Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением

Механические свойства сварных  соединений из сплава АМг6 толщиной 10 мм, выполненных механизированной сваркой  на традиционных источниках питания (типа ВДУ-506) следующие [7]: .В = 30,6 кг/мм2, угол загиба . = 133 град.  

2.4.2. 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 приведены в табл. 2.7.

Таблица 2.7.  

Ориентировочные режимы механизированной импульсно-дуговой сварки алюминия и его сплавов плавящимся электродом в аргоне. [5]

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 годы 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. Однако, данных по механическим свойствам изделий  из алюминия и его сплавов, сваренных  на таком источнике, не существует, ввиду его новизны, поэтому, точно  делать выводы о применимости его  для сварки конструкций из алюминиевых  сплавов нельзя. В данной работе ниже приводится систематические данные по сравнению механических свойств  на различных источниках питания  при различных видах сварки.  

3. Оценка способов  дуговой сварки алюминия и  его сплавов.  

1. Электродуговая сварка  алюминия является сложным процессом  и требует точного поддержания  параметров технологического процесса. Это обусловлено специфическими  свойствами алюминия (низкая температура  плавления ТПЛ =   

VCВ

IСВ 6600С, высокая теплопроводность . = 0.52 кал/см.сек.⁰С, высокая скорость кристаллизации металла шва, высокое сродство к кислороду, высокий коэффициент линейного расширения . = 24,58.10-6). При нарушении технологии швы могут быть плохого качества. Основными дефектами являются непровары, прожоги, поры, трещины, окисные и вольфрамовые включения, а также неудовлетворительное формирование шва.  

2. При всех видах электродуговой  сварки алюминия применяют специальные  технологические и конструктивные  меры, способствующие удалению окисной  пленки с поверхности свариваемого  металла, шлаковых включений,  снижению загазованности сварочной  ванны, уменьшающие коробление  и т.д., которые описаны в настоящей  работе.  

3. Принципиально дуговая  сварка алюминия и его сплавов  может осуществляться всеми известными  методами: ручная дуговая сварка  покрытыми электродами, аргонодуговая  сварка неплавящимся электродом (симметричным переменным током,  асимметричным переменным током,  импульсная), плазменная сварка, полуавтоматическая  аргонодуговая сварка плавящимся  электродом (с использованием источников  питания, выполненных по стандартной  схеме выпрямления, с использованием  низковольтных и высоковольтных  подпиток напряжения на сварочной  дуге – комбинированная вольтамперная  характеристика, с наложением импульсов  на сварочное напряжение). Особое  внимание при использовании этих  методов необходимо обратить  на то, что сварку необходимо  осуществлять на обратной полярности  или переменном токе. Этот процесс  промышленно освоен. Применение  сварки на прямой полярности  принципиально возможно и обеспечивает  высокое качество но находится  в стадии лабораторных образцов. В табл. 3.1 приведено сравнение  механических свойств сварного  соединения из сплава АМГ-5, выполненного  различными методами и наличия  внутренних дефектов.  Сварка производилась на сплаве АМг5, S = 2.5 мм, = 1.2 мм.  

Таблица 3.1  

Зависимость механических свойств  сварного соединения из АМг-5 от вида сварки

Вид сварки

Установка

Режим сварки

.В, кгс/мм2

., град

Дефекты

Исходный  материал

32

 

Механизированная сварка плавящимся электродом

ВС-300Б

=110А,  UД = 18В

19

105

П1,0; 7П0,3

ВДУ-506

=125А,  UД = 18В

21

125

3П0,3; П1,0

ВД-506ДК

=120А,  UД = 17В

26

45

10П0,3

Механизированная импульсно-дуговая  сварка плавящимся электродом

ВДГИ-302

f = 100Гц,  =100А, UД = 20В

10

90

2Н5,0; 6П0,3; 2П1,0

ВДГИ-302

f = 50Гц, IСВ = 100А, UД = 20В

27

103

 

Синермиг-401

= 87А, UД = 16В

18

130

3П1,0; 3П0,5 

IСВ  IСВ  IСВ IСВ IСВ dПР

Аргонодуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом  с подачей присадочной проволоки

