Аргонно дуговая сварка алюминия

Специфические особенности алюминия и сложности при его сварке. Конструктивная кинематическая схема поста для аргонодуговой сварки. Технические характеристики горелки. Используемые электроды и присадочные материалы. Подготовка деталей и режимы сварки.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	04.12.2009
Размер файла	197,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Аргонодуговая сварка алюминия

1. Описание способа

2. Конструктивная кинематическая схема поста для аргонодуговой сварки

3. Оборудование и материалы для аргонодуговой сварки

3.1 Горелка аргонодуговой сварки АГНИ-07М (315 А/DC, 250 А/AC, 2-е оси, водяное охлаждение)

3.2 Установка для аргонодуговой сварки TIGer 201

4. Подготовка деталей к сварке

5. Особенности сварки

6. Техника и режимы аргонодуговой сварки

Список использованной литературы

Алюминий сегодня практически повсеместно используется в нашей жизни и в различных отраслях промышленного производства. Из него делают все, начиная от алюминиевых ложек и заканчивая деталями кузова автомобиля. Особые механические и антикоррозийные свойства, а также малый удельный вес алюминия позволяет человеку использовать его для создания легких и в то же время прочных конструкций. Но рано или поздно предметы, выполненные из этого удобного и высокотехнологичного материала, ломаются или выходят из строя. Поэтому неудивительно, что необходимость в сварке алюминия или деталей из алюминия достаточно часто возникает даже в домашнем быту. Сварка алюминия традиционно отличается повышенной сложностью, тонкостью работы и необходимостью высокой квалификации у специалистов, занимающихся подобной работой.

Сложность сварки алюминия, прежде всего, объясняется специфическими особенностями этого металла по сравнению со сталью. Например, алюминий имеет высокую теплопроводность (в несколько раз выше, чем у рядовых сталей), поэтому тепло от места сварки алюминия интенсивно отводится в свариваемые детали, и одновременно низкой температурой плавления, причем прочность алюминия при его нагреве резко снижается. Все это приводит к тому, что вероятность "прожога", появления так называемых "горячих трещин" или даже расплавления детали при сварке алюминия весьма высока.

При взаимодействии с кислородом на поверхности алюминия мгновенно образуется оксидная пленка, которая не позволяет работать с этим металлом при помощи обычной электродуговой сварки. Именно поэтому для предотвращения образования оксида алюминия процесс сварки производят в среде инертных газов. В частности, практически во всех случаях технология сварки алюминия подразумевает использование специального оборудования, где в качестве инертной среды используется аргон (отсюда сварку алюминия часто называют аргонодуговой сварки). Иногда используют и газовую смесь аргона с гелием, которая способствует более полному газовыделению и потенциальному отсутствию пор.

Аргонная сварка не имеет ничего общего с пайкой или плазменным напылением. Сварка алюминия — процесс сложный и требующий от специалиста высокой квалификации. В первую очередь это связано с химическими особенностями алюминия.

При нагреве алюминия и его соприкосновении с кислородом воздуха, на поверхности образуется пленка окисла, которая препятствует работе с ним с использованием обычной электродуговой сварки. Для предотвращения взаимодействия нагретого алюминия с содержащимся в воздухе кислородом применяют один из инертных газов, а именно

Для сварки применяют тугоплавкие электроды из вольфрама. Электрод окружен керамическим соплом, из которого под высоким давлением к месту сварки нагнетается аргон. Благодаря этому в области сварки аргоном поддерживается среда с очень низким содержанием кислорода, что позволяет держать электрическую дугу между деталью и окончанием неплавящегося электрода. Главная цель создаваемой таким путем электродуги — это плавка самой детали и присадочной проволоки.

Аргонная сварка также подходит для различных сплавов. Присадочный материал выбирается близкий по составу к металлу, из которого изготовлена деталь. Шов, получившийся после дуговой сварки с аргоном, представляет собой единое целое со свариваемыми деталями, что позволяет обеспечить прочность, герметичность, и долговечность будущего изделия.

2. Конструктивная кинематическая схема поста для аргонодуговой сварки

Аргонодуговая сварка осуществляется плавящимся и неплавящимся электродами. При восстановлении деталей используется в основном сварка неплавящимся вольфрамовым электродом с ручной подачей присадочного материала в зону горения дуги (рис. 1).

Рисунок 1 — Защита зоны горения дуги

Для защиты сварочной ванны от окисления в зону горения дуги под небольшим давлением подают защитный газ. Общий вид рабочего поста для сварки алюминия аргонодуговой сваркой представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 — Схема рабочего поста для аргонодуговой сварки

1 — баллон с аргоном; 2 — газовый редуктор; 3 — электропневмоклапан; 4 — ротаметр; 5 — шкаф электропитания; 6 — установка ИСВУ-315-1; 7 — станция охлаждения; 8 — горелка; 9 — свариваемое изделие; 10 — рабочий стол; 11 — вытяжной зонт.

