1. Зварювання алюмінію і його сплавів оксидна плівка
2. підготовка поверхні
3. підготовка дроту
4. Газове зварювання і флюси для зварювання алюмінію
5. Ручне зварювання покритим електродом
6. Дугове зварювання над флюсом
7. Дугове зварювання під флюсом
8. TIG зварювання неплавким електродом
9. MIG зварювання електродом, що плавиться
10. Особливості зварювання сплавів алюмінію
11. Стикова контактне зварювання
12. Контактна точеч зварювання
13. Зварювання алюмінію і його сплавів
14. підготовка поверхні
15. підготовка дроту
16. Газове зварювання і флюси для зварювання алюмінію
17. Ручне зварювання покритим електродом
18. Дугове зварювання над флюсом
19. Дугове зварювання під флюсом
20. TIG зварювання неплавким електродом
21. MIG зварювання електродом, що плавиться
22. Особливості зварювання сплавів алюмінію
23. Зварювання алюмінію і його сплавів
24. підготовка поверхні
25. підготовка дроту
26. Газове зварювання і флюси для зварювання алюмінію
27. Ручне зварювання покритим електродом
28. Дугове зварювання над флюсом
29. Дугове зварювання під флюсом
30. TIG зварювання неплавким електродом
31. MIG зварювання електродом, що плавиться
32. Особливості зварювання сплавів алюмінію
33. Зварювання алюмінію і його сплавів
34. підготовка поверхні
35. підготовка дроту
36. Газове зварювання і флюси для зварювання алюмінію
37. Ручне зварювання покритим електродом
38. Дугове зварювання над флюсом
39. Дугове зварювання під флюсом
40. TIG зварювання неплавким електродом
41. MIG зварювання електродом, що плавиться
42. Особливості зварювання сплавів алюмінію
43. Зварювання алюмінію і його сплавів
44. підготовка поверхні
45. підготовка дроту
46. Газове зварювання і флюси для зварювання алюмінію
47. Ручне зварювання покритим електродом
48. Дугове зварювання над флюсом
49. Дугове зварювання під флюсом
50. TIG зварювання неплавким електродом
51. MIG зварювання електродом, що плавиться
52. Особливості зварювання сплавів алюмінію
53. Зварювання алюмінію і його сплавів
54. підготовка поверхні
55. підготовка дроту
56. Газове зварювання і флюси для зварювання алюмінію
57. Ручне зварювання покритим електродом
58. Дугове зварювання над флюсом
59. Дугове зварювання під флюсом
60. TIG зварювання неплавким електродом
61. MIG зварювання електродом, що плавиться
62. Особливості зварювання сплавів алюмінію
63. Зварювання алюмінію і його сплавів
64. підготовка поверхні
65. підготовка дроту
66. Газове зварювання і флюси для зварювання алюмінію
67. Ручне зварювання покритим електродом
68. Дугове зварювання над флюсом
69. Дугове зварювання під флюсом
70. TIG зварювання неплавким електродом
71. MIG зварювання електродом, що плавиться
72. Особливості зварювання сплавів алюмінію
73. Зварювання алюмінію і його сплавів
74. підготовка поверхні
75. підготовка дроту
76. Газове зварювання і флюси для зварювання алюмінію
77. Ручне зварювання покритим електродом
78. Дугове зварювання над флюсом
79. Дугове зварювання під флюсом
80. TIG зварювання неплавким електродом
81. MIG зварювання електродом, що плавиться
82. Особливості зварювання сплавів алюмінію
83. Зварювання алюмінію і його сплавів
84. підготовка поверхні
85. підготовка дроту
86. Газове зварювання і флюси для зварювання алюмінію
87. Ручне зварювання покритим електродом
88. Дугове зварювання над флюсом
89. Дугове зварювання під флюсом
90. TIG зварювання неплавким електродом
91. MIG зварювання електродом, що плавиться
92. Особливості зварювання сплавів алюмінію
93. Стикова контактне зварювання
94. Контактна точеч зварювання

Зварювання алюмінію і його сплавів

оксидна плівка

алюміній має порівняно низьку температуру плавлення (657 ° C) при досить високій теплопровідності, яка приблизно в три рази перевершує теплопровідність маловуглецевої сталі. Алюміній відрізняється також значним коефіцієнтом теплового розширення. Головним ускладненням при зварюванні алюмінію є легка його окислюваність в твердому і рідкому станах. Тугоплавкий і механічно міцний оксид Аl203 плавиться при температури 2050 ° C, що перевищує температуру кипіння алюмінію. Окис алюмінію являє собою міцне хімічна сполука, яка слабо піддається дії флюсуючих матеріалів, зважаючи на свій хімічно нейтрального характеру. Оксид алюмінію розчиняється ні у твердій, ні в рідкому алюмінії, його щільність становить 4,0 г / см3 у гексагональної α-фази і 3,77 г / см3 у кубічної γ-фази, що перевищує щільність алюмінію. Оксидна плівка не спливає на поверхню рідкого алюмінію і залишається після застигання всередині шва у вигляді твердих і тендітних інтерметаллідних включень. Це порушує однорідність при формуванні зварного шва, знижує міцність і корозійну стійкість зварного з'єднання.

Оксидна плівка на поверхні деталей, що зварюються і присадочного дроту адсорбує водяну пару з повітря. γ-оксид Аl203 зберігає деяку кількість води навіть після вижержкі при 890-900 ° С. Вода реагує з рідким алюмінієм і виділяє водень, який розчиняється в розплаві. При застиганні розплаву алюмінію знижується розчинність водню, що може створити пористу структуру шва. При концентрації оксиду алюмінію в зварювальної ванні нижче 0,001% бульбашкової газовиділення припиняється. Тому для отримання якісного металу шва необхідно рафінувати зварювальну ванну не тільки від водню, але і від дрібнодисперсного оксидної плівки.

підготовка поверхні

Підготовка поверхні деталей, що зварюються і електродного дроту істотно впливає на якість зварного з'єднання.

Жирову консерваційні мастило видаляють промиванням у водному розчині каустичної соди або в бензині. Після промивання розчином соди необхідна тривала і ретельна промивка проточною водою для запобігання появи корозії. Зварює поверхность знежирюють ацетоном, уайт-спіритом, авіаційним бензином або іншим розчинником на ширину 100-150 мм від кромки.

Плівку оксиду видаляють механічними засобами або хімічним травленням. Зачистка крайок на ширину 25-30 мм сталевими нержавеюшімі щітками або шабровкой краще, ніж обробка наждачним папером або абразивним кругом. Абразивний інструмент забруднює шов - в якості твердого наповнювача в абразивних колах і наждаке використовую карбід кремнію SiC або α-оксид алюмінію Аl203 (корунд), від якого і треба позбутися.

Плівку видаляють хімічним способом в реактиве: 50 г їдкого натру технічного + 45 г фтористого натрію технічного на 1 л води. Заготовки труять протягом 0,5-1 хвилини, після травлення деталі промивають в проточній воді. Сплави з магнієм Амг і цинком В95 освітлюють в 25% -ому розчині ортофосфорної кислоти, а сплав АМц - в 30-35% -ному розчині азотної кислоти. Час освітлення 1-2 хвилини. Після деталі промивають в проточній воді і сушать потоком повітря з температурою 80-90 ° С.

підготовка дроту

Зварювальний дріт знежирюють розчинником і труять в 15% розчині їдкого натру технічного протягом 5-10 хв при температурі 60-70 ° С з последущей промиванням холодною водою і сушкою. Дріт дегазируют протягом 5-10ч при температурі 350 ° С в вукууме 0,133Па. Замість вакумной сушки дріт прокаливают 10-30 хв на повітрі при температурі 300 ° С.

Інший метод очищення зварювального дроту - електрополіровка в електроліті: 70 мл Н3PO4 + 42 г Cr2O3прі температурі 95-100 ° С. Величина струму завмсмт від швидкості протягання і діаметра дроту для зварювання.

Порогреваніе дроту в аргоні при 200-400 ° С протягом 30-80 хв після хімічної обробки зменшує кількість поглинання вологи в 5 разів.

Ручне зварювання:

Газове зварювання і флюси для зварювання алюмінію

Газове зварювання алюмінію і сплавав алюмінію застосовують для з'єднання великих слабонавантажених деталей, для заварки дефектів литва. Флюси вводять в процесі зварювання з присадним прутком або наносять пасту на кромки зварюваного вироби. Пасту розводять на воді або спирті.

При ремонті товстостінних малонавантажених алюмінієвих виливків або невідповідальних деталей можна іноді обходитися без спеціального флюсу. При цьому окис алюмінію весь час очищається з поверхні ванни скребком зі сталевого дроту, а кінець присадочного прутка для зменшення окислення занурюється в зварювальну ванну. У нормальних випадках необхідне застосування спеціальних флюсів для зварювання алюмінію, енергійно видаляють окис алюмінію при низьких температурах. Флюс при зварюванні алюмінію має виключно важливе значення. До винаходу хороших флюсів зварювання алюмінію вважалася настільки важко здійсненним, що майже не застосовувалася на практиці. Особливо сильними розчинниками є для окису алюмінію галоїдні сполуки лужного металу літію. У флюси для зварювання алюмінію найчастіше вводиться хлористий або фтористий літій - LiCl або LiF.

Розробка флюсів для зварювання алюмінію до сих пір не може вважатися цілком закінченою, і ведуться роботи з вишукування нових, більш досконалих складів флюсу. Практично якість алюмінієвого флюсу може бути оцінений наступною простою пробою. Розплавляють газовим пальником невелику ванночку на пластині алюмінію, метал покритий плівкою оксиду і має матову тьмяну сіру поверхню. При подачі щіпки хорошого флюсу на ванну, поверхня її майже миттєво очищається і стає блискучою, білого сріблястого кольору, нагадуючи по виду ртуть або розплавлене срібло. Хороший флюс очищає також і нагріте нерозплавлений основний метал навколо ванни.

Склади флюсів Компонент Марка флюсу АФ-4А АН-А201 ВАМИ КМ-1 №1 №2 №3 №4 №5 №6 Хлористий натрій 28 - 30 20 33 19 41 45 35 30 Хлористий калій 50 - 50 45 45 29 51 30 48 45 Хлористий літій 14 15 - - 15 - - 10 9 15 Хлористий барій - 70 - 20 - 48 - - - - Фтористий натрій 8 - - 15 - - 8 - 8 10 Фтористий кальцій - - - - - 4 - - - - Фтористий літій - 15 - - - - - - - - Фтористий калій - - - - 7 - - 15 - - Фтористий алюміній - - - - - - - - - - Фтористий магній - - - - - - - - - - Фтористий барій - - - - - - - - - - Криоліт - - 20 - - - - - - - Оксид магнію - - - - - - - - - -

Флюси і обмазки для зварювання алюмінію повинні виготовлятися з хімічно чистих препаратів. Деякі флюси виготовляються шляхом ретельного перемішування з одночасним помелом компонентів, наприклад, в кульової млині з порцеляновим корпусом і кулями. Для інших флюсів рекомендується попередньо сплавити компоненти і потім розмелюють отриманий однорідний сплав. Виготовлення сплавом часто дає кращі результати і меншу гігроскопічність флюсів. Алюмінієві флюси чутливі до впливу вологості повітря, під впливом якої вони змінюють свій склад і властивості. Тому алюмінієві флюси повинні зберігатися щільно закупореними в скляних банках з притертою пробкою. Для роботи зварювальник бере кількість флюсу не більше ніж на одну зміну.

Ручне зварювання покритим електродом

Цей метод застосовують при зварюванні малонавантажених конструкцій з алюмінію технічної чистоти, зі сплавів АМц, Амг, АМг2, АМг3, АМг5 і силуміну АК12. Метал зварюють на постійному струмі зворотної полярності з попереднім підігрівом заготовки від 250 до 400 ° C в завасімості від товщини зварюваного матеріалу. Мінімальні товщина при зварюванні покритим електродом становлять 4 мм. Оброблення кромок виконують при товщині більш 20мм

Хлористі і Форіст солі, які входять до складу обмазки електродів для ручного зварювання алюмінію, знижують стійкість електродуги, тому зварювання ведуть на пастоянном струмі зворотної полярності. Обмазка адсорбує вологу і електроди необхідно готувати непосредствено перед зварюванням і зберігати в сухому повітрі.

Автоматичне зварювання з флюсом:

Дугове зварювання над флюсом

Автоматичне зварювання алюмінію і його сплавів по шару флюсу (напіввідчинені дуга) плавиться обеспечівет високу продуктивністю за рахунок застосування однопрохідної двосторонньої зварювання. Висока концентрація енергії при зварюванні над флюсом створює глибоке проплавлення зварюється, відпадає треблваніе скошувати кромки деталей товщиною 20-25мм. Енергія дуги достатня для прогріву крайок, що зварюються і заготовки не треба підігрівати перед зварюванням.

Для зварювання алюмінію і алюмінієвих сплавів під флюсом застосовують, як правило, плавлені флюси. Плавлення флюси зменшують пористість шва, але ушудшают його формування по порівняння з механічно перемішані флюсами. Флюси зберігають в герметичній тарі і прожарюють перед використанням.

Зневоднення флюсу перед зварюванням в повному обсязі усуває вплив вологи на якість зварювання, так так відкрита зварювальний дуга сприяє насиченню розплаву алюмінію в зварювальної ванні воднем з вологи повітря. Сварка відкритою дугою по шару флюсу забруднює робочу атмосверу пилом, продуктами горіння, озоном, оксидами азоту і ультрафіолетовим випромінюванням. Концентрація озону при автоматичному зварюванні по шару флюсу на рівні дихання зварника перевищує норму в 8 - 10 разів і тільки на відстані понад 1,8 м від місця горіння дуги досягає норми. Зварювальне обладнання при зварюванні відкритою дугою працює в важких умовах.

Компонент Марка флюсу для зварювання по шару флюсу для зварювання під флюсом (керамічні флюси) АН-А1 АН-А4 48-АФ-1 МАТИ-1а МАТИ-10 ЖА-64 ЖА-64А Хлористий натрій 20 - - - - 17 15 Хлористий калій 50 57 47 47 З0 43 38 Хлористий літій - - - 8 - - - Хлористий барій - 28 47 - 68 - - Фтористий натрій - - - 42 - - - Фтористий калій - - 2 - - - - Фтористий літій - 7,5 - - - - - Фтористий кальцій - - - - - - 3 Фтористий алюміній - 7,5 - - - - - Криоліт 30 - - 3 2 36 43 фторцірконата калію - - 2 - - - - Пісок кварцовий - - - - - 4 ≤ 1 Оксид хрому - - 2 - - - -

Дугове зварювання під флюсом

Дугового зварювання під шаром керамічного флюсу (закритою дугою) з плавиться має переваги перед зварюванням над флюсом. Сварка закритою дугою значно зменшує шкідливі виділення в навколишнє середовище. Потужний і концентрований джерело енергії має закриту зону електродуги від впливу зовнішнього повітря. Склад газової фази в зоні дуги можна контролювати. Активні добавки в керамічний флюс легируют, модифікують і очищають алюміній в зоні розплаву. Щільність струму при зварюванні закритою дугою в 2-4 рази вище, ніж при зварюванні відкритою дугою, завдяки чому матеріал плавиться на велику глибину.

Дугове зварювання в середовищі захисних газів:

TIG зварювання неплавким електродом

У промисловості найбільшого поширення набули два види зварювання: TIG зварювання неплавким вольфрамовим електродом з присадкою в середовищі інертних газів, і MIG зварювання суцільним дротом в середовищі інертних газів з автоматичним або напівавтоматичним подачею дроту. Оксидна плівка руйнується при зварюванні змінним або постійним струмом зворотної полярності. В цьому випадку відбувається катодного розпилення, яке розбиває оксидну плівку. Зварювати постійним струмом прямої полярності можливо тільки в гелієвої середовищі, де виникають умови для випаровування окисної плівки.

Аргонодуговая зварювання неплавким вольфрамовим електродом з подачею присадного дроту (TIG) може проводити на малих токах (від 5 А) і забезпечувати високу стійкість горіння дуги для всіх величин струмів.

Для процесу TIG застосовують джерело живлення з внутрішнім генератором змінного струму. Джерело живлення для аргонодугового TIG-зварювання регулює частоту і баланс змінного струму. Регулювання частоти струму усуває пропалювання тонких деталей. Баланс струму забезпечує при зварюванні плавиться, особливі умови горіння дуги. У першому напівперіоді вольфрам стає катодом і створюються умови для збільшення термоелектронної емісії. Це збільшує силу струму і знижує напругу дуги. У другому напівперіоді катодомстає зварювана заготовка, провідність дугового проміжку знижується, зменшується сила струму дуги і зростає напруга. Синусоїда струму дуги виходить несиметричною - пряма полярність генерує потужну дугу для плавлення металу, а зворотна проводить катодний обробку, яка видаляє оксид з поверхні алюмінію.

Імпульсні джерела живлення для зварювання алюмінієвих сплавів розширили можливості зварювання неплавким електродом. При зварюванні імпульсної дугою на змінному струмі вдається зварювати алюмінієві сплави товщиною від 0,2 мм і вище.

Зварювання неплавким вольфрамовим електродом на постійному струмі прямої полярності проводять в середовищі гелію. Пряма полярність і низька теплопровідність гелію генерують дугу з високою концентрацією теплової енергії. При цьому виходять вузькі шви і мала зона термічного впливу, що важливо для підвищення міцності з'єднань в темоупрочняемих сплавах алюмінію. Проплавляющей здатність дуги в гелії зварює деталі до 20мм без оброблення крайок.

Для зварювання алюмінієвих сплавів в середовищі захисних газів застосовують аргон вищого гатунку або суміші аргону з гелієм.

Метал товщиною до 2 мм в нижньому положенні зварюють в один прохід без присадочного матеріалу на підкладках м довжина дуги не більше 3 мм. Метал товщиною 4-8 мм зварюють «лівим способом». Зварювання неплавким електродом металу з товщиною більш 8 мм використовують «правий спосіб».

Для дугового зварювання неплавким електродом застосовують електроди з лантанований (ЕВЛ), ітрировані (Еві), торійованого (ЕОТ) або чистого вольфраму (ЕВЧ). Найбільшу стійкість і зварювальний струм показують електроди Еві. Цими електродами зварюють за один прохід заготовки з товщиною 20 мм при зварювальному струмі 800-1000 А.

MIG зварювання електродом, що плавиться

Автоматичного і напівавтоматичного зварюванням плавиться отримують стикові, таврові, нахлесточного і інших з'єднань алюмінію і сплавів алюмінію завтовшки 3-6 мм і більше. Деталі тонше 3 мм з'єднують імпульсно-дугового зварювання при дрібнокрапельне струменевому перенесення металу. Автоматичне зварювання переважно ведеться для металу товщиною 10-12 мм і більше. Економічна доцільність застосування зварювання плавиться зростає зі збільшенням товщини зварювальних заготовок. Високу продуктивність процесу забезпечує глибоке проплавлення. Цим способом зварювання вдається отримувати надійне проплавлення кореня шва при зварюванні таврових і з'єднань внапуск.

Зварювання плавиться проходить в захисному середовищі інертних газів - в аргоні, гелії або їх суміші. Дуга живиться постійним струмом зворотної полярності дляудаленія плівки оксидів, коли плавиться електрод буде анодом, а зварюваний метал - катодом. Оксидну плівку руйнують і розпилюють позитивні іони, які бомбардують катод (ефект катодного розпилення).

Недолік способу зварювання алюмінію плавиться - зниження в порівнянні зі зварюванням неплавким електродом показників механічних властивостей. Для сплаву АМг6 межі міцності зменшується на 15%. Міцність шва погіршується, так як електродний метал проходить через дугового проміжок і перегрівається більшою мірою, ніж присадний дріт при зварці неплавким електродом.

Перевага цього способу зварювання в тому, що метал добре перемішується в зварювальної ванні, тому шов краще очищається від оксидних включень. Зварювання алюмінію плавиться забезпечує високу продуктивність.

При імпульсно-дугового зварювання електродом, що плавиться на постійний струм зворотної полярності накладаються короткочасні імпульси струму. Імпульсний пристрій регулює частоту слідування і величину імпульсів струму для отримання дрібнокрапельного спрямованого перенесення електродного металу через дугу. Краплі переносяться при більш низьких значеннях зварювального струму, ніж при природному дрібнокрапельне перенесення. Величина і тривалість імпульсів керує перенесенням металу з торця електрода невеликими краплями в широкому діапазоні струмів. Імпульси струму впливають на ванну рідкого металу, створюють більш дрібну структуру металу шва. У паузах між імпульсами постійна складова струму підтримує горіння зварювальної дуги, при якому введення теплоти в виріб зменшується і відсутня перенесення металу.

Особливості зварювання сплавів алюмінію

У техніці застосовуються різні сплави алюмінію, які мають більш високу механічну міцність в порівнянні з міцністю чистого алюмінію і зберігають невисоку щільність (2,65-2,8 г / см3). Алюмінієві сплави розділені на дві групи: сплави термічно незміцнюється і сплави термічно зміцнюється. Термічно незміцнюється сплави мало чутливі до термічної обробки, їх зварене з'єднання наближається до міцності основного металу в відпаленого стані.