УДГУ-351

Симметричный ток, IСВ = 50А

16

37

Ц5В0,5; 5П0,3; В0,5

УДГУ-351

Асимметричный ток, IСВ = 50А,  КАС = 0.56

9

90

3П0,3; В2,0

УДГУ-351

Асимметричный ток, IСВ = 50А,  КАС = 0.43

26

83

4С5В0,5; 2В0,5

УДГУ-351

Пульсир. режим  = 0.15с, tп= 0.15с, IСВ = 50А

23

75

2С10В0,5; С20В0,5; П 1,0 

 

Из анализа данных таблицы 3.1 следует: . . . .  

Наилучший результат обеспечивает стандартная установка для импульсно-дуговой  механизированной сварки типа ВДГИ-302 на частоте следования импульсов 50Гц. Сварные соединения, сваренные этим методом, единственные среди исследованных  в работе, не имеют внутренних дефектов, имеют самую высокую механическую прочность сварного соединения (84% от прочности основного металла) и  один из самых высоких углов загиба.  

Ко второй группе установок  относятся выпрямители для полуавтоматической сварки (ВД-306(506)ДК, ВДУ-506), которые показали очень неплохие результаты. Механическая прочность составляет 81,2% от прочности  основного металла для ВД-306ДК и 65% для ВДУ-506.  

К третьей группе установок  относится синергетический источник Синермиг-401 на котором производилась  импульсно-дуговая механизированная сварка на базовой частоте 26кГц и  подача дополнительных импульсов на частоте 100Гц. Полученные данные по этому  источнику достаточно противоречивы. С одной стороны получена самая  высокая пластичность сварного соединения (данные по углу загиба), с другой стороны  – один из самых низких показателей  механической прочности (56% от прочности  основного металла).  

К четвертой группе установок  можно отнести метод сварки ТИГ  на установках типа УДГУ-501. Самым интересным результатом является факт, что при  сварке переменным симметричным током  получены одни из самых низких показателей  по механической прочности и углу загиба сварного соединения (50% от прочности  основного металла). Хуже имеются  данные только при коэффициенте асимметрии 0,43, т.е., когда синусоида напряжения на электроде горелки и изделии  сдвинута в положительную область, т.е. на изделии присутствует больше положительного потенциала, чем отрицательного (28% от прочности основного металла). Картина качественно меняется, когда  коэффициент асимметрии составляет 0,53, т.е. синусоида напряжения на электроде  и изделии сдвинута в отрицательную  область (81,2% от прочности основного  металла) или когда применен пульсирующий режим сварки (72 % от прочности основного  металла).  

Объяснить полученные результаты можно следующим образом: при  сварке алюминиевых конструкций  и использовании алюминиевой  проволоки для  обеспечения формирования плотного малоокисленного сварного соединения перенос должен вестись каплями достаточно однородного размера, причем размер этих капель должен не быть минимальным, а перенос, соответственно, не должен быть струйным. В противном случае, при использовании инверторных источников питания, когда из-за работы источника питания на большой частоте происходит процесс дробления капель, происходит их интенсивное окисление, ввиду резкого увеличения удельной поверхности капель. Сварное соединение формируется из капель минимального размера, которые достаточно окислены, поэтому механические свойства соединения невелики, но внешний вид и пластичность соединения находятся на высоком уровне. Для формирования высококачественного сварного соединения просто не хватает степени газовой защиты, а сварка со специальными дополнительными газовыми поддувами или камерами с контролируемой атмосферой экономически не оправдана.  

Косвенно полученный вывод  подтверждает результат по использованию  другого импульсно-дугового источника, но работающего на промышленной частоте  – ВДГИ-302. В этом случае, уменьшение частоты следования импульсов со 100 до 50Гц, т. е. не стремление к струйному  переносу, а стремление фиксировать  размер капель электродного металла  на уровне 0,8-1 мм, позволило получить самые высокие результаты.  

