Рекомендуемые режимы сварки плавящимся электродом в защитных газах алюминиевых сплавов типа АМг

Примечание. Расход аргона 15 ... 20 л/мин.

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКИ СВАРКИ 447

При сварке листов малых толщин хорошие результаты по формиро­ванию сварного соединения получают при микроплазменной сварке. При этом аргон является плазмообразующим газом, а гелий - защитным. Ге­лий выполняет две функции: охлаждает периферийные слои плазмы и защищает жидкий металл сварочной ванны от воздействия воздуха.

Автоматическая сварка алюминия и его сплавов с применением флюсов реализуется в двух вариантах: сварка по флюсу полуоткрытой дугой и сварка под флюсом закрытой дугой.

Сварку по флюсу применяют при производстве сосудов из алюми­ния и сплавов типа АМц с использованием фторидно-хлоридных флюсов. Сварка по флюсу ведется вследствие высокой электропроводности дан­ных флюсов даже в нерасплавленном состоянии, а поэтому возможно шунтирование дуги и нарушение стабильности ее горения. Благодаря высокой концентрации энергии при сварке алюминия по флюсу достига­ется глубокое проплавление основного металла.

При равных токах глубина проплавления алюминия в 2 ... 3 раза вы­ше, чем стали. Для технического алюминия применяют флюс АН-А1, а для сплавов - другие флюсы, не содержащие NaCl, так как в случае загрязне­ния металла шва восстановленным натрием ухудшается его пластичность. Толщина слоя насыпанного флюса обычно составляет 7 ... 16 мм, а шири­на 25 ... 45 мм в зависимости от толщины свариваемого металла. Сварка ведется на постоянном токе обратной полярности одинарным (табл. 12.6) или сдвоенным (расщепленным) электродом на стальной формирующей подкладке.

12.6. Режимы однопроходной сварки по слою флюса одиночным электродом на формирующей подкладке

448 ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Сварочные алюминиевые проволоки обладают небольшой жестко­стью и вследствие значительных колебаний конца проволоки при сварке могут возникнуть непровары. Использование сдвоенных проволок позво­ляет увеличить размеры сварочной ванны, время пребывания в жидком состоянии, улучшить условия для дегазации сварочной ванны и умень­шить пористость.

В конструкцию тракторов для автоматической сварки по флюсу вносят специальные бункеры с дозаторами флюса, подающие механизмы тянущего типа, специальные водоохлаждаемые мундштуки, газоотсасы-вающее устройство. Основные преимущества сварки по флюсу: высокие производительность и экономичность по сравнению с другими способа­ми, меньшее коробление конструкции. Недостаток - необходимость уда­ления шлака после сварки.

Автоматическую сварку под флюсом ведут на больших плотностях тока расщепленным электродом переменным или постоянным обратной полярности током. Применяют керамические флюсы ЖА-64 и ЖА-64А. При этом предъявляются повышенные требования к вентиляционным системам для удаления паров флюса.

Электрошлаковую сварку алюминия и его сплавов осуществляют для толщин металла 50 ... 250 мм. Сварку ведут на переменном токе пла­стинчатыми электродами или плавящимися мундштуками. Применяют флюсы АН-301, АН-302 на основе галогенидов щелочных и щелочнозе­мельных металлов. Формирование шва осуществляют медными водоох-лаждаемыми или графитовыми кристаллизаторами. Плотность тока в электроде около 2,5 А/мм², скорость сварки 6 ... 8 м/ч. Прочность свар­ных соединений составляет 80 ... 100 % прочности основного металла. Технико-экономическая эффективность данного способа сварки возрас­тает с увеличением толщины свариваемых изделий.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами выполняется для изделий из технического алюминия, алюминиево-марганцевых и алюми-ниево-магниевых (с содержанием магния до 5 %) сплавов, силуминов при толщине металла более 4 мм. Можно сваривать металл толщиной до 20 мм без разделки кромок, но рекомендуется производить разделку с толщин 10 мм.

Наиболее применяемый тип соединения - стыковое. Соединения внахлестку и тавровые не рекомендуют, так как возможно затекание шлака в зазоры, откуда его сложно удалить при промывке. Остатки шла­ка могут вызвать коррозию.

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКИ СВАРКИ 449

При сварке необходим подогрев до 100 ... 400 °С в зависимости от толщины деталей. Диаметр электродов d = 4 ... 8 мм. Стержень электрода изготовляют из проволок состава, близкого к составу основного металла. Для сплавов типа АМг берут проволоку с увеличенным на 2 % содержа­нием магния для компенсации его угара при сварке.

