Алюминий сегодня практически повсеместно используется в нашей жизни и в различных отраслях промышленного производства. Из него делают все, начиная от алюминиевых ложек и заканчивая деталями кузова автомобиля. Особые механические и антикоррозийные свойства, а также малый удельный вес алюминия позволяет человеку использовать его для создания легких и в то же время прочных конструкций. Но рано или поздно предметы, выполненные из этого удобного и высокотехнологичного материала, ломаются или выходят из строя. Поэтому неудивительно, что необходимость в сварке алюминия или деталей из алюминия достаточно часто возникает даже в домашнем быту. Сварка алюминия традиционно отличается повышенной сложностью, тонкостью работы и необходимостью высокой квалификации у специалистов, занимающихся подобной работой.
Сложность сварки алюминия, прежде всего, объясняется специфическими особенностями этого металла по сравнению со сталью. Например, алюминий имеет высокую теплопроводность ( в несколько раз выше, чем у рядовых сталей ) , поэтому тепло от места сварки алюминия интенсивно отводится в свариваемые детали, и одновременно низкой температурой плавления, причем прочность алюминия при его нагреве резко снижается. Все это приводит к тому, что вероятность « прожога « , появления так называемых « горячих трещин « или даже расплавления детали при сварке алюминия весьма высока.
Соединение деталей сваркой
... плазменной резкой и другими способами. При сварке давлением образование соединения деталей происходит за счет диффузии атомов металлов в месте соприкосновения двух поверхностей. Процесс ... плавления!). В сборочном производстве наиболее часто встречается электроконтактная сварка давлением (рис. 4.8). Соединяемые детали / и 2 зажимаются в контактах сварочной маиншы и приво/ыгся в сопршюсновение. ...
При взаимодействии с кислородом на поверхности алюминия мгновенно образуется оксидная пленка, которая не позволяет работать с этим металлом при помощи обычной электродуговой сварки. Именно поэтому для предотвращения образования оксида алюминия процесс сварки производят в среде инертных газов. В частности, практически во всех случаях технология сварки алюминия подразумевает использование специального оборудования, где в качестве инертной среды используется аргон ( отсюда сварку алюминия часто называют аргонодуговой сварки ) . Иногда используют и газовую смесь аргона с гелием, которая способствует более полному газовыделению и потенциальному отсутствию пор.
Аргоно-дуговая сварка
... случае аргонодуговую сварку иногда называют орбитальной. Аргонодуговая сварка плавящимся электродом используется при сварке нержавеющих сталей и алюминия. Однако ... попавших в зону сварки из свариваемых кромок или присадочного металла. Кислород же, вступая в ... аргонодуговая сварка может выполняться без присадки. Данный способ сварки обеспечивает хорошее качество и формирование сварного шва, позволяет ...
Аргонная сварка не имеет ничего общего с пайкой или плазменным напылением. Сварка алюминия — процесс сложный и требующий от специалиста высокой квалификации. В первую очередь это связано с химическими особенностями алюминия.
При нагреве алюминия и его соприкосновении с кислородом воздуха, на поверхности образуется пленка окисла, которая препятствует работе с ним с использованием обычной электродуговой сварки. Для предотвращения взаимодействия нагретого алюминия с содержащимся в воздухе кислородом применяют один из инертных газов, а именно
Для сварки применяют тугоплавкие электроды из вольфрама. Электрод окружен керамическим соплом, из которого под высоким давлением к месту сварки нагнетается аргон. Благодаря этому в области сварки аргоном поддерживается среда с очень низким содержанием кислорода, что позволяет держать электрическую дугу между деталью и окончанием неплавящегося электрода. Главная цель создаваемой таким путем электродуги – это плавка самой детали и присадочной проволоки.
Аргонная сварка также подходит для различных сплавов. Присадочный материал выбирается близкий по составу к металлу, из которого изготовлена деталь. Шов, получившийся после дуговой сварки с аргоном, представляет собой единое целое со свариваемыми деталями, что позволяет обеспечить прочность, герметичность, и долговечность будущего изделия.
Технологии сварки. Сварка алюминия и алюминиевых сплавов
... работ используют проволоку из алюминия и алюминиевых сплавов по ГССТ 7871—75; В сварочной ванне алюминиевые сплавы взаимодействуют с газами и шлаками. Металлургические особенности сварки алюминия ... состоянием поверхности металла и зависит от обработки его перед сваркой. Предупреждению пористости при сварке алюминия может способствовать сокращение удельной поверхности присадочной проволоки за счет ...