Сплав Товщина мм Зразок Стан бланках σ0,2, МПа
при Т, ° С 20 200 250 АД1 1,5 Основний метал Відпалений 86,3 - - Зварне з'єднання Відпалений після зварювання 83,4 - - АМц 1,5 Основний метал Відпалений 118,7 - - Зварне з'єднання Відпалений після зварювання 118,7 - - Основний метал Полунагартованний 186,4 - - Зварне з'єднання Полунагартованний після зварювання 117,7 - - АМг3 2,0 Основний метал відпалений 230,5 - - Зварне з'єднання відпалений після зварювання 220,7 - - АМг6 2,0 Основний метал відпалений 361 , 0 201,1 145,1 Зварне з'єднання відпалений після зварювання 367,9 206,0 174,6 Основний метал нагартована 459,1 260,0 - Зварне сої динение нагартована після зварювання 359,0 255,0 - Д20 2,0 Основний метал Загартований і штучно зістарений 443,4 343,4 - Зварне з'єднання Загартований і штучно зістарений після зварювання 272,7 235,4 -

Всі способи і режими зварювання плавиться технічного алюмінію придатні і для термічно незміцнюючих алюмінієвих сплавів типу АМц і АМг. При зварюванні високоміцних алюмінієвих сплавів і особливо термічно зміцненого основного металу в кожному конкретному випадку підбирають способи збільшення коефіцієнта міцності зварних з'єднань і підвищення стійкості шва і околошовной зони проти утворення тріщин і усунення інших дефектів: вибір присадочного дроту оптимального складу, підбір режимів зварювання, раціональний порядок виконання швів, попередній і супутній підігрів і ін. Внеденіе модифікаторів (цирконій, титан, бор) в дріт різко підвищує стійкість ь швів проти утворення кристалізаційних тріщин. Для ряду високолегованих сплавів (наприклад, систем Al-Mg і Al-Cu) хороші результати дає застосування дроту з пониженим вмістом супутніх домішок. У ряді випадків задовільні властивості швів на високоміцних сплавах отримують при зварюванні дротом, яка відрізняється за складом від основного металу (наприклад, дріт марки СвАК5 для сплавів типу АВ, АД31, АДЗЗ).

Помітно знижується міцність зварних з'єднань в порівнянні з міцністю основного металу при зварюванні сплавів в нагартоваіном стані, особливо при зварюванні високолегованих термічно зміцнюючих сплавів. У цьому випадку коефіцієнт міцності зварних з'єднань становить 0,5-0,65. Істотне підвищення міцності зварних з'єднань в цьому випадку досягається шляхом термічної обробки - загартування з наступним старінням або тільки природного старіння. Втомна міцність зварних з'єднань з алюмінієвих сплавів помітно знижується в порівнянні з міцністю основного металу, Шви зі знятим посиленням мають міцність від утоми вище, ніж шви з посиленням.

З сплавів, зміцнюючих термічно, найважливішим є дуралюміній , Широко застосовуваний в літакобудуванні і має ряд різновидів з межею міцності від 38 до 46 кг / мм2. Завдання зварювання цього найважливішого сплаву до цих пір не вирішена повністю. Дуралюміній є в основному сплав алюмінію з міддю і магнієм, що утворюють интерметаллические з'єднання. Розчинність цих сполук в алюмінії залежить від температури. При нагріванні алюмінію до температури вище критичної, з'єднання повністю розчиняються в металі і залишаються в ньому в такому вигляді при швидкому охолодженні, т. Е. Відбувається загартування сплаву. При подальшому старінні розчин сполук в металі розпадається, виділяючи частки в дрібно дисперсному вигляді, що надає дуралюмина його видатні механічні властивості, високу міцність і твердість. У процесі зварювання відбувається місцевий перегрів металу, що викликає різке зниження механічних властивостей з'єднання. При застиганні металу в зварному шві ростуть великі кристалітів. Вони створюють напруження, які роблять шов крихким. Зниження міцності не може бути усунуто подальшою термообробкою, яка не повертає металу ослабленою зони первинних високих механічних властивостей. Сплави типу дюралюміній Д16, Д1 зварюють точковим зварюванням, при якій перегрів і розплавлення відбуваються не по всій довжині з'єднання.

Стикова контактне зварювання

Задовільні результати дає контактне зварювання алюмінію. Стикова контактне зварювання алюмінію виробляється безперервним оплавленням на машинах з електричним приводом. Зварювальний струм береться близько 15000 A на 1 см2 зварюваного перетину. Величина оплавлення становить від 5 до 12 мм, а величина опади від 1,5 до 5 мм в залежності від величини перерізу зварного шва. Час безперервного оплавлення коливається від 30 до 70 періодів змінного струму. Струм вимикається на початку опади, тривалість опади - від 2 до 5 періодів струму.

Контактна точеч зварювання

Істотними труднощами при точковому зварюванні є висока електропровідність алюмінію і швидке за 0,002-0,005 сек. розплавлення металу в процесі зварювання, що вимагає швидко переміщати електрод зварювальної машини, щоб підтримати тиск і контакт з основним металом.

Для алюмінію і його сплавів точкове зварювання застосовують до деталей з тощиной 0,4-6 мм. Точкове зварювання вимагає зварювальних струмів з щільністю 1000 А / мм2, що в 4 рази більше зварювальних струмів для стали.

Хороші результати дає точкове зварювання акумульованої енергією. У промисловості застосовується конденсаторная точкове зварювання алюмінію. Електроди для точкового зварювання алюмінію рекомендується виготовляти з мідних сплавів з високою твердістю, високу електропровідність і теплопровідність. Задовільні результати дає сплав ЕВ.Прі прилипании алюмінію до мідного електрода необхідна негайна зачистка електрода зі зняттям тонкого шару металу, інакше неминуче пошкодження поверхні точок. Необхідно інтенсивне охолодження електродів проточною водою. Можлива також і шовна зварювання алюмінію, але для цієї мети необхідні потужні машини з іонними переривниками.

Зварювання алюмінію і його сплавів

оксидна плівка

алюміній має порівняно низьку температуру плавлення (657 ° C) при досить високій теплопровідності, яка приблизно в три рази перевершує теплопровідність маловуглецевої сталі. Алюміній відрізняється також значним коефіцієнтом теплового розширення. Головним ускладненням при зварюванні алюмінію є легка його окислюваність в твердому і рідкому станах. Тугоплавкий і механічно міцний оксид Аl203 плавиться при температури 2050 ° C, що перевищує температуру кипіння алюмінію. Окис алюмінію являє собою міцне хімічна сполука, яка слабо піддається дії флюсуючих матеріалів, зважаючи на свій хімічно нейтрального характеру. Оксид алюмінію розчиняється ні у твердій, ні в рідкому алюмінії, його щільність становить 4,0 г / см3 у гексагональної α-фази і 3,77 г / см3 у кубічної γ-фази, що перевищує щільність алюмінію. Оксидна плівка не спливає на поверхню рідкого алюмінію і залишається після застигання всередині шва у вигляді твердих і тендітних інтерметаллідних включень. Це порушує однорідність при формуванні зварного шва, знижує міцність і корозійну стійкість зварного з'єднання.

Оксидна плівка на поверхні деталей, що зварюються і присадочного дроту адсорбує водяну пару з повітря. γ-оксид Аl203 зберігає деяку кількість води навіть після вижержкі при 890-900 ° С. Вода реагує з рідким алюмінієм і виділяє водень, який розчиняється в розплаві. При застиганні розплаву алюмінію знижується розчинність водню, що може створити пористу структуру шва. При концентрації оксиду алюмінію в зварювальної ванні нижче 0,001% бульбашкової газовиділення припиняється. Тому для отримання якісного металу шва необхідно рафінувати зварювальну ванну не тільки від водню, але і від дрібнодисперсного оксидної плівки.

підготовка поверхні

Підготовка поверхні деталей, що зварюються і електродного дроту істотно впливає на якість зварного з'єднання.

Жирову консерваційні мастило видаляють промиванням у водному розчині каустичної соди або в бензині. Після промивання розчином соди необхідна тривала і ретельна промивка проточною водою для запобігання появи корозії. Зварює поверхность знежирюють ацетоном, уайт-спіритом, авіаційним бензином або іншим розчинником на ширину 100-150 мм від кромки.

Плівку оксиду видаляють механічними засобами або хімічним травленням. Зачистка крайок на ширину 25-30 мм сталевими нержавеюшімі щітками або шабровкой краще, ніж обробка наждачним папером або абразивним кругом. Абразивний інструмент забруднює шов - в якості твердого наповнювача в абразивних колах і наждаке використовую карбід кремнію SiC або α-оксид алюмінію Аl203 (корунд), від якого і треба позбутися.

Плівку видаляють хімічним способом в реактиве: 50 г їдкого натру технічного + 45 г фтористого натрію технічного на 1 л води. Заготовки труять протягом 0,5-1 хвилини, після травлення деталі промивають в проточній воді. Сплави з магнієм Амг і цинком В95 освітлюють в 25% -ому розчині ортофосфорної кислоти, а сплав АМц - в 30-35% -ному розчині азотної кислоти. Час освітлення 1-2 хвилини. Після деталі промивають в проточній воді і сушать потоком повітря з температурою 80-90 ° С.

підготовка дроту

Зварювальний дріт знежирюють розчинником і труять в 15% розчині їдкого натру технічного протягом 5-10 хв при температурі 60-70 ° С з последущей промиванням холодною водою і сушкою. Дріт дегазируют протягом 5-10ч при температурі 350 ° С в вукууме 0,133Па. Замість вакумной сушки дріт прокаливают 10-30 хв на повітрі при температурі 300 ° С.

Інший метод очищення зварювального дроту - електрополіровка в електроліті: 70 мл Н3PO4 + 42 г Cr2O3прі температурі 95-100 ° С. Величина струму завмсмт від швидкості протягання і діаметра дроту для зварювання.

Порогреваніе дроту в аргоні при 200-400 ° С протягом 30-80 хв після хімічної обробки зменшує кількість поглинання вологи в 5 разів.

Ручне зварювання:

Газове зварювання і флюси для зварювання алюмінію

Газове зварювання алюмінію і сплавав алюмінію застосовують для з'єднання великих слабонавантажених деталей, для заварки дефектів литва. Флюси вводять в процесі зварювання з присадним прутком або наносять пасту на кромки зварюваного вироби. Пасту розводять на воді або спирті.

При ремонті товстостінних малонавантажених алюмінієвих виливків або невідповідальних деталей можна іноді обходитися без спеціального флюсу. При цьому окис алюмінію весь час очищається з поверхні ванни скребком зі сталевого дроту, а кінець присадочного прутка для зменшення окислення занурюється в зварювальну ванну. У нормальних випадках необхідне застосування спеціальних флюсів для зварювання алюмінію, енергійно видаляють окис алюмінію при низьких температурах. Флюс при зварюванні алюмінію має виключно важливе значення. До винаходу хороших флюсів зварювання алюмінію вважалася настільки важко здійсненним, що майже не застосовувалася на практиці. Особливо сильними розчинниками є для окису алюмінію галоїдні сполуки лужного металу літію. У флюси для зварювання алюмінію найчастіше вводиться хлористий або фтористий літій - LiCl або LiF.

Розробка флюсів для зварювання алюмінію до сих пір не може вважатися цілком закінченою, і ведуться роботи з вишукування нових, більш досконалих складів флюсу. Практично якість алюмінієвого флюсу може бути оцінений наступною простою пробою. Розплавляють газовим пальником невелику ванночку на пластині алюмінію, метал покритий плівкою оксиду і має матову тьмяну сіру поверхню. При подачі щіпки хорошого флюсу на ванну, поверхня її майже миттєво очищається і стає блискучою, білого сріблястого кольору, нагадуючи по виду ртуть або розплавлене срібло. Хороший флюс очищає також і нагріте нерозплавлений основний метал навколо ванни.

Склади флюсів Компонент Марка флюсу АФ-4А АН-А201 ВАМИ КМ-1 №1 №2 №3 №4 №5 №6 Хлористий натрій 28 - 30 20 33 19 41 45 35 30 Хлористий калій 50 - 50 45 45 29 51 30 48 45 Хлористий літій 14 15 - - 15 - - 10 9 15 Хлористий барій - 70 - 20 - 48 - - - - Фтористий натрій 8 - - 15 - - 8 - 8 10 Фтористий кальцій - - - - - 4 - - - - Фтористий літій - 15 - - - - - - - - Фтористий калій - - - - 7 - - 15 - - Фтористий алюміній - - - - - - - - - - Фтористий магній - - - - - - - - - - Фтористий барій - - - - - - - - - - Криоліт - - 20 - - - - - - - Оксид магнію - - - - - - - - - -

Флюси і обмазки для зварювання алюмінію повинні виготовлятися з хімічно чистих препаратів. Деякі флюси виготовляються шляхом ретельного перемішування з одночасним помелом компонентів, наприклад, в кульової млині з порцеляновим корпусом і кулями. Для інших флюсів рекомендується попередньо сплавити компоненти і потім розмелюють отриманий однорідний сплав. Виготовлення сплавом часто дає кращі результати і меншу гігроскопічність флюсів. Алюмінієві флюси чутливі до впливу вологості повітря, під впливом якої вони змінюють свій склад і властивості. Тому алюмінієві флюси повинні зберігатися щільно закупореними в скляних банках з притертою пробкою. Для роботи зварювальник бере кількість флюсу не більше ніж на одну зміну.

Ручне зварювання покритим електродом

Цей метод застосовують при зварюванні малонавантажених конструкцій з алюмінію технічної чистоти, зі сплавів АМц, Амг, АМг2, АМг3, АМг5 і силуміну АК12. Метал зварюють на постійному струмі зворотної полярності з попереднім підігрівом заготовки від 250 до 400 ° C в завасімості від товщини зварюваного матеріалу. Мінімальні товщина при зварюванні покритим електродом становлять 4 мм. Оброблення кромок виконують при товщині більш 20мм

Хлористі і Форіст солі, які входять до складу обмазки електродів для ручного зварювання алюмінію, знижують стійкість електродуги, тому зварювання ведуть на пастоянном струмі зворотної полярності. Обмазка адсорбує вологу і електроди необхідно готувати непосредствено перед зварюванням і зберігати в сухому повітрі.

Автоматичне зварювання з флюсом:

Дугове зварювання над флюсом

Автоматичне зварювання алюмінію і його сплавів по шару флюсу (напіввідчинені дуга) плавиться обеспечівет високу продуктивністю за рахунок застосування однопрохідної двосторонньої зварювання. Висока концентрація енергії при зварюванні над флюсом створює глибоке проплавлення зварюється, відпадає треблваніе скошувати кромки деталей товщиною 20-25мм. Енергія дуги достатня для прогріву крайок, що зварюються і заготовки не треба підігрівати перед зварюванням.

Для зварювання алюмінію і алюмінієвих сплавів під флюсом застосовують, як правило, плавлені флюси. Плавлення флюси зменшують пористість шва, але ушудшают його формування по порівняння з механічно перемішані флюсами. Флюси зберігають в герметичній тарі і прожарюють перед використанням.

Зневоднення флюсу перед зварюванням в повному обсязі усуває вплив вологи на якість зварювання, так так відкрита зварювальний дуга сприяє насиченню розплаву алюмінію в зварювальної ванні воднем з вологи повітря. Сварка відкритою дугою по шару флюсу забруднює робочу атмосверу пилом, продуктами горіння, озоном, оксидами азоту і ультрафіолетовим випромінюванням. Концентрація озону при автоматичному зварюванні по шару флюсу на рівні дихання зварника перевищує норму в 8 - 10 разів і тільки на відстані понад 1,8 м від місця горіння дуги досягає норми. Зварювальне обладнання при зварюванні відкритою дугою працює в важких умовах.

Компонент Марка флюсу для зварювання по шару флюсу для зварювання під флюсом (керамічні флюси) АН-А1 АН-А4 48-АФ-1 МАТИ-1а МАТИ-10 ЖА-64 ЖА-64А Хлористий натрій 20 - - - - 17 15 Хлористий калій 50 57 47 47 З0 43 38 Хлористий літій - - - 8 - - - Хлористий барій - 28 47 - 68 - - Фтористий натрій - - - 42 - - - Фтористий калій - - 2 - - - - Фтористий літій - 7,5 - - - - - Фтористий кальцій - - - - - - 3 Фтористий алюміній - 7,5 - - - - - Криоліт 30 - - 3 2 36 43 фторцірконата калію - - 2 - - - - Пісок кварцовий - - - - - 4 ≤ 1 Оксид хрому - - 2 - - - -

Дугове зварювання під флюсом

Дугового зварювання під шаром керамічного флюсу (закритою дугою) з плавиться має переваги перед зварюванням над флюсом. Сварка закритою дугою значно зменшує шкідливі виділення в навколишнє середовище. Потужний і концентрований джерело енергії має закриту зону електродуги від впливу зовнішнього повітря. Склад газової фази в зоні дуги можна контролювати. Активні добавки в керамічний флюс легируют, модифікують і очищають алюміній в зоні розплаву. Щільність струму при зварюванні закритою дугою в 2-4 рази вище, ніж при зварюванні відкритою дугою, завдяки чому матеріал плавиться на велику глибину.

Дугове зварювання в середовищі захисних газів:

TIG зварювання неплавким електродом

У промисловості найбільшого поширення набули два види зварювання: TIG зварювання неплавким вольфрамовим електродом з присадкою в середовищі інертних газів, і MIG зварювання суцільним дротом в середовищі інертних газів з автоматичним або напівавтоматичним подачею дроту. Оксидна плівка руйнується при зварюванні змінним або постійним струмом зворотної полярності. В цьому випадку відбувається катодного розпилення, яке розбиває оксидну плівку. Зварювати постійним струмом прямої полярності можливо тільки в гелієвої середовищі, де виникають умови для випаровування окисної плівки.

Аргонодуговая зварювання неплавким вольфрамовим електродом з подачею присадного дроту (TIG) може проводити на малих токах (від 5 А) і забезпечувати високу стійкість горіння дуги для всіх величин струмів.

Для процесу TIG застосовують джерело живлення з внутрішнім генератором змінного струму. Джерело живлення для аргонодугового TIG-зварювання регулює частоту і баланс змінного струму. Регулювання частоти струму усуває пропалювання тонких деталей. Баланс струму забезпечує при зварюванні плавиться, особливі умови горіння дуги. У першому напівперіоді вольфрам стає катодом і створюються умови для збільшення термоелектронної емісії. Це збільшує силу струму і знижує напругу дуги. У другому напівперіоді катодомстає зварювана заготовка, провідність дугового проміжку знижується, зменшується сила струму дуги і зростає напруга. Синусоїда струму дуги виходить несиметричною - пряма полярність генерує потужну дугу для плавлення металу, а зворотна проводить катодний обробку, яка видаляє оксид з поверхні алюмінію.

Імпульсні джерела живлення для зварювання алюмінієвих сплавів розширили можливості зварювання неплавким електродом. При зварюванні імпульсної дугою на змінному струмі вдається зварювати алюмінієві сплави товщиною від 0,2 мм і вище.

Зварювання неплавким вольфрамовим електродом на постійному струмі прямої полярності проводять в середовищі гелію. Пряма полярність і низька теплопровідність гелію генерують дугу з високою концентрацією теплової енергії. При цьому виходять вузькі шви і мала зона термічного впливу, що важливо для підвищення міцності з'єднань в темоупрочняемих сплавах алюмінію. Проплавляющей здатність дуги в гелії зварює деталі до 20мм без оброблення крайок.

Для зварювання алюмінієвих сплавів в середовищі захисних газів застосовують аргон вищого гатунку або суміші аргону з гелієм.

Метал товщиною до 2 мм в нижньому положенні зварюють в один прохід без присадочного матеріалу на підкладках м довжина дуги не більше 3 мм. Метал товщиною 4-8 мм зварюють «лівим способом». Зварювання неплавким електродом металу з товщиною більш 8 мм використовують «правий спосіб».

Для дугового зварювання неплавким електродом застосовують електроди з лантанований (ЕВЛ), ітрировані (Еві), торійованого (ЕОТ) або чистого вольфраму (ЕВЧ). Найбільшу стійкість і зварювальний струм показують електроди Еві. Цими електродами зварюють за один прохід заготовки з товщиною 20 мм при зварювальному струмі 800-1000 А.

MIG зварювання електродом, що плавиться

Автоматичного і напівавтоматичного зварюванням плавиться отримують стикові, таврові, нахлесточного і інших з'єднань алюмінію і сплавів алюмінію завтовшки 3-6 мм і більше. Деталі тонше 3 мм з'єднують імпульсно-дугового зварювання при дрібнокрапельне струменевому перенесення металу. Автоматичне зварювання переважно ведеться для металу товщиною 10-12 мм і більше. Економічна доцільність застосування зварювання плавиться зростає зі збільшенням товщини зварювальних заготовок. Високу продуктивність процесу забезпечує глибоке проплавлення. Цим способом зварювання вдається отримувати надійне проплавлення кореня шва при зварюванні таврових і з'єднань внапуск.

Зварювання плавиться проходить в захисному середовищі інертних газів - в аргоні, гелії або їх суміші. Дуга живиться постійним струмом зворотної полярності дляудаленія плівки оксидів, коли плавиться електрод буде анодом, а зварюваний метал - катодом. Оксидну плівку руйнують і розпилюють позитивні іони, які бомбардують катод (ефект катодного розпилення).

Недолік способу зварювання алюмінію плавиться - зниження в порівнянні зі зварюванням неплавким електродом показників механічних властивостей. Для сплаву АМг6 межі міцності зменшується на 15%. Міцність шва погіршується, так як електродний метал проходить через дугового проміжок і перегрівається більшою мірою, ніж присадний дріт при зварці неплавким електродом.