3. Оборудование и материалы для аргонодуговой сварки

Для осуществления аргонно-дуговой сварки используют установки УДГ-301, УДГ-501, ВСВУ-315, ИСВУ-315-1, ТИР-300, ТИР-300ДМ и др. В качестве неплавящегося электрода при аргонно-дуговой сварке используют вольфрамовые прутки марки ВА-1А, ВТ-15 или ВЛ-10. Диаметр вольфрамового электрода выбирают в зависимости от сварочного тока. Неплавящиеся электроды из вольфрама относятся к дорогостоящим сварочным материалам.

Поэтому необходимо выполнять определенные условия для снижения расхода вольфрама при горении дуги. Интенсивный расход возникает в результате прямого контакта электрода с расплавленным металлом или его парами, в результате чего на рабочей поверхности вольфрамового электрода образуются более легкоплавкие сплавы.

В качестве присадочного материала применяют проволоку марки Св-АК5, Св-А97, Св-АК10 или Св-АК12. Возможно также применение полосок нарезанных из листового алюминия толщиной 4-5 мм. Присадочный материал перед применением необходимо обезжирить растворителем, а непосредственно перед сваркой зачищают шлифовальной шкуркой.

В качестве защитного газа применяют аргон чистотой не менее 99,9% (по ГОСТ 10157-73, сорта: высший, первый и второй) или смеси аргона с гелием. Аргон также является дорогостоящим расходным материалом. Основными мерами снижения расхода аргона в процессе сварки являются:

—правильная настройка защитной струи посредством ротаметра,

—ведение процесса сварки с максимально возможной производительностью;

—включение в состав оборудования электромагнитного клапана, управляемого подачей защитного газа непосредственно во время сварки.

Кнопка управления электромагнитным клапаном у некоторых типов горелок расположена на рукоятке.

АГНИ-07М — горелка предназначенная для ручной сварки не плавящимся электродом в среде инертных газов малоуглеродистых и нержавеющих сталей, сплавов меди, никеля, титана на постоянном токе прямой полярности позволяет также сваривать алюминиевые сплавы на переменном токе. Конструкция горелки АГНИ-07М обеспечивает поворот головки относительно продольной оси рукоятки на ± 180° и на 110° относительно поперечной оси в удобное для работы положение. Горелка имеет кнопку дистанционного управления сварочным током и краник для регулирования расхода защитного газа.

Технические характеристики горелки АГНИ-07М

Максимальный ток сварки: (при ПВ=60%) (постоянный), А (переменный), А

Максимальный ток цепи управления, А

Диаметр вольфрамового электрода, мм

Выходной диаметр сопла, мм

Давление газа, не более, кПа (кг/см2)

Давление воды, не более, кПа (кг/см2)

Расход защитного газа (аргона) л/мин

Габаритные размеры, мм: длина

Высота головки, min, мм max, мм

3.2 Установка для аргонодуговой сварки TIGer 201

TIGer-201 — компактный, легкий, экономичный инвертерный сварочный аппарат для ручной дуговой сварки штучными электродами (ММА), ручной аргонодуговой импульсной сварки (PULSE TIG) на постоянном токе изделий из алюминия, нержавеющих и углеродистых сталей и цветных металлов (DC).

Преимущества:

· Компактный и легкий;

· Высокая производительность и низкое энергопотребление;

· Микропроцессорное управление;

· Функция «Горячий старт»;

· Регулирование длительности периода импульсов;

· Регулировка времени продувки газом до и после сварки;

· Различные импульсные функции;

· Высокая скорость сварки;

Сварочный ток, А

Полезная нагрузка, ПН/ПВ,%

Диаметр электрода MMA/TIG, мм

4. Подготовка деталей к сварке

При подготовке деталей из алюминиевых сплавов под сварку профилируют свариваемые кромки, удаляют поверхностные загрязнения и окислы. Обезжиривание и удаление поверхностных загрязнений осуществляется с помощью органических растворителей (уайт-спирит, технический ацетон, растворители РС-1 и РС-2 и др.) или обработкой в специальных ваннах щелочного состава. Удаление поверхностной окисной пленки является наиболее ответственной операцией подготовки детали. При этом в основном удаляют старую окисную пленку, полученную в результате длительного хранения и содержащую значительное количество адсорбированной влаги.

Окисную пленку можно удалять с помощью металлических щеток из проволоки диаметром 0,1-0,2 мм при длине ворса не менее 30 мм или шабрением. После зачистки кромки обезжиривают растворителем. Продолжительность хранения деталей перед сваркой после зачистки 2-3 ч.

5. Особенности сварки

Алюминиевые сплавы обладают рядом специфических свойств, затрудняющих их сварку.

Главным затруднением для сварщика является то, что алюминиевый сплав при нагреве не меняет своего цвета, поэтому при недостаточном навыке сварщик может не заметить начало расплавления металла, результатом чего явится проваливание стенки детали под собственной тяжестью.

