СВАРКА И НАПЛАВКА АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ

Влияние металлических формирующих подкладок

При сварке стыковых соединений большой длины (более 1000 мм) на флюсовой подушке очень трудно получить стабильное формирование металла шва по длине с обратной стороны. Поэтому было исследовано влияние на формирование обратной стороны шва металлических подкладок из меди М1, латуни Л62, нержавеющей стали 1Х18Н10Т и малоуглеродистой стали СтЗ толщиной от 4 до 30 мм. Для формирования обратной стороны шва в подкладках делались различной формы канавки (рис. 4.4).

При использовании в качестве подкладки пластин толщиной 4 - 12 мм из меди сдазличной формой канавки (рис.

4.4, а, 6, в, е, з, и) не было получено удовлетворительного формирования обратной стороны шва. Повышенная теплопроводность меди способствует более быстрой кристаллизации металла шва. При этом процессы, сопутствующие кристаллизации жидкого металла, не успевают завершиться. В результате этого нижняя сторона шва зашлакована, поверхность бугристая, неровная, местами встречаются глубокие подрезы.

При сварке на латунных пластинах (рис. 34, 6, д, з) удовлетворительного формирования обратной стороны шва также получить не удалось. В данном случае наблюдалось частичное оплавление алюминия с металлом подкладки и образование пор, а иногда и сквозных свищей. Последние, надо полагать, являются следствием интенсивного испарения цинка с поверхности латунных пластин.

Применение стальных пластин из нержавеющей стали 1Х18Н10Т (рис. 4.4, б, в, д, ж, з) тоже не решило поставленной задачи. Нержавеющие стали обладают относительно низкой теплопроводностью, что способствует значительной концентрации тепла на небольшом участке металла подкладки, ее подплавлению с последующей приваркой к свариваемым пластинам. В местах приварки металл шва имеет дефекты в виде пор.

Влияние подкладок из малоуглеродистой стали толщиной Я “ 4...30 мм с различной формой и размерами канавок было исследовано на формирование обратной стороны шва (рис. 4.4, а, б, в, г, е, и, к).

Сварка осуществлялась:

а) при горизонтальном положении пластины с формирующей канавкой и вертикальном расположении электродов;

б) при положении сварки “на подъем”, когда электроды располагались вертикально, а формирующая пластина устанавливалась с уклоном 1/60,1/30,1/20,1/15,1/10;

в) при сварке “углом вперед” были исследованы углы наклона электродов 10,15, 25,30 и 35°.

При горизонтальном положении формирующей пластины и вертикальном электродов получить качественное сварное соединение не удалось. С обратной стороны шва наблюдались подтеки и неравномерное формирование по длине. Усиление шва сверху было большим (8- 12мм). Углы смачивания близки к 90°.

Сварка "на подъем” при исследовании наклона формирующей пластины не дала положительных результатов. С увеличением высоты подъема пластины растет усиление шва. В ряде случаев углы смачивания становятся отрицательными. Подтеки металла, наблюдавшиеся ранее, с обратной стороны валика устранить не удалось.

Как показали опыты, сварка “углом вперед” благоприятно повлияла на формирование шва, особенно с обратной стороны. В сочетании с пластиной, имеющей овальную формирующую канавку (рис. 4.4, б) при оптимальном угле наклона электродов 20°, удалось получить сварные швы с равномерным усилением по всей длине (>1000 мм) и плавным переходом к основному металлу. Между металлом шва и формирующей пластиной обычно располагается шлаковая корка толщиной 1-1,5 мм. Эти данные полностью подтвердились при сварке полотнищ с длиной шва до 10 м в производственных условиях.

При сварке продольных стыков емкостей из алюминия толщина формирующей планки составляет 25-30 мм. Использование бандажей такой же толщины при сварке кольцевых швов вызывает затруднения при сборке и не обеспечивает плотного прилегания бандажного устройства к обечайке. Снижение толщины бандажа значительно облегчило бы процесс его установки на обечайку и улучшило поджатие обратной стороны шва. Поэтому необходимо было исследовать влияние размеров канавки и толщины формирующей планки (рис. 4.5) на геометрические параметры шва и эксплуатационные свойства сварных соединений.