Перевага цього способу зварювання в тому, що метал добре перемішується в зварювальної ванні, тому шов краще очищається від оксидних включень. Зварювання алюмінію плавиться забезпечує високу продуктивність.

При імпульсно-дугового зварювання електродом, що плавиться на постійний струм зворотної полярності накладаються короткочасні імпульси струму. Імпульсний пристрій регулює частоту слідування і величину імпульсів струму для отримання дрібнокрапельного спрямованого перенесення електродного металу через дугу. Краплі переносяться при більш низьких значеннях зварювального струму, ніж при природному дрібнокрапельне перенесення. Величина і тривалість імпульсів керує перенесенням металу з торця електрода невеликими краплями в широкому діапазоні струмів. Імпульси струму впливають на ванну рідкого металу, створюють більш дрібну структуру металу шва. У паузах між імпульсами постійна складова струму підтримує горіння зварювальної дуги, при якому введення теплоти в виріб зменшується і відсутня перенесення металу.

Особливості зварювання сплавів алюмінію

У техніці застосовуються різні сплави алюмінію, які мають більш високу механічну міцність в порівнянні з міцністю чистого алюмінію і зберігають невисоку щільність (2,65-2,8 г / см3). Алюмінієві сплави розділені на дві групи: сплави термічно незміцнюється і сплави термічно зміцнюється. Термічно незміцнюється сплави мало чутливі до термічної обробки, їх зварене з'єднання наближається до міцності основного металу в відпаленого стані.

Зварювання алюмінію і його сплавів

оксидна плівка

алюміній має порівняно низьку температуру плавлення (657 ° C) при досить високій теплопровідності, яка приблизно в три рази перевершує теплопровідність маловуглецевої сталі. Алюміній відрізняється також значним коефіцієнтом теплового розширення. Головним ускладненням при зварюванні алюмінію є легка його окислюваність в твердому і рідкому станах. Тугоплавкий і механічно міцний оксид Аl203 плавиться при температури 2050 ° C, що перевищує температуру кипіння алюмінію. Окис алюмінію являє собою міцне хімічна сполука, яка слабо піддається дії флюсуючих матеріалів, зважаючи на свій хімічно нейтрального характеру. Оксид алюмінію розчиняється ні у твердій, ні в рідкому алюмінії, його щільність становить 4,0 г / см3 у гексагональної α-фази і 3,77 г / см3 у кубічної γ-фази, що перевищує щільність алюмінію. Оксидна плівка не спливає на поверхню рідкого алюмінію і залишається після застигання всередині шва у вигляді твердих і тендітних інтерметаллідних включень. Це порушує однорідність при формуванні зварного шва, знижує міцність і корозійну стійкість зварного з'єднання.

Оксидна плівка на поверхні деталей, що зварюються і присадочного дроту адсорбує водяну пару з повітря. γ-оксид Аl203 зберігає деяку кількість води навіть після вижержкі при 890-900 ° С. Вода реагує з рідким алюмінієм і виділяє водень, який розчиняється в розплаві. При застиганні розплаву алюмінію знижується розчинність водню, що може створити пористу структуру шва. При концентрації оксиду алюмінію в зварювальної ванні нижче 0,001% бульбашкової газовиділення припиняється. Тому для отримання якісного металу шва необхідно рафінувати зварювальну ванну не тільки від водню, але і від дрібнодисперсного оксидної плівки.

підготовка поверхні

Підготовка поверхні деталей, що зварюються і електродного дроту істотно впливає на якість зварного з'єднання.

Жирову консерваційні мастило видаляють промиванням у водному розчині каустичної соди або в бензині. Після промивання розчином соди необхідна тривала і ретельна промивка проточною водою для запобігання появи корозії. Зварює поверхность знежирюють ацетоном, уайт-спіритом, авіаційним бензином або іншим розчинником на ширину 100-150 мм від кромки.

Плівку оксиду видаляють механічними засобами або хімічним травленням. Зачистка крайок на ширину 25-30 мм сталевими нержавеюшімі щітками або шабровкой краще, ніж обробка наждачним папером або абразивним кругом. Абразивний інструмент забруднює шов - в якості твердого наповнювача в абразивних колах і наждаке використовую карбід кремнію SiC або α-оксид алюмінію Аl203 (корунд), від якого і треба позбутися.

Плівку видаляють хімічним способом в реактиве: 50 г їдкого натру технічного + 45 г фтористого натрію технічного на 1 л води. Заготовки труять протягом 0,5-1 хвилини, після травлення деталі промивають в проточній воді. Сплави з магнієм Амг і цинком В95 освітлюють в 25% -ому розчині ортофосфорної кислоти, а сплав АМц - в 30-35% -ному розчині азотної кислоти. Час освітлення 1-2 хвилини. Після деталі промивають в проточній воді і сушать потоком повітря з температурою 80-90 ° С.

підготовка дроту

Зварювальний дріт знежирюють розчинником і труять в 15% розчині їдкого натру технічного протягом 5-10 хв при температурі 60-70 ° С з последущей промиванням холодною водою і сушкою. Дріт дегазируют протягом 5-10ч при температурі 350 ° С в вукууме 0,133Па. Замість вакумной сушки дріт прокаливают 10-30 хв на повітрі при температурі 300 ° С.

Інший метод очищення зварювального дроту - електрополіровка в електроліті: 70 мл Н3PO4 + 42 г Cr2O3прі температурі 95-100 ° С. Величина струму завмсмт від швидкості протягання і діаметра дроту для зварювання.

Порогреваніе дроту в аргоні при 200-400 ° С протягом 30-80 хв після хімічної обробки зменшує кількість поглинання вологи в 5 разів.

Ручне зварювання:

Газове зварювання і флюси для зварювання алюмінію

Газове зварювання алюмінію і сплавав алюмінію застосовують для з'єднання великих слабонавантажених деталей, для заварки дефектів литва. Флюси вводять в процесі зварювання з присадним прутком або наносять пасту на кромки зварюваного вироби. Пасту розводять на воді або спирті.

При ремонті товстостінних малонавантажених алюмінієвих виливків або невідповідальних деталей можна іноді обходитися без спеціального флюсу. При цьому окис алюмінію весь час очищається з поверхні ванни скребком зі сталевого дроту, а кінець присадочного прутка для зменшення окислення занурюється в зварювальну ванну. У нормальних випадках необхідне застосування спеціальних флюсів для зварювання алюмінію, енергійно видаляють окис алюмінію при низьких температурах. Флюс при зварюванні алюмінію має виключно важливе значення. До винаходу хороших флюсів зварювання алюмінію вважалася настільки важко здійсненним, що майже не застосовувалася на практиці. Особливо сильними розчинниками є для окису алюмінію галоїдні сполуки лужного металу літію. У флюси для зварювання алюмінію найчастіше вводиться хлористий або фтористий літій - LiCl або LiF.

Розробка флюсів для зварювання алюмінію до сих пір не може вважатися цілком закінченою, і ведуться роботи з вишукування нових, більш досконалих складів флюсу. Практично якість алюмінієвого флюсу може бути оцінений наступною простою пробою. Розплавляють газовим пальником невелику ванночку на пластині алюмінію, метал покритий плівкою оксиду і має матову тьмяну сіру поверхню. При подачі щіпки хорошого флюсу на ванну, поверхня її майже миттєво очищається і стає блискучою, білого сріблястого кольору, нагадуючи по виду ртуть або розплавлене срібло. Хороший флюс очищає також і нагріте нерозплавлений основний метал навколо ванни.

Склади флюсів Компонент Марка флюсу АФ-4А АН-А201 ВАМИ КМ-1 №1 №2 №3 №4 №5 №6 Хлористий натрій 28 - 30 20 33 19 41 45 35 30 Хлористий калій 50 - 50 45 45 29 51 30 48 45 Хлористий літій 14 15 - - 15 - - 10 9 15 Хлористий барій - 70 - 20 - 48 - - - - Фтористий натрій 8 - - 15 - - 8 - 8 10 Фтористий кальцій - - - - - 4 - - - - Фтористий літій - 15 - - - - - - - - Фтористий калій - - - - 7 - - 15 - - Фтористий алюміній - - - - - - - - - - Фтористий магній - - - - - - - - - - Фтористий барій - - - - - - - - - - Криоліт - - 20 - - - - - - - Оксид магнію - - - - - - - - - -

Флюси і обмазки для зварювання алюмінію повинні виготовлятися з хімічно чистих препаратів. Деякі флюси виготовляються шляхом ретельного перемішування з одночасним помелом компонентів, наприклад, в кульової млині з порцеляновим корпусом і кулями. Для інших флюсів рекомендується попередньо сплавити компоненти і потім розмелюють отриманий однорідний сплав. Виготовлення сплавом часто дає кращі результати і меншу гігроскопічність флюсів. Алюмінієві флюси чутливі до впливу вологості повітря, під впливом якої вони змінюють свій склад і властивості. Тому алюмінієві флюси повинні зберігатися щільно закупореними в скляних банках з притертою пробкою. Для роботи зварювальник бере кількість флюсу не більше ніж на одну зміну.

Ручне зварювання покритим електродом

Цей метод застосовують при зварюванні малонавантажених конструкцій з алюмінію технічної чистоти, зі сплавів АМц, Амг, АМг2, АМг3, АМг5 і силуміну АК12. Метал зварюють на постійному струмі зворотної полярності з попереднім підігрівом заготовки від 250 до 400 ° C в завасімості від товщини зварюваного матеріалу. Мінімальні товщина при зварюванні покритим електродом становлять 4 мм. Оброблення кромок виконують при товщині більш 20мм

Хлористі і Форіст солі, які входять до складу обмазки електродів для ручного зварювання алюмінію, знижують стійкість електродуги, тому зварювання ведуть на пастоянном струмі зворотної полярності. Обмазка адсорбує вологу і електроди необхідно готувати непосредствено перед зварюванням і зберігати в сухому повітрі.

Автоматичне зварювання з флюсом:

Дугове зварювання над флюсом

Автоматичне зварювання алюмінію і його сплавів по шару флюсу (напіввідчинені дуга) плавиться обеспечівет високу продуктивністю за рахунок застосування однопрохідної двосторонньої зварювання. Висока концентрація енергії при зварюванні над флюсом створює глибоке проплавлення зварюється, відпадає треблваніе скошувати кромки деталей товщиною 20-25мм. Енергія дуги достатня для прогріву крайок, що зварюються і заготовки не треба підігрівати перед зварюванням.

Для зварювання алюмінію і алюмінієвих сплавів під флюсом застосовують, як правило, плавлені флюси. Плавлення флюси зменшують пористість шва, але ушудшают його формування по порівняння з механічно перемішані флюсами. Флюси зберігають в герметичній тарі і прожарюють перед використанням.

Зневоднення флюсу перед зварюванням в повному обсязі усуває вплив вологи на якість зварювання, так так відкрита зварювальний дуга сприяє насиченню розплаву алюмінію в зварювальної ванні воднем з вологи повітря. Сварка відкритою дугою по шару флюсу забруднює робочу атмосверу пилом, продуктами горіння, озоном, оксидами азоту і ультрафіолетовим випромінюванням. Концентрація озону при автоматичному зварюванні по шару флюсу на рівні дихання зварника перевищує норму в 8 - 10 разів і тільки на відстані понад 1,8 м від місця горіння дуги досягає норми. Зварювальне обладнання при зварюванні відкритою дугою працює в важких умовах.

Компонент Марка флюсу для зварювання по шару флюсу для зварювання під флюсом (керамічні флюси) АН-А1 АН-А4 48-АФ-1 МАТИ-1а МАТИ-10 ЖА-64 ЖА-64А Хлористий натрій 20 - - - - 17 15 Хлористий калій 50 57 47 47 З0 43 38 Хлористий літій - - - 8 - - - Хлористий барій - 28 47 - 68 - - Фтористий натрій - - - 42 - - - Фтористий калій - - 2 - - - - Фтористий літій - 7,5 - - - - - Фтористий кальцій - - - - - - 3 Фтористий алюміній - 7,5 - - - - - Криоліт 30 - - 3 2 36 43 фторцірконата калію - - 2 - - - - Пісок кварцовий - - - - - 4 ≤ 1 Оксид хрому - - 2 - - - -

Дугове зварювання під флюсом

Дугового зварювання під шаром керамічного флюсу (закритою дугою) з плавиться має переваги перед зварюванням над флюсом. Сварка закритою дугою значно зменшує шкідливі виділення в навколишнє середовище. Потужний і концентрований джерело енергії має закриту зону електродуги від впливу зовнішнього повітря. Склад газової фази в зоні дуги можна контролювати. Активні добавки в керамічний флюс легируют, модифікують і очищають алюміній в зоні розплаву. Щільність струму при зварюванні закритою дугою в 2-4 рази вище, ніж при зварюванні відкритою дугою, завдяки чому матеріал плавиться на велику глибину.

Дугове зварювання в середовищі захисних газів:

TIG зварювання неплавким електродом

У промисловості найбільшого поширення набули два види зварювання: TIG зварювання неплавким вольфрамовим електродом з присадкою в середовищі інертних газів, і MIG зварювання суцільним дротом в середовищі інертних газів з автоматичним або напівавтоматичним подачею дроту. Оксидна плівка руйнується при зварюванні змінним або постійним струмом зворотної полярності. В цьому випадку відбувається катодного розпилення, яке розбиває оксидну плівку. Зварювати постійним струмом прямої полярності можливо тільки в гелієвої середовищі, де виникають умови для випаровування окисної плівки.

Аргонодуговая зварювання неплавким вольфрамовим електродом з подачею присадного дроту (TIG) може проводити на малих токах (від 5 А) і забезпечувати високу стійкість горіння дуги для всіх величин струмів.

Для процесу TIG застосовують джерело живлення з внутрішнім генератором змінного струму. Джерело живлення для аргонодугового TIG-зварювання регулює частоту і баланс змінного струму. Регулювання частоти струму усуває пропалювання тонких деталей. Баланс струму забезпечує при зварюванні плавиться, особливі умови горіння дуги. У першому напівперіоді вольфрам стає катодом і створюються умови для збільшення термоелектронної емісії. Це збільшує силу струму і знижує напругу дуги. У другому напівперіоді катодомстає зварювана заготовка, провідність дугового проміжку знижується, зменшується сила струму дуги і зростає напруга. Синусоїда струму дуги виходить несиметричною - пряма полярність генерує потужну дугу для плавлення металу, а зворотна проводить катодний обробку, яка видаляє оксид з поверхні алюмінію.

Імпульсні джерела живлення для зварювання алюмінієвих сплавів розширили можливості зварювання неплавким електродом. При зварюванні імпульсної дугою на змінному струмі вдається зварювати алюмінієві сплави товщиною від 0,2 мм і вище.

Зварювання неплавким вольфрамовим електродом на постійному струмі прямої полярності проводять в середовищі гелію. Пряма полярність і низька теплопровідність гелію генерують дугу з високою концентрацією теплової енергії. При цьому виходять вузькі шви і мала зона термічного впливу, що важливо для підвищення міцності з'єднань в темоупрочняемих сплавах алюмінію. Проплавляющей здатність дуги в гелії зварює деталі до 20мм без оброблення крайок.

Для зварювання алюмінієвих сплавів в середовищі захисних газів застосовують аргон вищого гатунку або суміші аргону з гелієм.

Метал товщиною до 2 мм в нижньому положенні зварюють в один прохід без присадочного матеріалу на підкладках м довжина дуги не більше 3 мм. Метал товщиною 4-8 мм зварюють «лівим способом». Зварювання неплавким електродом металу з товщиною більш 8 мм використовують «правий спосіб».

Для дугового зварювання неплавким електродом застосовують електроди з лантанований (ЕВЛ), ітрировані (Еві), торійованого (ЕОТ) або чистого вольфраму (ЕВЧ). Найбільшу стійкість і зварювальний струм показують електроди Еві. Цими електродами зварюють за один прохід заготовки з товщиною 20 мм при зварювальному струмі 800-1000 А.

MIG зварювання електродом, що плавиться

Автоматичного і напівавтоматичного зварюванням плавиться отримують стикові, таврові, нахлесточного і інших з'єднань алюмінію і сплавів алюмінію завтовшки 3-6 мм і більше. Деталі тонше 3 мм з'єднують імпульсно-дугового зварювання при дрібнокрапельне струменевому перенесення металу. Автоматичне зварювання переважно ведеться для металу товщиною 10-12 мм і більше. Економічна доцільність застосування зварювання плавиться зростає зі збільшенням товщини зварювальних заготовок. Високу продуктивність процесу забезпечує глибоке проплавлення. Цим способом зварювання вдається отримувати надійне проплавлення кореня шва при зварюванні таврових і з'єднань внапуск.

Зварювання плавиться проходить в захисному середовищі інертних газів - в аргоні, гелії або їх суміші. Дуга живиться постійним струмом зворотної полярності дляудаленія плівки оксидів, коли плавиться електрод буде анодом, а зварюваний метал - катодом. Оксидну плівку руйнують і розпилюють позитивні іони, які бомбардують катод (ефект катодного розпилення).

Недолік способу зварювання алюмінію плавиться - зниження в порівнянні зі зварюванням неплавким електродом показників механічних властивостей. Для сплаву АМг6 межі міцності зменшується на 15%. Міцність шва погіршується, так як електродний метал проходить через дугового проміжок і перегрівається більшою мірою, ніж присадний дріт при зварці неплавким електродом.

Перевага цього способу зварювання в тому, що метал добре перемішується в зварювальної ванні, тому шов краще очищається від оксидних включень. Зварювання алюмінію плавиться забезпечує високу продуктивність.

При імпульсно-дугового зварювання електродом, що плавиться на постійний струм зворотної полярності накладаються короткочасні імпульси струму. Імпульсний пристрій регулює частоту слідування і величину імпульсів струму для отримання дрібнокрапельного спрямованого перенесення електродного металу через дугу. Краплі переносяться при більш низьких значеннях зварювального струму, ніж при природному дрібнокрапельне перенесення. Величина і тривалість імпульсів керує перенесенням металу з торця електрода невеликими краплями в широкому діапазоні струмів. Імпульси струму впливають на ванну рідкого металу, створюють більш дрібну структуру металу шва. У паузах між імпульсами постійна складова струму підтримує горіння зварювальної дуги, при якому введення теплоти в виріб зменшується і відсутня перенесення металу.

Особливості зварювання сплавів алюмінію

У техніці застосовуються різні сплави алюмінію, які мають більш високу механічну міцність в порівнянні з міцністю чистого алюмінію і зберігають невисоку щільність (2,65-2,8 г / см3). Алюмінієві сплави розділені на дві групи: сплави термічно незміцнюється і сплави термічно зміцнюється. Термічно незміцнюється сплави мало чутливі до термічної обробки, їх зварене з'єднання наближається до міцності основного металу в відпаленого стані.

Зварювання алюмінію і його сплавів

оксидна плівка

алюміній має порівняно низьку температуру плавлення (657 ° C) при досить високій теплопровідності, яка приблизно в три рази перевершує теплопровідність маловуглецевої сталі. Алюміній відрізняється також значним коефіцієнтом теплового розширення. Головним ускладненням при зварюванні алюмінію є легка його окислюваність в твердому і рідкому станах. Тугоплавкий і механічно міцний оксид Аl203 плавиться при температури 2050 ° C, що перевищує температуру кипіння алюмінію. Окис алюмінію являє собою міцне хімічна сполука, яка слабо піддається дії флюсуючих матеріалів, зважаючи на свій хімічно нейтрального характеру. Оксид алюмінію розчиняється ні у твердій, ні в рідкому алюмінії, його щільність становить 4,0 г / см3 у гексагональної α-фази і 3,77 г / см3 у кубічної γ-фази, що перевищує щільність алюмінію. Оксидна плівка не спливає на поверхню рідкого алюмінію і залишається після застигання всередині шва у вигляді твердих і тендітних інтерметаллідних включень. Це порушує однорідність при формуванні зварного шва, знижує міцність і корозійну стійкість зварного з'єднання.

Оксидна плівка на поверхні деталей, що зварюються і присадочного дроту адсорбує водяну пару з повітря. γ-оксид Аl203 зберігає деяку кількість води навіть після вижержкі при 890-900 ° С. Вода реагує з рідким алюмінієм і виділяє водень, який розчиняється в розплаві. При застиганні розплаву алюмінію знижується розчинність водню, що може створити пористу структуру шва. При концентрації оксиду алюмінію в зварювальної ванні нижче 0,001% бульбашкової газовиділення припиняється. Тому для отримання якісного металу шва необхідно рафінувати зварювальну ванну не тільки від водню, але і від дрібнодисперсного оксидної плівки.

підготовка поверхні

Підготовка поверхні деталей, що зварюються і електродного дроту істотно впливає на якість зварного з'єднання.

Жирову консерваційні мастило видаляють промиванням у водному розчині каустичної соди або в бензині. Після промивання розчином соди необхідна тривала і ретельна промивка проточною водою для запобігання появи корозії. Зварює поверхность знежирюють ацетоном, уайт-спіритом, авіаційним бензином або іншим розчинником на ширину 100-150 мм від кромки.

Плівку оксиду видаляють механічними засобами або хімічним травленням. Зачистка крайок на ширину 25-30 мм сталевими нержавеюшімі щітками або шабровкой краще, ніж обробка наждачним папером або абразивним кругом. Абразивний інструмент забруднює шов - в якості твердого наповнювача в абразивних колах і наждаке використовую карбід кремнію SiC або α-оксид алюмінію Аl203 (корунд), від якого і треба позбутися.