Алюминий и его сплавы отличаются высоким сродством кислороду, водороду и азоту. Окисление алюминия происходит при всех температурах, поэтому поверхность деталей из алюминиевых сплавов всегда покрыта окисной пленкой, которая по своим физическим свойствам значительно отличается от основного металла. Она намного тяжелее сплава, а температура плавления окисной пленки 2050С, в то время как температура плавления алюминия и его сплавов 650-670С. Попадая в сварочную ванну, окисная пленка затрудняет сплавление с кромками и ухудшает формирование шва. Вследствие высокой адсорбционной способности к газам и парам воды оксидная пленка является источником газов, растворяющихся в металле, и косвенной причиной возникновения в нем несплошностей различного рода. Частицы окисной пленки, попавшие в ванну, а также часть пленок с поверхности основного металла, не разрушенных в процессе сварки, могут образовывать окисные включения в швах, снижающих свойства соединений и их работоспособность. В условиях электродуговой сварки в инертных газах удаление окисной пленки происходит в результате электрических процессов, происходящих у катода (катодное распыление). В этих условиях возникает необходимость повышения требований к качеству предварительной обработки деталей перед сваркой с целью получения тонкой и однородной пленки по всей поверхности свариваемых кромок. Предварительная обработка уменьшает возможность образования газовых пор, содержащих атомарный водород и не успевающий выделиться вследствие больших скоростей кристаллизации сварочного шва. Основным источником водорода является влага, адсорбированная поверхностью металла в входящая в состав окисной пленки в виде гидратированных окислов.

Предупреждению пористости при сварке алюминия может способствовать сокращение удельной поверхности присадочной проволоки за счет увеличения ее диаметра и уменьшения доли участия присадочного металла в образовании шва.

При сварке алюминиевых сплавов кристаллическая структура и механические свойства металла шва могут изменяться в зависимости от состава сплава, используемого присадочного материала, способов и режимов сварки. Для всех способов сварки характерно наличие больших скоростей охлаждения и направленного отвода тепла. При кристаллизации в этих условиях часто развивается дендритная ликвация, что приводит к появлению в структуре металла эвтектики. Эвтектика снижает пластичность и прочность металла. В связи с этим в швах возможно возникновение кристаллизационных трещин в процессе кристаллизации. Поэтому в качестве присадочного металла при сварке все большее применение находят проволоки с добавками модификаторов(цирконий, титан, бор). Введение этих элементов в небольших количествах позволяет улучшить кристаллическую структуру металла швов и снизить их склонность к трещинообразованию.

6. Техника и режимы аргонодуговой сварки

Питание дуги осуществляется переменным током от источников с падающими внешними характеристиками.

Перед тем как приступить к сварке, необходимо как можно точнее определить режимы сварки (таблица 1).

Таблица 1 — Режимы аргонодуговой сварки алюминиевых сплавов неплавящимся электродом

Толщина металла в зоне сварки, мм

Сварочный ток, А

Диаметр присадочного материала, мм

Диаметр вольфрамового электрода, мм

Расход аргона, л/мин

Возбуждение дуги и разогрев электрода осуществляется на графитной пластинке, которую располагают рядом с точкой начала сварки. О готовности электрода к сварке, свидетельствует образование на электроде раскаленного шарика. В дальнейшем на протяжении всей сварки до обрыва дуги электрод должен сохранять такую форму.

К месту сварки горелку переводят быстрым движением. Следует избегать касания раскаленным электродом металла, это приводит к загрязнению вольфрама, нарушению устойчивости горения дуги и ухудшению формируемого шва. Если все же произошло случайное касание раскаленным электродом металла, сварку следует прекратить и очистить электрод от прилипших к нему частиц алюминиевого сплава. Для этого дугу зажигают на графитовой пластинке и выдерживают ее в течение 20-30 с, пока испарятся посторонние включения и на конце электрода вновь появится чистый раскаленный шарик.

Подачу присадочного материала в зону дуги начинают лишь после того, как образуется сварочная ванна с чистой поверхностью. Если сварочная ванна имеет матовый оттенок, а вокруг нее откладывается копоть, то необходимо несколько увеличить подачу аргона. Если же дуга горит неустойчиво, то расход газа следует несколько уменьшить.

Длина дуги должна быть стабильной на протяжении всей сварки и поддерживаться на расстоянии 4-5 мм от поверхности сварочной ванны. При увеличении этого расстояния уменьшается тепловая мощность дуги,увеличивается ширина зоны расплавления, деталь сильнее нагревается, отчего увеличивается ее коробление.

При заварке трещины присадочную проволоку, и вольфрамовый электрод располагают вдоль трещины. Конец проволоки не должен во время сварки выходить из зоны газовой защиты и попадать в столб дуги.

Для лучшей видимости процесса сварку ведут справа налево, а присадочную проволоку подают спереди. Шов, наложенный на трещину, должен быть слегка выпуклым и возвышаться над основной поверхностью на 2-3 мм. Поверхность шва должна быть светлой с четко выраженной мелкой чешуйчатостью. Затемненная матовая поверхность или закопченность шва свидетельствуют о ненормальной газовой защите, низком качестве аргона, подсосе воздуха вследствие неплотностей газового тракта. Плохое формирование шва происходит по причине неправильно выбранных режимов сварки или неправильной технике ведения процесса.