Основу покрытия составляют криолит, хлористые и фтористые соли натрия и калия. Сила сварочного тока /_св = (50 ... 60) d_э, U_д = 30 ... 36 В. Ток постоянный обратной полярности. При сварке алюминиевый элек­трод расплавляется в 2 ... 3 раза быстрее стального. Покрытия электро­дов имеют значительное электрическое сопротивление. При обрывах ду­ги кратер и конец электрода покрываются пленкой шлака, препятствую­щей ее повторному зажиганию. Поэтому сварку рекомендуют выполнять на высоких скоростях, без колебания конца электрода, непрерывно в пре­делах одного электрода.

При выполнении многослойных швов перед наложением каждого слоя требуется тщательная зачистка от шлака и окислов. Получаемые сварные соединения обладают удовлетворительными механическими свойствами.

Ручная дуговая сварка угольными электродами производится только для неответственных конструкций из алюминия. Сварку производят постоянным током прямой полярности. Диаметр угольного электрода йъ = 10 ... 20 мм, сварочный ток /_св = (20 ... 25)d_э, U_д = 25 ... 35 В. Конец угольного электрода затачивают на конус под углом 60°. Металл толщи­ной до 2,5 мм сваривают без разделки кромок, а свыше - с разделкой (угол разделки 70 ... 90°). Используют присадочный пруток диаметром 2 ... 5 мм. Предварительно на присадочный пруток наносят слой флюса многократным окунанием в водный раствор флюса (смеси фторидно-хлоридных солей) или флюс наносят в виде пасты на свариваемые кромки.

Газовая сварка алюминия ведется с использованием ацетилена и реже с использованием пропан-бутановой смеси и метана. Сварка ведется нормальным пламенем при незначительном избытке ацетилена. При вы­боре горелки исходят из расхода примерно 100 л/ч ацетилена на 1 мм толщины основного металла. Номер наконечника выбирают в зависимо­сти от толщины свариваемых заготовок. Диаметр присадочного прутка 1,5 ... 5,5 мм в зависимости от толщины свариваемых заготовок.

Наиболее распространенный флюс АФ-4А наносится на присадоч­ный пруток или свариваемые кромки. При толщине заготовок до 4 мм разделку кромок не выполняют, а свыше 4 мм - рекомендуется выпол­нять. При толщине листов более 8 мм производят общий или местный

450 ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

подогрев. Сварку выполняют "левым" способом. После сварки швы про­мывают для удаления флюсов теплой или подкисленной (2 %-ный рас­твор хромовой кислоты)водой.

Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) является эффективным способом соединения заготовок из алюминиевых сплавов. По сравнению с другими способами этот способ позволяет производить сварку при высокой плот­ности теплового потока, минимальных тепловложениях, высоких скоро­стях и получать минимальное разупрочнение металла в зоне термическо­го влияния, плотные качественные швы, минимальные деформации кон­струкций.

Разрушение окисной пленки при электронно-лучевой сварке идет за счет воздействия на пленку паров металла и за счет разложения окиси алюминия в вакууме с образованием газообразной субокиси алюминия А1О. Вакуум способствует удалению водорода из шва. Режим сварки пластин толщиной 10 мм из сплава АМгб: ускоряющее напряжение U_yc = 20 кВ, ток / = 140 мА, скорость сварки v_св = 72 м/ч (2 • 10^-2 м/с). Механи­ческие свойства сварного соединения близки к свойствам основного ме­талла.

Магний и его сплавы

Магний один из самых распространенных в природе металлов (по­сле алюминия и железа).

Чистый магний из-за низкой коррозионной стойкости и малой проч­ности для изготовления сварных конструкций не применяется. В технике используют сплавы магния, легированные алюминием, марганцем, цин­ком, цирконием, цезием и другими элементами, обладающие при малой плотности большой удельной прочностью, коррозионной стойкостью и хорошими технологическими свойствами. Магниевые сплавы разделяют на деформируемые и литейные, термически упрочняемые и не упрочняе­мые термообработкой.

Деформируемые, не упрочняемые термообработкой сплавы системы Mg-Mn (MA 1, МА8) обладают относительно хорошей свариваемостью, а сплавы системы Mg-AI-Zn (MA2, МА2-1, МА5) - удовлетворительной. Термически упрочняемые сплавы системы Mg-Zn-Zr (MA 14, ВМД-3) обладают невысокой свариваемостью. Для литейных сплавов (МЛ4, МЛ5) сварка используется часто только в целях устранения дефектов литья.

Магний обладает большим сродством к кислороду, активно окисля­ется при сварке кислородом воздуха, горюч. Окисная пленка MgO явля-

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКИ СВАРКИ 451

ется тугоплавкой (Т_пл = 2500 °С), рыхлой, непрочной, не обладающей высокими защитными свойствами, как у алюминия. На детали из магние­вых сплавов часто наносят специальные хроматные защитные пленки или лакокрасочные покрытия. Применяют магниевые сплавы в самолето-, ракето-, автомобиле-, судостроении.