Плівку видаляють хімічним способом в реактиве: 50 г їдкого натру технічного + 45 г фтористого натрію технічного на 1 л води. Заготовки труять протягом 0,5-1 хвилини, після травлення деталі промивають в проточній воді. Сплави з магнієм Амг і цинком В95 освітлюють в 25% -ому розчині ортофосфорної кислоти, а сплав АМц - в 30-35% -ному розчині азотної кислоти. Час освітлення 1-2 хвилини. Після деталі промивають в проточній воді і сушать потоком повітря з температурою 80-90 ° С.

підготовка дроту

Зварювальний дріт знежирюють розчинником і труять в 15% розчині їдкого натру технічного протягом 5-10 хв при температурі 60-70 ° С з последущей промиванням холодною водою і сушкою. Дріт дегазируют протягом 5-10ч при температурі 350 ° С в вукууме 0,133Па. Замість вакумной сушки дріт прокаливают 10-30 хв на повітрі при температурі 300 ° С.

Інший метод очищення зварювального дроту - електрополіровка в електроліті: 70 мл Н3PO4 + 42 г Cr2O3прі температурі 95-100 ° С. Величина струму завмсмт від швидкості протягання і діаметра дроту для зварювання.

Порогреваніе дроту в аргоні при 200-400 ° С протягом 30-80 хв після хімічної обробки зменшує кількість поглинання вологи в 5 разів.

Ручне зварювання:

Газове зварювання і флюси для зварювання алюмінію

Газове зварювання алюмінію і сплавав алюмінію застосовують для з'єднання великих слабонавантажених деталей, для заварки дефектів литва. Флюси вводять в процесі зварювання з присадним прутком або наносять пасту на кромки зварюваного вироби. Пасту розводять на воді або спирті.

При ремонті товстостінних малонавантажених алюмінієвих виливків або невідповідальних деталей можна іноді обходитися без спеціального флюсу. При цьому окис алюмінію весь час очищається з поверхні ванни скребком зі сталевого дроту, а кінець присадочного прутка для зменшення окислення занурюється в зварювальну ванну. У нормальних випадках необхідне застосування спеціальних флюсів для зварювання алюмінію, енергійно видаляють окис алюмінію при низьких температурах. Флюс при зварюванні алюмінію має виключно важливе значення. До винаходу хороших флюсів зварювання алюмінію вважалася настільки важко здійсненним, що майже не застосовувалася на практиці. Особливо сильними розчинниками є для окису алюмінію галоїдні сполуки лужного металу літію. У флюси для зварювання алюмінію найчастіше вводиться хлористий або фтористий літій - LiCl або LiF.

Розробка флюсів для зварювання алюмінію до сих пір не може вважатися цілком закінченою, і ведуться роботи з вишукування нових, більш досконалих складів флюсу. Практично якість алюмінієвого флюсу може бути оцінений наступною простою пробою. Розплавляють газовим пальником невелику ванночку на пластині алюмінію, метал покритий плівкою оксиду і має матову тьмяну сіру поверхню. При подачі щіпки хорошого флюсу на ванну, поверхня її майже миттєво очищається і стає блискучою, білого сріблястого кольору, нагадуючи по виду ртуть або розплавлене срібло. Хороший флюс очищає також і нагріте нерозплавлений основний метал навколо ванни.

Склади флюсів Компонент Марка флюсу АФ-4А АН-А201 ВАМИ КМ-1 №1 №2 №3 №4 №5 №6 Хлористий натрій 28 - 30 20 33 19 41 45 35 30 Хлористий калій 50 - 50 45 45 29 51 30 48 45 Хлористий літій 14 15 - - 15 - - 10 9 15 Хлористий барій - 70 - 20 - 48 - - - - Фтористий натрій 8 - - 15 - - 8 - 8 10 Фтористий кальцій - - - - - 4 - - - - Фтористий літій - 15 - - - - - - - - Фтористий калій - - - - 7 - - 15 - - Фтористий алюміній - - - - - - - - - - Фтористий магній - - - - - - - - - - Фтористий барій - - - - - - - - - - Криоліт - - 20 - - - - - - - Оксид магнію - - - - - - - - - -

Флюси і обмазки для зварювання алюмінію повинні виготовлятися з хімічно чистих препаратів. Деякі флюси виготовляються шляхом ретельного перемішування з одночасним помелом компонентів, наприклад, в кульової млині з порцеляновим корпусом і кулями. Для інших флюсів рекомендується попередньо сплавити компоненти і потім розмелюють отриманий однорідний сплав. Виготовлення сплавом часто дає кращі результати і меншу гігроскопічність флюсів. Алюмінієві флюси чутливі до впливу вологості повітря, під впливом якої вони змінюють свій склад і властивості. Тому алюмінієві флюси повинні зберігатися щільно закупореними в скляних банках з притертою пробкою. Для роботи зварювальник бере кількість флюсу не більше ніж на одну зміну.

Ручне зварювання покритим електродом

Цей метод застосовують при зварюванні малонавантажених конструкцій з алюмінію технічної чистоти, зі сплавів АМц, Амг, АМг2, АМг3, АМг5 і силуміну АК12. Метал зварюють на постійному струмі зворотної полярності з попереднім підігрівом заготовки від 250 до 400 ° C в завасімості від товщини зварюваного матеріалу. Мінімальні товщина при зварюванні покритим електродом становлять 4 мм. Оброблення кромок виконують при товщині більш 20мм

Хлористі і Форіст солі, які входять до складу обмазки електродів для ручного зварювання алюмінію, знижують стійкість електродуги, тому зварювання ведуть на пастоянном струмі зворотної полярності. Обмазка адсорбує вологу і електроди необхідно готувати непосредствено перед зварюванням і зберігати в сухому повітрі.

Автоматичне зварювання з флюсом:

Дугове зварювання над флюсом

Автоматичне зварювання алюмінію і його сплавів по шару флюсу (напіввідчинені дуга) плавиться обеспечівет високу продуктивністю за рахунок застосування однопрохідної двосторонньої зварювання. Висока концентрація енергії при зварюванні над флюсом створює глибоке проплавлення зварюється, відпадає треблваніе скошувати кромки деталей товщиною 20-25мм. Енергія дуги достатня для прогріву крайок, що зварюються і заготовки не треба підігрівати перед зварюванням.

Для зварювання алюмінію і алюмінієвих сплавів під флюсом застосовують, як правило, плавлені флюси. Плавлення флюси зменшують пористість шва, але ушудшают його формування по порівняння з механічно перемішані флюсами. Флюси зберігають в герметичній тарі і прожарюють перед використанням.

Зневоднення флюсу перед зварюванням в повному обсязі усуває вплив вологи на якість зварювання, так так відкрита зварювальний дуга сприяє насиченню розплаву алюмінію в зварювальної ванні воднем з вологи повітря. Сварка відкритою дугою по шару флюсу забруднює робочу атмосверу пилом, продуктами горіння, озоном, оксидами азоту і ультрафіолетовим випромінюванням. Концентрація озону при автоматичному зварюванні по шару флюсу на рівні дихання зварника перевищує норму в 8 - 10 разів і тільки на відстані понад 1,8 м від місця горіння дуги досягає норми. Зварювальне обладнання при зварюванні відкритою дугою працює в важких умовах.

Компонент Марка флюсу для зварювання по шару флюсу для зварювання під флюсом (керамічні флюси) АН-А1 АН-А4 48-АФ-1 МАТИ-1а МАТИ-10 ЖА-64 ЖА-64А Хлористий натрій 20 - - - - 17 15 Хлористий калій 50 57 47 47 З0 43 38 Хлористий літій - - - 8 - - - Хлористий барій - 28 47 - 68 - - Фтористий натрій - - - 42 - - - Фтористий калій - - 2 - - - - Фтористий літій - 7,5 - - - - - Фтористий кальцій - - - - - - 3 Фтористий алюміній - 7,5 - - - - - Криоліт 30 - - 3 2 36 43 фторцірконата калію - - 2 - - - - Пісок кварцовий - - - - - 4 ≤ 1 Оксид хрому - - 2 - - - -

Дугове зварювання під флюсом

Дугового зварювання під шаром керамічного флюсу (закритою дугою) з плавиться має переваги перед зварюванням над флюсом. Сварка закритою дугою значно зменшує шкідливі виділення в навколишнє середовище. Потужний і концентрований джерело енергії має закриту зону електродуги від впливу зовнішнього повітря. Склад газової фази в зоні дуги можна контролювати. Активні добавки в керамічний флюс легируют, модифікують і очищають алюміній в зоні розплаву. Щільність струму при зварюванні закритою дугою в 2-4 рази вище, ніж при зварюванні відкритою дугою, завдяки чому матеріал плавиться на велику глибину.

Дугове зварювання в середовищі захисних газів:

TIG зварювання неплавким електродом

У промисловості найбільшого поширення набули два види зварювання: TIG зварювання неплавким вольфрамовим електродом з присадкою в середовищі інертних газів, і MIG зварювання суцільним дротом в середовищі інертних газів з автоматичним або напівавтоматичним подачею дроту. Оксидна плівка руйнується при зварюванні змінним або постійним струмом зворотної полярності. В цьому випадку відбувається катодного розпилення, яке розбиває оксидну плівку. Зварювати постійним струмом прямої полярності можливо тільки в гелієвої середовищі, де виникають умови для випаровування окисної плівки.

Аргонодуговая зварювання неплавким вольфрамовим електродом з подачею присадного дроту (TIG) може проводити на малих токах (від 5 А) і забезпечувати високу стійкість горіння дуги для всіх величин струмів.

Для процесу TIG застосовують джерело живлення з внутрішнім генератором змінного струму. Джерело живлення для аргонодугового TIG-зварювання регулює частоту і баланс змінного струму. Регулювання частоти струму усуває пропалювання тонких деталей. Баланс струму забезпечує при зварюванні плавиться, особливі умови горіння дуги. У першому напівперіоді вольфрам стає катодом і створюються умови для збільшення термоелектронної емісії. Це збільшує силу струму і знижує напругу дуги. У другому напівперіоді катодомстає зварювана заготовка, провідність дугового проміжку знижується, зменшується сила струму дуги і зростає напруга. Синусоїда струму дуги виходить несиметричною - пряма полярність генерує потужну дугу для плавлення металу, а зворотна проводить катодний обробку, яка видаляє оксид з поверхні алюмінію.

Імпульсні джерела живлення для зварювання алюмінієвих сплавів розширили можливості зварювання неплавким електродом. При зварюванні імпульсної дугою на змінному струмі вдається зварювати алюмінієві сплави товщиною від 0,2 мм і вище.

Зварювання неплавким вольфрамовим електродом на постійному струмі прямої полярності проводять в середовищі гелію. Пряма полярність і низька теплопровідність гелію генерують дугу з високою концентрацією теплової енергії. При цьому виходять вузькі шви і мала зона термічного впливу, що важливо для підвищення міцності з'єднань в темоупрочняемих сплавах алюмінію. Проплавляющей здатність дуги в гелії зварює деталі до 20мм без оброблення крайок.

Для зварювання алюмінієвих сплавів в середовищі захисних газів застосовують аргон вищого гатунку або суміші аргону з гелієм.

Метал товщиною до 2 мм в нижньому положенні зварюють в один прохід без присадочного матеріалу на підкладках м довжина дуги не більше 3 мм. Метал товщиною 4-8 мм зварюють «лівим способом». Зварювання неплавким електродом металу з товщиною більш 8 мм використовують «правий спосіб».

Для дугового зварювання неплавким електродом застосовують електроди з лантанований (ЕВЛ), ітрировані (Еві), торійованого (ЕОТ) або чистого вольфраму (ЕВЧ). Найбільшу стійкість і зварювальний струм показують електроди Еві. Цими електродами зварюють за один прохід заготовки з товщиною 20 мм при зварювальному струмі 800-1000 А.

MIG зварювання електродом, що плавиться

Автоматичного і напівавтоматичного зварюванням плавиться отримують стикові, таврові, нахлесточного і інших з'єднань алюмінію і сплавів алюмінію завтовшки 3-6 мм і більше. Деталі тонше 3 мм з'єднують імпульсно-дугового зварювання при дрібнокрапельне струменевому перенесення металу. Автоматичне зварювання переважно ведеться для металу товщиною 10-12 мм і більше. Економічна доцільність застосування зварювання плавиться зростає зі збільшенням товщини зварювальних заготовок. Високу продуктивність процесу забезпечує глибоке проплавлення. Цим способом зварювання вдається отримувати надійне проплавлення кореня шва при зварюванні таврових і з'єднань внапуск.

Зварювання плавиться проходить в захисному середовищі інертних газів - в аргоні, гелії або їх суміші. Дуга живиться постійним струмом зворотної полярності дляудаленія плівки оксидів, коли плавиться електрод буде анодом, а зварюваний метал - катодом. Оксидну плівку руйнують і розпилюють позитивні іони, які бомбардують катод (ефект катодного розпилення).

Недолік способу зварювання алюмінію плавиться - зниження в порівнянні зі зварюванням неплавким електродом показників механічних властивостей. Для сплаву АМг6 межі міцності зменшується на 15%. Міцність шва погіршується, так як електродний метал проходить через дугового проміжок і перегрівається більшою мірою, ніж присадний дріт при зварці неплавким електродом.

Перевага цього способу зварювання в тому, що метал добре перемішується в зварювальної ванні, тому шов краще очищається від оксидних включень. Зварювання алюмінію плавиться забезпечує високу продуктивність.

При імпульсно-дугового зварювання електродом, що плавиться на постійний струм зворотної полярності накладаються короткочасні імпульси струму. Імпульсний пристрій регулює частоту слідування і величину імпульсів струму для отримання дрібнокрапельного спрямованого перенесення електродного металу через дугу. Краплі переносяться при більш низьких значеннях зварювального струму, ніж при природному дрібнокрапельне перенесення. Величина і тривалість імпульсів керує перенесенням металу з торця електрода невеликими краплями в широкому діапазоні струмів. Імпульси струму впливають на ванну рідкого металу, створюють більш дрібну структуру металу шва. У паузах між імпульсами постійна складова струму підтримує горіння зварювальної дуги, при якому введення теплоти в виріб зменшується і відсутня перенесення металу.

Особливості зварювання сплавів алюмінію

У техніці застосовуються різні сплави алюмінію, які мають більш високу механічну міцність в порівнянні з міцністю чистого алюмінію і зберігають невисоку щільність (2,65-2,8 г / см3). Алюмінієві сплави розділені на дві групи: сплави термічно незміцнюється і сплави термічно зміцнюється. Термічно незміцнюється сплави мало чутливі до термічної обробки, їх зварене з'єднання наближається до міцності основного металу в відпаленого стані.

Зварювання алюмінію і його сплавів

оксидна плівка

алюміній має порівняно низьку температуру плавлення (657 ° C) при досить високій теплопровідності, яка приблизно в три рази перевершує теплопровідність маловуглецевої сталі. Алюміній відрізняється також значним коефіцієнтом теплового розширення. Головним ускладненням при зварюванні алюмінію є легка його окислюваність в твердому і рідкому станах. Тугоплавкий і механічно міцний оксид Аl203 плавиться при температури 2050 ° C, що перевищує температуру кипіння алюмінію. Окис алюмінію являє собою міцне хімічна сполука, яка слабо піддається дії флюсуючих матеріалів, зважаючи на свій хімічно нейтрального характеру. Оксид алюмінію розчиняється ні у твердій, ні в рідкому алюмінії, його щільність становить 4,0 г / см3 у гексагональної α-фази і 3,77 г / см3 у кубічної γ-фази, що перевищує щільність алюмінію. Оксидна плівка не спливає на поверхню рідкого алюмінію і залишається після застигання всередині шва у вигляді твердих і тендітних інтерметаллідних включень. Це порушує однорідність при формуванні зварного шва, знижує міцність і корозійну стійкість зварного з'єднання.

Оксидна плівка на поверхні деталей, що зварюються і присадочного дроту адсорбує водяну пару з повітря. γ-оксид Аl203 зберігає деяку кількість води навіть після вижержкі при 890-900 ° С. Вода реагує з рідким алюмінієм і виділяє водень, який розчиняється в розплаві. При застиганні розплаву алюмінію знижується розчинність водню, що може створити пористу структуру шва. При концентрації оксиду алюмінію в зварювальної ванні нижче 0,001% бульбашкової газовиділення припиняється. Тому для отримання якісного металу шва необхідно рафінувати зварювальну ванну не тільки від водню, але і від дрібнодисперсного оксидної плівки.

підготовка поверхні

Підготовка поверхні деталей, що зварюються і електродного дроту істотно впливає на якість зварного з'єднання.

Жирову консерваційні мастило видаляють промиванням у водному розчині каустичної соди або в бензині. Після промивання розчином соди необхідна тривала і ретельна промивка проточною водою для запобігання появи корозії. Зварює поверхность знежирюють ацетоном, уайт-спіритом, авіаційним бензином або іншим розчинником на ширину 100-150 мм від кромки.

Плівку оксиду видаляють механічними засобами або хімічним травленням. Зачистка крайок на ширину 25-30 мм сталевими нержавеюшімі щітками або шабровкой краще, ніж обробка наждачним папером або абразивним кругом. Абразивний інструмент забруднює шов - в якості твердого наповнювача в абразивних колах і наждаке використовую карбід кремнію SiC або α-оксид алюмінію Аl203 (корунд), від якого і треба позбутися.

Плівку видаляють хімічним способом в реактиве: 50 г їдкого натру технічного + 45 г фтористого натрію технічного на 1 л води. Заготовки труять протягом 0,5-1 хвилини, після травлення деталі промивають в проточній воді. Сплави з магнієм Амг і цинком В95 освітлюють в 25% -ому розчині ортофосфорної кислоти, а сплав АМц - в 30-35% -ному розчині азотної кислоти. Час освітлення 1-2 хвилини. Після деталі промивають в проточній воді і сушать потоком повітря з температурою 80-90 ° С.

підготовка дроту

Зварювальний дріт знежирюють розчинником і труять в 15% розчині їдкого натру технічного протягом 5-10 хв при температурі 60-70 ° С з последущей промиванням холодною водою і сушкою. Дріт дегазируют протягом 5-10ч при температурі 350 ° С в вукууме 0,133Па. Замість вакумной сушки дріт прокаливают 10-30 хв на повітрі при температурі 300 ° С.

Інший метод очищення зварювального дроту - електрополіровка в електроліті: 70 мл Н3PO4 + 42 г Cr2O3прі температурі 95-100 ° С. Величина струму завмсмт від швидкості протягання і діаметра дроту для зварювання.

Порогреваніе дроту в аргоні при 200-400 ° С протягом 30-80 хв після хімічної обробки зменшує кількість поглинання вологи в 5 разів.

Ручне зварювання:

Газове зварювання і флюси для зварювання алюмінію

Газове зварювання алюмінію і сплавав алюмінію застосовують для з'єднання великих слабонавантажених деталей, для заварки дефектів литва. Флюси вводять в процесі зварювання з присадним прутком або наносять пасту на кромки зварюваного вироби. Пасту розводять на воді або спирті.

При ремонті товстостінних малонавантажених алюмінієвих виливків або невідповідальних деталей можна іноді обходитися без спеціального флюсу. При цьому окис алюмінію весь час очищається з поверхні ванни скребком зі сталевого дроту, а кінець присадочного прутка для зменшення окислення занурюється в зварювальну ванну. У нормальних випадках необхідне застосування спеціальних флюсів для зварювання алюмінію, енергійно видаляють окис алюмінію при низьких температурах. Флюс при зварюванні алюмінію має виключно важливе значення. До винаходу хороших флюсів зварювання алюмінію вважалася настільки важко здійсненним, що майже не застосовувалася на практиці. Особливо сильними розчинниками є для окису алюмінію галоїдні сполуки лужного металу літію. У флюси для зварювання алюмінію найчастіше вводиться хлористий або фтористий літій - LiCl або LiF.

Розробка флюсів для зварювання алюмінію до сих пір не може вважатися цілком закінченою, і ведуться роботи з вишукування нових, більш досконалих складів флюсу. Практично якість алюмінієвого флюсу може бути оцінений наступною простою пробою. Розплавляють газовим пальником невелику ванночку на пластині алюмінію, метал покритий плівкою оксиду і має матову тьмяну сіру поверхню. При подачі щіпки хорошого флюсу на ванну, поверхня її майже миттєво очищається і стає блискучою, білого сріблястого кольору, нагадуючи по виду ртуть або розплавлене срібло. Хороший флюс очищає також і нагріте нерозплавлений основний метал навколо ванни.

Склади флюсів Компонент Марка флюсу АФ-4А АН-А201 ВАМИ КМ-1 №1 №2 №3 №4 №5 №6 Хлористий натрій 28 - 30 20 33 19 41 45 35 30 Хлористий калій 50 - 50 45 45 29 51 30 48 45 Хлористий літій 14 15 - - 15 - - 10 9 15 Хлористий барій - 70 - 20 - 48 - - - - Фтористий натрій 8 - - 15 - - 8 - 8 10 Фтористий кальцій - - - - - 4 - - - - Фтористий літій - 15 - - - - - - - - Фтористий калій - - - - 7 - - 15 - - Фтористий алюміній - - - - - - - - - - Фтористий магній - - - - - - - - - - Фтористий барій - - - - - - - - - - Криоліт - - 20 - - - - - - - Оксид магнію - - - - - - - - - -

Флюси і обмазки для зварювання алюмінію повинні виготовлятися з хімічно чистих препаратів. Деякі флюси виготовляються шляхом ретельного перемішування з одночасним помелом компонентів, наприклад, в кульової млині з порцеляновим корпусом і кулями. Для інших флюсів рекомендується попередньо сплавити компоненти і потім розмелюють отриманий однорідний сплав. Виготовлення сплавом часто дає кращі результати і меншу гігроскопічність флюсів. Алюмінієві флюси чутливі до впливу вологості повітря, під впливом якої вони змінюють свій склад і властивості. Тому алюмінієві флюси повинні зберігатися щільно закупореними в скляних банках з притертою пробкою. Для роботи зварювальник бере кількість флюсу не більше ніж на одну зміну.

