Сварка алюминия в среде защитных газов

В сварных конструкциях получили распространение деформируемые алюминий (АД, АД1 и др.) и алюминиевые сплавы, не упрочняемые термообработкой (АМц, АМг, АМг3, АМг63, АМг6 и др.), а также упрочняемые термообработкой (Д20, М40, Д20, ВАД23, В92А,1201,1420 и др.). Литейные сплавы применяются в сварных конструкциях редко. С помощью сварки плавлением изделий из алюминиевых сплавов получаются различные виды сварных соединений – стыковые, нахлесточные, тавровые и угловые. Наибольшее распространение получили стыковые соединения. Нахлесточные, тавровые и угловые соединения желательно выполнять аргонодуговой сваркой.

Для сварки алюминиевых сплавов в защитных газах применяют аргон первого сорта или смеси аргона с гелием. При этом разрушение оксидной пленки происходит в результате катодного распыления, в связи с чем, сварку алюминиевых сплавов в аргоне желательно выполнять на постоянном токе обратной полярности. Это возможно при автоматической и полуавтоматической сварке плавящимся вольфрамовым электродом. 

Разработан метод микроплазменной сварки на переменном токе, обеспечивающий нормальное катодное распыление и очистку ванны в полупериоды обратной полярности и достаточную стойкость вольфрамового электрода. Этот метод позволяет сваривать алюминиевые сплавы толщиной 0,2…2 мм при силе тока 10…100 А. В качестве плазмообразующего газа, при микроплазменной сварке используют аргон, а в качестве защитного газа – гелий. Гелий, защищая ванну от контакта с атмосферой, затрудняет развитие фронта ионизации в радиальном направлении, т. е. делает дугу пространственно устойчивой.

 

 

 

1.1 Сварка Полуавтоматом

 

Сварка плавящимся электродом алюминия в защитном газе может быть, как автоматической, так и полуавтоматической. В данном случае имеется в виду сварка с формирующей канавкой на подкладках. Сварка алюминия полуавтоматом примечательна тем, что возможна в разнообразных пространственных положениях. Причем данная технология сварки алюминия дает добро на замену менее совершенного процесса сварки сплавов этого металла покрытыми электродами. В процессе такой полуавтоматической сварки рекомендуется использование тянущей разновидности механизмов подачи. В настоящее время, сварка алюминия в защитной среде аргона является одним из самых распространенных видов сварки алюминия. Сварка алюминия в среде защитных газов не плавящимися электродами. При сварке алюминия и его сплавов в среде аргона, производящейся не плавящимися (вольфрамовыми) электродами, используется технология сварки алюминия аргоном со следующими параметрами. Применяется аргон либо высшего, либо первого сорта, а также может использоваться гелий высокой чистоты или его смесь с аргоном. Этот вид процесса используют при сварке не длинных швов, и выполнении не больших объемов сварочных работ. Технология сварки алюминия аргоном. Схема сварки алюминия полуавтоматом 
 

Ручной способ сварки не плавящимися электродами в защитной среде аргона, осуществляется вольфрамовыми электродами. Наиболее часто применяются электроды, имеющие диаметр от 2 до 6 миллиметров. Диаметр используемого электрода, расход аргона, сила сварочного тока зависят от толщины свариваемого металла. Например, сварка алюминия аргоном металла толщиной от 4 до 6 миллиметров производится вольфрамовыми электродами диаметром 4 миллиметра и силе сварочного тока в 160 – 180 Ампер, при расходе аргона около 10 л/мин. Существуют таблицы, где приводятся подобные данные. При этом рекомендуется применять установки переменного тока типа УДГ-300, УДГ-500. Листы из алюминия и его сплавов толщиной до 3 миллиметров, при сварке на подкладке, свариваются за один проход. При толщине 4-6 миллиметров, не разделывая кромок, листы можно сварить за два прохода – по одному проходу на сторону. Если сваривается металл толщиной более 6 миллиметров, то необходима V-образная разделка стыка и по два прохода на каждую сторону. А для толщины 8-15 миллиметров уже нужна Х-образная разделка. При этом каждую сторону стыка, необходимо, пройти по два раза. Для увеличения производительности, используют трехфазную дугу. Так как, источник нагрева становится мощнее в три раза – это позволяет сваривать листы алюминия до 30 миллиметров толщиной, при сварке на прокладке. Нагрев металла происходит одной независимой дугой между электродами, и двумя зависимыми дугами между металлом и электродами. Сварка алюминия в среде защитных газов плавящимся электродом. В качестве плавящегося электрода применяется присадочная проволока из алюминия или его сплавов. При этом чаще всего, сварка алюминия аргоном проводится при помощи полуавтоматической или автоматической сварки. При длинных швах и больших объемах сварочных работ, когда требуется большая производительность, ничего не остается, как варить алюминий аргоном на полуавтоматических или автоматических установках. Диаметр используемой проволоки может быть от 1,5 до 2,5 миллиметров, сварка алюминия полуавтоматом проводится обратно полярным постоянным током. Кромки стыков при этом разделываются X-образным V-образным способом, угол раскрытия составляет от 70 до 90 градусов, для размещения наконечника горелки в разделке. Производительность достигает сорока метров в час, при подаче проволоки со скоростью до 400 метров в час. Это позволяет сваривать металл толщиной 16 миллиметров за один проход, при сварке на прокладке, и за два прохода, сваривается металл толщиной до 30 миллиметров. При сварке алюминия в среде аргона цена одного сантиметра шва, в среднем по России, составляет от 100 до 300 рублей. Трудности, возникающие при сварке алюминия и его сплавов. Главной трудностью, является образование пленки из тугоплавкого оксида алюминия, который имеет температуру плавления 2050 °С и плотность большую, чем у алюминия. Это усложняет процесс сплавления, и при этом металл шва загрязняется частичками этой пленки. Оксидную пленку при сварке в среде аргона удаляют при помощи катодного распыления. Но оно возможно при сварке с обратной полярностью, а при сварке неплавящимися электродами в аргоновой среде из-за неправильного теплового распределения межу изделием и электродом обратная полярность не применима. По причине этого, сварку проводят на переменном токе, при котором пленка разрушается в полупериоды обратной полярности. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

