СВАРКА И НАПЛАВКА АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ

Автоматическая сварка алюминиевых емкостей

Производственное внедрение автоматической сварки толстолистового алюминия под флюсом закрытой дугой производилось на ОАО “Азовмаш” (бывший завод тяжелого машиностроения) при изготовлении алюминиевых цистерн, на Моршанском и Пензенском заводах химического машиностроения для производства алюминиевых емкостей и др.

Отработка режимов сварки продольных стыков в производственных условиях при изготовлении емкостей производилась на пластинах размером 2000x400 мм и толщиной 16, 20, 25 и 28 мм. В отличие от существующей на заводах технологии двухсторонней сварки по слою флюса АН - А1 или ручной дуговой сварки, сварка под слоем флюса ЖА - 64 производилась за один проход с одной стороны с полным проплавлением свариваемых листов на всю толщину. Отработка режимов сварки, а также сварка опытной партии днищ и контрольных планок для алюминиевых емкостей производилась на стендах, обеспечивающих плотное прилегание свариваемых листов к формирующим планкам с помощью пневмоцилиндров (рис.5.1). Для формирования обратной стороны шва при однопроходной односторонней сварке опытной партии днищ на имеющиеся флюсовые подушки устанавливались стальные формирующие планки размером 250x150x25 мм с выфрезерованной канавкой глубиной 4 мм и шириной 26 - 28 мм. Поджатие формирующих планок к нижней стороне свариваемого днища осуществлялось с помощью пневмошланга диаметром 90 мм, установленного внутри подушки. Сборка контрольных планок и полотнищ производилась с зазором 6-8 мм. Сварка в производственных условиях показала, что необходимые геометрические параметры шва, а также свойства сварных соединений обеспечиваются при использовании режимов сварки, выбранных на основе разработанной номограммы (рис. 4.13). Рентгенопросвет контрольных планок и сваренных полотнищ для днищ алюминиевых емкостей показал отсутствие в металле шва пор и шлаковых включений. Механические испытания полученных сварных соединений свидетельствуют об их высоких прочностных и пластических свойствах, что создает благоприятные условия при штамповке заготовок для днищ (рис. 5.2).

Предел прочности сварных соединений составляет 76 82 МПа с разрывом образцов вне шва, а угол загиба а

180° Многочисленные результаты коррозионных испытаний сварных соединений, проведенные по методике ИЭС имени Е. О. Патона [94], показали, что критерий коррозионной стойкости сварных соединений, полученных при автоматической сварке под флюсом закрытой дугой в производственных условиях, не превышает 14 %( А < 14 %). Согласно техническим условиям на изготовление алюминиевых конструкций, допускается снижение коррозионной стойкости сварных соединений по сравнению с основным металлом до 30 % ( А £ 30 %). Поэтому полученные результаты коррозионных испытаний свидетельствуют о достаточно высокой коррозионной стойкости сварных соединений, выполненных

автоматической сваркой под флюсом закрытой дугой [124].

Для сварки кольцевых стыков при изготовлении алюминиевых емкостей был использован стационарный роликовый стенд с электроприводом, обеспечивающим плавную регулировку скорости вращения обечайки, а следовательно, и скорость сварки. При этом сварка осуществлялась внутри обечайки трактором ТС-33.

Для сварки кольцевых швов обечаек диаметром

2000.. .3200 мм в первоначальном варианте применялся бандаж из малоуглеродистой стали Ст 3 толщиной 14 мм с выфрезерованной канавкой и состоящей из шести сегментных пластин, соединяемых винтовыми стяжками.

Однако установка бандажа такой толщины на обечайку при сварке кольцевых швов вызывает затруднения. Поэтому в дальнейшем толщина бандажа устройства была снижена до 6 мм. При этом плотное прилегание бандажного кольца к обечайке было обеспечено при наличии только винтовых стяжек, что значительно упрощает процесс сборки кольцевых стыков (рис. 5.3). Необходимые размеры формирующей канавки на бандажном кольце были получены путем штамповки.

Проведенные механические и коррозионные испытания сварных соединений, полученных при сварке кольцевых стыков, а также рентгенопросвет металла свидетельствуют, что свойства кольцевых швов при автоматической сварке закрытой дугой равноценны механическим и коррозионным свойствам швов, полученным при испытании продольных стыков, и отвечают требованиям, предъявляемым к сварным алюминиевым

конструкциям.

Изготовление специальных толстостенных фланцев для алюминиевых емкостей обычно производится путем плазменной вырезки заготовки из листа требуемой толщины. При этом отходы листового алюминия составляют 70 - 75 %. С целью экономии металла более рациональной схемой производства алюминиевых фланцев является вальцовка заготовки требуемого сечения с последующей сваркой замыкающего стыка. Однако используемая при этих целях на заводе “Моршанскхиммаш” ручная сварка неплавящимся электродом в среде аргона является малопроизводительным и дорогостоящим процессом. Наиболее рациональным способом сварки толстолистового алюминия является автоматическая сварка под флюсом закрытой дугой [98]. Поэтому на Моршанском заводе химического машиностроения была произведена сварка алюминиевых фланцев сечением 90 х 60 мм с целью определения возможности применения для этих целей автоматической сварки под флюсом закрытой дугой [128].

Сварка выполнялась двумя электродными проволоками марки А85Т диаметром 4 мм на специализированной приставке конструкции ПГТУ, позволяющей плавно регулировать скорость подачи электродной проволоки, токоподвод к которой осуществлялся через подающий латунный вал и направляющие трубки. В качестве источника питания использовался сварочный трансформатор ТШС-3000.

Учитывая незначительную протяженность шва, сварка выполнялась без выводных планок. Поэтому с целью удержания в процессе сварки расплавленного металла и шлака устанавливались снизу и по бокам свариваемого стыка формирующие стальные планки с выфрезерованными канавками для создания усиления шва.

Процесс сварки производился на режиме / * 1800 - 2000 А; 17, = 34 - 36 В; V - 8 м/ч. Чтобы обеспечить проплавление металла на всю толщину в начале шва, сварочная приставка располагалась на расстоянии 15-20 мм от края стыка и производилась выдержка на месте в течение 12-15 сек. После этого осуществлялось перемещение приставки вдоль стыка со скоростью сварки. В конце шва производилась остановка сварочной приставки с последующим плавным снижением скорости подачи электродной проволоки, а следовательно, и величины сварочного тока с целью заварки образующегося кратера.

Для определения качества сварных алюминиевых фланцев производились механические и коррозионные испытания сварных соединений, а также исследования структуры металла шва и определения его химического состава. Согласно полученным результатам, предел прочности сварных соединений при испытании на разрыв составляет ств 74 78 МПа, а угол загиба а = 180°

Коррозионные испытания, проведенные по методике ИЭС имени Е. О. Патона [94], свидетельствуют о высокой коррозионной стойкости полученных сварных соединений. Критерий коррозионной стойкости составляет 3,5 % при допустимом значении по ТУ на данное изделие А <, 30 %. Металлографические исследования показывают отсутствие каких-либо дефектов сварки в виде газовых пор, шлаковых включений и непроваров. На рис. 5.4 приведен макрошлиф сварного соединения. Химический анализ металла шва

показал, что содержание Si и Fe находится на уровне с основным металлом.

Таким образом, проведенные исследования подтверждают высокое качество сварных соединений, полученных при автоматической сварке алюминиевых фланцев под флюсом закрытой дугой.