Ручне зварювання покритим електродом

Цей метод застосовують при зварюванні малонавантажених конструкцій з алюмінію технічної чистоти, зі сплавів АМц, Амг, АМг2, АМг3, АМг5 і силуміну АК12. Метал зварюють на постійному струмі зворотної полярності з попереднім підігрівом заготовки від 250 до 400 ° C в завасімості від товщини зварюваного матеріалу. Мінімальні товщина при зварюванні покритим електродом становлять 4 мм. Оброблення кромок виконують при товщині більш 20мм

Хлористі і Форіст солі, які входять до складу обмазки електродів для ручного зварювання алюмінію, знижують стійкість електродуги, тому зварювання ведуть на пастоянном струмі зворотної полярності. Обмазка адсорбує вологу і електроди необхідно готувати непосредствено перед зварюванням і зберігати в сухому повітрі.

Автоматичне зварювання з флюсом:

Дугове зварювання над флюсом

Автоматичне зварювання алюмінію і його сплавів по шару флюсу (напіввідчинені дуга) плавиться обеспечівет високу продуктивністю за рахунок застосування однопрохідної двосторонньої зварювання. Висока концентрація енергії при зварюванні над флюсом створює глибоке проплавлення зварюється, відпадає треблваніе скошувати кромки деталей товщиною 20-25мм. Енергія дуги достатня для прогріву крайок, що зварюються і заготовки не треба підігрівати перед зварюванням.

Для зварювання алюмінію і алюмінієвих сплавів під флюсом застосовують, як правило, плавлені флюси. Плавлення флюси зменшують пористість шва, але ушудшают його формування по порівняння з механічно перемішані флюсами. Флюси зберігають в герметичній тарі і прожарюють перед використанням.

Зневоднення флюсу перед зварюванням в повному обсязі усуває вплив вологи на якість зварювання, так так відкрита зварювальний дуга сприяє насиченню розплаву алюмінію в зварювальної ванні воднем з вологи повітря. Сварка відкритою дугою по шару флюсу забруднює робочу атмосверу пилом, продуктами горіння, озоном, оксидами азоту і ультрафіолетовим випромінюванням. Концентрація озону при автоматичному зварюванні по шару флюсу на рівні дихання зварника перевищує норму в 8 - 10 разів і тільки на відстані понад 1,8 м від місця горіння дуги досягає норми. Зварювальне обладнання при зварюванні відкритою дугою працює в важких умовах.

Компонент Марка флюсу для зварювання по шару флюсу для зварювання під флюсом (керамічні флюси) АН-А1 АН-А4 48-АФ-1 МАТИ-1а МАТИ-10 ЖА-64 ЖА-64А Хлористий натрій 20 - - - - 17 15 Хлористий калій 50 57 47 47 З0 43 38 Хлористий літій - - - 8 - - - Хлористий барій - 28 47 - 68 - - Фтористий натрій - - - 42 - - - Фтористий калій - - 2 - - - - Фтористий літій - 7,5 - - - - - Фтористий кальцій - - - - - - 3 Фтористий алюміній - 7,5 - - - - - Криоліт 30 - - 3 2 36 43 фторцірконата калію - - 2 - - - - Пісок кварцовий - - - - - 4 ≤ 1 Оксид хрому - - 2 - - - -

Дугове зварювання під флюсом

Дугового зварювання під шаром керамічного флюсу (закритою дугою) з плавиться має переваги перед зварюванням над флюсом. Сварка закритою дугою значно зменшує шкідливі виділення в навколишнє середовище. Потужний і концентрований джерело енергії має закриту зону електродуги від впливу зовнішнього повітря. Склад газової фази в зоні дуги можна контролювати. Активні добавки в керамічний флюс легируют, модифікують і очищають алюміній в зоні розплаву. Щільність струму при зварюванні закритою дугою в 2-4 рази вище, ніж при зварюванні відкритою дугою, завдяки чому матеріал плавиться на велику глибину.

Дугове зварювання в середовищі захисних газів:

TIG зварювання неплавким електродом

У промисловості найбільшого поширення набули два види зварювання: TIG зварювання неплавким вольфрамовим електродом з присадкою в середовищі інертних газів, і MIG зварювання суцільним дротом в середовищі інертних газів з автоматичним або напівавтоматичним подачею дроту. Оксидна плівка руйнується при зварюванні змінним або постійним струмом зворотної полярності. В цьому випадку відбувається катодного розпилення, яке розбиває оксидну плівку. Зварювати постійним струмом прямої полярності можливо тільки в гелієвої середовищі, де виникають умови для випаровування окисної плівки.

Аргонодуговая зварювання неплавким вольфрамовим електродом з подачею присадного дроту (TIG) може проводити на малих токах (від 5 А) і забезпечувати високу стійкість горіння дуги для всіх величин струмів.

Для процесу TIG застосовують джерело живлення з внутрішнім генератором змінного струму. Джерело живлення для аргонодугового TIG-зварювання регулює частоту і баланс змінного струму. Регулювання частоти струму усуває пропалювання тонких деталей. Баланс струму забезпечує при зварюванні плавиться, особливі умови горіння дуги. У першому напівперіоді вольфрам стає катодом і створюються умови для збільшення термоелектронної емісії. Це збільшує силу струму і знижує напругу дуги. У другому напівперіоді катодомстає зварювана заготовка, провідність дугового проміжку знижується, зменшується сила струму дуги і зростає напруга. Синусоїда струму дуги виходить несиметричною - пряма полярність генерує потужну дугу для плавлення металу, а зворотна проводить катодний обробку, яка видаляє оксид з поверхні алюмінію.

Імпульсні джерела живлення для зварювання алюмінієвих сплавів розширили можливості зварювання неплавким електродом. При зварюванні імпульсної дугою на змінному струмі вдається зварювати алюмінієві сплави товщиною від 0,2 мм і вище.

Зварювання неплавким вольфрамовим електродом на постійному струмі прямої полярності проводять в середовищі гелію. Пряма полярність і низька теплопровідність гелію генерують дугу з високою концентрацією теплової енергії. При цьому виходять вузькі шви і мала зона термічного впливу, що важливо для підвищення міцності з'єднань в темоупрочняемих сплавах алюмінію. Проплавляющей здатність дуги в гелії зварює деталі до 20мм без оброблення крайок.

Для зварювання алюмінієвих сплавів в середовищі захисних газів застосовують аргон вищого гатунку або суміші аргону з гелієм.

Метал товщиною до 2 мм в нижньому положенні зварюють в один прохід без присадочного матеріалу на підкладках м довжина дуги не більше 3 мм. Метал товщиною 4-8 мм зварюють «лівим способом». Зварювання неплавким електродом металу з товщиною більш 8 мм використовують «правий спосіб».

Для дугового зварювання неплавким електродом застосовують електроди з лантанований (ЕВЛ), ітрировані (Еві), торійованого (ЕОТ) або чистого вольфраму (ЕВЧ). Найбільшу стійкість і зварювальний струм показують електроди Еві. Цими електродами зварюють за один прохід заготовки з товщиною 20 мм при зварювальному струмі 800-1000 А.

MIG зварювання електродом, що плавиться

Автоматичного і напівавтоматичного зварюванням плавиться отримують стикові, таврові, нахлесточного і інших з'єднань алюмінію і сплавів алюмінію завтовшки 3-6 мм і більше. Деталі тонше 3 мм з'єднують імпульсно-дугового зварювання при дрібнокрапельне струменевому перенесення металу. Автоматичне зварювання переважно ведеться для металу товщиною 10-12 мм і більше. Економічна доцільність застосування зварювання плавиться зростає зі збільшенням товщини зварювальних заготовок. Високу продуктивність процесу забезпечує глибоке проплавлення. Цим способом зварювання вдається отримувати надійне проплавлення кореня шва при зварюванні таврових і з'єднань внапуск.

Зварювання плавиться проходить в захисному середовищі інертних газів - в аргоні, гелії або їх суміші. Дуга живиться постійним струмом зворотної полярності дляудаленія плівки оксидів, коли плавиться електрод буде анодом, а зварюваний метал - катодом. Оксидну плівку руйнують і розпилюють позитивні іони, які бомбардують катод (ефект катодного розпилення).

Недолік способу зварювання алюмінію плавиться - зниження в порівнянні зі зварюванням неплавким електродом показників механічних властивостей. Для сплаву АМг6 межі міцності зменшується на 15%. Міцність шва погіршується, так як електродний метал проходить через дугового проміжок і перегрівається більшою мірою, ніж присадний дріт при зварці неплавким електродом.

Перевага цього способу зварювання в тому, що метал добре перемішується в зварювальної ванні, тому шов краще очищається від оксидних включень. Зварювання алюмінію плавиться забезпечує високу продуктивність.

При імпульсно-дугового зварювання електродом, що плавиться на постійний струм зворотної полярності накладаються короткочасні імпульси струму. Імпульсний пристрій регулює частоту слідування і величину імпульсів струму для отримання дрібнокрапельного спрямованого перенесення електродного металу через дугу. Краплі переносяться при більш низьких значеннях зварювального струму, ніж при природному дрібнокрапельне перенесення. Величина і тривалість імпульсів керує перенесенням металу з торця електрода невеликими краплями в широкому діапазоні струмів. Імпульси струму впливають на ванну рідкого металу, створюють більш дрібну структуру металу шва. У паузах між імпульсами постійна складова струму підтримує горіння зварювальної дуги, при якому введення теплоти в виріб зменшується і відсутня перенесення металу.

Особливості зварювання сплавів алюмінію

У техніці застосовуються різні сплави алюмінію, які мають більш високу механічну міцність в порівнянні з міцністю чистого алюмінію і зберігають невисоку щільність (2,65-2,8 г / см3). Алюмінієві сплави розділені на дві групи: сплави термічно незміцнюється і сплави термічно зміцнюється. Термічно незміцнюється сплави мало чутливі до термічної обробки, їх зварене з'єднання наближається до міцності основного металу в відпаленого стані.

Зварювання алюмінію і його сплавів

оксидна плівка

алюміній має порівняно низьку температуру плавлення (657 ° C) при досить високій теплопровідності, яка приблизно в три рази перевершує теплопровідність маловуглецевої сталі. Алюміній відрізняється також значним коефіцієнтом теплового розширення. Головним ускладненням при зварюванні алюмінію є легка його окислюваність в твердому і рідкому станах. Тугоплавкий і механічно міцний оксид Аl203 плавиться при температури 2050 ° C, що перевищує температуру кипіння алюмінію. Окис алюмінію являє собою міцне хімічна сполука, яка слабо піддається дії флюсуючих матеріалів, зважаючи на свій хімічно нейтрального характеру. Оксид алюмінію розчиняється ні у твердій, ні в рідкому алюмінії, його щільність становить 4,0 г / см3 у гексагональної α-фази і 3,77 г / см3 у кубічної γ-фази, що перевищує щільність алюмінію. Оксидна плівка не спливає на поверхню рідкого алюмінію і залишається після застигання всередині шва у вигляді твердих і тендітних інтерметаллідних включень. Це порушує однорідність при формуванні зварного шва, знижує міцність і корозійну стійкість зварного з'єднання.

Оксидна плівка на поверхні деталей, що зварюються і присадочного дроту адсорбує водяну пару з повітря. γ-оксид Аl203 зберігає деяку кількість води навіть після вижержкі при 890-900 ° С. Вода реагує з рідким алюмінієм і виділяє водень, який розчиняється в розплаві. При застиганні розплаву алюмінію знижується розчинність водню, що може створити пористу структуру шва. При концентрації оксиду алюмінію в зварювальної ванні нижче 0,001% бульбашкової газовиділення припиняється. Тому для отримання якісного металу шва необхідно рафінувати зварювальну ванну не тільки від водню, але і від дрібнодисперсного оксидної плівки.

підготовка поверхні

Підготовка поверхні деталей, що зварюються і електродного дроту істотно впливає на якість зварного з'єднання.

Жирову консерваційні мастило видаляють промиванням у водному розчині каустичної соди або в бензині. Після промивання розчином соди необхідна тривала і ретельна промивка проточною водою для запобігання появи корозії. Зварює поверхность знежирюють ацетоном, уайт-спіритом, авіаційним бензином або іншим розчинником на ширину 100-150 мм від кромки.

Плівку оксиду видаляють механічними засобами або хімічним травленням. Зачистка крайок на ширину 25-30 мм сталевими нержавеюшімі щітками або шабровкой краще, ніж обробка наждачним папером або абразивним кругом. Абразивний інструмент забруднює шов - в якості твердого наповнювача в абразивних колах і наждаке використовую карбід кремнію SiC або α-оксид алюмінію Аl203 (корунд), від якого і треба позбутися.

Плівку видаляють хімічним способом в реактиве: 50 г їдкого натру технічного + 45 г фтористого натрію технічного на 1 л води. Заготовки труять протягом 0,5-1 хвилини, після травлення деталі промивають в проточній воді. Сплави з магнієм Амг і цинком В95 освітлюють в 25% -ому розчині ортофосфорної кислоти, а сплав АМц - в 30-35% -ному розчині азотної кислоти. Час освітлення 1-2 хвилини. Після деталі промивають в проточній воді і сушать потоком повітря з температурою 80-90 ° С.

підготовка дроту

Зварювальний дріт знежирюють розчинником і труять в 15% розчині їдкого натру технічного протягом 5-10 хв при температурі 60-70 ° С з последущей промиванням холодною водою і сушкою. Дріт дегазируют протягом 5-10ч при температурі 350 ° С в вукууме 0,133Па. Замість вакумной сушки дріт прокаливают 10-30 хв на повітрі при температурі 300 ° С.

Інший метод очищення зварювального дроту - електрополіровка в електроліті: 70 мл Н3PO4 + 42 г Cr2O3прі температурі 95-100 ° С. Величина струму завмсмт від швидкості протягання і діаметра дроту для зварювання.

Порогреваніе дроту в аргоні при 200-400 ° С протягом 30-80 хв після хімічної обробки зменшує кількість поглинання вологи в 5 разів.

Ручне зварювання:

Газове зварювання і флюси для зварювання алюмінію

Газове зварювання алюмінію і сплавав алюмінію застосовують для з'єднання великих слабонавантажених деталей, для заварки дефектів литва. Флюси вводять в процесі зварювання з присадним прутком або наносять пасту на кромки зварюваного вироби. Пасту розводять на воді або спирті.

При ремонті товстостінних малонавантажених алюмінієвих виливків або невідповідальних деталей можна іноді обходитися без спеціального флюсу. При цьому окис алюмінію весь час очищається з поверхні ванни скребком зі сталевого дроту, а кінець присадочного прутка для зменшення окислення занурюється в зварювальну ванну. У нормальних випадках необхідне застосування спеціальних флюсів для зварювання алюмінію, енергійно видаляють окис алюмінію при низьких температурах. Флюс при зварюванні алюмінію має виключно важливе значення. До винаходу хороших флюсів зварювання алюмінію вважалася настільки важко здійсненним, що майже не застосовувалася на практиці. Особливо сильними розчинниками є для окису алюмінію галоїдні сполуки лужного металу літію. У флюси для зварювання алюмінію найчастіше вводиться хлористий або фтористий літій - LiCl або LiF.

Розробка флюсів для зварювання алюмінію до сих пір не може вважатися цілком закінченою, і ведуться роботи з вишукування нових, більш досконалих складів флюсу. Практично якість алюмінієвого флюсу може бути оцінений наступною простою пробою. Розплавляють газовим пальником невелику ванночку на пластині алюмінію, метал покритий плівкою оксиду і має матову тьмяну сіру поверхню. При подачі щіпки хорошого флюсу на ванну, поверхня її майже миттєво очищається і стає блискучою, білого сріблястого кольору, нагадуючи по виду ртуть або розплавлене срібло. Хороший флюс очищає також і нагріте нерозплавлений основний метал навколо ванни.

Склади флюсів Компонент Марка флюсу АФ-4А АН-А201 ВАМИ КМ-1 №1 №2 №3 №4 №5 №6 Хлористий натрій 28 - 30 20 33 19 41 45 35 30 Хлористий калій 50 - 50 45 45 29 51 30 48 45 Хлористий літій 14 15 - - 15 - - 10 9 15 Хлористий барій - 70 - 20 - 48 - - - - Фтористий натрій 8 - - 15 - - 8 - 8 10 Фтористий кальцій - - - - - 4 - - - - Фтористий літій - 15 - - - - - - - - Фтористий калій - - - - 7 - - 15 - - Фтористий алюміній - - - - - - - - - - Фтористий магній - - - - - - - - - - Фтористий барій - - - - - - - - - - Криоліт - - 20 - - - - - - - Оксид магнію - - - - - - - - - -

Флюси і обмазки для зварювання алюмінію повинні виготовлятися з хімічно чистих препаратів. Деякі флюси виготовляються шляхом ретельного перемішування з одночасним помелом компонентів, наприклад, в кульової млині з порцеляновим корпусом і кулями. Для інших флюсів рекомендується попередньо сплавити компоненти і потім розмелюють отриманий однорідний сплав. Виготовлення сплавом часто дає кращі результати і меншу гігроскопічність флюсів. Алюмінієві флюси чутливі до впливу вологості повітря, під впливом якої вони змінюють свій склад і властивості. Тому алюмінієві флюси повинні зберігатися щільно закупореними в скляних банках з притертою пробкою. Для роботи зварювальник бере кількість флюсу не більше ніж на одну зміну.

Ручне зварювання покритим електродом

Цей метод застосовують при зварюванні малонавантажених конструкцій з алюмінію технічної чистоти, зі сплавів АМц, Амг, АМг2, АМг3, АМг5 і силуміну АК12. Метал зварюють на постійному струмі зворотної полярності з попереднім підігрівом заготовки від 250 до 400 ° C в завасімості від товщини зварюваного матеріалу. Мінімальні товщина при зварюванні покритим електродом становлять 4 мм. Оброблення кромок виконують при товщині більш 20мм

Хлористі і Форіст солі, які входять до складу обмазки електродів для ручного зварювання алюмінію, знижують стійкість електродуги, тому зварювання ведуть на пастоянном струмі зворотної полярності. Обмазка адсорбує вологу і електроди необхідно готувати непосредствено перед зварюванням і зберігати в сухому повітрі.

Автоматичне зварювання з флюсом:

Дугове зварювання над флюсом

Автоматичне зварювання алюмінію і його сплавів по шару флюсу (напіввідчинені дуга) плавиться обеспечівет високу продуктивністю за рахунок застосування однопрохідної двосторонньої зварювання. Висока концентрація енергії при зварюванні над флюсом створює глибоке проплавлення зварюється, відпадає треблваніе скошувати кромки деталей товщиною 20-25мм. Енергія дуги достатня для прогріву крайок, що зварюються і заготовки не треба підігрівати перед зварюванням.

Для зварювання алюмінію і алюмінієвих сплавів під флюсом застосовують, як правило, плавлені флюси. Плавлення флюси зменшують пористість шва, але ушудшают його формування по порівняння з механічно перемішані флюсами. Флюси зберігають в герметичній тарі і прожарюють перед використанням.

Зневоднення флюсу перед зварюванням в повному обсязі усуває вплив вологи на якість зварювання, так так відкрита зварювальний дуга сприяє насиченню розплаву алюмінію в зварювальної ванні воднем з вологи повітря. Сварка відкритою дугою по шару флюсу забруднює робочу атмосверу пилом, продуктами горіння, озоном, оксидами азоту і ультрафіолетовим випромінюванням. Концентрація озону при автоматичному зварюванні по шару флюсу на рівні дихання зварника перевищує норму в 8 - 10 разів і тільки на відстані понад 1,8 м від місця горіння дуги досягає норми. Зварювальне обладнання при зварюванні відкритою дугою працює в важких умовах.

Компонент Марка флюсу для зварювання по шару флюсу для зварювання під флюсом (керамічні флюси) АН-А1 АН-А4 48-АФ-1 МАТИ-1а МАТИ-10 ЖА-64 ЖА-64А Хлористий натрій 20 - - - - 17 15 Хлористий калій 50 57 47 47 З0 43 38 Хлористий літій - - - 8 - - - Хлористий барій - 28 47 - 68 - - Фтористий натрій - - - 42 - - - Фтористий калій - - 2 - - - - Фтористий літій - 7,5 - - - - - Фтористий кальцій - - - - - - 3 Фтористий алюміній - 7,5 - - - - - Криоліт 30 - - 3 2 36 43 фторцірконата калію - - 2 - - - - Пісок кварцовий - - - - - 4 ≤ 1 Оксид хрому - - 2 - - - -

Дугове зварювання під флюсом

Дугового зварювання під шаром керамічного флюсу (закритою дугою) з плавиться має переваги перед зварюванням над флюсом. Сварка закритою дугою значно зменшує шкідливі виділення в навколишнє середовище. Потужний і концентрований джерело енергії має закриту зону електродуги від впливу зовнішнього повітря. Склад газової фази в зоні дуги можна контролювати. Активні добавки в керамічний флюс легируют, модифікують і очищають алюміній в зоні розплаву. Щільність струму при зварюванні закритою дугою в 2-4 рази вище, ніж при зварюванні відкритою дугою, завдяки чому матеріал плавиться на велику глибину.

