянным током на отрицательном полюсе, но она значительно выше, чем при сварке на положительном полюсе.

В настоящее время также применяют вариант сварки TIG на отрицательном полюсе, при котором используется защитный газ с высоким содержанием гелия (например, 90% He / 10% Ar). При сварке на отрицательном полюсе, как уже было описано, оксидная плёнка на поверхности не разрушается. Однако она расплавляется при высокой температуре мощной гелиевой дуги. Поэтому она лишь немного повреждается. Сварка TIG постоянным током на отрицательном полюсе в среде гелия благодаря лучшему проварy применяется, в первую очередь, при ремонтных сварках литых деталей из алюминиево-кремниевых сплавов.

7.2. Источники питания для сварки TIG

Питание дуги осуществляется переменным током от источников с падающими внешними характеристиками. Существует справедливое мнение, что сварку TIG 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 сварки TIG.
По сравнению со сваркой TIG симметричным током, сварка алюминиевых сплавов асимметричным переменным током 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.
В ряде случаев целесообразно использовать сварку TIG импульсной дугой. Подача импульсов осуществляется, как правило, с частотой до 50 или свыше 100 Гц 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.
Генераторы импульсов тока являются основным блоком источника питания для импульсной сварки. Они включают в себя регуляторы нарастания/спада тока и осуществляют цикл сварки, показанный на Рис. 10. При такой схеме цикла сварки регулируются все составляющие цикла — IИ, IП, tН, tИ, tП, tК. Наиболее важной составляющей является tК; при плавном спаде тока в конце сварки происходит равномерная и качественная заварка кратера шва, что позволяет завершать сварку на самом изделии, не прибегая к трудоёмкой технологии установки выводных пластин. Этот же генератор управляет и открытием электромагнитного газового клапана и позволяет осуществлять предварительный (до зажигания дуги) и последующий (после гашения дуги) обдув защитным газом. При предварительном обдуве защитный газ вытесняет атмосферный воздух из зоны сварки, а последующий обдув газом позволяет завершить кристаллизацию и остывание металла шва в течение 3-5 сек после окончания сварки. Схема открытия газового клапана приведена на Рис. 11. При этом tпр и tпосл также можно регулировать.
Наилучшими сварочными свойствами обладают инверторные источники питания, основным элементом которых является полупроводниковый инвертор — устройство для преобразования постоянного напряжения в переменное высокочастотное. Инверторные схемы строятся на быстодействующих тиристорах или транзисторах. По сути, в сварочной цепи течёт переменный ток высокой частоты (несколько десятков кГц, а иногда и МГц). Несущая частота сварочного тока обуславливает высокие сварочные свойства инверторных выпрямителей. Инверторы AC/DC, используемые при TIG сварке алюминиевых сплавов, имеют дополнительный блок — вторичный инвертор, осуществляющий дополнительное инвертирование сварочного тока.
Поскольку частота тока напрямую связана с массой магнитопроводов и потребным сечением проводов катушек, масса трансформаторов и дросселей в инверторных выпрямителях очень невелика (примерно в 10 раз меньше, чем масса трансформаторов и дросселей, рассчитанных на ток частотой 50 Гц) и составляет 0,1 ÷ 0,3 кг на 1 А сварочного тока и 4 ÷ 8 кг на 1 кВт потребляемой мощности. Инверторные выпрямители очень экономичны в эксплуатации; так как они не потребляют реактивной мощности, их коэффициент мощности cosφ близок к единице, а КПД не ниже 0,7, а иногда достигает 0,9.

Для достаточного очищающего эффекта совсем не нужно целой положительной полуволны, достаточно 20 — 30%. Именно это используется в современных источниках тока для TIG сварки. Они производят искусственный переменный ток с волнами прямоугольной формы; за счёт быстрого переключения силовых элементов (тиристоров или транзисторов) на электрод попеременно переключается положительный и отрицательный полюс источника постоянного тока. При этом баланс отношения обоих полуволн может изменяться, например, от 20% положительного полупериода/80 % отрицательного полупериода до 80% положительного полупериода /20% отрицательного полупериода (Рис. 14). Проплавляющая способность дуги при этом остаётся на приемлемом уровне.