Для сварки алюминиевых сплавов также используют сварку вольфрамовым электродом импульсной дугой. При этом можно сваривать алюминиевые сплавы толщиной от 0,2 мм и более. Для сварки импульсной дугой необходимы специализированные источники тока типа ИПКИ-100, ИПКИ-350, ВСВУ- 315, ИСВУ-315-1 и др.

Автоматическую сварку осуществляют без подачи или с подачей присадочной проволоки. При ручной сварке тонких листов неплавящимся электродом без присадки (по отбортовке) или с присадкой в один проход горелку перемещают с наклоном «углом вперед». Угол наклона горелки к плоской поверхности детали около 600. Присадочная проволока подается под возможно меньшим углом к плоской поверхности детали.

При механизированной или автоматической сварке неплавящимся электродом горелка располагается под прямым углом к поверхности детали, а присадочная проволока подается таким образом, чтобы конец проволоки опирался на край сварочной ванны; скорость подачи меняется от 4—6 до 30—40 м/ч в зависимости от толщины материала.

Для сварки алюминиевых сплавов также используют сварку вольфрамовым электродом импульсной дугой. При этом можно сваривать алюминиевые сплавы толщиной от 0,2 мм и более. Имеются специализированные источники тока для сварки импульсной дугой алюминиевых сплавов на переменном токе.

Расширение технологических возможностей при сварке металла больших толщин достигается за счет использования способа дуговой сварки вольфрамовым электродом погруженной дугой. Способ позволяет сваривать за один проход материал толщиной до 20 мм. При этом используют специальные вольфрамовые электроды с добавками иттрия и тантала и сварочные горелки с улучшенной защитой зоны сварки.

Алюминиевые сплавы подвергают трехфазной дуговой сварке вольфрамовыми электродами. Возможности регулирования тепловложения при трехфазной дуговой сварке позволяют использовать ее для металла разных толщин. При трехфазной сварке за один проход успешно сваривают металл толщиной свыше 30мм.

Сварку плавящимся электродом в защитном газе используют для материала толщиной более 3 мм. Для питания дуги при сварке плавящимся электродом применяют источники постоянного тока с жесткой внешней вольт-амперной характеристикой. Сварку ведут на токе обратной полярности, что обеспечивает надежное разрушение окисной пленки за счет катодного распыления и нормальное формирование швов. Сварку можно выполнять в полуавтоматическом или автоматическом режиме на подкладках с формирующей канавкой. Преимуществом процесса сварки плавящимся электродом является высокая производительность, возрастающая с увеличением толщины металла.

Полуавтоматическая сварка плавящимся электродом возможна в различных пространственных положениях и позволяет заменить менее совершенный процесс сварки алюминиевых сплавов покрытыми электродами; при этом рекомендуются полуавтоматы с механизмом подачи тянущего типа. Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом расширяет возможность сварки алюминиевых сплавов при различных пространственных положениях. При этом улучшается формирование швов, регулируется время пребывания металла сварочной ванны в расплавленном состоянии, а значит и протекание металлургических реакций.

Поскольку алюминий — это один из самых распространенных материалов, использующихся при производстве автокондиционеров и подогревателей, то применение аргонной сварки является оптимальным решением задачи по устранению механических повреждений различных алюминиевых элементов этих систем. Ведь стоимость аргонной сварки намного ниже стоимости замены соответствующей сломанной детали.

Дуговую сварку в среде защитных газов широко используют для сварки алюминия и его сплавов. В качестве защитного газа применяют аргон чистотой не менее 99,9% (по ГОСТ 10157—73, сорта: высший, первый и второй) или смеси аргона с гелием. При сварке плавящимся электродом иногда применяют аргон с добавкой до 5% О2.

Основным преимуществом процесса дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа является высокая устойчивость горения дуги. Благодаря этому процесс используется при сварке тонких листов. Питание дуги осуществляется переменным током от источников с падающими внешними характеристиками. Сварку ведут ручным или автоматическим способом. Для ручной сварки используют вольфрамовые электроды и присадочную проволоку в зависимости от толщины свариваемого металла

Список использованной литературы

1. А. В. Бакиев “Технология аппаратостроения”, Уфа 1995 год .

2. “Сварка в машиностроении” т. 1 под редакцией Н. А. Ольшанского.

3. “Теория сварочных процессов” под редакцией В. В. Фролова.

4. В.М. Никифоров “Технология металлов и конструкционные материалы”, Ленингр.

5. Дуговая и газовая сварка /В.М. Рыбаков/; 6. Дуговая сварка /для П.Т.О./.

Потребность получить неразъемные соединения из алюминия и его сплавов в домашних условиях возникает достаточно часто. Трудности, связанные с наличием на поверхности металла прочной и химически инертной окисной пленки, преодолеваются только одним способом — аргонодуговой сваркой. Сварка алюминия аргоном — технология, оборудование и последовательность проведения — рассматриваются далее.