2. Конструктивная кинематическая схема поста для аргонодуговой сварки
Аргонодуговая сварка осуществляется плавящимся и неплавящимся электродами. При восстановлении деталей используется в основном сварка неплавящимся вольфрамовым электродом с ручной подачей присадочного материала в зону горения дуги ( рис. 1 ) .
Рисунок 1 – Защита зоны горения дуги
Для защиты сварочной ванны от окисления в зону горения дуги под небольшим давлением подают защитный газ. Общий вид рабочего поста для сварки алюминия аргонодуговой сваркой представлен на рисунке 2.
Техника и технология аргонодуговой сварки
... Аргоновая сварка плавящимся электродом используется при сварке нержавеющих сталей и алюминия. Однако объем ее применения относительно невелик. 1.5 Аргонодуговая сварка углеродистых и легированных сталей Сварка ... дугового промежутка и обеспечить устойчивое горение дуги. При сварке на постоянном токе на ... аргоном сварочных постов от транспортной емкости. При аргонодуговой сварке и сварке в среде ...
Рисунок 2 – Схема рабочего поста для аргонодуговой сварки
1 – баллон с аргоном ; 2 – газовый редуктор ; 3 – электропневмоклапан ; 4 – ротаметр ; 5 – шкаф электропитания ; 6 – установка ИСВУ-315-1 ; 7 – станция охлаждения ; 8 – горелка ; 9 – свариваемое изделие ; 10 – рабочий стол ; 11 – вытяжной зонт.
3. Оборудование и материалы для аргонодуговой сварки
Для осуществления аргонно-дуговой сварки используют установки УДГ-301, УДГ-501, ВСВУ-315, ИСВУ-315-1, ТИР-300, ТИР-300ДМ и др. В качестве неплавящегося электрода при аргонно-дуговой сварке используют вольфрамовые прутки марки ВА-1А, ВТ-15 или ВЛ-10. Диаметр вольфрамового электрода выбирают в зависимости от сварочного тока. Неплавящиеся электроды из вольфрама относятся к дорогостоящим сварочным материалам.
Поэтому необходимо выполнять определенные условия для снижения расхода вольфрама при горении дуги. Интенсивный расход возникает в результате прямого контакта электрода с расплавленным металлом или его парами, в результате чего на рабочей поверхности вольфрамового электрода образуются более легкоплавкие сплавы.
В качестве присадочного материала применяют проволоку марки Св-АК5, Св-А97, Св-АК10 или Св-АК12. Возможно также применение полосок нарезанных из листового алюминия толщиной 4-5 мм. Присадочный материал перед применением необходимо обезжирить растворителем, а непосредственно перед сваркой зачищают шлифовальной шкуркой.
В качестве защитного газа применяют аргон чистотой не менее 99,9% ( по ГОСТ 10157-73, сорта: высший, первый и второй ) или смеси аргона с гелием. Аргон также является дорогостоящим расходным материалом. Основными мерами снижения расхода аргона в процессе сварки являются:
—правильная настройка защитной струи посредством ротаметра,
—ведение процесса сварки с максимально возможной производительностью ;
—включение в состав оборудования электромагнитного клапана, управляемого подачей защитного газа непосредственно во время сварки.
Кнопка управления электромагнитным клапаном у некоторых типов горелок расположена на рукоятке.
3.1 Горелка аргонодуговой сварки АГНИ-07М ( 315 А/DC, 250 А/AC, 2-е оси, водяное охлаждение )
АГНИ-07М — горелка предназначенная для ручной сварки не плавящимся электродом в среде инертных газов малоуглеродистых и нержавеющих сталей, сплавов меди, никеля, титана на постоянном токе прямой полярности позволяет также сваривать алюминиевые сплавы на переменном токе. Конструкция горелки АГНИ-07М обеспечивает поворот головки относительно продольной оси рукоятки на ± 180° и на 110° относительно поперечной оси в удобное для работы положение. Горелка имеет кнопку дистанционного управления сварочным током и краник для регулирования расхода защитного газа.
