Здатність до зварювання алюмінієвого сплаву

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут»

Домашня контрольна робота

з дисципліни: Зварювання спеціальних матеріалів

Виконав: студент ІІІ-го курсу

зварювального факультету

групи ЗВ - 11

Колтовий В.Т.

Перевірив: Бойко В.П.

Київ - 2014



1. Склад, властивості та структура зварюваного матеріалу

АМц-алюмінієвий сплав, що деформується, у якому основним легуючим елементом є марганець. Хімічний склад матеріалу відповідає вимогам ГОСТ 4784-97. Сплав марки АМц має високу корозійну стійкість, пластичність і добру зварність. Матеріал не зміцнюється термічною обробкою, магнітні властивості відсутні. Сплав марки АМц не застосовується для виробництва мало навантажених деталей, радіаторів та будівельних конструкцій. За станом матеріалу розрізняють алюміній м'який АМцМ та нагартований АМцН. Гарячий відпал, гарт, природнє чи штучне старіння покращують фізичні та механічні властивості кольорових металів.

Хімічний склад сплаву АМц, % Таблиця 1.1

Fe	Si	Mn	Ti	Al	Cu	Mg	Zn
до 0,7	до 0,6	1 - 1,6	до 0,2	96,35 - 99	до 0,15	до 0,2	до 0,1

Хімічна активність. Алюміній має високе зближення до кисню та відновлює більшість металів з їх оксидів. На повітрі алюміній покривається оксидною плівкою, що захищає його від подальшого окислення та взаємодії з навколишнім середовищем.

Алюміній, очищений від поверхневої оксидної плівки, відрізняється високою хімічною активністю по відношенню до багатьох елементів і газів, що знаходяться в атмосфері.

Наявність на поверхні алюмінію щільної оксидної плівки забезпечує порівняно високу стійкість його проти корозії в ряді середовищ. Алюміній має високу корозійну стійкість у вологій атмосфері, в концентрованій азотній кислоті та в багатьох органічних кислотах. Алюміній розчиняється у лугах, розведеній азотній та сірчаній кислотах при нагріві.

Корозійна стійкість алюмінію визначається захисними властивостями оксидної плівки, тому будь-які порушення щільності плівки можуть служити причиною появлення зародків корозії. Із збільшенням чистоти алюмінію корозійна стійкість його зростає.

Корозійна стійкість алюмінію різного ступеня чистоти може бути охарактеризована об'ємами водню, що виділяється з 10 см2 поверхні металу при обробці його протягом 5 год. 0,1 - н сірчаної кислоти. Для 99,996% Alцей об'єм дорівнює 10,8 см3 Н2, для 99,960% Al - 39,8 см3 Н2 та для 99,720% Al - 118,6 см3 Н2.

Для алюмінію та його сплавів загальна, рівномірна по поверхні, корозія не є характерною. Алюміній та його сплави найчастіше схильні до таких видів корозії як: а) місцева точкова, викликана порушенням щільності плівки чи присутністю в ній інших елементів; б) міжкристалічною, пов'язану з наявністю по границях зерен нерозчинних дисперсних часток другої фази, що утворилася при розпаді твердого розчину; в) під напругою, що з'являється в результаті пониження електродного потенціалу границь зерен, викликаного спотворенням кристалічної кратки.

Механічні властивості сплаву АМц при Т=20 °С Таблиця 1.2

Прокат	Товщина чи діаметр, мм	, Мпа	, %
Лист відпалений	0,7 - 10,5	110	25
Лист нагартований	0,7 - 10,5	170 - 220	5 - 10
Пруток без термічної обробки	20	170	18
Плита без термічної обробки	25	150	22

Фізичні властивості сплаву Амц Таблиця 1.3

Т, °С	Е*10-5, Мпа	?*106, °С-1	?, Вт/м*°С	?, кг/м3	С, Дж/кг*°С	R*109, Ом*м
20	0,71			2730		34,5
100		23,2	180		1090
200		25

Будова кристалічної решітки алюмінію - гранецентрований куб. Густина твердого відпаленого алюмінію при температурі 20 °С в залежності від ступеню чистоти змінюється наступним чином: для 99,25% Al - 2,272; для 99,4% Al - 2,706 і для 99,75% Al - 2,703 г/см3.

Алюміній чистотою 99,75% при температурі 20 °С має густину 2,703 г/см3; при температурі 659 °С густина алюмінію твердого та рідкого відповідно рівна 2,55 та 2,382 г/см3.

