|
Начало / Статьи
Статьи
Механизированная сварка алюминиевых сплавов. Сварка алюминия аргоном.I. Алюминий и алюминиевые сплавы. Химико-металлургические и технологические особенности 1.1. Алюминий. Алюминий - один из самых лёгких металлических конструкционных материалов, его плотность составляет 2,7 г/см3. Чистый алюминий имеет невысокую температуру плавления (657ºС), низкую твёрдость, высокую пластичность, хорошую электропроводность (60% от электропроводности меди). Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью к воздействию воды и кислот. Коррозионные свойства объясняются высокой химической активностью алюминия, он быстро окисляется с образованием поверхностной плёнки Al2O3, которая имеет высокую плотность, твёрдость и температуру плавления. Одним из наиболее ценных свойств алюминия - высокая пластичность и хорошая деформируемость; он хорошо подвергается обработке давлением в холодном и горячем состоянии. 1.2. Алюминиевые сплавы Алюминиевые сплавы используют в сварных конструкциях различного назначения. Основными достоинствами их как конструкционных материалов являются малая плотность, высокая удельная прочность, высокая коррозионная стойкость. В качестве конструкционных материалов в основном используют полуфабрикаты из алюминиевых сплавов. По показателям отношения прочности и текучести к плотности высокопрочные алюминиевые сплавы значительно превосходят чугун, низкоуглеродистые и низколегированные стали, чистый титан и уступают лишь высоколегированным сталям повышенной прочности и сплавам титана. Рис. 1. Классификация алюминиевых сплавов по бинарной диаграмме: 1 - деформируемые; 2 - литейные; 3 - деформируемые, неупрочняемые термической обработкой; 4 - деформируемые, упрочняемые термической обработкой. Алюминиевые сплавы разделяют на литейные и деформируемые по пределу растворимости элементов в твердом растворе. В сварных конструкциях в основном используют полуфабрикаты (листы, профили, трубы и др.) из деформируемых сплавов. Концентрация легирующих элементов деформируемых сплавов меньше.
Алюминиевые сплавы разделяют на литейные и деформируемые по пределу растворимости элементов в твердом растворе. В сварных конструкциях в основном используют полуфабрикаты (листы, профили, трубы и др.) из деформируемых сплавов. Концентрация легирующих элементов деформируемых сплавов меньшепредела растворимости, и при нагреве эти сплавы могут быть переведены в однофазное состояние, при котором обеспечивается их высокая деформационная способность. Большинство элементов, входящих в состав алюминиевых сплавов, обладает ограниченной растворимостью, изменяющейся с температурой. Это сообщает сплавам способность упрочняться термической обработкой. В связи с этим деформируемые сплавы разделяют на сплавы, не упрочняемые термической обработкой с концентрацией легирующих элементов ниже предела растворимости при 20 0С), и сплавы, упрочняемые термической обработкой (имеющие концентрацию легирующих элементов свыше этого предела). К деформируемым сплавам, не упрочняемым термической обработкой, относятся: технический алюминий АД0, АД1 1.3. Поверхностная оксидная плёнка. При 1000ºС реакция окисления алюминия может протекать при очень низком парциальном давлении кислорода. Образующийся оксид алюминия Al2O3 покрывает поверхность деталей плотной и прочной плёнкой. При 20ºС процессы окисления алюминия протекают по параболическому закону. Оксидная плёнка плохо проводит электрический ток. Важной характеристикой оксидной плёнки алюминия является её способность адсорбировать газы, в особенности водяной пар. Влага удерживается оксидной плёнкой до температуры плавления металла. 1.4. Свариваемость алюминиевых сплавов. Сварные конструкции изготавливают из деформируемых сплавов, сведения о которых приведены в ГОСТ4784-74. Важнейшим показателем свариваемости алюминиевых сплавов является способность не образовывать при сварке горячих трещин. Сплавы, крайне чувствительные к горячему трещинообразованию, считаются несвариваемыми. Применение их в сварных конструкциях не рекомендуется. II. Химико-металлургические особенности сварки алюминиевых сплавов. Оксидная плёнка на поверхности алюминия и его сплавов затрудняет процесс сварки. Обладая высокой температурой плавления (2050ºС), оксидная плёнка не расплавляется в процессе сварки и покрывает металл прочной оболочкой, затрудняющей образование общей ванны. Вследствие высокой адсорбционной способности к газам и парам воды оксидная плёнка является источником газов, растворяющихся в металле, и косвенной причиной возникновения в нем несплошностей различного рода. Частицы оксидной плёнки, попавшие в ванну, а также часть плёнок с поверхности основного металла, не