1.2 Способы варки, виды

Сварка плавлением осуществляется при нагреве сильным концентрированным источником тепла (электрической дугой, плазмой и др.) кромок свариваемых деталей, в результате чего кромки в месте соединения расплавляются, самопроизвольно сливаются, образуя общую сварочную ванну, в которой происходят некоторые физические и химические процессы.

Сварка давлением осуществляется пластическим деформированием металла в месте соединения под действием сжимающих усилий. В результате различные загрязнения и окислы на свариваемых поверхностях вытесняются наружу, а чистые поверхности сближаются по всему сечению на расстояние атомного сцепления.

 

Основные виды сварки:

 

• Ручная дуговая сварка осуществляется покрытыми металлическими электродами. К электроду и свариваемому металлу подводится переменный или постоянный ток, в результате чего возникает дуга, постоянную длину которой необходимо поддерживать на протяжении всего процесса сварки.

 

• Дуговая сварка под флюсом. Сущность сварки состоит в том, что дуга горит под слоем сварочного флюса между концом голой электродной проволоки. При горении дуги и плавлении флюса создаётся газошлаковая оболочка, препятствующая отрицательному воздействию атмосферного воздуха на качество сварного соединения.

 

• Дуговая сварка в защитном газе производится как неплавящимся (чаще вольфрамовым), так и плавящимся электродам.

 

• При сварке неплавящимся электродом дуга горит между электродом и свариваемым металлом в защитном инертном газе. Сварочная проволока вводится в зону сварки со стороны.

 

• Сварка плавящимся электродам выполняется на полуавтоматах и автоматах. Дуга в данном случае возникает между непрерывно подающейся голой проволокой и свариваемым металлом.

 

• В качестве защитных газов применяют инертные (аргон, гелий, азот) и активные газы (углекислый газ, водород, кислород), а также смеси аргона с гелием, либо углекислым газом, либо кислородом; углекислого газа с кислородом и др.

 

• Газовая сварка осуществляется путём нагрева до расплавления свариваемых кромок и сварочной проволоки высокотемпературным газокислородным пламенем от сварочной горелки. В качестве горючего газа применяется ацетилен и его заменители (пропан-бутан, природный газ, пары жидких горючих и др.)

 

• Электрошлаковая сварка применяется для соединения изделий любой толщины в вертикальном положении. Листы устанавливают с зазором между свариваемыми кромками. В зону сварки подают проволоку и флюс. Дуга горит только в начале процесса. В дальнейшем после расплавления определённого количества флюса дуга гаснет, и ток проходит через расплавленный шлак.

 

• Контактная сварка осуществляется при нагреве деталей электрическим током и их пластической деформации (сдавливании) в месте нагрева. Местный нагрев достигается за счёт сопротивления электрическому току свариваемых деталей в месте их контакта. Существует несколько видов контактной сварки, отличающихся формой сварного соединения, технологическими особенностями, способами подвода тока и питания электроэнергией.