Температура плавлення алюмінію високої чистоти (99,996% Al) 660,24 °С. Температура плавлення технічного алюмінію (99,5% Al) 658 °С. Температура кипіння - 2270-2500 °С. Теплопровідність твердого алюмінію при температурах 20 та 400 °С рівна 0,503 та 0,546 кал/см*сек*°С відповідно. Коефіцієнт лінійного розширення литого алюмінію чистотою 99,95% змінюється від 23,8*10-6 в інтервалі температур 20-100 °С до 33,5*10-6 в інтервалі 500-600 °С.

Питомий електроопір відпаленого алюмінієвого дроту високої чистоти при температурі 20 °С 2,620*10-6 Ом*см. Питомий електроопір дроту з технічного алюмінію (99,5% Al) 2,835*10-6 Ом*см. Температурний коефіцієнт електроопору алюмінію в залежності від ступеню чистоти металу змінюється від 0,00433 до 0,004. В'язкість розплавленого алюмінію при температурі 670 °С складає 0,0635 пз, при 800 °С - 0,01392 пз. Величина поверхневого натягу при температурі 700-820 °С 520 дин/см..



2. Оцінка здатності до зварювання матеріалу АМц

Важкість при зварюванні викликає велика схильність металу шва до утворення пор та кристалізаційних тріщин. Велика рідко текучість алюмінію та низька його міцність при температурі 550 °С обумовлюють застосування підкладок при зварюванні.

Значна усадка при затвердінні зварювального шва, а також високий коефіцієнт лінійного розширення призводять до суттєвих залишкових напружень (більших, ніж деформації конструкцій з мало вуглецевої сталі). При зварюванні загартованого алюмінію та термічно зміцнених алюмінієвих сплавів понижується міцність зварного з'єднання у порівнянні з міцністю основного металу, що створює деякі проблеми.

Суттєві важкості при зварюванні алюмінію виникають внаслідок легкого окислення алюмінію в твердому та розплавленому станах. Тугоплавка плівка оксиду алюмінію Al2O3перешкоджає формуванню шва та є джерелом неметалічних включень в металі шва. Для отримання якісних з'єднань при зварюванні плавленням необхідні захист шва від насичення сумішами газів атмосфери та прийняття спеціальних заходів для видалення та руйнування плівки оксидів.

2.1 Пори та методи боротьби з ними

При зварюванні алюмінієвих сплавів висока частка браку зберігається через газову пористість. Пори при зварюванні алюмінію та його сплавів викликає водень, котрий найбільше у порівнянні з іншими газами впливає на пористість металу. Поява пор пов'язана з обмеженою розчинністю водню у твердому металі (при температурі плавлення розчинність водню менша ніж 0,036 см3/100 г) та великою розчинністю його у рідкому алюмінії (при температурі плавлення розчинність водню дорівнює 0,69 см3/100 г).

Основними джерелами водню, що поступає в дугу, є водень, розчинений в основному металі (внутрішній); волога та водневі забруднення на поверхні основного металу; водень, що розчинений в присадному дроті чи електродній проволоці, а також волога та забруднення на їх поверхні; волога та водень, що знаходяться в захисному газі як домішки; волога з повітря, що відсмоктується струменем захисного газу з навколишньої атмосфери. Проведені дослідження показали, що найменший вплив на пористість у порівнянні з іншими джерелами має водень основного металу.

Кількість адсорбованого газу у промисловому металі знаходиться в межах 0,15-0,30 та 0,20-0,40 см3/100 г на деформованому металі та відливках відповідно. Наявність водню на поверхні відлитого та розплавленого 99,9% Al та адсорбованого в ньому приведені у ро ж. 2.1. Головною причиною пористості зварних швів алюмінієвих сплавів вважають хімічно зв'язану вологу оксидної плівки. Великий вплив на пористість мають також вуглеводні, що знаходяться на поверхні металу.

Вплив способу обробки поверхні на кількість адсорбованого водню Таблиця 2.1

Розплавлений алюміній поглинає водень з вологи, пари якої безпосередньо взаємодіють з металом по реакції:



2Al + 3H2O > Al2O3 + 6H. (2.1)

Зародження бульбашок водню починається в процесі кристалізації. При зварюванні алюмінію від поверхні оплавлених зерен виростають по перетину на один-два порядки більш крупні кристали, на стиках та торцях яких створюються поглиблення, сприяючі зародженню бульбашок.