разрушенных в процессе сварки, могут образовывать оксидные включения в швах, снижающие механические свойства соединений и их работоспособность. Для осуществления сварки должны быть приняты меры по разрушению и удалению оксидной плёнки и защите металла от повторного окисления. С этой целью используют специальные сварочные флюсы или сварку осуществляют в атмосфере инертных защитных газов. Вследствие большой химической прочности соединения А12О3 восстановление алюминия из оксида в условиях сварки практически невозможно. Не удается также связать А12О3 в прочные соединения сильной кислотой или щёлочью. Поэтому действие флюсов для сварки алюминия основано на процессах растворения и смывания диспергированной оксидной плёнки расплавленным флюсом. В условиях электродуговой сварки в инертных защитных газах удаление оксидной плёнки происходит в результате электрических процессов, происходящих у катода (катодное распыление). В этих условиях возникает необходимость повышения требований к качеству предварительной обработки деталей перед сваркой с целью получения тонкой и однородной плёнки по всей поверхности свариваемых кромок. Для предупреждения дополнительного окисления и засорения ванны оксидами необходимо применять защитный газ высокой чистоты. Водород, в отличие от других газов, обладает способностью растворяться в алюминии и при определенных условиях образовывать поры в металле швов. Растворимость водорода в алюминии изменяется при различных температурах. Концентрация растворенного в металле водорода [Н] зависит от давления молекулярного водорода, находящегося с ним в равновесии. В реальных условиях парциальное давление молекулярного водорода в газовой фазе дуги ничтожно мало. Поэтому основным источником водорода, растворяющегося в сварочной ванне, является реакция взаимодействия влаги, содержащейся в окисной пленке с металлом. В результате протекания этой реакции концентрация атомарного водорода в поверхностном слое атмосферы, контактирующей с металлом, может соответствовать большому давлению молекулярного водорода, находящегося в равновесии с металлом. Поэтому при наличии паров воды в зоне ванны концентрация растворенного в металле водорода может оказаться намного больше равновесной. При охлаждении растворенный водород в связи с понижением растворимости стремится выделиться из металла. Пузыри выделяющегося водорода, не успевая всплыть из ванны, остаются в шве, образуя поры. Поэтому основной мерой борьбы с пористостью при сварке алюминия является снижение концентрации растворенного в нем водорода до предела ниже 0,69-0,70 см3/100 г металла. Основным источником водорода, растворяющегося в металле шва при сварке, является влага, адсорбированная поверхностью металла и входящая в состав оксидной плёнки в виде гидратированных оксидов. Количество ее определяется состоянием поверхности металла и зависит от его обработки перед сваркой. Предупреждению пористости при сварке алюминия может способствовать сокращение удельной поверхности присадочной проволоки за счет увеличения её диаметра и уменьшения доли участия присадочного металла в образовании шва. Рациональную обработку поверхности проволоки и основного металла применяют с целью уменьшения толщины оксидной плёнки и запаса имеющейся в ней влаги. Магний увеличивает растворимость водорода в алюминии, поэтому повышенная склонность к пористости при сварке алюминиево-магниевых сплавов объясняется другим механизмом образования пор. На поверхности сплавов, содержащих магний, присутствует оксидная плёнка, состоящая из окислов А12О3 и МgO. Такая плёнка имеет большую толщину, меньшую плотность из-за дефектов ее строения и больший запас влаги, чем плёнка из А12О3. В процессе сварки при расплавлении основного и присадочного металлов часть влаги, содержащейся во внутренних дефектах пленки, не успевает прореагировать. Попадающие в ванну частицы плёнки содержат остатки влаги, которая разлагается с выделением водорода. Образовавшийся в дефектах плёнки водород переходит в молекулярную форму и затем выделяется в жидком металле ванны в виде пузырьков, минуя стадию растворения. При таком механизме образования пор в качестве мер уменьшения пористости, кроме обычных, связанных с применением рациональной обработки поверхности проволоки и основного металла, а также сокращения удельной поверхности проволоки, участвующей в образовании шва, эффективной мерой борьбы с пористостью становится ужесточение режимов сварки. Однако при ужесточении режимов возникает опасность увеличения давления водорода в несплошностях, что затрудняет выполнение многослойных швов и подварку. Кристаллическая структура металла шва определяет его механические