Для проведения исследования на прихватках собирались встык с зазором 6 мм пластины размером 600x300x14мм из алюминия А5. Однопроходная односторонняя сварка расщепленным электродом производилась на автомате А1416 под флюсом ЖА-64 при величине расстояния между электродами 13 мм. Электродная проволока Св А5С диаметром 2,5 мм подвергалась травлению в щелочной среде с последующим осветлением в растворе азотной кислоты. В качестве источника питания использовался ВКСМ-1000.

Формирование обратной стороны шва осуществлялось планкой толщиной 25 мм из малоуглеродистой стали Ст 3 с вы фрезерованной вдоль планки канавкой шириной 22 мм и глубиной от 1 до 7 мм включительно через 1 мм. Для сравнения производилась сварка пластин встык на формирующей планке без канавки. Сварка пластин встык осуществлялась на режиме: сварочный ток 570 630 А, напряжение дуги - 28 - 32 В,

скорость сварки 13 м/ч, скорость подачи электродной проволоки 275 м/ч, насыпная высота флюса - 50 - 60 мм.

Следует отметить, что в процессе сварки на формирующей планке с канавкой шириной 22 мм

наблюдались случаи прилипания свариваемых пластин к формирующей планке. Причем чаще всего это происходило по краям канавки. Для предотвращения этого явления, вызывающего определенные неудобства в работе, ширина канавки формирующей планки была увеличена до 26 - 28 мм.

Внешний осмотр полученных швов показал, что наружное формирование шва при глубине канавки до 4 мм - равномерное. При увеличении глубины канавки формирующей планки более 4 мм формирование внешней стороны шва становится неравномерным, что можно объяснить периодическим подтеканием вперед металла сварочной ванны в зазор между свариваемыми пластинами и формирующей планкой. Формирование обратной стороны шва при всех исследуемых формах канавки достаточно равномерное по всей длине шва.

Изменение глубины канавки существенно повлияло на геометрические размеры шва (рис. 4.5).

При сварке на формирующей подкладке без выфрезерованной канавки шов с наружной стороны имеет значительное усиление (рис. 4.6), а с обратной стороны ослаблен по всей длине. С увеличением глубины канавки от 1 до 7 мм высота наружного усиления шва снижается от 7,5 до 5 мм, а высота усиления обратной стороны шва возрастает от 1 до 6 мм.

Увеличение глубины канавки приводит к уменьшению

площади наплавки и возрастанию площади сечения усиления обратной стороны шва. Краевой угол смачивания с увеличением глубины канавки от 1 до 7 мм наружного усиления шва уменьшается с 73 до 35°, а обратного - возрастает от 18 до 42°. Согласно полученным результатам, лучшие геометрические размеры и удовлетворительное формирование шва обеспечивает формирующая планка с овальной канавкой глубиной 3,5 - 4,5 мм и шириной 26 - 28 мм.

Результаты механических и коррозионных испытаний сварных соединений, полученных при различной глубине формирующей канавки, представлены в табл. 41.

Как видно из полученных результатов, изменение глубины формирующей канавки не оказывает заметного влияния на прочностные и коррозионные свойства сварных соединений.

Влияние толщины формирующей планки на геометрические размеры шва, механические и коррозионные свойства сварных соединений определялось на формирующих планках толщиной от 4 до 28 мм включительно через каждые 4 - 5 мм. Для обеспечения необходимой прочности формирующей планки толщиной 4 мм канавка шириной 26 - 28 мм и глубиной 4 мм изготовлялась не фрезерованием, как в остальных случаях, а путем штамповки на прессе (рис. 4.4,к).

Замер геометрических параметров шва показал, что изменение толщины формирующей планки в исследуемых пределах при постоянных размерах канавки не оказывает влияния на геометрические параметры шва.