На пористість при зварюванні алюмінію впливає склад сплавів та особливості технології зварювання. Із збільшенням концентрації магнію в сплаві гранично допустимий вміст водню в дузі зростає. Сплави з 1 % Zn володіють більш високою схильністю до пор, аніж нелегований алюміній, а сплав з 6,5 % Zn - набагато меншою. Невеликі добавки берилію (0,0005-0,1 %) знижують схильність алюмінієво-магнієвих сплавів до пористості. Рівень пористості у шві залежить від об'єму канавки в підкладці. Форму канавки вибирають такою, щоб вона забезпечувала повне проплавлення кромок (при однопрохідному зварюванні). Збільшення зовнішнього тиску вище атмосферного знижує небезпеку утворення пор.

При зварюванні неплавким електродом збільшення зварювального струму призводить до пористості швів. Збільшення напруги дуги призводить до незначного підвищення пористості при зварюванні плавким електродом в аргоні та такому ж зниженню пористості при зварюванні по флюсу. Спостерігається безперервне зниження пористості при підвищенні швидкості зварювання від 12 до 18 і 30 м/год. Із збільшенням швидкості зварювання до 38 м/год. пористість зростає, а при подальшому збільшенні до 60 м/год. знову падає. Із зростанням швидкості зварювання середній діаметр пор безперервно зменшується від 1,6 до 0,8 мм та нижче. Добавка в зварюваний сплав до 0,1 % Be практично усуває навколошовну пористість та поверхневі бульбашки. Суттєво знижують таку пористість довготривала гомогенізація та вакуумна обробка розплаву.

По розташуванню в швах, зварених в аргоні, розрізняють пори, що рівномірно розподілені по перетину; пори, що знаходяться в основному у підсиленні, по лінії сплавлення; подовжені рихлості; усадкові раковини в корені шва та ін.. Подовжені рихлості розташовані в корені швів, зварених плавким електродом при дуже великій щільності струму. Для їх попередження доцільно застосовувати проволоку великого діаметру або ж знизити величину струму.

Основним методом, направленим на зменшення пористості при зварюванні алюмінію, є зменшення подачі водню (вологи) в зону зварювання. Легше за все це досягається при зварюванні неплавким електродом в інертних газах. Однак і при інших способах зварювання дотримання технологічної дисципліни дозволяє отримати щільні шви. Це може бути досягнуто наступним чином:

1) вживанням раціональної обробки поверхні кромок з'єднуваних деталей та проволоки. Перед зварюванням алюмінію не слід застосовувати будь-які органічні реагенти. З практичної точки зору механічно оброблені (насухо) поверхні представляють собою найкращі умови для зварювання;

2) оптимальним захистом зони зварювання, котра визначається кількістю газу та нахилом горілки;

3) застосуванням імпульсно-дугового зварювання, магнітного перемішування та інших прийомів, сприяючих видаленню газових бульбашок із зварювальної ванни.

2.2 Гарячі тріщини в зварних з'єднаннях та способи їх уникнення

Гарячі (кристалізаційні) тріщини представляють собою небезпечний та доволі поширений дефект. За сучасними міркуваннями гарячі тріщини неможливо віднести тільки до крихких чи в'язких, але ближче вони все ж до крихких. За характером розміщення вони можуть бути поперечними та повздовжніми в залежності від напряму вектору розтягуючих напружень.

Фактори, що викликають гарячі тріщини, часто поділяють на механічні та металургійні. До механічних відносяться напруження та деформації, розміри та форма зварювальної ванни та ро.. Металургійні - наявність рідкої фази між дендритами чи на межах кристалів, величина та положення ефективного інтервалу кристалізації.

Стійкість алюмінієво-марганцевого сплаву Амц проти утворення тріщин залежить від вмісту заліза та кремнію в металі шва. Збільшення вмісту кремнію супроводжується спочатку зростанням тріщино утворення. При вмісті заліза до 0,05 % уже порівняно невелике зростання концентрації кремнію (до 0,10-0,15 %) призводить до різкого збільшенню кількості тріщин. В такому випадку тріщини не з'являються лише за наявності 1,4 % Si. Кількість тріщин зменшується, а максимум рушає в бік більшого вмісту кремнію по мірі збільшення концентрації заліза. Для попередження тріщин та отримання високих механічних властивостей з'єднань достатньо мати в сплаві 0,25-0,45 % Fe та 0,20-0,40 % Si при обов'язковому перевищенні вмісту заліза над кремнієм.

Спосіб та режим зварювання по-різному впливають на металургійні та механічні фактори, що сприяють утворенню гарячих тріщин. Перехід від зварювання неплавким до зварювання плавким електродом зазвичай сприятливо позначається на пониженні схильності до утворення тріщин. Застосування ЕП зварювання замість дугової різко зменшує цю схильність при зварюванні багатьох сплавів.