свойства. Чистый алюминий при кристаллизации обладает способностью образовывать в металле швов грубую крупнокристаллическую структуру. Свойства сварных соединений зависят также от процессов, протекающих в околошовных зонах. При сварке чистого алюминия и сплавов, неупрочняемых термической обработкой, в зоне теплового воздействия наблюдается рост зерна и некоторое их разупрочнение, вызванное снятием нагартовки. Рост зерна и разупрочнение нагартованного металла при сварке изменяется в зависимости от способа сварки, режимов и степени предшествовавшей нагартовки сплава. Свариваемость сплавов А1-Мg осложняется их повышенной чувствительностью к нагреву и склонностью к образованию пористости и вспучиванию в участках основного металла, непосредственно примыкающих к шву. Способность этих сплавов образовывать пористость в зонах термического воздействия связывается с наличием в слитках молекулярного водорода. После обработки таких слитков (прессования или прокатки) в металле образуются несплошности в виде каналов или коллекторов, в которых водород находится под высоким давлением. Для проверки качества металла, предназначенного для сварки, рекомендуется проводить специальную пробу. При сварке сплавов, упрочняемых термической обработкой, в околошовной зоне происходят изменения, ухудшающие свойства свариваемого металла. Измерение твёрдости и изучение структуры металла в зоне термического воздействия сплавов этой группы позволяют обнаружить в ней участки металла с различной степенью распада твёрдого раствора и коагуляции упрочнителя. Однако самым опасным изменением, резко ухудшающим свойства металла и способствующим образованию трещин,является оплавление границ зёрен. Появление жидких прослоек между зёрнами снижает механические свойства металла в нагретом состоянии и способствует образованию кристаллизационных трещин. Независимо от способа сварки и исходного состояния металла в непосредственной близости от шва наблюдается зона оплавления границ зёрен. Ширина этой зоны меняется в зависимости от способа и режимов сварки. Наиболее широкая зона появляется при газовой сварке и более узкая - при способах сварки с жёстким термическим воздействием (дуговой). Распределение эвтектики в этой зоне изменяется в зависимости от исходного состояния сплава. В сварных соединениях, полученных при сварке закаленного сплава, эвтектика располагается в виде сплошной прослойки вокруг зёрен, в то время как в соединениях из отожжённого металла в залегании эвтектики появляются несплошности. Последующей термической обработкой не удается восстановить свойства металла в зоне, прилежащей к шву, что приводит к большому изменению прочности соединений и делает ненадежными эти соединения в эксплуатации. Сплавы Д20, ВАД1, М40 и другие подобные имеют лучшую свариваемость. Особенно перспективными являются самозакаливающиеся сплавы тройной системы А1-Mg-Zn. При сварке этих сплавов удается получить соединения с прочностью до 80-90% от прочности основного металла в закаленном и состаренном состоянии. Алюминий и его сплавы отличаются высокой тепло- и электропроводностью, что вызывает необходимость применения больших токов и мощных машин для электрической контактной сварки, особенно при точечной сварке. Для повышения эффективности нагрева и плавления целесообразно сваривать эти металлы при малой длительности импульсов тока или на больших скоростях при сварке плавлением. Сварные конструкции из алюминия и его сплавов склонны к короблению, что объясняется относительно высоким коэффициентом теплового расширения. Снижение деформаций в конструкциях может быть достигнуто за счет использования технологических мероприятий (выбор соответствующего способа сварки, подбор оптимальных режимов, подогрев и др.). III. Типы сварных соединений алюминиевых сплавов. Типы соединений, применяемые при сварке алюминиевых сплавов, размеры и форма подготовки кромок в основном регламентированы ГОСТ 14806-80 и ГОСТ 23792-79. При сварке плавлением алюминиевых сплавов наиболее рациональным типом соединений являются стыковые, выполнить которые можно любыми способами сварки. Для устранения оксидных включений в металле швов применяют подкладки с канавкой рациональной формы или разделку кромок с обратной стороны шва, что в некоторых случаях обеспечивает удаление оксидных включений из стыка в формирующую канавку или в разделку. Применение при сварке флюсов, наносимых на торцовые поверхности перед сваркой в виде дисперсной взвеси фторидов в спирте, также способствует уменьшению количества окисных включений в металле шва. При разделке кромок угол их раскрытия необходимо ограничивать с целью уменьшения объёма наплавленного металла в соединении, а следовательно, и