Меньшая фаза положительного полюса обеспечивает более высокую токонесущую способность электрода, а при одинаковой установке тока — большую стойкость. В таких так называемых «прямоугольных источниках» может часто изменяться и частота искусственного переменного тока, например, от 50 до 300 Гц. Повышение частоты способствует сохранению электрода. Прямоугольный искусственный переменный ток обладает и другими преимуществами. Поскольку ток при смене полярности имеет очень крутую характеристику, то время запаздывания дуги при прохождении через ноль значительно короче, чем при синусоидальной форме тока. Поэтому происходит более надёжное зажигание, даже без использования приспособления для зажигания, а электрическая дуга в целом стабильнее. При этом повторные зажигания дуги сопровождаются сильным гудением.

7.3. Горелки для сварки TIG

Сварочная горелка TIG является основным рабочим инструментом сварщика, в котором закреплён неплавящийся электрод; через горелку подаётся сварочный ток и защитный газ. В настоящее время выпускается большое количество различных горелок:
— с газовым и водяным охлаждением,
— с подачей защитного газа через диффузор или через газовую линзу (обеспечивает более стабильный ламинарный поток защитного газа),
— с регулировкой или без регулировки тока сварки,
— с жёсткой или гибкой головкой.

7.4. Механизация ручной сварки TIG

Как известно, автоматизация сварочного процесса определяется степенью автоматизации двух сварочных движений — перемещения сварочной дуги вдоль линии стыка и подачи присадочного материала в зону сварки. Механизация ручной сварки TIG достигается автоматической подачей присадочной проволоки в зону сварки. Таким образом, возникает понятие полуавтоматическая сварка неплавящимся электродом. Чаще всего используют более простую систему с холодной присадочной проволокой, являющейся нейтральной по отношению, как к неплавящемуся электроду, так и к свариваемому изделию.

Организация автоматической подачи присадочной проволоки предусматривает:

1) Наличие блока подачи присадочной проволоки.
2) Установку сопла подачи присадочной проволоки на сварочную горелку.
3) Коммутацию блока подачи присадочной проволоки и источника питания сварки TIG.

7.4.1. Комплект оборудования для подачи присадочной проволоки

Блок подачи присадочной проволоки включает размоточное устройство для проволоки, двигатель подачи и механизм правки и подачи проволоки. Самый простой вариант — использовать стандартный блок подачи проволоки от сварочного полуавтомата, соответствующим образом скоммутированный с источником питания сварки TIG. При этом достигается существенная экономия, особенно теми производителями, которые производят также оборудование для MIG/MAG сварки.
Сопло подачи присадочной проволоки устанавливается непосредственно на керамическое газовое сопло сварочной горелки при помощи крепёжного хомута. Проволока подаётся в сопло от блока подачи проволоки по тефлоновому каналу подачи.
Коммутация блока подачи и источника питания осуществляется при помощи дополнительной панели управления, которая устанавливается либо в источнике питания, либо в блоке подачи.

7.4.2. Подготовка блока подачи проволоки

Алюминиевая проволока, особенно малых диаметров (0,8 мм и 1,0 мм), очень мягкая и её подача легко может быть нарушена неправильным подбором системы подачи.
Для сварки алюминиевых сплавов следует использовать только четырёхроликовые механизмы подачи. Правильные и подающие ролики также следует выбирать специальные — с канавкой U-образной формы. Ни в коем случае нельзя устанавливать слишком большое усилие прижима, так как это может существенно затормозить проволоку в механизме подачи. Тормоз размоточного устройства должен быть установлен в промежуточное положение. Таким образом, можно избежать провисания проволоки при остановке двигателя подачи из-за свободного проворачивания катушки и вытягивания проволоки при старте подачи. Рекомендуется также установить на входное и выходное сопла механизма подачи обрезки каналов подачи: один — от катушки с проволокой до входного сопла, второй — от выходного сопла до внутренней части разъёма для подключения канала подачи проволоки. Выбор канала подачи также очень важен — ни в коем случае не следует использовать каналы, навитые из стальной спирали; для сварки алюминия выпускаются специальные тефлоновые и карбоновые каналы, обеспечивающие хорошее скольжение проволоки и не позволяющие проволоке сминаться и затормаживаться на изгибах.

