Аргонодугове зварювання алюмінію

Аргонодугове зварювання алюмінію Зміст
1. Опис способу
2. Конструктивна кінематична схема поста для аргонодугового зварювання
3. Обладнання та матеріали для аргонодугового зварювання
3.1 Пальник аргонодугового зварювання АГНІ-07М (315 А/DC, 250 А/AC, 2-е осі, водяне охолодження)
4. Підготовка деталей до зварювання
5. Особливості зварювання
6. Техніка й режими аргонодугового зварювання
Висновок
Список використаної літератури
1. Опис способу Алюміній сьогодні практично повсюдно використовується в нашому житті і в різних галузях промислового виробництва. З нього роблять все, починаючи від алюмінієвих ложок і закінчуючи деталями кузова автомобіля. Особливі механічні й антикорозійні властивості, а також малий питома вага алюмінію дозволяє людині використовувати його для створення легких і в той же час міцних конструкцій. Але рано чи пізно предмети, виконані з цього зручного і високотехнологічного матеріалу, ламаються або виходять з ладу. Тому не дивно, що потреба у зварюванні алюмінію або деталей з алюмінію досить часто виникає навіть у домашньому побуті. Зварювання алюмінію традиційно відрізняється підвищеною складністю, тонкістю роботи та необхідністю високої кваліфікації фахівців, які займаються подібною роботою.
Складність зварювання алюмінію, насамперед, пояснюється специфічними особливостями цього металу в порівнянні зі сталлю. Наприклад, алюміній має високу теплопровідність (у кілька разів вище, ніж у рядових сталей), тому тепло від місця зварювання алюмінію інтенсивно відводиться в зварювані деталі, і одночасно низькою температурою плавлення, причому міцність алюмінію при його нагріванні різко знижується. Все це призводить до того, що ймовірність «пропалення», появи так званих «гарячих тріщин» або навіть розплавлення деталі при зварюванні алюмінію досить висока.
При взаємодії з киснем на поверхні алюмінію миттєво утворюється оксидна плівка, яка не дозволяє працювати з цим металом за допомогою звичайної зварки. Саме тому для запобігання утворення оксиду алюмінію процес зварювання виробляють в середовищі інертних газів. Зокрема, практично у всіх випадках технологія зварювання алюмінію передбачає використання спеціального обладнання, де в якості інертного середовища використовується аргон (звідси зварювання алюмінію часто називають аргонодугового зварювання). Іноді використовують і газову суміш аргону з гелієм, яка сприяє більш повному газовиділенням і потенційного відсутності пір.
Аргонова зварка не має нічого спільного з пайкою або плазмовим напиленням. Зварювання алюмінію — процес складний і вимагає від фахівця високої кваліфікації. В першу чергу це пов'язано з хімічними особливостями алюмінію.
При нагріванні алюмінію і його зіткненні з киснем повітря, на поверхні утворюється плівка оксиду, яка перешкоджає роботі з ним з використанням звичайної зварки. Для запобігання взаємодії нагрітого алюмінію з містяться в повітрі киснем застосовують один з інертних газів, а саме
Для зварювання застосовують тугоплавкі електроди з вольфраму. Електрод оточений керамічним соплом, з якого під високим тиском до місця зварювання нагнітається аргон. Завдяки цьому в області зварювання аргоном підтримується середовище з дуже низьким вмістом кисню, що дозволяє тримати електричну дугу між деталлю і закінченням плавиться. Головна мета створюваної таким шляхом електродуги — це плавка самої деталі і присадного дроту.
Аргонова зварка також підходить для різних сплавів. Присадний матеріал вибирається близький за складом до металу, з якого виготовлена деталь. Шов, одержаний після дугового зварювання з аргоном, являє собою єдине ціле із зварюваними деталями, що дозволяє забезпечити міцність, герметичність і довговічність майбутнього виробу.