Ефективним засобом попередження гарячих тріщин в швах алюмінію та його сплавів є правильний вибір методу та режиму зварювання, а також хімічного складу шва. При однопрохідному зварюванні рівного перетину схильність до тріщин знижується в залежності від способу зварювання в такій послідовності: газове зварювання, неплавким електродом у середовищі аргону, плавким електродом у середовищі аргону та сумішах інертних газів, електронно-променеве зварювання. Місцеве попереднє підігрівання зони зварювання може викликати підвищення тріщино утворення. Загальне підігрівання усього виробу зазвичай не застосовується через втрату стійкості конструкції. З метою пониження схильності до тріщин сплави, що термічно оброблюються, рекомендовано зварювати у відпаленому стані, а повну терміну обробку проводити після зварювання. Можлива поява гарячих тріщин у нетехнологічних конструкціях з великою кількістю швів, що перетинаються.

алюміній сплав зварювання тріщина



3. Вибір оптимальних способів зварювання

3.1 Металургійні та технологічні особливості зварювання алюмінію та його сплавів

Для алюмінію та його сплавів застосовують практично всі промислові способи зварювання плавленням та тиском. Газове та дугове зварювання вугільними та графітовими електродами, а також ручне дугове зварювання покритими електродами в сьогоденні використовують рідко. Найбільш широкого застосування для виготовлення конструкцій, особливо відповідальних, набуло зварювання в інертних газах. При електронно-променевому зварюванні алюмінію та деяких його сплавів отримують шви з високими механічними властивостями. Автоматичне дугове зварювання з використанням флюсів (напіввідкритою та закритою дугою) застосовується для крупно габаритних конструкцій, а електрошлакове - для сплавів великої товщини. Із засобів зварювання в твердому стані широко використовується контактне зварювання. Такі види зварювання як дифузійне та холодне для алюмінію та особливо його сплавів, застосовуються в обмежених масштабах головним чином через важкість при створенні особливо чистих поверхонь з'єднуваних деталей, вільних від оксидних плівок. Специфічні теплофізичні властивості алюмінію та його сплавів (висока теплоємність, теплопровідність при порівняно низькій температурі плавлення) визначають оптимальні процеси зварювання. Так, при зварюванні алюмінію плавленням необхідний зварювальний струм перевершує у 1,2-1,5 рази струм для сталі, не дивлячись на те, що температура плавлення алюмінію значно нижча, ніж сталі.

Рекомендовані способи зварювання алюмінію Таблиця 3.1

Т

ТМ

М

Е

АП

ІП

Ф

Ш

Г

АН

ІН

П

ЕП

Л

(+)

-

+

+

(+)

(+)

(+)

++

+

(+)

(+)



« ++» - найкраще використовувати;

« + » - рекомендується;

« (+) » - рекомендується обмежено;

« - » - не рекомендується.

Розшифрування позначень:

Е - ручне дугове зварювання покритим електродом;

АП - дугове зварювання в активних газах плавким електродом;

ІП - дугове зварювання в інертних газах плавким електродом;

Ф - дугове зварювання під флюсом;

Ш - електрошлакове зварювання;

Г - газове зварювання;

АН -дугове зварювання в активному газі неплавким електродом;

ІН - дугове зварювання в інертному газі неплавким електродом;

П - плазмове зварювання;

ЕП - електронно-променеве зварювання;

Л - зварювання лазерним променем.

Беручи до уваги умову завдання, а саме товщину, тип з'єднання, положення зварювання та тип виробництва оберемо один-два найкращі способи зварювання деталей. Плазмове зварювання не рекомендується обирати для даного завдання через дороге обладнання; ІН з огляду на товщину деталей (20 мм) також не рекомендовано. Доцільно буде застосовувати автоматичне зварювання під флюсом (закритою або напіввідкритою дугою) та автоматичне дугове зварювання плавким електродом в інертному газі, беручи до уваги товщину деталей, довжину шва та тип виробництва.

Автоматичне зварювання із застосуванням флюсів.

Зварювання по флюсу.

Зварювання по флюсу застосовується при виготовленні конструкцій типу цистерн, котлів та ємностей із технічного алюмінію та сплаву Амц товщиною 10-30 мм. Зварювання по флюсу проводиться на постійному струмі зворотної полярності від стандартних джерел з полого спадаючою або жорсткою характеристикою. Флюси для зварювання алюмінію складаються з галогенідів та кріолітів. Такі флюси практично не взаємодіють з рідким алюмінієм, захищають зварювальну ванну від взаємодії газів атмосфери та видаляють з неї оксид алюмінію.

