Сварочные работы: современное оборудование н техноло­гия работ

Сварка алюминия и его сплавов

Алюминий — очень легкий металл, имеющий плотность 2,7 г/см3. Отличаясь малой массой, сравнительно высокой проч­ностью, хорошей обрабатываемостью, алюминиевые сплавы ши­роко применяются во всех отраслях народного хозяйства. Высо­кая коррозионная стойкость, теплопроводность и электро­проводность во многих случаях делают их труднозаменимыми конструкционными материалами.

В сварных конструкциях получили распространение дефор­мируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой (АД, АД 1, Амц, Амгб и др.), сплавы, упрочняемые термообработкой (АД31, АДЗЗ, 1201,1420 и др.).

Алюминий обладает способностью активно взаимодейство­вать с кислородом. Образующийся оксид алюминия А12Оа покры­вает поверхность металла прочной и плотной пленкой. Окисле­ние алюминия при нормальной температуре после достижения

предельной толщины пленки практически прекращается, так как пленка обладает защитными свойствами.

Важнейшей характеристикой пленки оксида алюминия яв­ляется ее способность адсорбировать газы, в особенности водяные пары. Коэффициент теплового расширения пленки почти в 3 раза меньше, чем у алюминия* поэтому при нагреве в ней образуются трещины. При наличии в сплаве легирующих добавок состав пленки может меняться и становится более сложным, включая оксиды этих добавок. Подобные сложные пленки могут быть более рыхлыми, гигроскопичными и не обладать защитными свойствами.

Трудности сварки алюминия и его сплавов связаны с нали­чием на поверхности свариваемых кромок тугоплавкой оксидной пленки (температура плавления 2 050'С), препятствующей сплав­лению основного и присадочного металлов. Удаление оксидной пленки производят тремя способами: механическим (наждачным инструментом, металлической щеткой, шабрением), химическим (травлением, применением при сварке флюсов, содержащих фто­ристые ш хлористые соли) и электрическим (сварка постоянным током обратной полярности или переменным током, катодное рас­пыление). Следует иметь в виду, что при нагреве до температуры 400-500°С прочность алюминия резко падает и деталь может раз­рушиться даже под действием собственного веса.

Дуговую сварку строительных конструкций производят угольным или плавящимся электродом. При сварке угольным электродом присадочным материалом служат прутки из алюми­ния АО, А1 или сплавов АМц, АК. Наличие кремния в присадоч­ном материале повышает текучесть металла, снижает усадку и уменьшает опасность образования трещин в металле шва. Свар­ку выполняют постоянным током прямой полярности. Диаметр электрода выбирают в пределах 6-15 мм в зависимости от толщины свариваемых кромок. Сварочный ток соответственно составляет 150-500 А. Перед сваркой присадочный пруток и свариваемые кромки покрывают флюсом.

При сварке плавящимся электродом применяют стержни из сварочной проволоки марок СвА97, СвАМц, СвАК5 или проволо­ки из сплава того же состава, что и свариваемый металл. Сварку производят постоянным током обратной полярности с возможно короткой дугой. Сварочный ток определяют из расчета 15-30 А на 1 мм диаметра электрода. Для удаления пленки оксидов при­меняют флюс АФ4А, содержащий хлористого натрия — 28%, хло­ристого калия — 50% хлористого лития — 14%, фтористого нат­рия — 8%. При сварке металлическим электродом применяют различные покрытия, которые содержат хлористый натрий, хло­ристый калий, фтористый калий, фтористый натрий, криОлит, сернокислый натрий, хлористый литий и др. В качестве связую­щего вещества применяют декстрин или густой раствор поварен­ной соли. Покрытие наносят на стержень электрода слоем 1- 1,2 мм. Листы толщиной до 3 мм сваривают с отбортовкой, а при толщине металла 4-8 мм — без скоса кромок.

Листы толщиной более 8 мм сваривают со скосом кромок с углом раскрытия 60-70’. Кромки листов толщиной более 8 мм перед сваркой подогревают до температуры 200-250°С. После сварки швы тщательно очищают от шлаков и остатков флюса — промывают горячей водой, протирают щеткой и ветошью. Для более полной очистки применяют травление 5% - м раствором азотной кислоты с последующей промывкой горячей водой и сушкой.