2. Конструктивна кінематична схема поста для аргонодугового зварювання
Аргонодугове зварювання здійснюється плавким і неплавким електродами. При відновленні деталей використовується в основному зварювання неплавким вольфрамовим електродом з ручною подачею присадочного матеріалу в зону горіння дуги (рис. 1).
Малюнок 1 — Захист зони горіння дуги
Для захисту зварювальної ванни від окислення в зону горіння дуги під невеликим тиском подають захисний газ. Загальний вигляд робочого поста для зварювання алюмінію аргонодугового зварюванням представлений на малюнку 2.
Малюнок 2 — Схема робочого поста для аргонодугового зварювання
1 — балон з аргоном; 2 — газовий редуктор; 3 — электропневмоклапан; 4 — ротаметр; 5 — шафа електроживлення; 6 — установка ИСВУ-315-1; 7 — станція охолодження; 8 — пальник; 9 — свариваемое виріб; 10 — робочий стіл; 11 — витяжний зонт.
3. Обладнання та матеріали для аргонодугового зварювання
Для здійснення аргонно-дугового зварювання використовують установки УДГ-301, УДГ-501, ВСВУ-315, ИСВУ-315-1, ТИР-300, ТИР-300ДМ і ін як плавиться при аргоно-дуговому зварюванні використовують вольфрамові прутки марки ВА-1А, ВТ-15 або ВЛ-10. Діаметр вольфрамового електрода вибирають залежно від зварювального струму. Не плавляться електроди з вольфраму відносяться до дорогих зварювальним матеріалам.
Тому необхідно виконувати певні умови для зниження витрати вольфраму при горінні дуги. Інтенсивний витрата виникає в результаті прямого контакту електрода з розплавленим металом або його парами, в результаті чого на робочій поверхні вольфрамового електрода утворюються більш легкоплавкі сплави.
В якості присадочного матеріалу застосовують дріт марки Св-АК5, Св-А97, Св-АК10 або Св-АК12. Можливо також застосування нарізаних смужок з листового алюмінію товщиною 4-5 мм Присадочний матеріал перед застосуванням необхідно знежирити розчинником, а безпосередньо перед зварюванням зачищають шліфувальною шкуркою.
В якості захисного газу застосовують аргон чистотою не менше 99,9% (по ГОСТ 10157-73, сорти: вищий, перший і другий) або суміші аргону з гелієм. Аргон також є дорогим витратним матеріалом. Основними заходами зниження витрати аргону в процесі зварювання є:
—правильна настройка захисної струменя допомогою ротаметра,
—ведення процесу зварювання з максимально можливою продуктивністю;
—включення до складу обладнання електромагнітного клапана, керованого подачею захисного газу безпосередньо під час зварювання.
Кнопка управління електромагнітним клапаном у деяких типів пальників розташована на рукоятці.
3.1 Пальник аргонодугового зварювання АГНІ-07М (315 А/DC, 250 А/AC, 2-е осі, водяне охолодження)
АГНІ-07М — пальник призначена для ручного зварювання не плавким електродом в середовищі інертних газів маловуглецевих і нержавіючих сталей, сплавів міді, нікелю, титану на постійному струмі прямої полярності дозволяє також зварювати алюмінієві сплави на змінному струмі. Конструкція пальника АГНІ-07М забезпечує поворот голівки відносно поздовжньої осі рукоятки на ± 180° і 110° відносно поперечної осі у зручне для роботи положення. Пальник має кнопку дистанційного керування зварювальним струмом і краник для регулювання витрати захисного газу.