Завдяки високій концентрації енергії при зварюванні алюмінію по флюсу досягається висока глибина проплавлення алюмінію в 2-3 рази вища, ніж сталі. Зварювані крайки підігріваються теплотою достатньо потужної дуги, тому при зварюванні по флюсу не потребується попередній підігрів зварюваних деталей стороннім джерелом тепла. Внаслідок високої глибини проплавлення відпадає необхідність в скосі кромок металу товщиною 20-25 мм та більше. Зварювання може виконуватися одним електродним дротом чи двома, що одночасно подаються в зварювальну ванну (так зване зварювання розщепленим електродом). Зварювання одним електродним дротом виконується на стальних підкладках, як правило, двосторонніми швами. Зварювання розщепленим електродом має ряд переваг: зменшуються вимоги до складання та точності підтискання підкладок, зварювання можна проводити на флюсовій подушці, розподіл енергії по перетину шва виходить сприятливішим і небезпека проплавів металу різко знижується, зростає стійкість швів проти утворення пор. Розщеплений електрод застосовується при зварюванні стикових з'єднань з алюмінію товщиною більш 12 мм.

При зварюванні по флюсу забезпечуються високі механічні властивості зварних з'єднань (табл. 3.2).

Механічні властивості зварних швів Таблиця 3.2



Для забезпечення доброго формування швів та легку віддільність шлакової кірки висота слою строго обмежується і не повинна перевищувати оптимальних значень, що вибираються в залежності від режимів зварювання. Шлак повинен покривати шов тонким шаром. Для початку та закінчення швів рекомендується застосовувати вивідні планки. Це дозволяє попередити дефекти в швах. Планки приварюються вручну з попереднім підігрівом.

Для автоматичного зварювання по флюсу розроблені спеціальні трактори, що відмінні конструкцією окремих вузлів.

Зварювання під флюсом (закритою дугою).

Зварювання під флюсом використовується при великих густинах струму, завдяки чому досягається висока глибина проплавлення металу і не потребується обробка кромок. Зварювання виконується розщепленим електродом на змінному чи постійному струмі оберненої полярності.

Флюси, що застосовуються (ЖА-64 та ЖА-64А) забезпечують отримання задовільно сформованих швів без дефектів (пор, тріщин, шлакових включень та ін..). При зварюванні під флюсом у порівнянні із зварюванням напіввідкритою дугою покращуються умови праці зварювальників.

3.2 Зварювання плавким електродом в інертному газі

Зварювання в інертних газах - найпоширеніший спосіб зварювання, який використовується для виготовлення зварних конструкцій із алюмінієвих сплавів відповідального призначення. Розрізняють механізоване та автоматичне зварювання плавким електродом. У якості захисного інертного газу застосовують в основному суміш аргону з гелієм.

Зварювання плавким електродом - економічний спосіб зварювання алюмінію та його сплавів товщиною більше 4 мм.. Надійне руйнування плівки оксидів таким способом автоматичним та напівавтоматичним зварюванням в аргоні, гелії чи суміші цих газів досягається лише при живленні дуги постійним струмом оберненої полярності.

Механізм видалення та руйнування оксидної плівки у даному випадку полягає у руйнуванні та розпиленні її важкими позитивно зарядженими іонами, що бомбардують катод (ефект катодного розпилення). Недолік способу зварювання алюмінію плавким електродом - деяке пониження у порівнянні із зварюванням неплавким електродом показників механічних властивостей. Зменшення міцності шва пояснюється тим, що електродний метал проходячи через дуговий проміжок, перегрівається в більшій мірі, ніж присадний дріт при зварюванні неплавким електродом.

До переваг цього способу зварювання відносяться гарне перемішування зварювальної ванни і у зв'язку з цим краще очищення шва від оксидних включень, а також висока продуктивність.



4. Вибір з обґрунтуванням зварювальних матеріалів і підготовка їх до зварювання

4.1 Зварювальні дроти

Зварювальні дроти застосовують як плавкий електрод при автоматичному та напівавтоматичному зварюванні під флюсом та в середовищі захисних газів. Для зварювання кольорових металів застосовують дріт різного діаметра (0,8-12,5 мм), а також прутки діаметром до 12 мм..