Дугове зварювання в середовищі захисних газів:

TIG зварювання неплавким електродом

У промисловості найбільшого поширення набули два види зварювання: TIG зварювання неплавким вольфрамовим електродом з присадкою в середовищі інертних газів, і MIG зварювання суцільним дротом в середовищі інертних газів з автоматичним або напівавтоматичним подачею дроту. Оксидна плівка руйнується при зварюванні змінним або постійним струмом зворотної полярності. В цьому випадку відбувається катодного розпилення, яке розбиває оксидну плівку. Зварювати постійним струмом прямої полярності можливо тільки в гелієвої середовищі, де виникають умови для випаровування окисної плівки.

Аргонодуговая зварювання неплавким вольфрамовим електродом з подачею присадного дроту (TIG) може проводити на малих токах (від 5 А) і забезпечувати високу стійкість горіння дуги для всіх величин струмів.

Для процесу TIG застосовують джерело живлення з внутрішнім генератором змінного струму. Джерело живлення для аргонодугового TIG-зварювання регулює частоту і баланс змінного струму. Регулювання частоти струму усуває пропалювання тонких деталей. Баланс струму забезпечує при зварюванні плавиться, особливі умови горіння дуги. У першому напівперіоді вольфрам стає катодом і створюються умови для збільшення термоелектронної емісії. Це збільшує силу струму і знижує напругу дуги. У другому напівперіоді катодомстає зварювана заготовка, провідність дугового проміжку знижується, зменшується сила струму дуги і зростає напруга. Синусоїда струму дуги виходить несиметричною - пряма полярність генерує потужну дугу для плавлення металу, а зворотна проводить катодний обробку, яка видаляє оксид з поверхні алюмінію.

Імпульсні джерела живлення для зварювання алюмінієвих сплавів розширили можливості зварювання неплавким електродом. При зварюванні імпульсної дугою на змінному струмі вдається зварювати алюмінієві сплави товщиною від 0,2 мм і вище.

Зварювання неплавким вольфрамовим електродом на постійному струмі прямої полярності проводять в середовищі гелію. Пряма полярність і низька теплопровідність гелію генерують дугу з високою концентрацією теплової енергії. При цьому виходять вузькі шви і мала зона термічного впливу, що важливо для підвищення міцності з'єднань в темоупрочняемих сплавах алюмінію. Проплавляющей здатність дуги в гелії зварює деталі до 20мм без оброблення крайок.

Для зварювання алюмінієвих сплавів в середовищі захисних газів застосовують аргон вищого гатунку або суміші аргону з гелієм.

Метал товщиною до 2 мм в нижньому положенні зварюють в один прохід без присадочного матеріалу на підкладках м довжина дуги не більше 3 мм. Метал товщиною 4-8 мм зварюють «лівим способом». Зварювання неплавким електродом металу з товщиною більш 8 мм використовують «правий спосіб».

Для дугового зварювання неплавким електродом застосовують електроди з лантанований (ЕВЛ), ітрировані (Еві), торійованого (ЕОТ) або чистого вольфраму (ЕВЧ). Найбільшу стійкість і зварювальний струм показують електроди Еві. Цими електродами зварюють за один прохід заготовки з товщиною 20 мм при зварювальному струмі 800-1000 А.

MIG зварювання електродом, що плавиться

Автоматичного і напівавтоматичного зварюванням плавиться отримують стикові, таврові, нахлесточного і інших з'єднань алюмінію і сплавів алюмінію завтовшки 3-6 мм і більше. Деталі тонше 3 мм з'єднують імпульсно-дугового зварювання при дрібнокрапельне струменевому перенесення металу. Автоматичне зварювання переважно ведеться для металу товщиною 10-12 мм і більше. Економічна доцільність застосування зварювання плавиться зростає зі збільшенням товщини зварювальних заготовок. Високу продуктивність процесу забезпечує глибоке проплавлення. Цим способом зварювання вдається отримувати надійне проплавлення кореня шва при зварюванні таврових і з'єднань внапуск.

Зварювання плавиться проходить в захисному середовищі інертних газів - в аргоні, гелії або їх суміші. Дуга живиться постійним струмом зворотної полярності дляудаленія плівки оксидів, коли плавиться електрод буде анодом, а зварюваний метал - катодом. Оксидну плівку руйнують і розпилюють позитивні іони, які бомбардують катод (ефект катодного розпилення).

Недолік способу зварювання алюмінію плавиться - зниження в порівнянні зі зварюванням неплавким електродом показників механічних властивостей. Для сплаву АМг6 межі міцності зменшується на 15%. Міцність шва погіршується, так як електродний метал проходить через дугового проміжок і перегрівається більшою мірою, ніж присадний дріт при зварці неплавким електродом.

Перевага цього способу зварювання в тому, що метал добре перемішується в зварювальної ванні, тому шов краще очищається від оксидних включень. Зварювання алюмінію плавиться забезпечує високу продуктивність.

При імпульсно-дугового зварювання електродом, що плавиться на постійний струм зворотної полярності накладаються короткочасні імпульси струму. Імпульсний пристрій регулює частоту слідування і величину імпульсів струму для отримання дрібнокрапельного спрямованого перенесення електродного металу через дугу. Краплі переносяться при більш низьких значеннях зварювального струму, ніж при природному дрібнокрапельне перенесення. Величина і тривалість імпульсів керує перенесенням металу з торця електрода невеликими краплями в широкому діапазоні струмів. Імпульси струму впливають на ванну рідкого металу, створюють більш дрібну структуру металу шва. У паузах між імпульсами постійна складова струму підтримує горіння зварювальної дуги, при якому введення теплоти в виріб зменшується і відсутня перенесення металу.

Особливості зварювання сплавів алюмінію

У техніці застосовуються різні сплави алюмінію, які мають більш високу механічну міцність в порівнянні з міцністю чистого алюмінію і зберігають невисоку щільність (2,65-2,8 г / см3). Алюмінієві сплави розділені на дві групи: сплави термічно незміцнюється і сплави термічно зміцнюється. Термічно незміцнюється сплави мало чутливі до термічної обробки, їх зварене з'єднання наближається до міцності основного металу в відпаленого стані.

Зварювання алюмінію і його сплавів

оксидна плівка

алюміній має порівняно низьку температуру плавлення (657 ° C) при досить високій теплопровідності, яка приблизно в три рази перевершує теплопровідність маловуглецевої сталі. Алюміній відрізняється також значним коефіцієнтом теплового розширення. Головним ускладненням при зварюванні алюмінію є легка його окислюваність в твердому і рідкому станах. Тугоплавкий і механічно міцний оксид Аl203 плавиться при температури 2050 ° C, що перевищує температуру кипіння алюмінію. Окис алюмінію являє собою міцне хімічна сполука, яка слабо піддається дії флюсуючих матеріалів, зважаючи на свій хімічно нейтрального характеру. Оксид алюмінію розчиняється ні у твердій, ні в рідкому алюмінії, його щільність становить 4,0 г / см3 у гексагональної α-фази і 3,77 г / см3 у кубічної γ-фази, що перевищує щільність алюмінію. Оксидна плівка не спливає на поверхню рідкого алюмінію і залишається після застигання всередині шва у вигляді твердих і тендітних інтерметаллідних включень. Це порушує однорідність при формуванні зварного шва, знижує міцність і корозійну стійкість зварного з'єднання.

Оксидна плівка на поверхні деталей, що зварюються і присадочного дроту адсорбує водяну пару з повітря. γ-оксид Аl203 зберігає деяку кількість води навіть після вижержкі при 890-900 ° С. Вода реагує з рідким алюмінієм і виділяє водень, який розчиняється в розплаві. При застиганні розплаву алюмінію знижується розчинність водню, що може створити пористу структуру шва. При концентрації оксиду алюмінію в зварювальної ванні нижче 0,001% бульбашкової газовиділення припиняється. Тому для отримання якісного металу шва необхідно рафінувати зварювальну ванну не тільки від водню, але і від дрібнодисперсного оксидної плівки.

підготовка поверхні

Підготовка поверхні деталей, що зварюються і електродного дроту істотно впливає на якість зварного з'єднання.

Жирову консерваційні мастило видаляють промиванням у водному розчині каустичної соди або в бензині. Після промивання розчином соди необхідна тривала і ретельна промивка проточною водою для запобігання появи корозії. Зварює поверхность знежирюють ацетоном, уайт-спіритом, авіаційним бензином або іншим розчинником на ширину 100-150 мм від кромки.

Плівку оксиду видаляють механічними засобами або хімічним травленням. Зачистка крайок на ширину 25-30 мм сталевими нержавеюшімі щітками або шабровкой краще, ніж обробка наждачним папером або абразивним кругом. Абразивний інструмент забруднює шов - в якості твердого наповнювача в абразивних колах і наждаке використовую карбід кремнію SiC або α-оксид алюмінію Аl203 (корунд), від якого і треба позбутися.

Плівку видаляють хімічним способом в реактиве: 50 г їдкого натру технічного + 45 г фтористого натрію технічного на 1 л води. Заготовки труять протягом 0,5-1 хвилини, після травлення деталі промивають в проточній воді. Сплави з магнієм Амг і цинком В95 освітлюють в 25% -ому розчині ортофосфорної кислоти, а сплав АМц - в 30-35% -ному розчині азотної кислоти. Час освітлення 1-2 хвилини. Після деталі промивають в проточній воді і сушать потоком повітря з температурою 80-90 ° С.

підготовка дроту

Зварювальний дріт знежирюють розчинником і труять в 15% розчині їдкого натру технічного протягом 5-10 хв при температурі 60-70 ° С з последущей промиванням холодною водою і сушкою. Дріт дегазируют протягом 5-10ч при температурі 350 ° С в вукууме 0,133Па. Замість вакумной сушки дріт прокаливают 10-30 хв на повітрі при температурі 300 ° С.

Інший метод очищення зварювального дроту - електрополіровка в електроліті: 70 мл Н3PO4 + 42 г Cr2O3прі температурі 95-100 ° С. Величина струму завмсмт від швидкості протягання і діаметра дроту для зварювання.

Порогреваніе дроту в аргоні при 200-400 ° С протягом 30-80 хв після хімічної обробки зменшує кількість поглинання вологи в 5 разів.

Ручне зварювання:

Газове зварювання і флюси для зварювання алюмінію

Газове зварювання алюмінію і сплавав алюмінію застосовують для з'єднання великих слабонавантажених деталей, для заварки дефектів литва. Флюси вводять в процесі зварювання з присадним прутком або наносять пасту на кромки зварюваного вироби. Пасту розводять на воді або спирті.

При ремонті товстостінних малонавантажених алюмінієвих виливків або невідповідальних деталей можна іноді обходитися без спеціального флюсу. При цьому окис алюмінію весь час очищається з поверхні ванни скребком зі сталевого дроту, а кінець присадочного прутка для зменшення окислення занурюється в зварювальну ванну. У нормальних випадках необхідне застосування спеціальних флюсів для зварювання алюмінію, енергійно видаляють окис алюмінію при низьких температурах. Флюс при зварюванні алюмінію має виключно важливе значення. До винаходу хороших флюсів зварювання алюмінію вважалася настільки важко здійсненним, що майже не застосовувалася на практиці. Особливо сильними розчинниками є для окису алюмінію галоїдні сполуки лужного металу літію. У флюси для зварювання алюмінію найчастіше вводиться хлористий або фтористий літій - LiCl або LiF.

Розробка флюсів для зварювання алюмінію до сих пір не може вважатися цілком закінченою, і ведуться роботи з вишукування нових, більш досконалих складів флюсу. Практично якість алюмінієвого флюсу може бути оцінений наступною простою пробою. Розплавляють газовим пальником невелику ванночку на пластині алюмінію, метал покритий плівкою оксиду і має матову тьмяну сіру поверхню. При подачі щіпки хорошого флюсу на ванну, поверхня її майже миттєво очищається і стає блискучою, білого сріблястого кольору, нагадуючи по виду ртуть або розплавлене срібло. Хороший флюс очищає також і нагріте нерозплавлений основний метал навколо ванни.

Склади флюсів Компонент Марка флюсу АФ-4А АН-А201 ВАМИ КМ-1 №1 №2 №3 №4 №5 №6 Хлористий натрій 28 - 30 20 33 19 41 45 35 30 Хлористий калій 50 - 50 45 45 29 51 30 48 45 Хлористий літій 14 15 - - 15 - - 10 9 15 Хлористий барій - 70 - 20 - 48 - - - - Фтористий натрій 8 - - 15 - - 8 - 8 10 Фтористий кальцій - - - - - 4 - - - - Фтористий літій - 15 - - - - - - - - Фтористий калій - - - - 7 - - 15 - - Фтористий алюміній - - - - - - - - - - Фтористий магній - - - - - - - - - - Фтористий барій - - - - - - - - - - Криоліт - - 20 - - - - - - - Оксид магнію - - - - - - - - - -

Флюси і обмазки для зварювання алюмінію повинні виготовлятися з хімічно чистих препаратів. Деякі флюси виготовляються шляхом ретельного перемішування з одночасним помелом компонентів, наприклад, в кульової млині з порцеляновим корпусом і кулями. Для інших флюсів рекомендується попередньо сплавити компоненти і потім розмелюють отриманий однорідний сплав. Виготовлення сплавом часто дає кращі результати і меншу гігроскопічність флюсів. Алюмінієві флюси чутливі до впливу вологості повітря, під впливом якої вони змінюють свій склад і властивості. Тому алюмінієві флюси повинні зберігатися щільно закупореними в скляних банках з притертою пробкою. Для роботи зварювальник бере кількість флюсу не більше ніж на одну зміну.

Ручне зварювання покритим електродом

Цей метод застосовують при зварюванні малонавантажених конструкцій з алюмінію технічної чистоти, зі сплавів АМц, Амг, АМг2, АМг3, АМг5 і силуміну АК12. Метал зварюють на постійному струмі зворотної полярності з попереднім підігрівом заготовки від 250 до 400 ° C в завасімості від товщини зварюваного матеріалу. Мінімальні товщина при зварюванні покритим електродом становлять 4 мм. Оброблення кромок виконують при товщині більш 20мм

Хлористі і Форіст солі, які входять до складу обмазки електродів для ручного зварювання алюмінію, знижують стійкість електродуги, тому зварювання ведуть на пастоянном струмі зворотної полярності. Обмазка адсорбує вологу і електроди необхідно готувати непосредствено перед зварюванням і зберігати в сухому повітрі.

Автоматичне зварювання з флюсом:

Дугове зварювання над флюсом

Автоматичне зварювання алюмінію і його сплавів по шару флюсу (напіввідчинені дуга) плавиться обеспечівет високу продуктивністю за рахунок застосування однопрохідної двосторонньої зварювання. Висока концентрація енергії при зварюванні над флюсом створює глибоке проплавлення зварюється, відпадає треблваніе скошувати кромки деталей товщиною 20-25мм. Енергія дуги достатня для прогріву крайок, що зварюються і заготовки не треба підігрівати перед зварюванням.

Для зварювання алюмінію і алюмінієвих сплавів під флюсом застосовують, як правило, плавлені флюси. Плавлення флюси зменшують пористість шва, але ушудшают його формування по порівняння з механічно перемішані флюсами. Флюси зберігають в герметичній тарі і прожарюють перед використанням.

Зневоднення флюсу перед зварюванням в повному обсязі усуває вплив вологи на якість зварювання, так так відкрита зварювальний дуга сприяє насиченню розплаву алюмінію в зварювальної ванні воднем з вологи повітря. Сварка відкритою дугою по шару флюсу забруднює робочу атмосверу пилом, продуктами горіння, озоном, оксидами азоту і ультрафіолетовим випромінюванням. Концентрація озону при автоматичному зварюванні по шару флюсу на рівні дихання зварника перевищує норму в 8 - 10 разів і тільки на відстані понад 1,8 м від місця горіння дуги досягає норми. Зварювальне обладнання при зварюванні відкритою дугою працює в важких умовах.

Компонент Марка флюсу для зварювання по шару флюсу для зварювання під флюсом (керамічні флюси) АН-А1 АН-А4 48-АФ-1 МАТИ-1а МАТИ-10 ЖА-64 ЖА-64А Хлористий натрій 20 - - - - 17 15 Хлористий калій 50 57 47 47 З0 43 38 Хлористий літій - - - 8 - - - Хлористий барій - 28 47 - 68 - - Фтористий натрій - - - 42 - - - Фтористий калій - - 2 - - - - Фтористий літій - 7,5 - - - - - Фтористий кальцій - - - - - - 3 Фтористий алюміній - 7,5 - - - - - Криоліт 30 - - 3 2 36 43 фторцірконата калію - - 2 - - - - Пісок кварцовий - - - - - 4 ≤ 1 Оксид хрому - - 2 - - - -

Дугове зварювання під флюсом

Дугового зварювання під шаром керамічного флюсу (закритою дугою) з плавиться має переваги перед зварюванням над флюсом. Сварка закритою дугою значно зменшує шкідливі виділення в навколишнє середовище. Потужний і концентрований джерело енергії має закриту зону електродуги від впливу зовнішнього повітря. Склад газової фази в зоні дуги можна контролювати. Активні добавки в керамічний флюс легируют, модифікують і очищають алюміній в зоні розплаву. Щільність струму при зварюванні закритою дугою в 2-4 рази вище, ніж при зварюванні відкритою дугою, завдяки чому матеріал плавиться на велику глибину.

Дугове зварювання в середовищі захисних газів:

TIG зварювання неплавким електродом

У промисловості найбільшого поширення набули два види зварювання: TIG зварювання неплавким вольфрамовим електродом з присадкою в середовищі інертних газів, і MIG зварювання суцільним дротом в середовищі інертних газів з автоматичним або напівавтоматичним подачею дроту. Оксидна плівка руйнується при зварюванні змінним або постійним струмом зворотної полярності. В цьому випадку відбувається катодного розпилення, яке розбиває оксидну плівку. Зварювати постійним струмом прямої полярності можливо тільки в гелієвої середовищі, де виникають умови для випаровування окисної плівки.

Аргонодуговая зварювання неплавким вольфрамовим електродом з подачею присадного дроту (TIG) може проводити на малих токах (від 5 А) і забезпечувати високу стійкість горіння дуги для всіх величин струмів.

Для процесу TIG застосовують джерело живлення з внутрішнім генератором змінного струму. Джерело живлення для аргонодугового TIG-зварювання регулює частоту і баланс змінного струму. Регулювання частоти струму усуває пропалювання тонких деталей. Баланс струму забезпечує при зварюванні плавиться, особливі умови горіння дуги. У першому напівперіоді вольфрам стає катодом і створюються умови для збільшення термоелектронної емісії. Це збільшує силу струму і знижує напругу дуги. У другому напівперіоді катодомстає зварювана заготовка, провідність дугового проміжку знижується, зменшується сила струму дуги і зростає напруга. Синусоїда струму дуги виходить несиметричною - пряма полярність генерує потужну дугу для плавлення металу, а зворотна проводить катодний обробку, яка видаляє оксид з поверхні алюмінію.

Імпульсні джерела живлення для зварювання алюмінієвих сплавів розширили можливості зварювання неплавким електродом. При зварюванні імпульсної дугою на змінному струмі вдається зварювати алюмінієві сплави товщиною від 0,2 мм і вище.

Зварювання неплавким вольфрамовим електродом на постійному струмі прямої полярності проводять в середовищі гелію. Пряма полярність і низька теплопровідність гелію генерують дугу з високою концентрацією теплової енергії. При цьому виходять вузькі шви і мала зона термічного впливу, що важливо для підвищення міцності з'єднань в темоупрочняемих сплавах алюмінію. Проплавляющей здатність дуги в гелії зварює деталі до 20мм без оброблення крайок.

Для зварювання алюмінієвих сплавів в середовищі захисних газів застосовують аргон вищого гатунку або суміші аргону з гелієм.

Метал товщиною до 2 мм в нижньому положенні зварюють в один прохід без присадочного матеріалу на підкладках м довжина дуги не більше 3 мм. Метал товщиною 4-8 мм зварюють «лівим способом». Зварювання неплавким електродом металу з товщиною більш 8 мм використовують «правий спосіб».

Для дугового зварювання неплавким електродом застосовують електроди з лантанований (ЕВЛ), ітрировані (Еві), торійованого (ЕОТ) або чистого вольфраму (ЕВЧ). Найбільшу стійкість і зварювальний струм показують електроди Еві. Цими електродами зварюють за один прохід заготовки з товщиною 20 мм при зварювальному струмі 800-1000 А.

MIG зварювання електродом, що плавиться

Автоматичного і напівавтоматичного зварюванням плавиться отримують стикові, таврові, нахлесточного і інших з'єднань алюмінію і сплавів алюмінію завтовшки 3-6 мм і більше. Деталі тонше 3 мм з'єднують імпульсно-дугового зварювання при дрібнокрапельне струменевому перенесення металу. Автоматичне зварювання переважно ведеться для металу товщиною 10-12 мм і більше. Економічна доцільність застосування зварювання плавиться зростає зі збільшенням товщини зварювальних заготовок. Високу продуктивність процесу забезпечує глибоке проплавлення. Цим способом зварювання вдається отримувати надійне проплавлення кореня шва при зварюванні таврових і з'єднань внапуск.