Автоматическую и полуавтоматическую сварку по флю­су применяют для листов и деталей с толщиной кромок более 8 мм. Дуга горит не в слое флюса, а над флюсом. Тонкого слоя флюса достаточно, чтобы защитить-сварочную ванну и удалить оксидную пленку. При большей толщине слоя флюса дуга шун­тируется через шлак, обладающий высокой электропроводно­стью, и горит по слою флюса. Применяется электродная проволо­ка марки СвА97 или СвАМц диаметром 2-Змм. Флюс АН-А1, состоящий из хлористого натрия — 20%, хлористого калия — 50% и криолита — 30%, наносят на свариваемый шов слоем тол­щиной 10-35 мм. Сварку производят постоянным током обрат­ной полярности при напряжении дуги 38-44 В. Вылет электрода составляет 25-40 мм, сварочный ток 300-450 А, скорость сварки 12-20 м/ч.

Аргонодуговая сварка алюминия и его сплавов получила наибольшее распространение. При ее использовании нет необхо­димости применять относительно сложные флюсы и покрытия, остатки которых могут вызвать коррозию металла шва. Сварку производят постоянным током обратной полярности или перемен­ным током, но с обязательным применением осциллятора и бал­ластного реостата.

Ручную сварку выполняют вольфрамовым электродом на установках УДГУ-301, УДГ-501 и ИСВУ-315. При толщинесва - риваемых кромок До 6 мм применяют электроды диаметром до 4 мм, а для кромок больших толщин — до 6 мм. Сварочный ток определяют из расчета 30-45 А на 1 мм диаметра электрода. Рас­ход аргона составляет 6-15 л/мин. Сварку производят при мини­мальной длине дуги (менее 2 мм), что обеспечивает энергичное разрушение оксидной пленки вследствие катодного распыления и улучшенную защиту сварки.

Механизированную сварку выполняют на специализирован - ном автомате типа АДСВ-6.

Полуавтоматическую и автоматическую сварку в среде аргона плавящимся электродом выполняют специальными шланговыми полуавтоматами и автоматами. Сварку производят постоянным током при правильном выборе режима сварки и при­менении обратной полярности. Применяют сварочную проволо­ку СвА97, СвАМц, СвАК или того же состава, что и сварива-емый металл. Металл толщиной до 10 мм сваривают без разделки кро­мок, при больших толщинах кромок применяют V - и Х-образ - ные разделки шва. Сварочный ток при электродной проволоке диаметром 2,0 мм составляет 250-300 А, скорость сварки дос­тигает 30-40 м/ч.

Газовая сварка алюминия дает хорошие результаты при правильном выборе режима сварки и применении флюсов. Листы толщиной до 3 мм сваривают с отбортовкой кромок на высоту примерно утроенной толщины листа. При толщине ли­стов до 5 мм сварку производят без скоса кромок с зазором до 0,5 мм.

Листы толщиной 5-15 мм сваривают с односторонним, а при большей толщине — с двусторонним скосом кромок. Угол раздел­ки составляет 60-70°. Сварку нахлесточных соединений приме­нять не следует, так как флюс, затекающий в зазор между листа­ми, вызывает коррозию и разрушение шва. Кромки соединения и присадочную проволоку хорошо очищают от оксидной пленки механическим или химическим способом.

Механическую очистку производят путем обезжиривания в щелочном растворе с последующей очисткой металлической щет­кой. Сварку следует выполнять не позднее чем через 2 ч после очистки.

Химическую очистку производят в такой последовательно - сти: кромки обезжиривают и протравливают в 5% - м растворе каустической соды, затем соединяемые части промывают водой, насухо протирают тряпкой и просушивают. Сварку следует выполнять не позднее чем через 8 ч после очистки. Флюс наносят на свариваемое кромки и присадочную проволоку в виде пасты или насыпают в разделку шва в виде порошка. Флюсы хранят в герметически закрытых сосудах, так как они интенсивно погло­щают влагу из воздуха. Сварку выполняют левым способом нор* мальным пламенем или с небольшим избытком ацетилена. При этом следует учесть, что большой избыток ацетилена способству­ет образованию пор в сварном шве. Большую опасность представ­ляет избыток кислорода, который значительно затрудняет свар­ку, интенсивно окисляя алюминий. Угол наклона мундштука горелки в начале сварки устанавливают повышенный — 70-80*, а затем уменьшают до нормального значения — 30-45'.

Мощность сварочного пламени зависит от толщины металла:

При сварке силуминов рекомендуется предварительно подо­греть изделие до 200-250'С, а после сварки произвести отжиг при температуре 300-350°С с последующим медленным охлаждени­ем. Швы сварных соединений из проката проковывают легкими ударами в холодном состоянии. Остатки флюса и шлака тщатель­но удаляют с помощью металлической щетки и промывкой горя­чей водой.