Технические характеристики горелки АГНИ-07М
|
Максимальный ток сварки: ( при ПВ = 60% ) ( постоянный ) , А ( переменный ) , А |
315 250 |
|
Максимальный ток цепи управления, А |
2 |
|
Диаметр вольфрамового электрода, мм |
1,6…5 |
|
Выходной диаметр сопла, мм |
9 ; 12 ; 16 |
|
Давление газа, не более, кПа ( кг/см2 ) |
147 ( 1,5 ) |
|
Давление воды, не более, кПа ( кг/см2 ) |
196 ( 2 ) |
|
Расход защитного газа ( аргона ) л/мин |
08.дек |
|
Габаритные размеры, мм: длина |
240 |
|
Высота головки, min, мм max, мм |
70 1 |
3.2 Установка для аргонодуговой сварки TIGer 201
TIGer-201 – компактный, легкий, экономичный инвертерный сварочный аппарат для ручной дуговой сварки штучными электродами ( ММА ) , ручной аргонодуговой импульсной сварки ( PULSE TIG ) на постоянном токе изделий из алюминия, нержавеющих и углеродистых сталей и цветных металлов ( DC ) .
Преимущества:
Компактный и легкий ; Высокая производительность и низкое энергопотребление ; Микропроцессорное управление ; Функция « Горячий старт » ; Регулирование длительности периода импульсов ; Регулировка времени продувки газом до и после сварки ; Различные импульсные функции ; Высокая скорость сварки ;
|
Параметры |
TIGer 201 |
|
Напряжение, В |
1х220 |
|
Сварочный ток, А |
10-200 |
|
Полезная нагрузка, ПН/ПВ,% |
40 |
|
Диаметр электрода MMA/TIG, мм |
2-5/1-4 |
|
Габариты, мм |
140х330х240 |
|
Масса, кг |
11 |
4. Подготовка деталей к сварке
При подготовке деталей из алюминиевых сплавов под сварку профилируют свариваемые кромки, удаляют поверхностные загрязнения и окислы. Обезжиривание и удаление поверхностных загрязнений осуществляется с помощью органических растворителей ( уайт-спирит, технический ацетон, растворители РС-1 и РС-2 и др. ) или обработкой в специальных ваннах щелочного состава. Удаление поверхностной окисной пленки является наиболее ответственной операцией подготовки детали. При этом в основном удаляют старую окисную пленку, полученную в результате длительного хранения и содержащую значительное количество адсорбированной влаги.
Окисную пленку можно удалять с помощью металлических щеток из проволоки диаметром 0,1-0,2 мм при длине ворса не менее 30 мм или шабрением. После зачистки кромки обезжиривают растворителем. Продолжительность хранения деталей перед сваркой после зачистки 2-3 ч.
5. Особенности сварки
Алюминиевые сплавы обладают рядом специфических свойств, затрудняющих их сварку.
Главным затруднением для сварщика является то, что алюминиевый сплав при нагреве не меняет своего цвета, поэтому при недостаточном навыке сварщик может не заметить начало расплавления металла, результатом чего явится проваливание стенки детали под собственной тяжестью.
Алюминий и его сплавы отличаются высоким сродством кислороду, водороду и азоту. Окисление алюминия происходит при всех температурах, поэтому поверхность деталей из алюминиевых сплавов всегда покрыта окисной пленкой, которая по своим физическим свойствам значительно отличается от основного металла. Она намного тяжелее сплава, а температура плавления окисной пленки 2050С, в то время как температура плавления алюминия и его сплавов 650-670С. Попадая в сварочную ванну, окисная пленка затрудняет сплавление с кромками и ухудшает формирование шва. Вследствие высокой адсорбционной способности к газам и парам воды оксидная пленка является источником газов, растворяющихся в металле, и косвенной причиной возникновения в нем несплошностей различного рода. Частицы окисной пленки, попавшие в ванну, а также часть пленок с поверхности основного металла, не разрушенных в процессе сварки, могут образовывать окисные включения в швах, снижающих свойства соединений и их работоспособность. В условиях электродуговой сварки в инертных газах удаление окисной пленки 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 пленки по всей поверхности свариваемых кромок. Предварительная обработка уменьшает возможность образования газовых пор, содержащих атомарный водород и не успевающий выделиться вследствие больших скоростей кристаллизации сварочного шва. Основным источником водорода является влага, адсорбированная поверхностью металла в входящая в состав окисной пленки в виде гидратированных окислов.