Зварювання плавиться проходить в захисному середовищі інертних газів - в аргоні, гелії або їх суміші. Дуга живиться постійним струмом зворотної полярності дляудаленія плівки оксидів, коли плавиться електрод буде анодом, а зварюваний метал - катодом. Оксидну плівку руйнують і розпилюють позитивні іони, які бомбардують катод (ефект катодного розпилення).

Недолік способу зварювання алюмінію плавиться - зниження в порівнянні зі зварюванням неплавким електродом показників механічних властивостей. Для сплаву АМг6 межі міцності зменшується на 15%. Міцність шва погіршується, так як електродний метал проходить через дугового проміжок і перегрівається більшою мірою, ніж присадний дріт при зварці неплавким електродом.

Перевага цього способу зварювання в тому, що метал добре перемішується в зварювальної ванні, тому шов краще очищається від оксидних включень. Зварювання алюмінію плавиться забезпечує високу продуктивність.

При імпульсно-дугового зварювання електродом, що плавиться на постійний струм зворотної полярності накладаються короткочасні імпульси струму. Імпульсний пристрій регулює частоту слідування і величину імпульсів струму для отримання дрібнокрапельного спрямованого перенесення електродного металу через дугу. Краплі переносяться при більш низьких значеннях зварювального струму, ніж при природному дрібнокрапельне перенесення. Величина і тривалість імпульсів керує перенесенням металу з торця електрода невеликими краплями в широкому діапазоні струмів. Імпульси струму впливають на ванну рідкого металу, створюють більш дрібну структуру металу шва. У паузах між імпульсами постійна складова струму підтримує горіння зварювальної дуги, при якому введення теплоти в виріб зменшується і відсутня перенесення металу.

Особливості зварювання сплавів алюмінію

У техніці застосовуються різні сплави алюмінію, які мають більш високу механічну міцність в порівнянні з міцністю чистого алюмінію і зберігають невисоку щільність (2,65-2,8 г / см3). Алюмінієві сплави розділені на дві групи: сплави термічно незміцнюється і сплави термічно зміцнюється. Термічно незміцнюється сплави мало чутливі до термічної обробки, їх зварене з'єднання наближається до міцності основного металу в відпаленого стані.

Зварювання алюмінію і його сплавів

оксидна плівка

алюміній має порівняно низьку температуру плавлення (657 ° C) при досить високій теплопровідності, яка приблизно в три рази перевершує теплопровідність маловуглецевої сталі. Алюміній відрізняється також значним коефіцієнтом теплового розширення. Головним ускладненням при зварюванні алюмінію є легка його окислюваність в твердому і рідкому станах. Тугоплавкий і механічно міцний оксид Аl203 плавиться при температури 2050 ° C, що перевищує температуру кипіння алюмінію. Окис алюмінію являє собою міцне хімічна сполука, яка слабо піддається дії флюсуючих матеріалів, зважаючи на свій хімічно нейтрального характеру. Оксид алюмінію розчиняється ні у твердій, ні в рідкому алюмінії, його щільність становить 4,0 г / см3 у гексагональної α-фази і 3,77 г / см3 у кубічної γ-фази, що перевищує щільність алюмінію. Оксидна плівка не спливає на поверхню рідкого алюмінію і залишається після застигання всередині шва у вигляді твердих і тендітних інтерметаллідних включень. Це порушує однорідність при формуванні зварного шва, знижує міцність і корозійну стійкість зварного з'єднання.

Оксидна плівка на поверхні деталей, що зварюються і присадочного дроту адсорбує водяну пару з повітря. γ-оксид Аl203 зберігає деяку кількість води навіть після вижержкі при 890-900 ° С. Вода реагує з рідким алюмінієм і виділяє водень, який розчиняється в розплаві. При застиганні розплаву алюмінію знижується розчинність водню, що може створити пористу структуру шва. При концентрації оксиду алюмінію в зварювальної ванні нижче 0,001% бульбашкової газовиділення припиняється. Тому для отримання якісного металу шва необхідно рафінувати зварювальну ванну не тільки від водню, але і від дрібнодисперсного оксидної плівки.

підготовка поверхні

Підготовка поверхні деталей, що зварюються і електродного дроту істотно впливає на якість зварного з'єднання.

Жирову консерваційні мастило видаляють промиванням у водному розчині каустичної соди або в бензині. Після промивання розчином соди необхідна тривала і ретельна промивка проточною водою для запобігання появи корозії. Зварює поверхность знежирюють ацетоном, уайт-спіритом, авіаційним бензином або іншим розчинником на ширину 100-150 мм від кромки.

Плівку оксиду видаляють механічними засобами або хімічним травленням. Зачистка крайок на ширину 25-30 мм сталевими нержавеюшімі щітками або шабровкой краще, ніж обробка наждачним папером або абразивним кругом. Абразивний інструмент забруднює шов - в якості твердого наповнювача в абразивних колах і наждаке використовую карбід кремнію SiC або α-оксид алюмінію Аl203 (корунд), від якого і треба позбутися.

Плівку видаляють хімічним способом в реактиве: 50 г їдкого натру технічного + 45 г фтористого натрію технічного на 1 л води. Заготовки труять протягом 0,5-1 хвилини, після травлення деталі промивають в проточній воді. Сплави з магнієм Амг і цинком В95 освітлюють в 25% -ому розчині ортофосфорної кислоти, а сплав АМц - в 30-35% -ному розчині азотної кислоти. Час освітлення 1-2 хвилини. Після деталі промивають в проточній воді і сушать потоком повітря з температурою 80-90 ° С.

підготовка дроту

Зварювальний дріт знежирюють розчинником і труять в 15% розчині їдкого натру технічного протягом 5-10 хв при температурі 60-70 ° С з последущей промиванням холодною водою і сушкою. Дріт дегазируют протягом 5-10ч при температурі 350 ° С в вукууме 0,133Па. Замість вакумной сушки дріт прокаливают 10-30 хв на повітрі при температурі 300 ° С.

Інший метод очищення зварювального дроту - електрополіровка в електроліті: 70 мл Н3PO4 + 42 г Cr2O3прі температурі 95-100 ° С. Величина струму завмсмт від швидкості протягання і діаметра дроту для зварювання.

Порогреваніе дроту в аргоні при 200-400 ° С протягом 30-80 хв після хімічної обробки зменшує кількість поглинання вологи в 5 разів.

Ручне зварювання:

Газове зварювання і флюси для зварювання алюмінію

Газове зварювання алюмінію і сплавав алюмінію застосовують для з'єднання великих слабонавантажених деталей, для заварки дефектів литва. Флюси вводять в процесі зварювання з присадним прутком або наносять пасту на кромки зварюваного вироби. Пасту розводять на воді або спирті.

При ремонті товстостінних малонавантажених алюмінієвих виливків або невідповідальних деталей можна іноді обходитися без спеціального флюсу. При цьому окис алюмінію весь час очищається з поверхні ванни скребком зі сталевого дроту, а кінець присадочного прутка для зменшення окислення занурюється в зварювальну ванну. У нормальних випадках необхідне застосування спеціальних флюсів для зварювання алюмінію, енергійно видаляють окис алюмінію при низьких температурах. Флюс при зварюванні алюмінію має виключно важливе значення. До винаходу хороших флюсів зварювання алюмінію вважалася настільки важко здійсненним, що майже не застосовувалася на практиці. Особливо сильними розчинниками є для окису алюмінію галоїдні сполуки лужного металу літію. У флюси для зварювання алюмінію найчастіше вводиться хлористий або фтористий літій - LiCl або LiF.

Розробка флюсів для зварювання алюмінію до сих пір не може вважатися цілком закінченою, і ведуться роботи з вишукування нових, більш досконалих складів флюсу. Практично якість алюмінієвого флюсу може бути оцінений наступною простою пробою. Розплавляють газовим пальником невелику ванночку на пластині алюмінію, метал покритий плівкою оксиду і має матову тьмяну сіру поверхню. При подачі щіпки хорошого флюсу на ванну, поверхня її майже миттєво очищається і стає блискучою, білого сріблястого кольору, нагадуючи по виду ртуть або розплавлене срібло. Хороший флюс очищає також і нагріте нерозплавлений основний метал навколо ванни.

Склади флюсів Компонент Марка флюсу АФ-4А АН-А201 ВАМИ КМ-1 №1 №2 №3 №4 №5 №6 Хлористий натрій 28 - 30 20 33 19 41 45 35 30 Хлористий калій 50 - 50 45 45 29 51 30 48 45 Хлористий літій 14 15 - - 15 - - 10 9 15 Хлористий барій - 70 - 20 - 48 - - - - Фтористий натрій 8 - - 15 - - 8 - 8 10 Фтористий кальцій - - - - - 4 - - - - Фтористий літій - 15 - - - - - - - - Фтористий калій - - - - 7 - - 15 - - Фтористий алюміній - - - - - - - - - - Фтористий магній - - - - - - - - - - Фтористий барій - - - - - - - - - - Криоліт - - 20 - - - - - - - Оксид магнію - - - - - - - - - -

Флюси і обмазки для зварювання алюмінію повинні виготовлятися з хімічно чистих препаратів. Деякі флюси виготовляються шляхом ретельного перемішування з одночасним помелом компонентів, наприклад, в кульової млині з порцеляновим корпусом і кулями. Для інших флюсів рекомендується попередньо сплавити компоненти і потім розмелюють отриманий однорідний сплав. Виготовлення сплавом часто дає кращі результати і меншу гігроскопічність флюсів. Алюмінієві флюси чутливі до впливу вологості повітря, під впливом якої вони змінюють свій склад і властивості. Тому алюмінієві флюси повинні зберігатися щільно закупореними в скляних банках з притертою пробкою. Для роботи зварювальник бере кількість флюсу не більше ніж на одну зміну.

Ручне зварювання покритим електродом

Цей метод застосовують при зварюванні малонавантажених конструкцій з алюмінію технічної чистоти, зі сплавів АМц, Амг, АМг2, АМг3, АМг5 і силуміну АК12. Метал зварюють на постійному струмі зворотної полярності з попереднім підігрівом заготовки від 250 до 400 ° C в завасімості від товщини зварюваного матеріалу. Мінімальні товщина при зварюванні покритим електродом становлять 4 мм. Оброблення кромок виконують при товщині більш 20мм

Хлористі і Форіст солі, які входять до складу обмазки електродів для ручного зварювання алюмінію, знижують стійкість електродуги, тому зварювання ведуть на пастоянном струмі зворотної полярності. Обмазка адсорбує вологу і електроди необхідно готувати непосредствено перед зварюванням і зберігати в сухому повітрі.

Автоматичне зварювання з флюсом:

Дугове зварювання над флюсом

Автоматичне зварювання алюмінію і його сплавів по шару флюсу (напіввідчинені дуга) плавиться обеспечівет високу продуктивністю за рахунок застосування однопрохідної двосторонньої зварювання. Висока концентрація енергії при зварюванні над флюсом створює глибоке проплавлення зварюється, відпадає треблваніе скошувати кромки деталей товщиною 20-25мм. Енергія дуги достатня для прогріву крайок, що зварюються і заготовки не треба підігрівати перед зварюванням.

Для зварювання алюмінію і алюмінієвих сплавів під флюсом застосовують, як правило, плавлені флюси. Плавлення флюси зменшують пористість шва, але ушудшают його формування по порівняння з механічно перемішані флюсами. Флюси зберігають в герметичній тарі і прожарюють перед використанням.

Зневоднення флюсу перед зварюванням в повному обсязі усуває вплив вологи на якість зварювання, так так відкрита зварювальний дуга сприяє насиченню розплаву алюмінію в зварювальної ванні воднем з вологи повітря. Сварка відкритою дугою по шару флюсу забруднює робочу атмосверу пилом, продуктами горіння, озоном, оксидами азоту і ультрафіолетовим випромінюванням. Концентрація озону при автоматичному зварюванні по шару флюсу на рівні дихання зварника перевищує норму в 8 - 10 разів і тільки на відстані понад 1,8 м від місця горіння дуги досягає норми. Зварювальне обладнання при зварюванні відкритою дугою працює в важких умовах.

Компонент Марка флюсу для зварювання по шару флюсу для зварювання під флюсом (керамічні флюси) АН-А1 АН-А4 48-АФ-1 МАТИ-1а МАТИ-10 ЖА-64 ЖА-64А Хлористий натрій 20 - - - - 17 15 Хлористий калій 50 57 47 47 З0 43 38 Хлористий літій - - - 8 - - - Хлористий барій - 28 47 - 68 - - Фтористий натрій - - - 42 - - - Фтористий калій - - 2 - - - - Фтористий літій - 7,5 - - - - - Фтористий кальцій - - - - - - 3 Фтористий алюміній - 7,5 - - - - - Криоліт 30 - - 3 2 36 43 фторцірконата калію - - 2 - - - - Пісок кварцовий - - - - - 4 ≤ 1 Оксид хрому - - 2 - - - -

Дугове зварювання під флюсом

Дугового зварювання під шаром керамічного флюсу (закритою дугою) з плавиться має переваги перед зварюванням над флюсом. Сварка закритою дугою значно зменшує шкідливі виділення в навколишнє середовище. Потужний і концентрований джерело енергії має закриту зону електродуги від впливу зовнішнього повітря. Склад газової фази в зоні дуги можна контролювати. Активні добавки в керамічний флюс легируют, модифікують і очищають алюміній в зоні розплаву. Щільність струму при зварюванні закритою дугою в 2-4 рази вище, ніж при зварюванні відкритою дугою, завдяки чому матеріал плавиться на велику глибину.

Дугове зварювання в середовищі захисних газів:

TIG зварювання неплавким електродом

У промисловості найбільшого поширення набули два види зварювання: TIG зварювання неплавким вольфрамовим електродом з присадкою в середовищі інертних газів, і MIG зварювання суцільним дротом в середовищі інертних газів з автоматичним або напівавтоматичним подачею дроту. Оксидна плівка руйнується при зварюванні змінним або постійним струмом зворотної полярності. В цьому випадку відбувається катодного розпилення, яке розбиває оксидну плівку. Зварювати постійним струмом прямої полярності можливо тільки в гелієвої середовищі, де виникають умови для випаровування окисної плівки.

Аргонодуговая зварювання неплавким вольфрамовим електродом з подачею присадного дроту (TIG) може проводити на малих токах (від 5 А) і забезпечувати високу стійкість горіння дуги для всіх величин струмів.

Для процесу TIG застосовують джерело живлення з внутрішнім генератором змінного струму. Джерело живлення для аргонодугового TIG-зварювання регулює частоту і баланс змінного струму. Регулювання частоти струму усуває пропалювання тонких деталей. Баланс струму забезпечує при зварюванні плавиться, особливі умови горіння дуги. У першому напівперіоді вольфрам стає катодом і створюються умови для збільшення термоелектронної емісії. Це збільшує силу струму і знижує напругу дуги. У другому напівперіоді катодомстає зварювана заготовка, провідність дугового проміжку знижується, зменшується сила струму дуги і зростає напруга. Синусоїда струму дуги виходить несиметричною - пряма полярність генерує потужну дугу для плавлення металу, а зворотна проводить катодний обробку, яка видаляє оксид з поверхні алюмінію.

Імпульсні джерела живлення для зварювання алюмінієвих сплавів розширили можливості зварювання неплавким електродом. При зварюванні імпульсної дугою на змінному струмі вдається зварювати алюмінієві сплави товщиною від 0,2 мм і вище.

Зварювання неплавким вольфрамовим електродом на постійному струмі прямої полярності проводять в середовищі гелію. Пряма полярність і низька теплопровідність гелію генерують дугу з високою концентрацією теплової енергії. При цьому виходять вузькі шви і мала зона термічного впливу, що важливо для підвищення міцності з'єднань в темоупрочняемих сплавах алюмінію. Проплавляющей здатність дуги в гелії зварює деталі до 20мм без оброблення крайок.

Для зварювання алюмінієвих сплавів в середовищі захисних газів застосовують аргон вищого гатунку або суміші аргону з гелієм.

Метал товщиною до 2 мм в нижньому положенні зварюють в один прохід без присадочного матеріалу на підкладках м довжина дуги не більше 3 мм. Метал товщиною 4-8 мм зварюють «лівим способом». Зварювання неплавким електродом металу з товщиною більш 8 мм використовують «правий спосіб».

Для дугового зварювання неплавким електродом застосовують електроди з лантанований (ЕВЛ), ітрировані (Еві), торійованого (ЕОТ) або чистого вольфраму (ЕВЧ). Найбільшу стійкість і зварювальний струм показують електроди Еві. Цими електродами зварюють за один прохід заготовки з товщиною 20 мм при зварювальному струмі 800-1000 А.

MIG зварювання електродом, що плавиться

Автоматичного і напівавтоматичного зварюванням плавиться отримують стикові, таврові, нахлесточного і інших з'єднань алюмінію і сплавів алюмінію завтовшки 3-6 мм і більше. Деталі тонше 3 мм з'єднують імпульсно-дугового зварювання при дрібнокрапельне струменевому перенесення металу. Автоматичне зварювання переважно ведеться для металу товщиною 10-12 мм і більше. Економічна доцільність застосування зварювання плавиться зростає зі збільшенням товщини зварювальних заготовок. Високу продуктивність процесу забезпечує глибоке проплавлення. Цим способом зварювання вдається отримувати надійне проплавлення кореня шва при зварюванні таврових і з'єднань внапуск.

Зварювання плавиться проходить в захисному середовищі інертних газів - в аргоні, гелії або їх суміші. Дуга живиться постійним струмом зворотної полярності дляудаленія плівки оксидів, коли плавиться електрод буде анодом, а зварюваний метал - катодом. Оксидну плівку руйнують і розпилюють позитивні іони, які бомбардують катод (ефект катодного розпилення).

Недолік способу зварювання алюмінію плавиться - зниження в порівнянні зі зварюванням неплавким електродом показників механічних властивостей. Для сплаву АМг6 межі міцності зменшується на 15%. Міцність шва погіршується, так як електродний метал проходить через дугового проміжок і перегрівається більшою мірою, ніж присадний дріт при зварці неплавким електродом.

Перевага цього способу зварювання в тому, що метал добре перемішується в зварювальної ванні, тому шов краще очищається від оксидних включень. Зварювання алюмінію плавиться забезпечує високу продуктивність.

При імпульсно-дугового зварювання електродом, що плавиться на постійний струм зворотної полярності накладаються короткочасні імпульси струму. Імпульсний пристрій регулює частоту слідування і величину імпульсів струму для отримання дрібнокрапельного спрямованого перенесення електродного металу через дугу. Краплі переносяться при більш низьких значеннях зварювального струму, ніж при природному дрібнокрапельне перенесення. Величина і тривалість імпульсів керує перенесенням металу з торця електрода невеликими краплями в широкому діапазоні струмів. Імпульси струму впливають на ванну рідкого металу, створюють більш дрібну структуру металу шва. У паузах між імпульсами постійна складова струму підтримує горіння зварювальної дуги, при якому введення теплоти в виріб зменшується і відсутня перенесення металу.

Особливості зварювання сплавів алюмінію

У техніці застосовуються різні сплави алюмінію, які мають більш високу механічну міцність в порівнянні з міцністю чистого алюмінію і зберігають невисоку щільність (2,65-2,8 г / см3). Алюмінієві сплави розділені на дві групи: сплави термічно незміцнюється і сплави термічно зміцнюється. Термічно незміцнюється сплави мало чутливі до термічної обробки, їх зварене з'єднання наближається до міцності основного металу в відпаленого стані.

Зварювання алюмінію і його сплавів

оксидна плівка

алюміній має порівняно низьку температуру плавлення (657 ° C) при досить високій теплопровідності, яка приблизно в три рази перевершує теплопровідність маловуглецевої сталі. Алюміній відрізняється також значним коефіцієнтом теплового розширення. Головним ускладненням при зварюванні алюмінію є легка його окислюваність в твердому і рідкому станах. Тугоплавкий і механічно міцний оксид Аl203 плавиться при температури 2050 ° C, що перевищує температуру кипіння алюмінію. Окис алюмінію являє собою міцне хімічна сполука, яка слабо піддається дії флюсуючих матеріалів, зважаючи на свій хімічно нейтрального характеру. Оксид алюмінію розчиняється ні у твердій, ні в рідкому алюмінії, його щільність становить 4,0 г / см3 у гексагональної α-фази і 3,77 г / см3 у кубічної γ-фази, що перевищує щільність алюмінію. Оксидна плівка не спливає на поверхню рідкого алюмінію і залишається після застигання всередині шва у вигляді твердих і тендітних інтерметаллідних включень. Це порушує однорідність при формуванні зварного шва, знижує міцність і корозійну стійкість зварного з'єднання.

Оксидна плівка на поверхні деталей, що зварюються і присадочного дроту адсорбує водяну пару з повітря. γ-оксид Аl203 зберігає деяку кількість води навіть після вижержкі при 890-900 ° С. Вода реагує з рідким алюмінієм і виділяє водень, який розчиняється в розплаві. При застиганні розплаву алюмінію знижується розчинність водню, що може створити пористу структуру шва. При концентрації оксиду алюмінію в зварювальної ванні нижче 0,001% бульбашкової газовиділення припиняється. Тому для отримання якісного металу шва необхідно рафінувати зварювальну ванну не тільки від водню, але і від дрібнодисперсного оксидної плівки.