Технічні характеристики пальника АГНІ-07М

Максимальний струм зварювання: (при ПВ=60%) (постійний), А (змінний), А 315 250 Максимальний струм ланцюга управління, А 2
Діаметр вольфрамового електрода, мм 1,6...5
Вихідний діаметр сопла, мм 9;12;16
Тиск газу, не більше, кПа (кг/см2) 147 (1,5)
Тиск води, не більше, кПа (кг/см2) 196 (2)
Витрата захисного газу (аргону) л/хв 08. дек
Габаритні розміри, мм: довжина 240
Висота головки, min, мм max, мм 70 1

4. Підготовка деталей до зварювання При підготовці деталей з алюмінієвих сплавів під зварювання профілюють зварювані кромки, видаляють поверхневі забруднення і оксиди. Знежирення і видалення поверхневих забруднень здійснюється за допомогою органічних розчинників (уайт-спірит, технічний ацетон, розчинники РС-1, РС-2 та ін ) або обробкою в спеціальних ваннах лужного складу. Видалення поверхневої окисної плівки є найбільш відповідальною операцією підготовки деталі. При цьому в основному видаляють стару окисну плівку, отриману в результаті тривалого зберігання і містить значну кількість адсорбованої вологи.
Окисну плівку можна видаляти з допомогою металевих щіток з дроту діаметром 0,1-0,2 мм при довжині ворсу не менше 30 мм або шабрением. Після зачистки кромки знежирюють розчинником. Тривалість зберігання деталей перед зварюванням після зачистки 2-3 ч.
5. Особливості зварювання Алюмінієві сплави володіють рядом специфічних властивостей, що утруднюють їх зварювання.
Головним ускладненням для зварника є те, що алюмінієвий сплав при нагріванні не змінює свого кольору, тому при недостатньому навику зварювальник може не помітити початок розплавлення металу, результатом чого з'явиться провалювання стінки деталі під власною вагою.
Алюміній і його сплави відрізняються високою спорідненістю до кисню, водню та азоту. Окислення алюмінію відбувається при всіх температурах, тому поверхня деталей з алюмінієвих сплавів завжди покрита окисною плівкою, яка за своїм фізичним властивостям значно відрізняється від основного металу. Вона набагато важче сплаву, а температура плавлення окисної плівки 2050С, у той час як температура плавлення алюмінію і його сплавів 650-670С. Потрапляючи в зварювальну ванну, окісна плівка ускладнює сплавлення з кромками і погіршує формування шва. Внаслідок високої адсорбційної здатності до газів і парів води оксидна плівка є джерелом газів, що розчиняються в металі, і непрямою причиною виникнення в ньому несплошностей різного роду. Частинки окисної плівки, що потрапили у ванну, а також частину плівок з поверхні основного металу, не зруйнованих у процесі зварювання, можуть утворювати окисні включення в швах, знижують властивості сполук і їх працездатність. В умовах електродугового зварювання в інертних газах видалення окисної плівки відбувається в результаті електричних процесів, що відбуваються у катода (катодне розпилення). В цих умовах виникає необхідність підвищення вимог до якості попередньої обробки деталей перед зварюванням з метою отримання тонкої і однорідної плівки по всій поверхні зварюваних кромок. Попередня обробка зменшує можливість утворення газових пір, містять атомарний водень і не встигає виділитися внаслідок великих швидкостей кристалізації зварювального шва. Основним джерелом водню є вода, адсорбована поверхнею металу в входить до складу окисної плівки у вигляді гідратованих оксидів.
Попередження пористості при зварюванні алюмінію може сприяти скорочення питомої поверхні присадного дроту за рахунок збільшення її діаметра і зменшення частки участі присадочного металу в освіті шва.
При зварюванні алюмінієвих сплавів кристалічна структура і механічні властивості металу шва можуть змінюватися залежно від складу сплаву, який використовується присадочного матеріалу, способів і режимів зварювання. Для всіх способів зварювання характерна наявність великих швидкостей охолодження і спрямованого відводу тепла. При кристалізації в цих умовах часто розвивається дендритная ізоляція, що призводить до появи в структурі металу евтектики. Евтектика знижує пластичність і міцність металу. У зв'язку з цим у швах можливе виникнення кристалізаційних тріщин в процесі кристалізації. Тому в якості присадочного металу при зварюванні все більше застосування знаходять дроту з добавками модифікаторів (цирконій, титан, бор). Запровадження цих елементів у невеликих кількостях дозволяє поліпшити кристалічну структуру металу швів і знизити їх схильність до утворення тріщин.