Предупреждению пористости при сварке алюминия может способствовать сокращение удельной поверхности присадочной проволоки за счет увеличения ее диаметра и уменьшения доли участия присадочного металла в образовании шва.
При сварке алюминиевых сплавов кристаллическая структура и механические свойства металла шва могут изменяться в зависимости от состава сплава, используемого присадочного материала, 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. Поэтому в качестве присадочного металла при сварке все большее применение находят проволоки с добавками модификаторов(цирконий, титан, бор ) . Введение этих элементов в небольших количествах позволяет улучшить кристаллическую структуру металла швов и снизить их склонность к трещинообразованию.
6. Техника и режимы аргонодуговой сварки
Питание дуги осуществляется переменным током от источников с падающими внешними характеристиками.
Перед тем как приступить к сварке, необходимо как можно точнее определить режимы сварки ( таблица 1 ) .
Таблица 1 — Режимы аргонодуговой сварки алюминиевых сплавов неплавящимся электродом
|
Толщина металла в зоне сварки, мм |
Сварочный ток, А |
Диаметр присадочного материала, мм |
Диаметр вольфрамового электрода, мм |
Расход аргона, л/мин |
|
2,0-3,0 |
90-100 |
3-4 |
3,0 |
3-4 |
|
3,0-4,0 |
100-150 |
4-5 |
3,0 |
4-5 |
|
4,0-6,0 |
140-220 |
5-6 |
4,0 |
5-7 |
|
6,0-8,0 |
200-280 |
5-6 |
5,0 |
6-8 |
|
8,0-11,0 |
270-350 |
6-7 |
6,0 |
8-12 |
Возбуждение дуги и разогрев электрода осуществляется на графитной пластинке, которую располагают рядом с точкой начала сварки. О готовности электрода к сварке, свидетельствует образование на электроде раскаленного шарика. В дальнейшем на протяжении всей сварки до обрыва дуги электрод должен сохранять такую форму.
К месту сварки горелку переводят быстрым движением. Следует избегать касания раскаленным электродом металла, это приводит к загрязнению вольфрама, нарушению устойчивости горения дуги и ухудшению формируемого шва. Если все же произошло случайное касание раскаленным электродом металла, сварку следует прекратить и очистить электрод от прилипших к нему частиц алюминиевого сплава. Для этого дугу зажигают на графитовой пластинке и выдерживают ее в течение 20-30 с, пока испарятся посторонние включения и на конце электрода вновь появится чистый раскаленный шарик.
Подачу присадочного материала в зону дуги начинают лишь после того, как образуется сварочная ванна с чистой поверхностью. Если сварочная ванна имеет матовый оттенок, а вокруг нее откладывается копоть, то необходимо несколько увеличить подачу аргона. Если же дуга горит неустойчиво, то расход газа следует несколько уменьшить.
Длина дуги должна быть стабильной на протяжении всей сварки и поддерживаться на расстоянии 4-5 мм от поверхности сварочной ванны. При увеличении этого расстояния уменьшается тепловая мощность дуги,увеличивается ширина зоны расплавления, деталь сильнее нагревается, отчего увеличивается ее коробление.
При заварке трещины присадочную проволоку, и вольфрамовый электрод располагают вдоль трещины. Конец проволоки не должен во время сварки выходить из зоны газовой защиты и попадать в столб дуги.
Для лучшей видимости процесса сварку ведут справа налево, а присадочную проволоку подают спереди. Шов, наложенный на трещину, должен быть слегка выпуклым и возвышаться над основной поверхностью на 2-3 мм. Поверхность шва должна быть светлой с четко выраженной мелкой чешуйчатостью. Затемненная матовая поверхность или закопченность шва свидетельствуют о ненормальной газовой защите, низком качестве аргона, подсосе воздуха вследствие неплотностей газового тракта. Плохое формирование шва происходит по причине неправильно выбранных режимов сварки или неправильной технике ведения процесса.
Для сварки алюминиевых сплавов также используют сварку вольфрамовым электродом импульсной дугой. При этом можно сваривать алюминиевые сплавы толщиной от 0,2 мм и более. Для сварки импульсной дугой необходимы специализированные источники тока типа ИПКИ-100, ИПКИ-350, ВСВУ- 315, ИСВУ-315-1 и др.