підготовка поверхні

Підготовка поверхні деталей, що зварюються і електродного дроту істотно впливає на якість зварного з'єднання.

Жирову консерваційні мастило видаляють промиванням у водному розчині каустичної соди або в бензині. Після промивання розчином соди необхідна тривала і ретельна промивка проточною водою для запобігання появи корозії. Зварює поверхность знежирюють ацетоном, уайт-спіритом, авіаційним бензином або іншим розчинником на ширину 100-150 мм від кромки.

Плівку оксиду видаляють механічними засобами або хімічним травленням. Зачистка крайок на ширину 25-30 мм сталевими нержавеюшімі щітками або шабровкой краще, ніж обробка наждачним папером або абразивним кругом. Абразивний інструмент забруднює шов - в якості твердого наповнювача в абразивних колах і наждаке використовую карбід кремнію SiC або α-оксид алюмінію Аl203 (корунд), від якого і треба позбутися.

Плівку видаляють хімічним способом в реактиве: 50 г їдкого натру технічного + 45 г фтористого натрію технічного на 1 л води. Заготовки труять протягом 0,5-1 хвилини, після травлення деталі промивають в проточній воді. Сплави з магнієм Амг і цинком В95 освітлюють в 25% -ому розчині ортофосфорної кислоти, а сплав АМц - в 30-35% -ному розчині азотної кислоти. Час освітлення 1-2 хвилини. Після деталі промивають в проточній воді і сушать потоком повітря з температурою 80-90 ° С.

підготовка дроту

Зварювальний дріт знежирюють розчинником і труять в 15% розчині їдкого натру технічного протягом 5-10 хв при температурі 60-70 ° С з последущей промиванням холодною водою і сушкою. Дріт дегазируют протягом 5-10ч при температурі 350 ° С в вукууме 0,133Па. Замість вакумной сушки дріт прокаливают 10-30 хв на повітрі при температурі 300 ° С.

Інший метод очищення зварювального дроту - електрополіровка в електроліті: 70 мл Н3PO4 + 42 г Cr2O3прі температурі 95-100 ° С. Величина струму завмсмт від швидкості протягання і діаметра дроту для зварювання.

Порогреваніе дроту в аргоні при 200-400 ° С протягом 30-80 хв після хімічної обробки зменшує кількість поглинання вологи в 5 разів.

Ручне зварювання:

Газове зварювання і флюси для зварювання алюмінію

Газове зварювання алюмінію і сплавав алюмінію застосовують для з'єднання великих слабонавантажених деталей, для заварки дефектів литва. Флюси вводять в процесі зварювання з присадним прутком або наносять пасту на кромки зварюваного вироби. Пасту розводять на воді або спирті.

При ремонті товстостінних малонавантажених алюмінієвих виливків або невідповідальних деталей можна іноді обходитися без спеціального флюсу. При цьому окис алюмінію весь час очищається з поверхні ванни скребком зі сталевого дроту, а кінець присадочного прутка для зменшення окислення занурюється в зварювальну ванну. У нормальних випадках необхідне застосування спеціальних флюсів для зварювання алюмінію, енергійно видаляють окис алюмінію при низьких температурах. Флюс при зварюванні алюмінію має виключно важливе значення. До винаходу хороших флюсів зварювання алюмінію вважалася настільки важко здійсненним, що майже не застосовувалася на практиці. Особливо сильними розчинниками є для окису алюмінію галоїдні сполуки лужного металу літію. У флюси для зварювання алюмінію найчастіше вводиться хлористий або фтористий літій - LiCl або LiF.

Розробка флюсів для зварювання алюмінію до сих пір не може вважатися цілком закінченою, і ведуться роботи з вишукування нових, більш досконалих складів флюсу. Практично якість алюмінієвого флюсу може бути оцінений наступною простою пробою. Розплавляють газовим пальником невелику ванночку на пластині алюмінію, метал покритий плівкою оксиду і має матову тьмяну сіру поверхню. При подачі щіпки хорошого флюсу на ванну, поверхня її майже миттєво очищається і стає блискучою, білого сріблястого кольору, нагадуючи по виду ртуть або розплавлене срібло. Хороший флюс очищає також і нагріте нерозплавлений основний метал навколо ванни.

Склади флюсів Компонент Марка флюсу АФ-4А АН-А201 ВАМИ КМ-1 №1 №2 №3 №4 №5 №6 Хлористий натрій 28 - 30 20 33 19 41 45 35 30 Хлористий калій 50 - 50 45 45 29 51 30 48 45 Хлористий літій 14 15 - - 15 - - 10 9 15 Хлористий барій - 70 - 20 - 48 - - - - Фтористий натрій 8 - - 15 - - 8 - 8 10 Фтористий кальцій - - - - - 4 - - - - Фтористий літій - 15 - - - - - - - - Фтористий калій - - - - 7 - - 15 - - Фтористий алюміній - - - - - - - - - - Фтористий магній - - - - - - - - - - Фтористий барій - - - - - - - - - - Криоліт - - 20 - - - - - - - Оксид магнію - - - - - - - - - -

Флюси і обмазки для зварювання алюмінію повинні виготовлятися з хімічно чистих препаратів. Деякі флюси виготовляються шляхом ретельного перемішування з одночасним помелом компонентів, наприклад, в кульової млині з порцеляновим корпусом і кулями. Для інших флюсів рекомендується попередньо сплавити компоненти і потім розмелюють отриманий однорідний сплав. Виготовлення сплавом часто дає кращі результати і меншу гігроскопічність флюсів. Алюмінієві флюси чутливі до впливу вологості повітря, під впливом якої вони змінюють свій склад і властивості. Тому алюмінієві флюси повинні зберігатися щільно закупореними в скляних банках з притертою пробкою. Для роботи зварювальник бере кількість флюсу не більше ніж на одну зміну.

Ручне зварювання покритим електродом

Цей метод застосовують при зварюванні малонавантажених конструкцій з алюмінію технічної чистоти, зі сплавів АМц, Амг, АМг2, АМг3, АМг5 і силуміну АК12. Метал зварюють на постійному струмі зворотної полярності з попереднім підігрівом заготовки від 250 до 400 ° C в завасімості від товщини зварюваного матеріалу. Мінімальні товщина при зварюванні покритим електродом становлять 4 мм. Оброблення кромок виконують при товщині більш 20мм

Хлористі і Форіст солі, які входять до складу обмазки електродів для ручного зварювання алюмінію, знижують стійкість електродуги, тому зварювання ведуть на пастоянном струмі зворотної полярності. Обмазка адсорбує вологу і електроди необхідно готувати непосредствено перед зварюванням і зберігати в сухому повітрі.

Автоматичне зварювання з флюсом:

Дугове зварювання над флюсом

Автоматичне зварювання алюмінію і його сплавів по шару флюсу (напіввідчинені дуга) плавиться обеспечівет високу продуктивністю за рахунок застосування однопрохідної двосторонньої зварювання. Висока концентрація енергії при зварюванні над флюсом створює глибоке проплавлення зварюється, відпадає треблваніе скошувати кромки деталей товщиною 20-25мм. Енергія дуги достатня для прогріву крайок, що зварюються і заготовки не треба підігрівати перед зварюванням.

Для зварювання алюмінію і алюмінієвих сплавів під флюсом застосовують, як правило, плавлені флюси. Плавлення флюси зменшують пористість шва, але ушудшают його формування по порівняння з механічно перемішані флюсами. Флюси зберігають в герметичній тарі і прожарюють перед використанням.

Зневоднення флюсу перед зварюванням в повному обсязі усуває вплив вологи на якість зварювання, так так відкрита зварювальний дуга сприяє насиченню розплаву алюмінію в зварювальної ванні воднем з вологи повітря. Сварка відкритою дугою по шару флюсу забруднює робочу атмосверу пилом, продуктами горіння, озоном, оксидами азоту і ультрафіолетовим випромінюванням. Концентрація озону при автоматичному зварюванні по шару флюсу на рівні дихання зварника перевищує норму в 8 - 10 разів і тільки на відстані понад 1,8 м від місця горіння дуги досягає норми. Зварювальне обладнання при зварюванні відкритою дугою працює в важких умовах.

Компонент Марка флюсу для зварювання по шару флюсу для зварювання під флюсом (керамічні флюси) АН-А1 АН-А4 48-АФ-1 МАТИ-1а МАТИ-10 ЖА-64 ЖА-64А Хлористий натрій 20 - - - - 17 15 Хлористий калій 50 57 47 47 З0 43 38 Хлористий літій - - - 8 - - - Хлористий барій - 28 47 - 68 - - Фтористий натрій - - - 42 - - - Фтористий калій - - 2 - - - - Фтористий літій - 7,5 - - - - - Фтористий кальцій - - - - - - 3 Фтористий алюміній - 7,5 - - - - - Криоліт 30 - - 3 2 36 43 фторцірконата калію - - 2 - - - - Пісок кварцовий - - - - - 4 ≤ 1 Оксид хрому - - 2 - - - -

Дугове зварювання під флюсом

Дугового зварювання під шаром керамічного флюсу (закритою дугою) з плавиться має переваги перед зварюванням над флюсом. Сварка закритою дугою значно зменшує шкідливі виділення в навколишнє середовище. Потужний і концентрований джерело енергії має закриту зону електродуги від впливу зовнішнього повітря. Склад газової фази в зоні дуги можна контролювати. Активні добавки в керамічний флюс легируют, модифікують і очищають алюміній в зоні розплаву. Щільність струму при зварюванні закритою дугою в 2-4 рази вище, ніж при зварюванні відкритою дугою, завдяки чому матеріал плавиться на велику глибину.

Дугове зварювання в середовищі захисних газів:

TIG зварювання неплавким електродом

У промисловості найбільшого поширення набули два види зварювання: TIG зварювання неплавким вольфрамовим електродом з присадкою в середовищі інертних газів, і MIG зварювання суцільним дротом в середовищі інертних газів з автоматичним або напівавтоматичним подачею дроту. Оксидна плівка руйнується при зварюванні змінним або постійним струмом зворотної полярності. В цьому випадку відбувається катодного розпилення, яке розбиває оксидну плівку. Зварювати постійним струмом прямої полярності можливо тільки в гелієвої середовищі, де виникають умови для випаровування окисної плівки.

Аргонодуговая зварювання неплавким вольфрамовим електродом з подачею присадного дроту (TIG) може проводити на малих токах (від 5 А) і забезпечувати високу стійкість горіння дуги для всіх величин струмів.

Для процесу TIG застосовують джерело живлення з внутрішнім генератором змінного струму. Джерело живлення для аргонодугового TIG-зварювання регулює частоту і баланс змінного струму. Регулювання частоти струму усуває пропалювання тонких деталей. Баланс струму забезпечує при зварюванні плавиться, особливі умови горіння дуги. У першому напівперіоді вольфрам стає катодом і створюються умови для збільшення термоелектронної емісії. Це збільшує силу струму і знижує напругу дуги. У другому напівперіоді катодомстає зварювана заготовка, провідність дугового проміжку знижується, зменшується сила струму дуги і зростає напруга. Синусоїда струму дуги виходить несиметричною - пряма полярність генерує потужну дугу для плавлення металу, а зворотна проводить катодний обробку, яка видаляє оксид з поверхні алюмінію.

Імпульсні джерела живлення для зварювання алюмінієвих сплавів розширили можливості зварювання неплавким електродом. При зварюванні імпульсної дугою на змінному струмі вдається зварювати алюмінієві сплави товщиною від 0,2 мм і вище.

Зварювання неплавким вольфрамовим електродом на постійному струмі прямої полярності проводять в середовищі гелію. Пряма полярність і низька теплопровідність гелію генерують дугу з високою концентрацією теплової енергії. При цьому виходять вузькі шви і мала зона термічного впливу, що важливо для підвищення міцності з'єднань в темоупрочняемих сплавах алюмінію. Проплавляющей здатність дуги в гелії зварює деталі до 20мм без оброблення крайок.

Для зварювання алюмінієвих сплавів в середовищі захисних газів застосовують аргон вищого гатунку або суміші аргону з гелієм.

Метал товщиною до 2 мм в нижньому положенні зварюють в один прохід без присадочного матеріалу на підкладках м довжина дуги не більше 3 мм. Метал товщиною 4-8 мм зварюють «лівим способом». Зварювання неплавким електродом металу з товщиною більш 8 мм використовують «правий спосіб».

Для дугового зварювання неплавким електродом застосовують електроди з лантанований (ЕВЛ), ітрировані (Еві), торійованого (ЕОТ) або чистого вольфраму (ЕВЧ). Найбільшу стійкість і зварювальний струм показують електроди Еві. Цими електродами зварюють за один прохід заготовки з товщиною 20 мм при зварювальному струмі 800-1000 А.

MIG зварювання електродом, що плавиться

Автоматичного і напівавтоматичного зварюванням плавиться отримують стикові, таврові, нахлесточного і інших з'єднань алюмінію і сплавів алюмінію завтовшки 3-6 мм і більше. Деталі тонше 3 мм з'єднують імпульсно-дугового зварювання при дрібнокрапельне струменевому перенесення металу. Автоматичне зварювання переважно ведеться для металу товщиною 10-12 мм і більше. Економічна доцільність застосування зварювання плавиться зростає зі збільшенням товщини зварювальних заготовок. Високу продуктивність процесу забезпечує глибоке проплавлення. Цим способом зварювання вдається отримувати надійне проплавлення кореня шва при зварюванні таврових і з'єднань внапуск.

Зварювання плавиться проходить в захисному середовищі інертних газів - в аргоні, гелії або їх суміші. Дуга живиться постійним струмом зворотної полярності дляудаленія плівки оксидів, коли плавиться електрод буде анодом, а зварюваний метал - катодом. Оксидну плівку руйнують і розпилюють позитивні іони, які бомбардують катод (ефект катодного розпилення).

Недолік способу зварювання алюмінію плавиться - зниження в порівнянні зі зварюванням неплавким електродом показників механічних властивостей. Для сплаву АМг6 межі міцності зменшується на 15%. Міцність шва погіршується, так як електродний метал проходить через дугового проміжок і перегрівається більшою мірою, ніж присадний дріт при зварці неплавким електродом.

Перевага цього способу зварювання в тому, що метал добре перемішується в зварювальної ванні, тому шов краще очищається від оксидних включень. Зварювання алюмінію плавиться забезпечує високу продуктивність.

При імпульсно-дугового зварювання електродом, що плавиться на постійний струм зворотної полярності накладаються короткочасні імпульси струму. Імпульсний пристрій регулює частоту слідування і величину імпульсів струму для отримання дрібнокрапельного спрямованого перенесення електродного металу через дугу. Краплі переносяться при більш низьких значеннях зварювального струму, ніж при природному дрібнокрапельне перенесення. Величина і тривалість імпульсів керує перенесенням металу з торця електрода невеликими краплями в широкому діапазоні струмів. Імпульси струму впливають на ванну рідкого металу, створюють більш дрібну структуру металу шва. У паузах між імпульсами постійна складова струму підтримує горіння зварювальної дуги, при якому введення теплоти в виріб зменшується і відсутня перенесення металу.

Особливості зварювання сплавів алюмінію

У техніці застосовуються різні сплави алюмінію, які мають більш високу механічну міцність в порівнянні з міцністю чистого алюмінію і зберігають невисоку щільність (2,65-2,8 г / см3). Алюмінієві сплави розділені на дві групи: сплави термічно незміцнюється і сплави термічно зміцнюється. Термічно незміцнюється сплави мало чутливі до термічної обробки, їх зварене з'єднання наближається до міцності основного металу в відпаленого стані.

Сплав Товщина мм Зразок Стан бланках σ0,2, МПа
при Т, ° С 20 200 250 АД1 1,5 Основний метал Відпалений 86,3 - - Зварне з'єднання Відпалений після зварювання 83,4 - - АМц 1,5 Основний метал Відпалений 118,7 - - Зварне з'єднання Відпалений після зварювання 118,7 - - Основний метал Полунагартованний 186,4 - - Зварне з'єднання Полунагартованний після зварювання 117,7 - - АМг3 2,0 Основний метал відпалений 230,5 - - Зварне з'єднання відпалений після зварювання 220,7 - - АМг6 2,0 Основний метал відпалений 361 , 0 201,1 145,1 Зварне з'єднання відпалений після зварювання 367,9 206,0 174,6 Основний метал нагартована 459,1 260,0 - Зварне сої динение нагартована після зварювання 359,0 255,0 - Д20 2,0 Основний метал Загартований і штучно зістарений 443,4 343,4 - Зварне з'єднання Загартований і штучно зістарений після зварювання 272,7 235,4 -

Всі способи і режими зварювання плавиться технічного алюмінію придатні і для термічно незміцнюючих алюмінієвих сплавів типу АМц і АМг. При зварюванні високоміцних алюмінієвих сплавів і особливо термічно зміцненого основного металу в кожному конкретному випадку підбирають способи збільшення коефіцієнта міцності зварних з'єднань і підвищення стійкості шва і околошовной зони проти утворення тріщин і усунення інших дефектів: вибір присадочного дроту оптимального складу, підбір режимів зварювання, раціональний порядок виконання швів, попередній і супутній підігрів і ін. Внеденіе модифікаторів (цирконій, титан, бор) в дріт різко підвищує стійкість ь швів проти утворення кристалізаційних тріщин. Для ряду високолегованих сплавів (наприклад, систем Al-Mg і Al-Cu) хороші результати дає застосування дроту з пониженим вмістом супутніх домішок. У ряді випадків задовільні властивості швів на високоміцних сплавах отримують при зварюванні дротом, яка відрізняється за складом від основного металу (наприклад, дріт марки СвАК5 для сплавів типу АВ, АД31, АДЗЗ).

Помітно знижується міцність зварних з'єднань в порівнянні з міцністю основного металу при зварюванні сплавів в нагартоваіном стані, особливо при зварюванні високолегованих термічно зміцнюючих сплавів. У цьому випадку коефіцієнт міцності зварних з'єднань становить 0,5-0,65. Істотне підвищення міцності зварних з'єднань в цьому випадку досягається шляхом термічної обробки - загартування з наступним старінням або тільки природного старіння. Втомна міцність зварних з'єднань з алюмінієвих сплавів помітно знижується в порівнянні з міцністю основного металу, Шви зі знятим посиленням мають міцність від утоми вище, ніж шви з посиленням.

З сплавів, зміцнюючих термічно, найважливішим є дуралюміній , Широко застосовуваний в літакобудуванні і має ряд різновидів з межею міцності від 38 до 46 кг / мм2. Завдання зварювання цього найважливішого сплаву до цих пір не вирішена повністю. Дуралюміній є в основному сплав алюмінію з міддю і магнієм, що утворюють интерметаллические з'єднання. Розчинність цих сполук в алюмінії залежить від температури. При нагріванні алюмінію до температури вище критичної, з'єднання повністю розчиняються в металі і залишаються в ньому в такому вигляді при швидкому охолодженні, т. Е. Відбувається загартування сплаву. При подальшому старінні розчин сполук в металі розпадається, виділяючи частки в дрібно дисперсному вигляді, що надає дуралюмина його видатні механічні властивості, високу міцність і твердість. У процесі зварювання відбувається місцевий перегрів металу, що викликає різке зниження механічних властивостей з'єднання. При застиганні металу в зварному шві ростуть великі кристалітів. Вони створюють напруження, які роблять шов крихким. Зниження міцності не може бути усунуто подальшою термообробкою, яка не повертає металу ослабленою зони первинних високих механічних властивостей. Сплави типу дюралюміній Д16, Д1 зварюють точковим зварюванням, при якій перегрів і розплавлення відбуваються не по всій довжині з'єднання.

Стикова контактне зварювання

Задовільні результати дає контактне зварювання алюмінію. Стикова контактне зварювання алюмінію виробляється безперервним оплавленням на машинах з електричним приводом. Зварювальний струм береться близько 15000 A на 1 см2 зварюваного перетину. Величина оплавлення становить від 5 до 12 мм, а величина опади від 1,5 до 5 мм в залежності від величини перерізу зварного шва. Час безперервного оплавлення коливається від 30 до 70 періодів змінного струму. Струм вимикається на початку опади, тривалість опади - від 2 до 5 періодів струму.

Контактна точеч зварювання

Істотними труднощами при точковому зварюванні є висока електропровідність алюмінію і швидке за 0,002-0,005 сек. розплавлення металу в процесі зварювання, що вимагає швидко переміщати електрод зварювальної машини, щоб підтримати тиск і контакт з основним металом.

Для алюмінію і його сплавів точкове зварювання застосовують до деталей з тощиной 0,4-6 мм. Точкове зварювання вимагає зварювальних струмів з щільністю 1000 А / мм2, що в 4 рази більше зварювальних струмів для стали.

Хороші результати дає точкове зварювання акумульованої енергією. У промисловості застосовується конденсаторная точкове зварювання алюмінію. Електроди для точкового зварювання алюмінію рекомендується виготовляти з мідних сплавів з високою твердістю, високу електропровідність і теплопровідність. Задовільні результати дає сплав ЕВ.Прі прилипании алюмінію до мідного електрода необхідна негайна зачистка електрода зі зняттям тонкого шару металу, інакше неминуче пошкодження поверхні точок. Необхідно інтенсивне охолодження електродів проточною водою. Можлива також і шовна зварювання алюмінію, але для цієї мети необхідні потужні машини з іонними переривниками.