6. Техніка й режими аргонодугового зварювання Харчування дуги здійснюється змінним струмом від джерел з падаючими зовнішніми характеристиками.
Перед тим як приступити до зварювання, необхідно якомога точніше визначити режими зварювання (таблиця 1).
Таблиця 1 — Режими аргонодугового зварювання алюмінієвих сплавів неплавким електродом

Товщина металу в зоні зварювання, мм Зварювальний струм, А Діаметр присадочного матеріалу, мм Діаметр вольфрамового електрода, мм Витрата аргону, л/хв
2,0-3,0 90-100 3-4 3,0 3-4
3,0-4,0 100-150 4-5 3,0 4-5
4,0-6,0 140-220 5-6 4,0 5-7
6,0-8,0 200-280 5-6 5,0 6-8
8,0-11,0 270-350 6-7 6,0 8-12

Збудження дуги і розігрів електрода здійснюється на графитной платівці, яку розташовують поряд з точкою початку зварювання. Про готовність електрода до зварювання, свідчить освіта на електроді розпеченого кульки. Надалі протягом всієї зварювання до обриву дуги електрод повинен зберігати таку форму.
До місця зварювання пальник переводять швидким рухом. Слід уникати дотику розпеченим електродом металу, це призводить до забруднення вольфраму, порушення стійкості горіння дуги і погіршення формується шва. Якщо все ж сталося випадкове торкання розпеченим електродом металу, зварювання слід припинити і очистити електрод від прилиплих до нього частинок алюмінієвого сплаву. Для цього запалюють дугу на графітової платівці і витримують її протягом 20-30 с, поки випаруються сторонні включення і на кінці електрода знову з'явиться чистий розпечений кульку.
Подачу присадочного матеріалу в зону дуги починають лише після того, як утворюється зварювальна ванна з чистою поверхнею. Якщо зварювальна ванна має матовий відтінок, а навколо неї відкладається кіптяву, то необхідно дещо збільшити подачу аргону. Якщо ж дуга горить хитливо, то витрата газу слід трохи зменшити.
Довжина дуги повинна бути стабільною упродовж усієї зварювання і підтримуватися на відстані 4-5 мм від поверхні зварювальної ванни. При збільшенні цієї відстані зменшується теплова потужність дуги, збільшується ширина зони розплавлювання, деталь сильніше нагрівається, чого збільшується її викривлення.
При заварці тріщини присадочні дріт, і вольфрамовий електрод розташовують уздовж тріщини. Кінець дроту не повинен під час зварювання виходити із зони газового захисту і потрапляти в стовп дуги.
Для кращої видимості процесу зварку ведуть справа наліво, а присадочні дріт подають спереду. Шов, накладений на тріщину, повинен бути злегка опуклим і підноситися над основною поверхнею на 2-3 мм. Поверхня шва повинна бути світлою з чітко вираженою дрібної чешуйчатостью. Затемнена матова поверхня або закопченность шва свідчать про ненормальною газової захисту, низькій якості аргону, підсосі повітря внаслідок нещільностей газового тракту. Погане формування шва відбувається через неправильно вибраних режимів зварювання або неправильній техніці ведення процесу.
Для зварювання алюмінієвих сплавів також використовують зварювання вольфрамовим електродом імпульсною дугою. При цьому можна зварювати алюмінієві сплави товщиною від 0,2 мм і більше. Для зварювання імпульсною дугою необхідні спеціалізовані джерела струму типу ИПКИ-100, ИПКИ-350, ВСВУ - 315, ИСВУ-315-1 і ін
Автоматичне зварювання здійснюють без подання або з подачею присадного дроту. При ручному зварюванні тонких листів неплавким електродом без присадки (за отбортовке) або з присадкою в один прохід пальник переміщають з нахилом «кутом уперед». Кут нахилу пальника до плоскої поверхні деталі близько 600. Присадочная дріт подається можливо під меншим кутом до плоскої поверхні деталі.