В таблице 3.2 приведены экспериментальные  характеристики сварочного процесса при  механизированной сварке плавящимся электродом (dэ=1.2 мм) в среде аргона сплава АМг5. Таблица 3.2 Экспериментальные характеристики сварочного процесса при механизированной сварке плавящимся электродом (dэ=1.2 мм) в среде аргона сплава АМг5    

 

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ПОЖАРНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ СВАРОЧНЫХ РАБОТ 

Леса, подмостки и трапы  на судне должны быть надежными, изготовленными по утвержденным чертежам и принятыми  представителями отдела техники  безопасности. Леса должны иметь бортовые доски высотой 150 мм, чтобы исключить  падение вниз инструментов или других предметов. На лесах обязательно  устанавливают 2-3 яруса лееров. Трапы  или сходни должны быть прочно закреплены и иметь перила по обеим сторонам. Не допускается перегрузка лесов  сверх нормы. Необходимо следить, чтобы  по одной вертикали на лесах и  площадках не работало несколько  человек.

Запрещается работать на мокрых, скользких и обледенелых палубах  судна и настилах лесов. Лед надо сколоть, а мокрые места посыпать песком, опилками и т.п.

Все рабочие места в  цехе и на судне должны быть оборудованы  средствами тушения пожаров. В жаркое время года деревянные настилы лесов  периодически поливают водой. Все горючие  и быстровоспламеняющиеся материалы  хранят в специальных помещениях и специальной таре. При использовании  огнеопасных материалов нужно строго придерживаться инструкций.

В случае возникновения пожара в цехе или на судне необходимо срочно вызвать пожарную команду  завода, а до ее прибытия принять  меры по тушению пожара (воспользоваться  огнетушителем, песком и водой) и  меры по обеспечению безопасности людей  и спасению имущества от огня.

Следует помнить, что масло, нефть можно тушить пенными огнетушителями или песком. Горячую электропроводку  и электрические машины, находящиеся  под напряжением, нельзя тушить водой  и пенными огнетушителями, так  как это может привести к поражению  людей электрическим током. В  таких случаях нужно немедленно обесточить проводку и машины и только после этого приступить к тушению  огня. При возникновении пожара очень  важно сохранить спокойствие, дисциплину и беспрекословно выполнять распоряжения руководителя, ответственного за тушение  пожара.

Ответственность за организацию  и состояние техники безопасности на предприятиях несет администрация  этих предприятий, в составе которой  имеются специальные отделы по технике  безопасности, или инженеры по технике  безопасности.

Все рабочие, перед допуском к работе, должны быть проинструктированы по безопасному ведению работ  и в случае необходимости сдать  соответствующее испытание по правилам техники безопасности.

Вредное влияние излучения  электрической дуги, невидимые ультрафиолетовые лучи, используемые сварочной дугой, вредно действует на сетчатку и роговую  оболочку глаз. Если смотреть не защищенными  глазами на свет дуги в течение 5-10 минут, то спустя 1-2 часа после этого, появляется боль в глазах, спазмы век, слезотечение, светобоязнь и воспаление глаз. В этом случае нужно обратиться к врачу.

Для защиты зрения служат щитки  и маски с защитными стеклами. Стекла совершенно не пропускают ультрафиолетовых лучей, а инфракрасные лучи пропускают лишь в пределах от 0,1 до 3% от общего количества.

Для предохранения от действия лучей сварочной дуги, людей, работающих по соседству с местами сварки, ограждают светонепроникающими  щитами, ширмами или кабинами из фанеры и брезентом высотой 1,8 м. Для улучшения вентиляции внутри кабины, стенки не доводят до пола на 25-30 см. чтобы уменьшить разность в яркости света, стенки кабин  окрашивают в матовые светлые  тона (серый, голубой, желтый) и увеличивают  искусственную освещенность рабочего места.

Поражение электрическим  током. Предельное напряжение холостого  хода при сварке не должно превышать, как правило, 70 В. Особенно опасно поражение  током при сварке внутри резервуаров, где сварщик соприкасается с  металлическими поверхностями, находящимися под напряжением по отношению  к электродержателю.

Список используемой литературы.