вероятности образования дефектов. Конкретный выбор конструктивных элементов подготовленных кромок свариваемых деталей, их размеров и размеров выполненных швов для основных типов соединений должен производиться согласно ГОСТ 14806-69. Для точечной и шовной контактной сварки характерны нахлёсточные соединения, размеры которых установлены ГОСТ 15878-70. При этом соотношение толщин свариваемых деталей, как правило, не превышает 1:2. Для стыковой сварки оплавлением используются стыковые соединения. Форма деталей должна обеспечивать надёжное закрепление их в зажимах машины и токоподвод вблизи стыка. Площади сечения деталей в зоне соединения должны быть приблизительно одинаковыми. IV. Применяемые методы сварки V. Сварочные материалы для алюминиевых сплавов 5.1. Газы и газовые смеси. При дуговой сварки алюминия и его сплавов для предотвращения окисления используются инертные защитные газы - аргон или его смеси с гелием (гелий повышает температуру дуги и увеличивает проплавление). Особое внимание необходимо обращать на чистоту защитного газа: допущено применение аргона чистотой не менее 99,9% по ГОСТ 10157-73, сорта: высший, первый и второй. При сварке плавящимся электродом иногда применяют аргон с добавкой до 5% О2. Повышенное содержание влаги в защитном газе повышает вероятность образования дефектов сварки. Поэтому, если поставщик газов не может гарантировать их чистоту и влажность, рекомендуется применение газовых фильтров. 5.2. Неплавящиеся электроды. Для сварки методом TIG используются неплавящиеся вольфрамовые электроды. Для алюминиевых и магниевых сплавов используются электроды: При этом электроды из чистого вольфрама являются более предпочтительными; электроды с цериевым легированием являются универсальными и могут использоваться для сварки как на переменном, так и на постоянном токе; лантанированные электроды применяются только для сварки на постоянном токе. 5.3. Присадочные материалы. Сварка с подачей присадочного материала рекомендуется как основной метод для алюминиевых сплавов. Подача дополнительного присадочного материала позволяет избежать газонасыщения и пористости металла шва и избежать повышенного содержания растворённого водорода в шве и околошовной зоне. где: При выборе присадочного металла следует также учитывать возможность появления в структуре металла швов различных химических соединений. При сварке сплавов алюминия, содержащих магний, с применением присадочной проволоки, содержащей кремний, в металле шва и особенно в зоне сплавления появляются иглообразные выделения Мg2Si, снижающие пластические свойства сварных соединений. Неблагоприятно влияют на свойства соединений из сплавов системы А1-Мg ничтожно малые добавки натрия, которые могут попадать в металл шва через флюсы. Присадочным материалом служит сварочная проволока или присадочные прутки. Отечественная сварочная проволока в соответствии с ГОСТ 7871-75 состоит из: Кроме того, по специальным техническим условиям выпускают проволоку 1437 (алюминий, легированный хромом) и АВч (сплав алюминия с кремнием и магнием). За рубежом наиболее широко используется проволока марки 4043 (отечественный аналог СвАК5) и 5356 (отечественный аналог СвАМг5). Общим правилом при сварке алюминиевых сплавов является то, что металл сварочной проволоки должен примерно соответствовать по химическому составу металлу детали. Исключением являются сплавы алюминия с магнием, для сварки которых из-за интенсивного испарения магния при сварке следует использовать проволоку с содержанием магния большим, чем в детали. Для сварки авиалей и ремонта и исправления дефектов отливок из низколегированного силумина широко применяется проволока СвАК5. Металл проволоки имеет относительно низкую температуру плавления и хорошую жидкотекучесть. По сравнению с проволоками из алюминиево-магниевых сплавов при сварке она дает меньше дыма и аэрозолей и поэтому облегчает визуальное наблюдение за сварочной ванной. Следует иметь в виду, что сварной шов этой проволоки имеет низкую пластичность. Для сварки наиболее широко распространённых алюминиево-магниевых сплавов, а также для сваривающихся тройных сплавов алюминий-цинк-магний, используются проволоки СвАМг5 и СвАМг61. Ограничением в ее применении является то, что сварной шов не должен при эксплуатации подвергаться действию температур, превышающих 80ºС. В своё время промышленность не имела достаточного количества присадочных материалов для сварки алюминиевых сплавов, и в качестве присадки использовались прутки, изготовленные механической резкой непосредственно из отходов свариваемых листов (так называемая «лапша»), которые затем подвергались гальванической очистке или травлению. Такой подход