7.4.3. Установка сопла подачи проволоки на сварочную горелку

Техника сварки TIG с автоматической подачей присадочной проволоки несколько отличается от ручной техники и поэтому требует от сварщика наработки навыка. В первую очередь это касается положения горелки относительно стыка. В зависимости от поставленных задач сварки присадочная проволока может подаваться в сварочную ванну до или после дуги или с боковой стороны относительно оси свариваемого стыка. Для того, чтобы подача проволоки происходила точно в зону максимальной температуры, необходимо соблюдать рекомендации по установки горелки относительно стыка. Правильное положение горелки показано на рис. 23.

7.5. Сварка TIG с подачей подогретой присадочной проволоки

Всё изложенное выше касалось сварки TIG с подачей холодной (электрически нейтральной) присадочной проволоки: процесс TIG-CW (Cold Wire). Подача на присадочную проволоку электрического потенциала даёт бóльшие возможности при сварке. Такая технология носит название подачи подогретой (или горячей) присадочной проволоки: процесс TIG-HW (Hot Wire).

7.5.1. Принцип подачи подогретой присадочной проволоки

Принцип сварки TIG с подачей горячей проволоки следующий. Плавление основного металла происходит под воздействием электрической дуги, возникающей между неплавящимся электродом и свариваемым металлом, от источника постоянного тока или источника, работающего как на постоянном, так и на переменном токе. Система подачи проволоки обеспечивает постоянную подачу материала в сварочную ванну. Благодаря дополнительному источнику тока напряжение через контактный наконечник подается на проволоку и за счет сопротивления на свободном конце подающейся проволоки, происходит её нагрев. Для этого может быть использован источник постоянного тока или источник, работающий на постоянном и переменном токах. Увеличение длины вылета подающейся проволоки ведет к повышению производительности наплавки. Причиной является увеличение электрического сопротивления на этом отрезке проволоки и связанное с этим повышение температуры свободного конца проволоки. Выделяющееся количество теплоты пропорционально квадрату силы тока и обратно пропорционально сопротивлению проволоки:

7.5.2. Оборудование для сварки с подачей подогретой присадочной проволоки

Оборудование для сварки с подачей подогретой присадочной проволоки Очень существенным для успешного проведения сварочного процесса TIG с подачей горячей проволокой является правильная установка горелки и направляющего канала. Правда, здесь не могут применяться общеустановленные правила. Также как и при сварке TIG холодной проволокой на вольфрамовый электрод подается «минус», в то время как на свариваемое изделие подается «плюс» (прямая полярность). Для того чтобы избежать отклонения сварочной дуги от направления сварки, при использовании источника питания с постоянным током на горячую проволоку подается минус, а на свариваемое изделие — плюс (прямая полярность), источник питания для подогрева проволоки работает на напряжениях от 1,5 В до 5,0 В для того, чтобы исключить произвольный поджиг дуги на проволоке.

С помощью специального программирования сварочного источника питания можно управлять режимом сварки TIG и источником тока для подогрева проволоки, а также подачей проволоки и общим протеканием сварочного процесса. Синхронная пульсация сварочного тока и подогрев присадочной проволоки могут быть использованы для улучшения качества сварки или для облегчения сварки в неудобном положении. Важными параметрами режима сварки являются ток импульса, ток нагрева проволоки, скорость подачи проволоки, высота сварочной дуги, включая параметры колебаний. Сварка TIG с подачей горячей проволокой может существенно повысить производительность наплавки по сравнению с подачей нейтральной проволокой.

7.5.3. Производительность сварки с подачей подогретой присадочной проволоки

В то время как при сварке TIG с холодной проволокой можно достичь скорости сварки около 20 см/мин, при сварке TIG с горячей проволокой в автоматическом режиме можно достичь скоростей сварки в пределах от 80 до 100 см/мин. Результаты: меньшие затраты времени на сварку, более узкие зоны термического влияния, меньший риск возникновения горячих трещин и меньшее перемешивание металла шва с основным металлом.

