СВАРКА И НАПЛАВКА АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ

Характер массопереноса при наплавке порошковыми электродами

Сварка и наплавка алюминия и его сплавов затруднена из-за наличия на поверхности изделия и электродного материала тугоплавкой диэлектрической пленки оксида алюминия (АІ203). Для ее разрушения и стабилизации процесса сварки и наплавки используются различные варианты. Наиболее прогрессивным и высокопроизводительным процессом является импульсно-дуговая наплавки плавящимся электродом в среде аргона [34].

Импульсно-дуговая сварка и наплавка представляет собой процесс, в котором перенос электродного металла синхронизован с импульсами тока с амплитудой 750-1000 А и длительностью 10-25 мкс. Наиболее широкое применение нашли источники питания постоянного тока с импульсами частотой 50 Гц и 100 Гц, в частности, ПДГИ - 302-УЗ; ВДГИ-301-УЗ.

Для наплавки жаропрочного алюминиевого сплава с повышенными эксплуатационными свойствами относительно основного металла АЛ 25 использована порошковая проволока прямоугольного сечения (6x1,5мм) с алюминиевой оболочкой и шихтой в виде механической смеси порошков или плавленой дробленой лигатуры.

Для исследования механизма переноса электродного металла - порошковой проволоки-плющенки была создана установка, позволяющая проводить скоростную киносъемку процесса наплавки. Схема установки приведена на рис.8.1.

Съемки проводились скоростной кинокамерой “Пуск - 16" на следующих режимах: скорость съемки - 2000 кадров/ с; кинопленка А2 (400 ед. ГОСТа) 16 мм; объектив “Юпитер-11", фокусное расстояние 130 мм; диафрагма - 5,6; мощность лампы подсветки - 1 кВт.

Наплавка проводилась на деталь цилиндрической формы диаметром 120 мм с U - образной разделкой кромок

шириной 6 мм и глубиной 4 мм. Был проведен ряд экспериментов с использованием постоянного тока обратной полярности, импульсного тока с частотой 50 и 100 Гц, а также с изменением амплитуды и длительности импульсов.

При наплавке на постоянном токе обратной полярности устойчивый перенос электродного металла при использовании порошковой проволоки ПП-МА-5 возможно получить при токах более 350 А. Наплавка на таком режиме приводит к перегреву детали, интенсивному перемешиванию наплавленного и основного металла, что снижает концентрацию легирующих компонентов в наплавленном металле.

Наплавка порошковой проволокой с алюминиевой оболочкой имеет ряд трудностей, которые не существуют при наплавке проволоками сплошного сечения. В первую очередь, это просыпаемость шихты при плавлении оболочки. В связи с ограниченными пластическими свойствами оболочки, выполненной из алюминиевого листа толщиной 0,25 - 0,30 мм, коэффициент уплотнения шихты невысок и она сохраняет подвижность, что приводит к ее просыпанию в момент оплавления оболочки. Особенно хорошо это видно при наплавке с использованием тока с наложением импульсов частотой 50 Гц. При этом время существования капли и ее размеры позволяют шихте беспрепятственно просыпаться, а из-за электромагнитного воздействия сварочной дуги попадание ее в сварочную ванну происходит не полностью (рис.8.2). При использовании тока с наложением импульсов частотой 50 Гц твердость наплавленного металла ограничена величиной 110 - 115 НВ. Химический анализ показал, что концентрация основных легирующих компонентов кремния, марганца, меди в 1,2 - 1,3 раза ниже, чем в основном металле [ 168].

Использование сварочного тока с наложением импульсон 100 Гц приводит к значительному измельчению капли. Процесс переноса практически близок к струйному, и просыпаемость шихты значительно снижается и повышается степень легирования наплавленного металла за счет более полного переноса шихты в наплавленный металл (рис.8.3).

Твердость наплавленного металла при этом увеличилась до 125 - 128 НВ, а химический анализ показал концентрации легирующих компонентов, близкие к основному металлу.

Сравнение свойств основного и наплавленного металла дано на рис.8.4.

Применение частоты импульсов более 100 Гц является нерациональным из-за значительного усложнения источника питания. Повышение частоты импульсов приводит также к повышению температуры капли и более интенсивному испарению легирующих компонентов шихты. Наилучшие результаты были получены при амплитуде импульсов в диапазоне 750 - 800 А и длительностью 1,6 -

2,2 мкс. Оптимальными режимами наплавки являются следующие:

средний сварочный ток ( / ) 250 - 270 А;

вмплитуда импульсов ( / ) 750 - 800 А;

частота импульсов (/ ) - 100 Гц;

напряжение на дуге Ud - 22 - 24 В;

длительность импульсов ( г ) 1,6 - 2,2 мкс;

скорость сварки ( Va) 16 -20 м/час;

скорость подачи электрода ( V ) 110 -140 м/час;

расход аргона - 0,6 - 0,9 м3/час.

Необходимо также отметить, что металлографические исследования наплавленных образцов показали

равномерность глубины проплавления и химического состава наплавленного металла при использовании частоты импульсов 100 Гц. Формирование наплавленного металла при частоте импульсов 100 Гц значительно лучше, чем при 50 Гц. При частоте 50 Гц отмечена недостаточная глубина проплавления.

/щф

Рис. 8.3. Кинограмма процесса наплавки порошковой проволокой с использованием импульсов сварочного тока частотой 100 Гц