Особенности сварки алюминия и его сплавов, применяемые материалы

 

         При переходе на обратную полярность происходит многократное снижение допустимого тока. Поэтому, наиболее разумным решением является использование медных сферических водоохлаждаемых анодов. Это обеспечивает возможность изменения сварочного тока в широких пределах (до 300А) при сохранении высокой (более 10 часов) продолжительности работы. Работы в этом направлении, как отмечалось выше, проводит ЗАО НПФ «ИТС» и ВАТТ МО РФ, г. С-Петербург.

      Процесс возбуждения дуги в установках обычно происходит следующим образом:

• С помощью высокочастотного высоковольтного напряжения осциллятора в промежутке электрод – сопло возбуждается искровой разряд, который затем переходит в дуговой (под воздействием электрического поля источника питания), т.е. возбуждается так называемая дежурная дуга постоянного тока, горящая между электродом и соплом.

• Потоком плазмообразующего газа катодное пятно дежурной дуги перемещается с внутренней конической поверхности сопла на его цилиндрическую поверхность, одновременно с этим дежурная дуга растягивается и плазменная струя длиной 20-40 мм истекает из сопла.

• При касании факела дежурной дуги изделия замыкается цепь электрод – изделие и возникает основная дуга, ток дежурной дуги снижается до нуля.

          Для плазменной сварки алюминия применяют установки типа УПС-301 (токи до 300А) и УПС-501 (токи до 500А). В последнее время наиболее часто применяют источник питания ВД-306ДК или ВД-506ДК и приставку БУСП-ТИГ для аргонодуговой сварки, которая служит для подключения плазменной горелки, регулировки тока дежурной дуги, базового тока, скорости нарастания-снижения базового тока, времени продувки до и после сварки и времени горения дежурной дуги после выключения основной сварочной дуги.

           В качестве плазменной горелки часто применяли плазмотрон типа ПС-3, конструкция которого допускает использование медного или вольфрамового электродов. Плазмотрон разработан СПбГТУ, выпускался заводом «Электрик». В настоящее время наибольший интерес вызывает псевдоплазменная горелка с медным анодом разработки ЗАО НПФ «ИТС» и ВАТТ. Существует соглашение, что после промышленных испытаний промышленное производство этой горелки будет осуществлять немецкая фирма «Abicor Binzel».

 

Ориентировочные режимы плазменной сварки стыковых соединений из сплава АМг6 толщиной 3,2 мм.:

 

Род тока	IСВ, А UД, В	VСВ, м/ч	dПР, мм	q/v .103 , Дж/м
Постоянный (обратная полярность)	87	33	23	1,8	225
Переменный	220 21	20	2,0	415

 

         Механические свойства сварных соединений из сплава АМг6 толщиной 3,2 мм, выполненных на постоянном токе обратной полярности следующие: предел прочности В = 32,3 – 33,4 кгс/мм2 (316,9 – 327,7 МПа), угол загиба . = 78 – 81 град.

 

Механизированная сварка плавящимся электродом 

непрерывным током.

          Механизированную сварку плавящимся электродом применяют для получения стыковых, тавровых, нахлесточных и других соединений алюминия и его сплавов толщиной 4-6 мм и более. Этот способ является самым производительным среди ручных видов сварки. За границей наиболее распространенный среди видов сварки алюминия. Электрическая дуга при этом способе сварки горит между изделием и плавящимся электродом (проволокой), который подается в зону дуги обычно с постоянной скоростью. Надежное разрушение пленки окислов при механизированной сварке плавящимся электродом достигается лишь при питании дуги постоянным током обратной полярности. Механизм удаления окисной пленки в этом случае заключается в разрушении и распылении ее тяжелыми положительными ионами, бомбардирующими катод (эффект катодного распыления).