Основные трудности при сварке магниевых сплавов заключаются в следующем:

1. Образующаяся при сварке тугоплавкая окисная пленка затрудняет процесс сварки. Из-за высокой температуры плавления и большой плот­ности окисная пленка препятствует сплавлению кромок основного ме­талла и загрязняет сварочную ванну. Для разрушения и удаления окисной пленки необходимо применять флюс или использовать эффект катодного распыления.

2. Магниевые сплавы склонны к образованию кристаллизационных трещин, так как имеют большой температурный интервал кристаллиза­ции и в сплавах возможно образование легкоплавких эвтектик: MgCu (Т_пл = 485 °С), MgAl (T_пл = 436 °С), MgNi (Т_пл = 508 °С). Рекомендуют начало и конец сварных швов выполнять на выводных планках, в первую очередь выполнять более длинные и с большим поперечным сечением сварные швы.

3. Деформируемые сплавы (например, системы Mg-Mn) склонны к росту зерна и для них недопустим значительный перегрев в зоне терми­ческого влияния.

4. Рыхлая окисная пленка может насыщаться влагой и газами, при разложении которых в процессе сварки образуются поры. Поэтому необ­ходимо удалять при сварке все окисные частицы из сварочной ванны.

5. Из-за повышенной жидкотекучести магния для качественного формирования шва необходимо использовать подкладки из меди или коррозионно-стойкой стали.

6. В связи с низкими значениями температуры плавления, скрытой теплоты плавления и удельной теплоемкости при сварке магниевых сплавов по сравнению с алюминиевыми требуются пониженные значения сварочного тока.

7. Вследствие высокого коэффициента линейного расширения кон­струкции из магниевых сплавов могут иметь значительные сварочные деформации. Необходимо предусматривать меры по снижению остаточ­ных сварочных деформаций.

Перед сваркой полуфабрикаты из магниевых сплавов проходят рас­консервацию, вырезку элементов заготовок, разделку кромок и зачистку

15*

452 ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

под сборку-сварку. При расконсервации удаляют заводскую смазку и обезжиривают растворителями (уайт-спиритом, ацетоном и др.). Разделку кромок выполняют на вырезанных из полуфабрикатов (чаще всего лис­тов) заготовках при толщинах более 6 мм V-образную, а более 20 мм -Х-образную. Кромки заготовок и присадочный металл перед сваркой за­чищают механическим путем (щеткой, шабером, напильником) или трав­лением по специальной технологии.

Сварку магниевых сплавов в основном осуществляют вольфрамо­вым лантанированным или иттрированным электродом в аргоне (иногда в гелии) на переменном токе. Инертный газ аргон обеспечивает хорошую защиту сварочной ванны от окружающей атмосферы, а переменный ток способствует разрушению окисной пленки в периоды обратной полярно­сти вследствие катодного распыления. Для предотвращения попадания в металл окисной пленки с корня шва сварку ведут с полным проплавле-нием кромок на подкладках из металлов с малой теплопроводностью (аустенитные стали). С этой позиции менее технологичны нахлесточ-ные, тавровые и угловые соединения. Наилучшие защита зоны сварки и эффект катодного распыления обеспечиваются при малой длине дуги (1 ... 1,5 мм). Ориентировочные режимы сварки вольфрамовым электро­дом приведены в табл. 12.7.

Для сварки металлов толщиной более 5 мм может быть использова­на сварка плавящимся электродом со струйным переносом электродного металла на повышенных токах. Сварку плавящимся электродом осущест­вляют от источников постоянного тока на обратной полярности. Сварка магниевых сплавов плавящимся электродом осуществляется за один про­ход при толщинах до 5 мм без разделки кромок, толщинах 10 ... 20 мм -с V-образной разделкой с углом раскрытия 50 ... 60° и притуплением 2 ... 6 мм, при толщинах больше 20 мм - Х-образной разделкой.

Медь и ее сплавы

Техническая медь выпускается 9 марок по ГОСТ 859-78 (в ред. 1992 г.) и может содержать количество примесей от 0,01 % (марка МООбк) до 1 % (М4). Сплавы на медной основе в зависимости от состава легирующих элементов относятся к латуням, бронзам, медно-никелевым сплавам.

Латунями называют медно-цинковые сплавы, которые также могут содержать другие легирующие элементы. Химический состав латуней определяется ГОСТ 15527-70 и ГОСТ 17711-93. При содержании цинка до 39 % латуни пластичны, хорошо свариваются, коррозионностойки. Латуни легируют Fe, Al, Si, Ni. Алюминий уменьшает летучесть цинка,

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКИ СВАРКИ 453