По сравнению с механизированной сваркой TIG при использовании холодной проволоки мощность наплавки при использовании горячей проволоки увеличивается до трёх раз при одинаковой мощности сварочной дуги. Поэтому для практического применения должны быть выбраны такие комбинации параметров мощности (мощность сварочной дуги, мощность источника тока при работе с горячей проволокой и мощность наплавки), которые находятся на максимальной отметке кривой, на графике.
Если проанализировать кривые на графике, то в диапазоне силы тока 0 — 50 А достигается только незначительное повышение мощности наплавки при длине вылета проволоки ℓ0=25 мм. Причина в небольшом воздействии источника тока на нагрев свободного конца проволоки.
Если температура присадочной проволоки при использовании подогрева повышается вследствие повышения силы тока (в диапазоне от 75 до 150 А) горячей проволоки, то в зону сварки может быть наплавлено значительно больше присадочного материала. Тепловое воздействие сварочной дуги, несмотря на меньшие затраты энергии, остается достаточным, чтобы расплавить достаточное количество базового материала. Дальнейшее повышение силы тока свыше заданного максимального значения на графике смещает энергетический баланс таким образом, что происходит недостаточное плавление базового материала. Наряду с более высокой эффективностью для этого вида сварки характерно значительное снижение уровня перемешивания ванны.
Наряду с увеличением производительности наплавки, сила тока, при использовании горячей проволоки, приводит к значительному снижению степени перемешивания ванны. Этот уровень зависит от силы тока и от количества наплавляемого материала. При увеличении скорости наплавки и постоянных параметрах сварки, температура сварочной ванны снижается так, что при производительности от 2 до 3,5 кг/ч степень перемешивания ванны снижается приблизительно на 50 %. При постоянной теплоотдаче сила тока оказывает лишь незначительное влияние на форму шва. Таким образом, изменение таких параметров, как длина вылета проволоки, сила тока сварочной дуги, и сила тока для подогрева проволоки, при перемене тепловложения на единицу длины не приводит к изменению внешней формы сварочного шва.
Однако сила тока оказывает значительное влияние на глубину и профиль проплавления. При увеличении силы тока с одинаковыми значениями эффективности наплавки и тепловложения, глубина проплавления снижается, профиль становится более гладким и достигается постоянная степень перемешивания на всю длину шва.

7.5.4. Преимущества процесса TIG-Hot Wire

По сравнению со сваркой TIG-Cold Wire:
— более высокий коэффициент наплавки — увеличение до 60%,
— более высокая скорость сварки — увеличение до 10%,
— снижение уровня растворения металла присадочной проволоки в основном металле (до 60%),
— больший объём наплавки — увеличение на 30% — 50% при одинаковой скорости сварки и силе тока.
По сравнению со сваркой MIG:
— более высокое качество сварки,
— отсутствие брызг,
— отсутствие растрескивания.

7.6. Режимы подачи присадочной проволоки

Для получения хороших результатов сварки подача присадочной проволоки должна точно соответствовать движением сварщика при ручной сварке, то есть имеют важное значения место подачи проволоки в зону дуги и скорость подачи проволоки. Одним из главных приёмов такой имитации может быть импульсный режим сварки.

Современные источники питания, работающие в импульсном режиме, позволяют использовать все возможности разнообразных режимов подачи присадочной проволоки (рис. 24):
Обычный режим подачи (Normal feed mode) проволока подаётся с постоянной скоростью; применяется при сварке заполняющих проходов соединений с разделкой.
Точечный режим подачи (Point feed mode) проволока подаётся единичными импульсами, имитируя режим сварки точками сварочного полуавтомата; может применяться для прихватки тонколистового металла.
Пульсирующий режим (Pulse feed mode) проволока подаётся постоянными импульсами, при этом в отличии от точечного режима прекращения подачи не происходит; полная имитация подачи проволоки сварщиком.
Режим синхроимпульса (SyncroPulse feed mode) проволока подаётся постоянными импульсами, как при пульсирующем режиме; каждый импульс подачи проволоки соответствует импульсу тока.

VIII. Общая концепция сварки MIG. Оборудование для сварки MIG

источник

Adblock
detector
Название Описание
Сварка при помощи плавящегося электрода Данный процесс выполняется в специальной защитной оболочке, которая состоит из газа. Часто применяется аргон, гелий или смесь из этих газов. Сваривание деталей выполняется при помощи специальных электродов из вольфрамовой основы и присадочной проволоки с диаметром не больше 2,5 мм. Сварка проводится под воздействием тока с обратной полярностью.
Автоматическая дуговая сварка