         Недостатком способа сварки алюминия плавящимся электродом является некоторое снижение по сравнению со сваркой неплавящимся электродом показателей механических свойств. В частности, уменьшение прочности шва объясняется тем, что электродный металл, проходя через дуговой промежуток, перегревается в большей степени, чем присадочная проволока при сварке неплавящимся электродом. Также происходит худшее удаление окисной пленки, т.к. при аргонодуговой механизированной сварке непрерывным током сварочный процесс сопровождается короткими замыканиями, в момент которых катодное распыление отсутствует. Для устранения этих недостатка в сварочной установке ВД-306ДК применены принципиально новые технические решения: низковольтная постоянная подпитка сварочной дуги напряжением 10-11В, которая накладывается на общую картину сварочного напряжения. Для сварки, как правило, применяют проволоку диаметром 1.2-1.6 мм, так как из-за недостаточной жесткости сварка алюминиевой проволокой меньшего диаметра затруднена. Применение проволоки большего диаметра принципиально возможно, однако сварные соединения в этом случае получаются крупночешуйчатые, что ухудшает их внешний вид и механические свойства.

        Установки для механизированной сварки состоят из выпрямителя (ВД-306ДК и т.д.), механизма подачи (ПДГО-508, ПДГО-510 и т.д.) со специальными роликами. Конструкция механизма подачи должна обеспечивать надежное и стабильное поступление мягкой алюминиевой проволоки. Обычно в таких механизмах предусматривают две пары специальных ведущих и прижимных роликов, что уменьшает возможность проскальзывания проволоки и ее сминания. Наиболее применимы сварочные горелки немецкой фирмы «Abicor Binzel» с тефлоновым подающим каналом. Следует отметить, что в виду использования аргона, как защитного газа, чаще всего применяют водоохлаждаемые модели горелок. Сопло горелки должно обеспечивать надежную защиту инертным газом жидкой сварочной ванны. Диаметр сопла горелки для механизированной сварки алюминия обычно 18-22 мм.

 

Ориентировочные режимы механизированной аргонодуговой сварки алюминия и его сплавов плавящимся электродом.

Тип соединения	b, мм	dЭЛ.ПР., мм	IСВ, А	UД, В	VCВ, м/ч	Расход аргона, л/мин	Число проходов
Встык, без разделки кромок	4-6 8-10 12	1,5-2,0 1,5-2,0 2,0	140-240 220-300 280-300	19-22 22-25 23-25	20-30 15-25 15-18	6-10 8-10 10-12	2 2 2
Встык, с Vобразной разделкой кромок на подкладке	5-8 10-12	1,5-2,0 2,0	220-280 260-280	21-24 21-25	20-25 15-20	8-10 8-12	2-3 3-4
Встык, с Х образной разделкой кромок	12-16 20-25 30-60	2,0 2,0 2,0	280-360 330-360 330-360	24-28 26-28 26-28	20-25 18-20 18-20	10-12 12-15 12-15	2-4 4-8 10-40
Тавровое, угловое и нахлесточное	4-6 8-16 20-30	1,5-2,0 2,0 2,0	200-260 270-330 330-360	18-22 24-26 26-28	20-30 20-25 20-25	6-10 8-12 12-15	1 2-6 10-40

      