 

 

Виды контактной сварки:

 

• Стыковой контактной сварке свариваемые части соединяют по поверхности стыкуемых торцов.

 

• Точечной контактной сваркой соединение элементов происходит на участках, ограниченных площадью торцов электродов, подводящих ток и передающих усилие сжатия.

 

• Рельефная контактная сварка осуществляется на отдельных участках по заранее подготовленным выступам – рельефам.

 

• Шовной контактной сварке соединение элементов выполняется внахлёстку вращающимися дисковыми электродами в виде непрерывного или прерывистого шва.

 

Электронно-лучевая сварка. Сущность процесса сварки электронным лучом состоит в использовании кинетической энергии электронов, быстро движущихся в глубоком вакууме. При бомбардировке поверхности металла электронами подавляющая часть их кинетической энергии превращается в теплоту, которая используется для расплавления металла.

Для сварки необходимо: получить свободные электроны, сконцентрировать их и сообщить им большую скорость, чтобы увеличить их энергию, которая при торможении электронов в свариваемом металле превращается в теплоту.

Электронно-лучевой сваркой сваривают тугоплавкие и редкие металлы, высокопрочные, жаропрочные и коррозионно-стойкие сплавы и стали. 

 

1.3 Сварочное оборудование

 

В качестве источника питания для Электрической дуги применяют «Трансформатор», «Выпрямитель», «Преобразователь». Сварочный 
трансформатор предназначен для положения напряжения сети до необходимого рабочего напряжения и регулировки силы сварочного тока. Он состоит из: корпуса, сердечника, первичной и вторичной обмотки, переключателя ступеней, токоуказательного механизма. Сварочный выпрямитель представляет собой устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Он состоит из: силового трансформатора, блока силовых вентилей, стабилизирующего дросселя, блока защиты, системы управления вентилями. Сварочный преобразователь – это машина, служащая для преобразования переменного тока в постоянный сварочный ток. Преобразователь состоит из: генератора постоянного тока и приводного трехфазного двигателя, находящихся на одном валу и в одном корпусе. При изготовлении Балки я буду использовать выпрямитель ВДУ-601 – Выпрямитель дуговой универсальный номинальная мощность которого 600 Ампер номер модификации 1. 

В настоящее время существует большое количество видов и типов сварки, вот только некоторые из них: - ручная электродуговая с - аргонодуговая сварка - полуавтоматическая сварка - плазменная сварка - точечная сварка - газовая сварка - контактная сварка (сопротивлением) - электронно-лучевая сварка - лазерная сварка - термическая сварка варка. Каждому виду соответствует своё специальное оборудование.

 

Но в данной работе нас интересуют устройства, производящие сварку с помощью электрического тока. Электродуговой сварочный аппарат, как правило, представляет собой источник питания постоянного или переменного тока, сварочная цепь которого гальванически развязана от сети электропитания, выполняющий функцию дуговой сварки плавлением, контактной сварки, сварки давлением. Он может представлять собой простой трансформатор, а так же сложный высокотехнологический агрегат. В течение последних 100 лет для того, чтобы получить источник питания для сварки, использовалось большинство из доступных электрических и электронных технологий: от обыкновенного трансформатора до инверторов, обеспечивающих резонанс на частоте переключения более 100 кГц, от селеновых диодов до 32-разрядных микропроцессоров.

 

1.4 Характеристика  свариваемой стали 

Сварное соединение по своему качеству зависит от металлов, которые свариваются, металла электрода и вида его обмазки, режима сварки, температуры нагрева и т. п.

 

Свариваемость — свойство металлов образовывать сварное соединение при установленной технологии сварки, которое отвечает требованиям конструкции и эксплуатации изделий.

 

Различаются физическая, технологическая и эксплуатационная свариваемость.

 

Физическая или металлургическая свариваемость определяется процессами на границе соприкосновения свариваемых деталей. При этом на границе соприкосновения свариваемых деталей должны произойти физико-химические процессы (химическое соединение, рекристаллизация и т. п.), в результате которых и образуется прочное соединение. Протекание физико-химических процессов на границе свариваемых металлов определяется их свойствами.

 

Материалы одного химического состава (однородные) с одинаковыми свойствами обладают физической свариваемостью.

 

Сваривание неоднородных материалов может не произойти, если они не обладают физической свариваемостью.

 

Технологическая свариваемость — возможность получения сварного соединения определенным способом сварки. По технологической свариваемости устанавливаются оптимальные режимы сварки и способы сварки, последовательность выполнения работ для получения требуемого сварного соединения. Основными показателями технологической свариваемости являются стойкость образуемого при сваркешва против горячих трещин и против изменений в металле под действием сварки.