Почему при сварке алюминия нужен аргон

Вообще, со сваркой алюминия может управляться и любой другой инертный газ. Например, гелий, который еще в 40-х годах прошлого века активно применялся в США для сварки алюминиевых сплавов. Однако себестоимость аргона в разы ниже, а результирующий эффект остается таким же. Важнее знать, почему именно наличие слоя инертного газа способствует качественному соединению алюминиевых изделий.

Если тщательно соскоблить поверхностный слой на любой алюминиевой детали, то можно заметить, что под поверхностью находится блестящий металл. Однако вскоре его цвет изменится на более тусклый и это верный признак того, что на поверхности уже образовался слой окиси алюминия Al₂O₃ — вещества, устойчиво предохраняющего металл от дальнейшего окисления. Если температура плавления чистого алюминия составляет 660 0 С, то окисной пленки — более 2000 0 С, что существенно ограничивает технологические возможности обычных видов сварки. Кроме того, Al₂O₃ — вещество химически инертное и весьма твердое. Таким образом, для сварки алюминия подойдет технология, при которой каким-либо образом удастся «содрать» эту пленку с поверхности металла и удалить ее за пределы зоны сварки. Таким источником тепла может быть только электрическая дуга. Причем дуга переменного тока, когда общее его направление будет меняться в соответствии с частотой тока в бытовой электросети, т.е. 50 Гц. Использование переменного тока для сварки алюминия решает две задачи:

• Позволяет использовать более компактные и удобные в эксплуатации сварочные инверторы (вместо громоздких сварочных преобразователей, которые требуют высокой квалификации работающего и специальной подготовки рабочего места);
• Обеспечивает надежное удаление поверхностной пленки оксида алюминия с поверхности алюминиевых заготовок, поскольку температура электрода при этом превышает граничную температуру термической стойкости Al₂O₃ .

Важно, что при этом обязательно необходимо соблюсти нужную полярность тока. При обратной полярности, когда анодом является электрод-инструмент, направление электронного потока направлено от электрода к заготовке. Поскольку температура в столбе дуги составляет 5000-6000 0 С (в приконтактных областях она, правда, ниже, но все равно существенно превышает температуру плавления окиси алюминия), то обладающие огромной энергией электроны разрушают окисную пленку, очищают исходную поверхность и обеспечивают ее устойчивое плавление.

Однако наличия обратной полярности для успешной сварки алюминия недостаточно. Необходима также наружная среда, индифферентная к воздействию повышенных температур, и активно противодействующая попыткам оксида алюминия вновь восстановиться на очищенной поверхности. Эту задачу и выполняет инертный газ.

Таким образом, сварка алюминия аргоном обеспечивает необходимые устойчивость и производительность процесса, при одновременном обеспечении нужного качества сварного шва.

Технология аргонодуговой сварки алюминия

В настоящее время сварка в среде инертного газа может быть реализована в двух вариантах:

1. Ручная дуговая сварка MIG/MAG в струе инертного газа, положительными особенностями которой считается высокая производительность и возможность соединять смежные детали любой толщины.
2. Сварка неплавящимся вольфрамовым электродом (процесс WIG/TIG) с использованием переменного тока, полярность которого не имеет существенного значения.

В бытовых условиях метод MIG/MAG особой распространенности не получил. Причина в том, что электрод получает большую температурную нагрузку и его стойкость (особенно при использовании больших токов) оказывается незначительной. Инверторы в этом плане имеют преимущество, поскольку по самому принципу действия аппарата в нем постоянно происходит инвертирование (преобразование) переменного тока в постоянный, и наоборот. В результате нагрев электрода существенно меньше.

При использовании метода WIG/TIG для аргонодуговой сварки алюминия происходит следующее.

При расплавлении теплом дуги приконтактных слоев металла, в столб дуги вводится вольфрамовый электрод. Поскольку температура плавления вольфрама существенно выше, то поджиг дуги производится еще до контакта электрода с поверхностью. Сам электрод подается из корпуса сварочной горелки, внутри которой предусмотрено две коаксиально размещенные трубки. По внутренней производится перемещение электрода, а по внешней — инертного газа, который подается по шлангу от недалеко установленного баллона. Следует отметить, что аргон должен быть высшей степени чистоты, поскольку любые примеси снижают защитный эффект, и соединение окажется ненадежным.

Аргон, как основной компонент процесса, обеспечивает несколько важных функций:

• Оптимизирует время и качество поджига дуги, которое, как известно, должно соответствовать рекомендуемому для каждого конкретного типа инвертора параметру ПВ (продолжительности включения). Для большинства типов инверторов ПВ должно находиться в диапазоне значений 0,85-0,92;
• Способствует лучшей очистке поверхности алюминиевых деталей, поскольку обладает достаточно высокой плотностью;
• Обеспечивает стабильность горения дуги в канале разряда, что немаловажно именно для аппаратов импульсной сварки.