При механізованої або автоматичної зварюванні неплавким електродом пальник розташовується під прямим кутом до поверхні деталі, а присадочная дріт подається таким чином, щоб кінець дроту спирався на край зварювальної ванни; швидкість подачі змінюється від 4-6 до 30-40 м/год в залежності від товщини матеріалу.
Для зварювання алюмінієвих сплавів також використовують зварювання вольфрамовим електродом імпульсною дугою. При цьому можна зварювати алюмінієві сплави товщиною від 0,2 мм і більше. Є спеціалізовані джерела струму для зварювання імпульсною дугою алюмінієвих сплавів на змінному струмі.
Розширення технологічних можливостей при зварюванні металу великої товщини досягається за рахунок використання способу дугового зварювання вольфрамовим електродом зануреною дугою. Спосіб дозволяє зварювати за один прохід матеріал товщиною до 20 мм, При цьому використовують спеціальні вольфрамові електроди з добавками ітрію і танталу і зварювальні пальники з поліпшеним захистом зони зварювання.
Алюмінієві сплави піддають трифазної дуговому зварюванні вольфрамовим електродами. Можливості регулювання тепловкладення при дуговому зварюванні трифазною дозволяють використовувати її для металу різних товщин. При зварюванні трифазною за один прохід успішно зварюють метал товщиною понад 30мм.
Зварювання плавким електродом в захисному газі використовують для матеріалу товщиною більше 3 мм Для живлення дуги при зварюванні плавким електродом застосовують джерела постійного струму із твердою зовнішньої вольт-амперною характеристикою. Зварку ведуть на струмі зворотної полярності, що забезпечує надійне руйнування окисної плівки за рахунок катодного розпилення і нормальне формування швів. Зварювання можна виконувати в напівавтоматичному або автоматичному режимі на підкладках з формуючою канавкою. Перевагою процесу зварювання плавким електродом є висока продуктивність, зростає зі збільшенням товщини металу.
Полуавтоматическая сварка плавящимся электродом возможна в различных пространственных положениях и позволяет заменить менее совершенный процесс сварки алюминиевых сплавов покрытыми электродами; при этом рекомендуются полуавтоматы с механизмом подачи тянущего типа. Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом расширяет возможность сварки алюминиевых сплавов при различных пространственных положениях. При этом улучшается формирование швов, регулируется время пребывания металла сварочной ванны в расплавленном состоянии, а значит и протекание металлургических реакций.
Заключение
Поскольку алюминий — это один из самых распространенных материалов, использующихся при производстве автокондиционеров и подогревателей, то применение аргонной сварки является оптимальным решением задачи по устранению механических повреждений различных алюминиевых элементов этих систем. Ведь стоимость аргонной сварки намного ниже стоимости замены соответствующей сломанной детали.
Дуговую сварку в среде защитных газов широко используют для сварки алюминия и его сплавов. В качестве защитного газа применяют аргон чистотой не менее 99,9% (по ГОСТ 10157—73, сорта: высший, первый и второй) или смеси аргона с гелием. При сварке плавящимся электродом иногда применяют аргон с добавкой до 5% О2.
Основным преимуществом процесса дуговой сварки вольфрамовим електродом в середовищі захисного газу є висока стійкість горіння дуги. Завдяки цьому процес використовується при зварюванні тонких листів. Харчування дуги здійснюється змінним струмом від джерел з падаючими зовнішніми характеристиками. Зварку ведуть ручним або автоматичним способом. Для ручного зварювання використовують вольфрамові електроди і присадочні дріт в залежності від товщини металу, що зварюється.