является принципиально неправильным, так как не учитывает необходимость компенсации легирующих элементов, выгорающих при сварке - в первую очередь это касается магния и кремния, присутствующих в наиболее распространённых сплавах типа Al-Mg и Al-Si. VI. Подготовка кромок деталей под сварку При подготовке деталей из алюминиевых сплавов под сварку профилируют свариваемые кромки, удаляют поверхностные загрязнения и окислы. Обезжиривание и удаление поверхностных загрязнений осуществляют с помощью органических растворителей или обработкой в специальных ваннах щёлочного состава. VII. Общая концепция сварки TIG. Оборудование для сварки TIG Наличие оксидной плёнки, обладающей высокой тугоплавкостью и плохой электропроводностью, весьма затрудняет сварку алюминиевых сплавов. Кроме того, алюминий имеет такое большое химическое сродство к кислороду, что механическая очистка поверхности основного материала перед сваркой действует в течение непродолжительного времени, после чего поверхности очень скоро вновь образуется оксидная плёнка Разрушение оксидной плёнки представляется довольно сложной задачей, требующей больших вложений энергии. Поскольку разрушить плёнку нагревом электрическим током сложно из-за её плохой электропроводности, можно прибегнуть к разрушению плёнки методом катодного распыления. Это обуславливает необходимость применения сварки на переменном токе. Рис. 6. Концепция сварки TIG 7.1. Сварка TIG Сварка методом TIG - наиболее распространенный способ сварки, применяющийся для изготовления сварных конструкций из алюминиевых сплавов ответственного назначения. Основным преимуществом процесса дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа является отсутствие шлаковых включений, возможность работы на малых токах дуги (от 5 А), возможность сварки тонких листов, высокая устойчивость горения дуги во всем диапазоне токов, технологичность процесса. Если бы сварка выполнялась на горячем положительном полюсе, то у электрода была бы очень низкая токонесущая способность. Поэтому данный вариант сварки TIG применим только для сварки очень тонких алюминиевых конструкций (с толщиной стенки до 2,5 мм). Переменный ток предлагает компромиссное решение. Когда на электроде находится позитивная полуволна, возникает очищающий эффект. Следующая за ней отрицательная полуволна снова охлаждает электрод. Поэтому можно говорить об очищающей и охлаждающей полуволнах. Токонесущая способность при сварке переменным током меньше, чем при сварке постоянным током на отрицательном полюсе, но она значительно выше, чем при сварке на положительном полюсе. В настоящее время также применяют вариант сварки TIG на отрицательном полюсе, при котором используется защитный газ с высоким содержанием гелия (например, 90% He / 10% Ar). При сварке на отрицательном полюсе, как уже было описано, оксидная плёнка на поверхности не разрушается. Однако она расплавляется при высокой температуре мощной гелиевой дуги. Поэтому она лишь немного повреждается. Сварка TIG постоянным током на отрицательном полюсе в среде гелия благодаря лучшему проварy применяется, в первую очередь, при ремонтных сварках литых деталей из алюминиево-кремниевых сплавов. 7.2. Источники питания для сварки TIG Питание дуги осуществляется переменным током от источников с падающими внешними характеристиками. Существует справедливое мнение, что сварку TIG необходимо производить на штыковых или крутопадающих внешних вольт-амперных характеристиках. Это обусловлено тем, что в указанном случае минимален пусковой бросок тока, что резко улучшает свойства сварного соединения. Переменный ток дуги при сварке алюминия обеспечивает разрушение окисной пленки. Для повышения стабильности горения электрической дуги и эффективного разрушения окисной пленки, кроме падающей внешней характеристики источника и постоянной работы осциллятора используют дополнительную индуктивность (дроссель) в цепи дуги (обеспечивает дополнительную ЭДС самоиндукции и не позволяет погаснуть электрической дуге). Осцилляторы выполняют две функции - бесконтактное зажигание электрической дуги и стабилизацию сварочного тока в момент прохождения через ноль специальными стабилизаторами, синхронизированными со сварочным током и включенными, как правило, параллельно электрической дуге. Последние устройства обычно совмещают с осцилляторами. Электрическая дуга горит между изделием и неплавящимся вольфрамовым электродом. Для повышения стабильности горения электрической дуги рекомендуется тщательно затачивать конец вольфрамового электрода. Симметричность тока обеспечивает равную проплавляющую и очищающую способность электрической дуги. Это самый простой и распространенный способ сварки TIG.