Процесс единичного акта сварки происходит в два этапа. Вначале первая (положительная) полуволна разрушает пленку двуокиси алюминия. Затем вторая, отрицательная полуволна, интенсивно нагревает поверхность, расплавляет ее и вводит внутрь соединения мощность, необходимую для образования прочного сварного шва.

Аргонная сварка алюминия может реализовываться и на прямой полярности, однако используемые при этом электроды должны иметь специальные обмазки, также успешно разрушающие оксидную пленку. Такими электродами возможна сварка алюминиевых изделий толщиной до 2-3 мм. Обмазку для электродов можно приготовить и в домашних условиях. Для этого на обычный электрод, пригодный для работ по алюминию, наносится тщательно подготовленная однородная смесь из молотого мела и силикатного клея. Поверхность электрода предварительно очищается от механических и химических загрязнений и высушивается.

В бытовых условиях ответ на вопрос — как варить алюминий аргоном — часто решается в пользу способа TIG, который реализуется при помощи сварочного инвертора.

Практика сварки алюминия аргоном

Процесс WIG/TIG с использованием аргона и инвертора в качестве источника создания необходимой тепловой мощности требует известных навыков. Среди них стоит отметить следующие:

1. Плотность аргона значительно выше плотности воздуха, поэтому вертикальное соединение таким способом алюминиевых конструкций невозможно. При крайней необходимости в баллон с аргоном добавляется некоторое количество гелия.
2. Перемещение сварочной горелки должно производиться исключительно вдоль оси сварного шва и перпендикулярно ему.
3. Поджиг и последующее горения сварочной дуги должны выполняться при минимальном напряжении, которое обеспечит стабильность процесса. Таким образом, расстояние от электрода до поверхности стыка выбирают наименьшим.
4. Подачу вольфрамовой проволоки необходимо выполнять равномерно. При отсутствии необходимых навыков используются специальные устройства для автоматической подачи.
5. Ток обработки устанавливают максимально возможным (не ниже 250 А), что обеспечивает надлежащую скорость сварки при удержании ПВ в допустимых для данной модели инвертора рамках.

Сваривать алюминиевые конструкции с использованием защитного газа рекомендуется в следующей последовательности. Вначале к аппарату подключают баллон с аргоном (или смеси аргона с гелием). Давление газа, устанавливаемое редуктором, зависит от того, где производится сварка (в помещении, либо на открытом воздухе), а также от толщины соединяемых заготовок. В помещении достаточно расхода газа в пределах 6-8 л/мин, для наружных работ расход придется увеличить до 8-12 л/мин.

Исходные поверхности металла подготавливаются — механически и химически очищаются, а затем подогреваются до 250-300 0 С (последнее особенно важно при работах, которые выполняются в неотапливаемых помещениях, либо при пониженной температуре наружного воздуха). Чем толще металл, тем выше температура его подогрева. Быстрое охлаждение тонколистовых конструкций недопустимо, поскольку возрастает опасность их коробления. Очистке и высушиванию при 150-200 0 С подлежат также и электроды.

Очистка алюминия ведется в водном растворе щелочи, состоящего из следующих компонентов (расчет составлен на литр очистного раствора):

• Сода кальцинированная, г — 50;
• Трилон Б (натриевая соль этилендиаминтетраускусной кислоты ЭДТА), г — 50;
• Жидкое стекло, г — 30.

Раствор нагревают до 65±5 0 С, и выдерживают в нем подготовленные кромки стыков алюминиевых деталей не менее 5 минут.

Выбор диаметра вольфрамовой проволоки определяется толщиной свариваемых изделий. Считается, что на 1 мм диаметра электрода допустимо вводить не более 35-40 А тока. Торец электрода остро затачивают, в процессе выполнения сварки он должен приобрести форму полусферы.

Вылет электрода из сопла сварочной горелки устанавливают минимальным — не более 1-2 мм. Стартовый ток для устойчивого горения дуги при сварке алюминия под аргоном обычно принимают в полтора-два раза больше, чем значения, рекомендуемые производителем сварочного инвертора, затем его можно снизить до установленных значений. Подачу вольфрамовой проволоки начинают только после того, как обеспечено устойчивое горение дуги. Длинные сварные швы получают с использованием четырехтактного режима обработки, причем ближе к концу шва ток постепенно уменьшают.

Использование аргонодуговой сварки алюминия требует определенных навыков, а также опыта эксплуатации сварочного инвертора.

В случае аргонно дуговой сварки алюминия дуга является наиболее устойчивой при вертикальном положении электрода и перемещении его вдоль соединения (в процессе сварки стыковых соединений). Прут для присадки может вводиться с передней или задней части дуги. Однако в большинстве случаев используется первый метод. Размещение горелки и прута для присадки в процессе сварки прямолинейных соединений может быть следующим: сварка соединения встык с присадкой, с отбортовкой, внахлестку с проплавлением.

Схема аргонодуговой сварки.