Для зварювання алюмінієвого сплаву Амц рекомендовано застосовувати дріт марки СвАМц, що володіє такими основними властивостями як: підвищена стійкість швів проти гарячих тріщин, висока міцність та пластичність з'єднань. Окрім вказаної марки застосовують зварювальний дріт із алюмінію АД1, сплавів АК3, В92 та інших, що поставляються по спеціальним технічним умовам. Дріт в бухтах покритий оксидною плівкою та мастилом, котрі перед зварюванням видаляють хімічною обробкою чи електрополіруванням.

Хімічний склад зварювального дроту СвАМц (ГОСТ 7871-75) Таблиця 4.1

Марка	Al	Легуючі елементи	Інші елементи, не більше ніж
		Mn	Fe	Si
СвАМц	96,25-97,165	1,0-1,5	0,30-0,50	0,20-0,40	1,35

4.2 Зварювальні флюси

Для дугового зварювання алюмінію та його сплавів плавким електродом по флюсу (напіввідкритою дугою) застосовують в основному плавлені флюси. При виготовленні плавленого флюсу після висушування хлористий натрій та хлористий калій подрібнюють до розміру зерен 1,5-2 мм у поперечнику. Шихту розплавляють в графітових тиглях при температурі 750-800 °С. Після розплавлення та невеликої витримки в печі флюс тонким шаром виливають на деко (противень) з жаростійкої сталі. Захололий флюс дроблять на куски та подрібнюють на валках до розміру зерен 0,2-1 мм. Плавлений флюс забезпечує меншу схильність швів до утворення пор, але поступається механічній суміші по формуванню швів. Для сплаву Амц застосовується флюс марки МАТИ-1а.

Хімічний склад флюсу МАТИ-1а, % Таблиця 4.2

Компонент	Вміст, %
Хлористий калій	47
Хлористий літій	8
Фтористий натрій	42
Кріоліт	3

Флюс марки ЖА-64А успішно застосовують для отримання якісних швів з високою корозійною стійкістю та електричною провідністю при автоматичному зварюванні виробів з алюмінію товщиною 30 мм та більше під флюсом (закритою дугою). Флюс замішують на водному розчині карбоксил метилцелюлозі (14-16 % до маси сухої шихти), протирають через сито з розміром осередку 2,5х2,5 мм і потім прожарюють при температурі 280-320 °С. Прожарений флюс просіюють через сито з розміром осередку 3х3 мм.. Автоматичне зварювання під флюсом дозволяє значно зменшити кількість шкідливих виділень в атмосферу, покращити санітарно-гігієнічні умови праці.

Хімічний склад флюсу ЖА-64А, % Таблиця 4.3

Компонент	Вміст, %
Хлористий натрій	15
Хлористий калій	38
Фтористий кальцій	3
Кріоліт	43
Пісок кварцовий	менше 1



4.3 Захисні гази

Для зварювання відповідальних конструкцій із алюмінію рекомендується застосовувати інертні гази - аргон та гелій. В ряді випадків краще формування швів та більша їх густина досягаються при застосуванні аргоно-гелієвих сумішей.

Характеристика захисних газів Таблиця 4.4

Газ	ГОСТ, ТУ	Сорт	Об'ємний вміст чистого газу, %
Аргон	10157-79 10157-79 ТУ 6-21-12-76	Вищий Перший Високої чистоти	99,99 99,98 99,997
Гелій	ТУ 51-940-80	-	99,99

Найбільш широко в якості захисного газу застосовують аргон. У газоподібному вигляді аргон зберігають та перевозять у стальних балонах. Балони для технічного аргону покрашені в чорний колір з білою горизонтальною смугою та надписом «Аргон технічний». При великому споживанні аргону він доставляється у спеціальних цистернах у зрідженому стані і через газифікатори подається в магістраль до зварювальних постів. Для перевезення рідкого аргону застосовують спеціально обладнані автомобільні цистерни типу АГЧ чи причіпні резервуари типу ТРЖК, а також залізничні цистерни типу 8Г513.

Гелій поставляється в балонах у газоподібному вигляді. Балони забарвлюють в коричневий колір з надписом білими літерами «Гелій» або «Гелій в.ч.» для гелію високої частоти.

4.4 Підготовка зварювального дроту

Для очищення поверхні алюмінієвого зварювального дроту рекомендується наступна його обробка: промивка розчинником для знежирювання; травлення у 15%-ому розчині технічного їдкого натру протягом 5-10 хв. при температурі 60-70 °С; промивка в холодній воді, сушка, дегазація при температурі 350 °С протягом 5-10 год. при вакуумі 0,133 Па (вакуумна сушка). Операція вакуумування може бути замінена гартуванням в атмосфері повітря при температурі 300 °С протягом 10-30 хв..