Автоматическую сварку осуществляют без подачи или с подачей присадочной проволоки. При ручной сварке тонких листов неплавящимся электродом без присадки ( по отбортовке ) или с присадкой в один проход горелку перемещают с наклоном « углом вперед » . Угол наклона горелки к плоской поверхности детали около 600. Присадочная проволока подается под возможно меньшим углом к плоской поверхности детали.
При механизированной или автоматической сварке неплавящимся электродом горелка располагается под прямым углом к поверхности детали, а присадочная проволока подается таким образом, чтобы конец проволоки опирался на край сварочной ванны ; скорость подачи меняется от 4 — 6 до 30 — 40 м/ч в зависимости от толщины материала.
Для сварки алюминиевых сплавов также используют сварку вольфрамовым электродом импульсной дугой. При этом можно сваривать алюминиевые сплавы толщиной от 0,2 мм и более. Имеются специализированные источники тока для сварки импульсной дугой алюминиевых сплавов на переменном токе.
Расширение технологических возможностей при сварке металла больших толщин достигается за счет использования способа дуговой сварки вольфрамовым электродом погруженной дугой. Способ позволяет сваривать за один проход материал толщиной до 20 мм. При этом используют специальные вольфрамовые электроды с добавками иттрия и тантала и сварочные горелки с улучшенной защитой зоны сварки.
Алюминиевые сплавы подвергают трехфазной дуговой сварке вольфрамовыми электродами. Возможности регулирования тепловложения при трехфазной дуговой сварке позволяют использовать ее для металла разных толщин. При трехфазной сварке за один проход успешно сваривают металл толщиной свыше 30мм.
Сварку плавящимся электродом в защитном газе используют для материала толщиной более 3 мм. Для питания дуги при сварке плавящимся электродом применяют источники постоянного тока с жесткой внешней вольт-амперной характеристикой. Сварку ведут на токе обратной полярности, что обеспечивает надежное разрушение окисной пленки за счет катодного распыления и нормальное формирование швов. Сварку можно выполнять в полуавтоматическом или автоматическом режиме на подкладках с формирующей канавкой. Преимуществом процесса сварки плавящимся электродом является высокая производительность, возрастающая с увеличением толщины металла.
Полуавтоматическая сварка плавящимся электродом возможна в различных пространственных положениях и позволяет заменить менее совершенный процесс сварки алюминиевых сплавов покрытыми электродами ; при этом рекомендуются полуавтоматы с механизмом подачи тянущего типа. Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом расширяет возможность сварки алюминиевых сплавов при различных пространственных положениях. При этом улучшается формирование швов, регулируется время пребывания металла сварочной ванны в расплавленном состоянии, а значит и протекание металлургических реакций.
Заключение
Поскольку алюминий – это один из самых распространенных материалов, использующихся при производстве автокондиционеров и подогревателей, то применение аргонной сварки является оптимальным решением задачи по устранению механических повреждений различных алюминиевых элементов этих систем. Ведь стоимость аргонной сварки намного ниже стоимости замены соответствующей сломанной детали.
Дуговую сварку в среде защитных газов широко используют для сварки алюминия и его сплавов. В качестве защитного газа применяют аргон чистотой не менее 99,9% ( по ГОСТ 10157 — 73, сорта: высший, первый и второй ) или смеси аргона с гелием. При сварке плавящимся электродом иногда применяют аргон с добавкой до 5% О2.
Основным преимуществом процесса дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа является высокая устойчивость горения дуги. Благодаря этому процесс используется при сварке тонких листов. Питание дуги осуществляется переменным током от источников с падающими внешними характеристиками. Сварку ведут ручным или автоматическим способом. Для ручной сварки используют вольфрамовые электроды и присадочную проволоку в зависимости от толщины свариваемого металла
Список использованной литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/na-temu-svarka-v-zaschitnom-gaze/
1. А. В. Бакиев “ Технология аппаратостроения ” , Уфа 1995 год .
2. “ Сварка в машиностроении ” т. 1 под редакцией Н. А. Ольшанского.
3. “Теория сварочных процессов ” под редакцией В. В. Фролова.
4. В.М. Никифоров “ Технология металлов и конструкционные материалы ” , Ленингр.
1986г.
5. Дуговая и газовая сварка /В.М. Рыбаков/ ; 6. Дуговая сварка /для П.Т.О./.