В случае сварки соединения с отбортовкой дуга должна быть небольшой длины, однако следует избегать короткого замыкания. В процессе сварки электрод будет располагаться ниже верхней части отбортовки. В процессе сварки круговых швов ось электрода вольфрама размещается под углом в 75-80 ° к касательной с основанием изделия в месте сварки, при этом изделие понадобится вращать с одинаковой скоростью. Круговой шов оканчивается перекрытием начала шва на участке длиной в 18-20 мм. В результате дуга должна разорваться. Вращение изделия нужно резко ускорить. Если правильно произвести данный прием, то на круговом шве практически не будет видно конечного кратера.

Сварку нужно производить на максимальной скорости, потому правильно подобный процесс может выполнить лишь квалифицированный сварщик. Движение горелки должно быть прямолинейно-поступательным, без поперечных колебаний. Если соблюдать данные условия, то можно получить ровный и одинаковый по всей длине шов с гладким, зеркально-блестящим основанием сверху и плотным одинаковым проваром со стороны изнанки.

Схема струйной защиты при аргонодуговой сварке.

Элементы, которые будут необходимы:

• электрод;
• теплоизолированный кожух;
• проволока для присадки;
• подкладка;
• угольный стержень;
• сварочное устройство.

Обязательно должна быть произведена настройка сварочного устройства.

Как подготовить поверхность к сварке?

В большинстве случаев основание сплавов алюминия покрывается плотной пленкой небольшой толщины. Подобная пленка имеет высокую температуру плавления и большой удельный вес. Подобный материал осложняет зажигание и поддержание дуги в процессе сварки, а также препятствует соединению кромок главного металла с присадочным. Перед тем как производить аргонно дуговую сварку, подобную пленку нужно будет удалить с основания соединяемых кромок сплавов алюминия. Пленку можно удалять механическим или химическим способом. Первый используется в случае индивидуального производства. В случае массового целесообразно использовать химический способ очистки основания сплавов алюминия.

Механический способ очистки основания сплавов алюминия подразумевает удаление тонкого слоя металла с помощью щетки из стали или наждачной бумаги небольшой толщины. Щетка из стали должна быть изготовлена из проволоки диаметром менее 0,15 мм.

Если использовать проволоку большой толщины, на основании алюминия появятся грубые риски. В таком случае слой пленки будет сниматься неравномерно, что может повлечь за собой плохое качество сварки.

Если произвести зачистку основания алюминия щеткой из стали, то можно получить приемлемые швы сварки. Перед зачисткой понадобится обязательно произвести обезжиривание поверхности, которое можно выполнить с помощью растворителей.

Тщательной зачистке подвергается основание алюминиевых сплавов с цинком или магнием. Проще всего зачищать алюминиевые сплавы с медью, железом или марганцем кремнием.

Способы обработки поверхности

Следует заметить, что очистка механическим способом не сможет обеспечить равномерного удаления пленки с основания сплавов алюминия. С помощью щетки достаточно сложно очистить кромки, которые стыкуются. Поэтому в местах, где это возможно, понадобится произвести обработку соединяемых кромок на станках механическим способом. Эффективность химического метода очистки устанавливается измерением контактного сопротивления, которое пропорционально толщине пленки. В данном случае рекомендуется использовать микровольтметр, который градуируется в микроомах.

Схема шва при аргонодуговой сварке.

Для сплавов алюминия при аргонно дуговой сварке можно использовать следующие способы химической обработки:

1. Обезжиривание в щелочном растворе и дальнейшее осветление в растворе ортофосфорной кислоты.
2. Обезжиривание в щелочном растворе с дальнейшим осветлением в растворе азотной кислоты.

Кромки деталей, которые очищены одним из вышеперечисленных способов, можно легко сваривать. В данном случае швы будут иметь чистое основание. Указанные методы очистки имеют преимущество: на основании обработанных кромок на протяжении 4-5 суток пленка будет иметь незначительную толщину.

Существующие типы соединений

При аргонно дуговой сварке сплавов алюминия отсутствует флюс, потому в данном случае нет каких-либо ограничений при выборе типа соединений. Можно использовать следующие соединения:

• встык;
• с отбортовкой;
• внахлестку с проплавлением;
• обыкновенное соединение внахлестку;
• угловое соединение;
• тавровое соединение.

Дуговая сварка встык алюминиевых листов толщиной 0,8-3 мм должна производиться с небольшими зазорами. При сварке алюминия толщиной 1,5-3 мм зазор должен быть не более 0,3 мм. Соединение с отбортовкой следует использовать для материала толщиной 0,8-2 мм.

Дуговая сварка внахлестку с проплавлением используется для материала толщиной менее 2 мм. При соединении подобного типа кромки должны прижиматься к подкладке. Это нужно для того, чтобы обеспечить плотное прилегание элементов друг к другу. Величина перекрытия определяется исходя из того, планируется ли проплавлять кромки перекрытия насквозь или нет. В первом случае кромка нижнего листа должна располагаться по крайней части формовочной канавки так, чтобы данная кромка использовалась на формирование нижней стороны шва. Величина перекрытия равняется ширине канавки. Если хорошо прогнать кромки, то можно осуществить угловое соединение на материале толщиной до 2 мм без использования присадочного материала.

