| |
Опыт плазменной сварки алюминиевых сплавов
часть 1
Объем применения конструкций из алюминиевых сплавов в различных отраслях постоянно растет. Для изготовления и ремонта изделий из алюминиевых сплавов широко используются сварочные технологии. Наибольшое применение получили дуговые способы сварки: аргонодуговая сварка плавящимся и не плавящимся электродом. Использование дуговых технологий сопровождается рядом проблем, обусловленных как особенностями свариваемого материала, так и ограниченными возможностями указанных процессов. Среди них низкая производительность при сварке металлов повышенных толщин, дефектность сварных швов, неравнопрочность сварных соединений и основного металла, трудность изготовления габаритных конструкций с различным пространственным расположением сварных швов. Характерными дефектами при дуговой сварке алюминиевых сплавов является: газовая пористость, оксидные плены, вольфрамовые и другие включения, горячие и холодные трещины, несплавления, раковины и ряд других. Причины их возникновения достаточно широко освещены в технической литературе [1]. Необходимо отметить высокие требования к качеству подготовки свариваемого и присадочного материала, а так же к производственным условиям (температура, влажность, скорость движения воздуха и проч.), которые необходимо соблюдать при производстве ответственных конструкций. Изготовление габаритных сварных конструкций в монтажных условиях с повышенной толщиной свариваемого металла (больше 10-15мм) сталкивается с еще большими проблемами: требуется предварительный подогрев зоны соединения для обеспечения возможности качественной сварки, трудность качественной подготовки металла под сварку.
При производстве и ремонте конструкций приходится иметь дело с различными сплавами, которые могут значительно отличаться по составу и свойствам. Алюминиевые сплавы делятся на две большие группы: деформируемые и литейные. Деформируемые и литейные сплавы в свою очередь подразделяются на упрочняемые термической обработкой и не упрочняемые термической обработкой. Часть сплавов, имеющих высокую прочность, обладает ограниченной или неудовлетворительной свариваемостью, что сдерживает их использование для сварных конструкций.
Решить многие проблемы сварки алюминиевых сплавов, повысить производительность при высоком качестве сварных соединений позволяет плазменная сварка постоянным током обратной полярности. Выбор технологии сварки и режимных параметров определяется маркой сплава, формой и габаритами изделия, толщиной соединяемых элементов, типом швов, их конфигурацией и пространственным расположением, протяженностью, производственными условиями и рядом других факторов.
Максимальный эффект плазменной сварки алюминиевых сплавов может быть получен при использовании форсированных технологий при автоматической сварке стыковых швов. Так же высока эффективность использования ручной плазменной сварки при производстве и ремонте габаритных конструкций как в цеховых, так и в монтажных условиях.
Ниже приводится краткое описание опыта использования различных технологий плазменной сварки алюминиевых сплавов.
Автоматическая плазменная сварка с подачей присадочной проволоки. Такая «традиционная» технология может применяться для однопроходной сварки стыковых швов без разделки кромок с толщиной металла до 8 мм и многопроходной с разделкой кромок металла большей толщины, а также для сварки тавровых соединений. При этом обеспечивается получение сварных швов без внутренних дефектов с благоприятной формой и высокими механическими характеристиками сварного соединения.
|
Таблица 1.Механические свойства сварных швов, сплава АМг5 |
|
№ п.п. |
 , МПа
|
Угол загиба, град. |
|
Основной металл |
290 – 300
295 |
120 – 130
126 |
|
Сварной шов |
300 – 310
305 |
112 – 120
116 |
Рис.1 Плазменная сварка, сплав АМг5, d = 5мм, непроникающей дугой с подачей присадочной проволоки.
Например, использование плазменной сварки при изготовлении газовых баллонов (емкость 40 л, рабочее давление- 1,6 МПа, давление испытания –2,5 МПа) из сплава АМг5 позволило повысить эффективность производства за счет снижения брака и себестоимости готовой продукции. Толщина стенки баллона 5 мм. По базовой технологии сварка производилась плавящимся электродом с разделкой кромок за 1 – 2 прохода. Сварные швы имели ряд дефектов: неравномерное проплавление, натеки металла с корневой стороны шва, пористость, неметаллические включения. Контроль давал высокий процент отбраковки (10 – 12%) готовых изделий. Встречались случаи разрушения баллонов у потребителей. Переход на плазменную сварку обеспечил 100% качество сварных швов при однопроходной сварке без разделки кромок. Сварной шов формируется с гладкой лицевой поверхностью, плавным переходом к основному металлу и равномерным проплавом (см. рис.1). Механические характеристики сварных швов не ниже, чем у основного металла (см. табл.1). Скорость сварки составляет: Vсв = 24 – 28 м/час. Присадочная проволока Св. АМг6 диаметром d = 2,0 мм.