Гарні результати по очищенню поверхні алюмінієвого дроту дає електрополірування його поверхні. У якості електроліту використовують розчин наступного складу: 70 мл Н3РО4, 300 мл H2SO4, 24 гCr2O3. Полірування проводиться при температурі 95-100 °С. Для кожного діаметру дроту при постійній швидкості її протяжки через ванну існує мінімальна величина струму, при якому процес полірування є можливим.

Для зменшення пористості швів та видалення адсорбованої вологи після хімічної обробки рекомендується зварювальний дріт підігрівати в інертному газі при температурі 200-480 °С протягом 30-80 хв.. підігрів дроту в аргоні знижує вміст адсорбованої вологи не менш ніж в 5 разів.



5. Вибір стандартних або розробка нестандартних зварних з'єднань

Завдяки високій концентрації енергії при зварюванні алюмінію по флюсу досягається висока глибина проплавлення основного металу, внаслідок чого необхідності в скосі кромок металу товщиною 20-25 мм та більше немає.

При автоматичному дуговому зварюванні алюмініюплавким електродом в середовищі інертного газу стикового з'єднання товщиною 20 мм рекомендують Х-образну розробку кромок типу С25 (ГОСТ 14806-80).

Розміри, мм Таблиця 5.1

Умовне позначення зварного з'єднання	Конструктивні елементи
	підготовлених кромок зварюваних деталей	зварного шва
С25
Товщина S, мм	с (гран. відхил. ±1)	h (гран. відхил. ±1,5 )	e (гран. відхил. ± 3)	g
20-23	8	9	21	Номінальне значення	Граничні відхилення
				4	+1 -2



6. Вибір параметрів режиму зварювання

Орієнтовний режим автоматичного зварювання алюмінію по флюсу одним електродним дротом Таблиця 6.1

b, мм	de, мм	Iзв, А	Vзв, м/год	Шар флюсу, мм
				Висота	Ширина
20	3,0-3,1	450-470	14-15	14	40

Орієнтовний режим автоматичного зварювання алюмінію по флюсу розщепленим електродом Таблиця 6.2

b, мм	de, мм	Відстань між осями дротів, мм	Сумарна сила струму, А	Uд, В	Vзв, м/год	Шар флюсу, мм
						Висота	Ширина
20	2,5	9-12	460-500	38-40	12-14	16	46

Орієнтовний режим автоматичного зварювання алюмінію під флюсом розщепленим електродом Таблиця 6.3

b, мм	Флюс	de, мм	Iзв, А	Uд, В	Vзв, м/год	Vпод, м/год
14	ЖА-64	3,0	550-620	28-34	13	184
34	ЖА64А	2,5	1100-1200	32-36	13	476

Орієнтовний режим автоматичного аргонодугового зварювання алюмінію плавким електродом Таблиця 6.4

Тип з'єднання	b, мм	de, мм	Iзв, А	Uд, В	Vзв, м/год.	Витрати аргону, л/хв.	Кількість проходів
Стикове, з Х-образною розробкою кромок	20-25	2,5-4,0	380-520	26-30	10-20	28-30	2-4



7. Підготовка поверхні і крайок основного металу

Техніка зварювання.

Якість зварних з'єднань із алюмінію та його сплавів в значній мірі визначається підготовкою поверхні зварюваних кромок та електродного дроту.

Перед зварюванням ретельно видаляють жирове мастило, яким покривають напівфабрикати при консервації. Поверхню металу на ширині 100-150 мм від кромки знежирюють ацетоном, авіаційним бензином, уайт-спиритом або іншими розчинниками. Плівку оксидів, що знаходяться під жировим мастилом, видаляють механічними способами чи хімічним травленням. При механічних способах зварювані кромки на ширині 25-30 мм зачищають наждачним папером, шабером чи металевою щіткою. Для щіток рекомендується використовувати дріт із нержавіючої сталі діаметром не більше 0,15 мм. Зачищення кромок шабером та металевою щіткою прийнятніше, оскільки не створює небезпеки забруднення шва абразивом.

У випадку видалення плівки оксидів хімічним способом деталі травлять протягом 0,5-1 хв в реактиві наступного складу: 50 г їдкого натру технічного та 45 г фтористого натрію технічного на 1 л води. Після травлення слідує промивка проточною водою та освітлення протягом 1-2 хв в 30-35 %-ому розчині азотної кислоти. Після повторної промивки в проточній воді обробка закінчується сушкою стисненим повітрям при температурі 80-90 °С до повного випаровування вологи.