Качественное выполнение соединения подразумевает точную пригонку кромок. Следует знать, что зазоры могут вызвать усиленное окисление кромок, что приведет к пористости и появлению зон несплавления, которые располагаются по плоскости соприкосновения кромок с установленной присадкой.

Нюансы, которые следует знать

Алюминиевые сплавы имеют высокую теплопроводность, потому в месте сварки толщины соединяемых заготовок должны быть одинаковыми. Если понадобится соединять заготовки со стенами различной толщины, более толстую кромку следует скосить на месте сварки до толщины, которая равна толщине другой кромки.

В местах, где это позволяет конструкция, рекомендуется использовать подкладки, чтобы облегчить процесс сварки алюминия аргоном и сделать большие допуски на пригонку стыка. Подкладки должны изготавливаться из нержавеющего металла. В подкладке под швом следует предусмотреть канавку.

Стыковые бескосные соединения используются для сплавов алюминия толщиной менее 3 мм. Если заготовка имеет большую толщину, свариваемые кромки нужно будет скосить.

Конструкции с толщиной стены 1-3 мм соединяются однослойным швом. Если толщина стенки более 3 мм, сварку стыкового соединения со скосом кромок следует выполнять в несколько слоев. Первый слой заключается в расплавлении кромок без присадочного материала, другой слой нужно накладывать с материалом для присадки на завершенный первый слой. Перед тем как вкладывать второй слой, первый слой нужно зачистить механическим или химическим методом. Когда можно производить сварку с двух сторон, заготовки свариваются без скоса кромок толщиной 6,5 мм.

Схема сварочного аппарата.

В случае сварки алюминия толщиной более 1,6 мм понадобится использовать проволоку для присадки, так как расплавленная ванна склонна к образованию вогнутого основания. Поэтому не получится использовать автоматическую сварку алюминиевых сплавов, если нет приспособления для механической подачи проволоки для присадки. Обязательно должна быть выполнена настройка данной конструкции.

Соединения внахлестку и втавр свариваются с проволокой для присадки. Подобную проволоку можно и не использовать, но в таком случае верхняя кромка должна проплавиться, чтобы была возможность заменить проволоку для присадки.

Технология сварки алюминия

Зажигать дугу переменного тока путем касания электродом вольфрама основания из алюминия достаточно сложно. Чтобы зажечь дугу, в начале шва сварки нужно уложить угольный стержень, на котором и будет зажигаться дуга. После того как электрод вольфрама разогреется, дугу можно легко возбудить на главном металле. Зажигать дугу на стержне из угля достаточно просто. Уголь имеет малую теплопроводность, в связи с чем в процессе короткого замыкания произойдет быстрый разогрев материала и конца электрода вольфрама. Уголь и вольфрам можно охарактеризовать мощной термоэлектронной эмиссией с их основания, за счет этого в процессе отвода электрода вольфрама возбудится устойчивая дуга. Нагретый конец электрода вольфрама испустит мощный поток электронов, который поддерживает горение дуги в процессе переноса ее на металл.

Алюминию характерна жидкотекучесть, потому его рекомендуется сваривать в нижнем положении.

Если есть необходимость, дуговая сварка на вертикальном основании выполняется сверху вниз для толщины металла менее 5 мм и снизу вверх для толщины заготовки более 5 мм.

В некоторых случаях в начале шва могут образовываться трещинки. Чтобы этого избежать, понадобится в начальной части шва предварительно разогреть стык. Для этого на длине 35-45 мм дугой нужно несколько раз прогреть стык, дуга при этом должна гореть в инертном газе. После этого выполняется дуговая сварка с максимальной скоростью.

На выбор режима сварки оказывают влияние геометрическая форма и размеры деталей. С помощью дуговой сварки в среде инертного газа можно выполнить алюминиевое литье. Чтобы предотвратить появление трещинок, отливки перед сваркой понадобится предварительно нагреть до 400 °С. Заварка производится с помощью металла для присадки, состав которого соответствует составу металла отливки. Места, которые подлежат заварке, нужно будет предварительно зачистить механическим методом. После того как будет произведена заварка, отливку следует поместить в теплоизолированный кожух, после чего медленно ее охладить.

В случае механизированного процесса сварки алюминия понадобится выдержать конкретную скорость подачи проволоки для присадки. Если производится дуговая сварка на минимальной скорости, важно предотвратить перегрев и окисление проволоки для присадки.

Подобная проволока может подаваться любым способом, который обеспечит равномерную скорость подачи и ее изменение. Механизированная аргонно дуговая сварка выполняется на подкладке. Использование газовой защиты со стороны изнанки шва не даст положительных результатов.

Аргонно дуговая сварка алюминия является сложным процессом, потому понадобится знать технологию соединения.