Для достаточного очищающего эффекта совсем не нужно целой положительной полуволны, достаточно 20 - 30%. Именно это используется в современных источниках тока для TIG сварки. Они производят искусственный переменный ток с волнами прямоугольной формы; за счёт быстрого переключения силовых элементов (тиристоров или транзисторов) на электрод попеременно переключается положительный и отрицательный полюс источника постоянного тока. При этом баланс отношения обоих полуволн может изменяться, например, от 20% положительного полупериода/80 % отрицательного полупериода до 80% положительного полупериода /20% отрицательного полупериода (Рис. 14). Проплавляющая способность дуги при этом остаётся на приемлемом уровне. Меньшая фаза положительного полюса обеспечивает более высокую токонесущую способность электрода, а при одинаковой установке тока - большую стойкость. В таких так называемых «прямоугольных источниках» может часто изменяться и частота искусственного переменного тока, например, от 50 до 300 Гц. Повышение частоты способствует сохранению электрода. Прямоугольный искусственный переменный ток обладает и другими преимуществами. Поскольку ток при смене полярности имеет очень крутую характеристику, то время запаздывания дуги при прохождении через ноль значительно короче, чем при синусоидальной форме тока. Поэтому происходит более надёжное зажигание, даже без использования приспособления для зажигания, а электрическая дуга в целом стабильнее. При этом повторные зажигания дуги сопровождаются сильным гудением.
7.3. Горелки для сварки TIG Сварочная горелка TIG является основным рабочим инструментом сварщика, в котором закреплён неплавящийся электрод; через горелку подаётся сварочный ток и защитный газ. В настоящее время выпускается большое количество различных горелок:
7.4. Механизация ручной сварки TIG Как известно, автоматизация сварочного процесса определяется степенью автоматизации двух сварочных движений - перемещения сварочной дуги вдоль линии стыка и подачи присадочного материала в зону сварки. Механизация ручной сварки TIG достигается автоматической подачей присадочной проволоки в зону сварки. Таким образом, возникает понятие полуавтоматическая сварка неплавящимся электродом. Чаще всего используют более простую систему с холодной присадочной проволокой, являющейся нейтральной по отношению, как к неплавящемуся электроду, так и к свариваемому изделию. Организация автоматической подачи присадочной проволоки предусматривает: 1) Наличие блока подачи присадочной проволоки. 7.4.1. Комплект оборудования для подачи присадочной проволоки Блок подачи присадочной проволоки включает размоточное устройство для проволоки, двигатель подачи и механизм правки и подачи проволоки. Самый простой вариант - использовать стандартный блок подачи проволоки от сварочного полуавтомата, соответствующим образом скоммутированный с источником питания сварки TIG. При этом достигается существенная экономия, особенно теми производителями, которые производят также оборудование для MIG/MAG сварки.