Підготовлена таким чином поверхня зберігає свої властивості протягом 3-4 днів. При більш тривалому зберіганні на зачищеній поверхні адсорбується волога з повітря та утворюється оксидна плівка. Щоб уникнути дефектів швів, необхідно повторно зачистити кромки.

Завдяки високій концентрації енергії при зварюванні алюмінію по флюсу досягається висока глибина проплавлення основного металу. Зварювані кромки підігріваються теплотою достатньо потужної дуги, тому при зварюванні по флюсу не потребується попереднє підігрівання зварюваних деталей стороннім джерелом тепла. Зварювання одним електродним дротом виконується на стальних підкладках, як правило, двосторонніми швами. Зварювання розщепленим електродом виконується на флюсовій подушці.

Для зменшення небезпеки окислення зварювальної ванни при дуговому зварюванні плавким електродом в інертних газах її розміри повинні бути мінімальними. Надмірна витрата газу призводить до його турбулентного витікання та засмоктування в зону дуги повітря, тобто порушення газового захисту. При малому витіканню газу або ж завеликої швидкості зварювання захист зони зварювання буде недостатній. Тиск аргону в залежності від витрат установлюється в межах 0,01-0,05 МПа. Подачу аргону вмикають за 3-5 с до збудження дуги, а вимикають через 5-7 с після її обриву. Включення та вимикання подачі зручніше виконувати за допомогою електромагнітного клапану, який установлюється у колі апаратури управління.Рекомендується установлювати відстань між нижнім зрізом наконечника горілки та поверхнею виробу в межах 5-15 мм.



8. Вибір зварювального обладнання

Для автоматичного зварювання під флюсом застосовують апарати різних типів. Великогабаритні конструкції зварюють нерухомими підвісними головками. В такому випадку виріб крутиться чи поступово переміщується за допомогою маніпуляторів. Зварювальна головка може переміщуватися по спеціальним рейкам (самохідна головка) при нерухомому виробі. Найбільш широкого застосування отримали зварювальні трактори - апарати, котрі самі переміщуються по зварюваному виробу.

Технічні характеристики автоматів для дугового зварювання Таблиця 8.1

Марка	Діаметр електроду, мм	Номінальний зварювальний струм, А	Габарити, мм	Маса, кг
Трактори для зварювання плавким електродом в захисних газах
АДСП-2	1,0-3,0	400	560х600х480	63
Трактори для зварювання під флюсом
АДФ-1001	2,0-5,0	1000	1050х365х655	60
Дводугові трактори для зварювання під флюсом розщепленим електродом
ТС-41	2,0-3,5	800	900х400х770	80
Самохідні підвісні головки для зварювання під флюсом
А-1410	2,0-5,0	2000	1660х870х1160	325
Універсальні зварювальні трактори для зварювання в захисних газах та під флюсом
ТС-42	1,2-3,0	500	570х310х440	36

До автоматів з підвісними головками відноситься апарат АБС. Він складається з вузлів А, Б, С, кожний з яких спеціалізований для виконання визначених операцій. Вузол А - підвісна зварювальна головка з постійною швидкістю подачі електродного дроту. Швидкість подачі регулюється за допомогою змінних шестерень. Вузол Б - бункер з флюсоапаратом для подачі та відсмоктування флюсу і механізмом підйому для руху головки по вертикалі. Вузол С - самохідний візок, який здійснює пересування головки вздовж зварюваного виробу. Застосовуючи тільки вузли А та Б можна отримати важку підвісну головку АБ, оснащену механізмом для її підйому та опускання і флюсоапаратом. Автомат АБС працює як самохідна зварювальна голівка. До цього типу відноситься універсальний апарат А-1410, призначений для зварювання під флюсом та в середі захисних газів.

Із зварювальних автоматів тракторного типу широко поширені трактори типу ТС, у яких подача електродного дроту здійснюється з постійною швидкістю, незалежно від напруги на дузі. Трактори серії АДС (наприклад, АДС-1000-2) оснащені автоматичним регулятором напруги на дузі з впливом на швидкість подачі дроту. Вони можуть плавно змінювати швидкість зварювання.

8.1 Термічна обробка

Для алюмінієвих сплавів, що термічно не зміцнюються (саме таким сплавом і є сплав АМц ) термічна обробка не потрібна.



Список використаної літератури

1. Гуревич С.М. - Справочник по сварке цветных металлов (изд.2-е) - 1990.

Размещено на Allbest.ur