       Особый интерес при механизированной сварке алюминия вызывает использование источника питания ВД-306ДК с механизмом подачи ПДГО-508(510) (полуавтоматический модуль мультисистемы «Сорока»). Использование этого источника вызывает большой промышленный интерес в виду того, что в нем применены принципиально новые технические решения: низковольтная постоянная подпитка сварочной дуги напряжением 10-11В. Особенностью низковольтной подпитки напряжения на сварочной дуге является наложение постоянно действующего отрицательного потенциала. Это обеспечивает непрерывное горение электрической дуги, улучшает удаление окисной пленки, обеспечивает более мягкий переход капель электродного металла в сварочную ванну, уменьшает разбрызгивание и улучшает стабильность горения электрической дуги и качество формирования сварного соединения. Высоковольтная подпитка служит для облегчения зажигания дуги. Таким образом, в указанной схеме стало возможным производить регулирование продолжительности коротких замыканий и их частоты, возможность регулирования тока короткого замыкания. Установка имеет также возможность регулировки угла наклона вольтамперных характеристик и возможность производить сварку на значительном удалении от источника питания (до 20м). Последнее обеспечивается за счет применения обратных связей по току и напряжению на дуге. Для реализации последнего необходимо применять подающий механизм ПДГО-510Т и выпрямитель ВД-306ДК. Следует напомнить, что этот источник обеспечивает высококачественную сварку алюминия и его сплавов в режиме ручной дуговой сварки. Кроме того, его использование позволяет решить проблемы комплектации сварочной техникой цехов, когда все виды сварки (ММА, МИГ,ТИГ) можно производить на базе одного выпрямителя, комплектуя его различными приставками (БУСП-ТИГ, ПДГО) для реализации различных технологических процессов.

         Механические свойства сварных соединений из сплава АМг6 толщиной 10 мм, выполненных механизированной сваркой на традиционных источниках питания (типа ВДУ-506) следующие: .В = 30,6 кг/мм2, угол загиба . = 133 град.

 

Механизированная импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом.

 

       Повысить качество металла шва алюминиевых сплавов удается применением техники управляемого переноса металла при импульсно-дуговой сварке. Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом отличается от обычной тем, что на постоянный ток обратной полярности, получаемый от основного источника питания, накладываются кратковременные импульсы тока с определенной частотой (как правило, 50 или 100Гц). Импульсы генерируются импульсным устройством для получения мелкокапельного направленного переноса электродного металла через дугу при более низких значениях сварочного тока, чем это имеет место при естественном мелкокапельном переносе. Величину и длительность импульсов сварочного тока выбирают такими, чтобы можно было обеспечить управляемый перенос металла с торца электрода небольшими каплями в широком диапазоне токов. Как правило, в паузах между импульсами значение тока небольшое, но достаточное для поддержания горения сварочной дуги, при котором ввод теплоты в изделие уменьшается и отсутствует перенос металла.

       Импульсно-дуговая сварка обеспечивает повышение механических свойств наплавленного металла и сварных соединений в целом, улучшает стабильность процесса, позволяет выполнять сварку в различных пространственных положениях с улучшенным формированием швов, существенно стабилизировать провар корня шва.

        Для механизированной импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом используют источник питания ВДГИ-302, который комплектуется подающим механизмом ПДИ-304.

      

Ориентировочные режимы механизированной импульсно-дуговой сварки алюминия и его сплавов плавящимся электродом в аргоне.

 

b,  мм	dЭЛ.ПР., мм	Частота импульсов, 1/с	А	UД, В	м/ч	Расход аргона, л/мин	Число проходов
4	1,4-1,6	50	130-150 17-	19 20-	25	10-12	1
5	1,4-1,6	50	140-170 17-	19 20-	25	10-13	1
6	1,4-1,6	100	160-180 18-	21 20-	25	12-14	1
8	2,0	100 160-	190 22-24	25-	30 12-	14 2
10	2,0	100 220-	280 24-	26 25-	30 14-	16	2

  

      В последние время широкое распространение при импульсно-дуговой сварке алюминия получили инверторные установки. Наиболее характерным представителем является установка для механизированной сварки типа Sinermig – 401 («OZAS»). Работа источника осуществляется на частоте 26 кГц с возможностью наложения дополнительных импульсов регулируемой амплитуды и скважности. Применение дополнительных импульсов позволяет увеличить производительность на 25% (по данным ОАО «Адмиралтейские верфи»). Использование этого источника позволяет получать кроме указанных выше возможностей, еще и формирование швов с обратным валиком и т.д., что часто требуется при сварке трубопроводов. Это достигается за счет возможности регулировки амплитуды и скважности импульсов, что невозможно на установке ВДГИ-302, где импульсы следуют постоянной амплитуды и частоты.