7.4.2. Подготовка блока подачи проволоки Алюминиевая проволока, особенно малых диаметров (0,8 мм и 1,0 мм), очень мягкая и её подача легко может быть нарушена неправильным подбором системы подачи. 7.4.3. Установка сопла подачи проволоки на сварочную горелку Техника сварки TIG с автоматической подачей присадочной проволоки несколько отличается от ручной техники и поэтому требует от сварщика наработки навыка. В первую очередь это касается положения горелки относительно стыка. В зависимости от поставленных задач сварки присадочная проволока может подаваться в сварочную ванну до или после дуги или с боковой стороны относительно оси свариваемого стыка. Для того, чтобы подача проволоки происходила точно в зону максимальной температуры, необходимо соблюдать рекомендации по установки горелки относительно стыка. Правильное положение горелки показано на рис. 23. 7.5. Сварка TIG с подачей подогретой присадочной проволоки Всё изложенное выше касалось сварки TIG с подачей холодной (электрически нейтральной) присадочной проволоки: процесс TIG-CW (Cold Wire). Подача на присадочную проволоку электрического потенциала даёт бóльшие возможности при сварке. Такая технология носит название подачи подогретой (или горячей) присадочной проволоки: процесс TIG-HW (Hot Wire). 7.5.1. Принцип подачи подогретой присадочной проволоки Принцип сварки TIG с подачей горячей проволоки следующий. Плавление основного металла происходит под воздействием электрической дуги, возникающей между неплавящимся электродом и свариваемым металлом, от источника постоянного тока или источника, работающего как на постоянном, так и на переменном токе. Система подачи проволоки обеспечивает постоянную подачу материала в сварочную ванну. Благодаря дополнительному источнику тока напряжение через контактный наконечник подается на проволоку и за счет сопротивления на свободном конце подающейся проволоки, происходит её нагрев. Для этого может быть использован источник постоянного тока или источник, работающий на постоянном и переменном токах. Увеличение длины вылета подающейся проволоки ведет к повышению производительности наплавки. Причиной является увеличение электрического сопротивления на этом отрезке проволоки и связанное с этим повышение температуры свободного конца проволоки. Выделяющееся количество теплоты пропорционально квадрату силы тока и обратно пропорционально сопротивлению проволоки: G = I2 х R 7.5.2. 7.5.2. Оборудование для сварки с подачей подогретой присадочной проволоки Оборудование для сварки с подачей подогретой присадочной проволоки Очень существенным для успешного проведения сварочного процесса TIG с подачей горячей проволокой является правильная установка горелки и направляющего канала. Правда, здесь не могут применяться общеустановленные правила. Также как и при сварке TIG холодной проволокой на вольфрамовый электрод подается «минус», в то время как на свариваемое изделие подается «плюс» (прямая полярность). Для того чтобы избежать отклонения сварочной дуги от направления сварки, при использовании источника питания с постоянным током на горячую проволоку подается минус, а на свариваемое изделие - плюс (прямая полярность), источник питания для подогрева проволоки работает на напряжениях от 1,5 В до 5,0 В для того, чтобы исключить произвольный поджиг дуги на проволоке. С помощью специального программирования сварочного источника питания можно управлять режимом сварки TIG и источником тока для подогрева проволоки, а также подачей проволоки и общим протеканием сварочного процесса. Синхронная пульсация сварочного тока и подогрев присадочной проволоки могут быть использованы для улучшения качества сварки или для облегчения сварки в неудобном положении. Важными параметрами режима сварки являются ток импульса, ток нагрева проволоки, скорость подачи проволоки, высота сварочной дуги, включая параметры колебаний. Сварка TIG с подачей горячей проволокой может существенно повысить производительность наплавки по сравнению с подачей нейтральной проволокой. 7.5.3. Производительность сварки с подачей подогретой присадочной проволоки В то время как при сварке TIG с холодной проволокой можно достичь скорости сварки около 20 см/мин, при сварке TIG с горячей проволокой в автоматическом режиме можно достичь скоростей сварки в пределах от 80 до 100 см/мин. Результаты: меньшие затраты времени на сварку, более узкие зоны термического влияния, меньший риск возникновения горячих трещин и меньшее перемешивание металла шва с основным металлом. По сравнению с механизированной сваркой TIG при использовании холодной проволоки мощность наплавки при использовании горячей проволоки увеличивается до трёх раз при одинаковой мощности сварочной дуги. Поэтому для практического применения должны быть выбраны такие комбинации параметров мощности (мощность сварочной дуги, мощность источника тока при работе с горячей проволокой и мощность наплавки), которые находятся на максимальной отметке кривой, на графике.
7.5.4. Преимущества процесса TIG-Hot Wire По сравнению со сваркой TIG-Cold Wire: 7.6. Режимы подачи присадочной проволоки Для получения хороших результатов сварки подача присадочной проволоки должна точно соответствовать движением сварщика при ручной сварке, то есть имеют важное значения место подачи проволоки в зону дуги и скорость подачи проволоки. Одним из главных приёмов такой имитации может быть импульсный режим сварки. Современные источники питания, работающие в импульсном режиме, позволяют использовать все возможности разнообразных режимов подачи присадочной проволоки (рис. 24): VIII. Общая концепция сварки MIG. Оборудование для сварки MIG & |
|||