Рис. 2. Плазменная наплавка торцевых поверхностей обода катка.
Качество подготовки металла под сварку во многом определяет дефектность сварных швов. При восстановлении и ремонте габаритных изделий, имеющих защитные покрытия и сильные загрязнения поверхности, химическое травление дорого, а часто и не эффективно. Механическая зачистка должна производиться на достаточную глубину, поэтому трудоемка и также не всегда эффективна. Мощная катодная очистка металла в процессе плазменной сварки на обратной полярности обеспечивает получение качественных сварных швов при снижении требований к подготовке металла под сварку. Например, качество восстановительной наплавки торцевых поверхностей обода катка гусеничной техники из сплава АМг6, выполненной аргонодуговой сваркой плавящимся электродом или неплавящимся электродом с подачей присадочной проволоки, не отвечает предъявляемым требованиям из-за сильного загрязнения металла в процессе эксплуатации и не эффективности механической зачистки его под сварку. Использование автоматической плазменной сварки на обратной полярности обеспечивает качество наплавленного слоя при базовом качестве очистки металла (рис.2). Скорость сварки : Vсв = 30 - 36 м/час.
Плазменная сварка проникающей дугой позволяет получать бездефектные сварные швы за один проход, без разделки кромок и отсутствии подкладных формирующих приспособлений. При этом значительно сужается зона термического влияния, снижаются сварочные деформации, улучшаются механические показатели околошовной зоны, повышается производительность и снижается энергоемкость. Сварка проникающей дугой алюминиевых сплавов считается освоенной для толщин 3 –8 мм [2,3]. При больших толщинах удержание жидкой ванны на весу и качественное формирование сварного шва затруднено. Авторами разработана технология плазменной сварки проникающей дугой на формирующей подкладке со щелевым зазором вдоль свариваемого стыка, которая позволила повысить стабильность процесса сварки и расширить диапазон свариваемых толщин до 16 мм [4]. Сварные швы не содержат внутренних дефектов, имеют благоприятную форму поперечного сечения, стабильное формирование корня шва (см. рис.3). Механические характеристики сварного шва находятся на уровне основного металла.
Рис.3. Плазменная сварка проникающей дугой, сплав АМг5 d = 16 мм,
а – макрошлиф, б - внешний вид шва, в - внешний вид корня шва
Наряду с неоспоримыми преимуществами, плазменная сварка проникающей дугой имеет недостаток – некоторое провисание лицевой стороны сварного шва. Несмотря на то, что провисание имеет незначительную величину, в ряде случаев, особенно для конструкций, работающих в условиях динамического нагружения, требуется выполнение второго прохода для наложения «декоративного» валика для создания усиления сварного шва. Выполнение этой операции может потребовать перенастройки оборудования или передачи изделия на другое рабочее место, что повышает трудоемкость, снижает производительность и может быть причиной возникновения дефектов в сварном шве. Для устранения необходимости во втором проходе напрашивается вывод о попытке совмещения плазменной сварки с одновременной подачей присадочной проволоки. Однако положительного производственного опыта такого совмещения не имеется. Это объясняется низкой стабильностью процесса качественного формирования шва при сварке проникающей дугой. Подача дополнительного металла повышает неустойчивость жидкой ванны, ведет к разрушению ее, и дефектному формированию сварного шва.
Авторами разработана технология сварки сжатой проникающей дугой с одновременной дозированной подачей присадочной проволоки. Такая технология обеспечивает стабильное формирование шва при толщине свариваемого металла 3-8мм. Шов формируется с плавным переходом к основному металлу, внутренние дефекты отсутствуют. Микроструктурные исследования, измерения микротвердости не выявляют различия основного металла от металла шва и околошовной зоны (рис. 4).
Рис. 4. Микроструктура сварного шва (х300), сплав АМг5 d = 5мм, а – основной металл; б – околошовная зона; в – металл шва. Микротвердость на всех участках » 1030 МПа.
Разработанная технология может успешно использоваться для сварки сплавов, имеющих неудовлетворительную свариваемость.
Опубликовано: журнал "Сварочное производство" № 5 2003
|
Ваша корзина: 0 тов.
Сравнение товаров: 0 тов.
статьи
Скачать прайс-лист (xls)
