Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Сварка алюминия и его сплавы

1.Характеристика сварки алюминия и его сплавы.

1.1Удаление оксидной плёнки.

1.2 Материалы для сварки алюминия и его сплавов.

2. Обзор наиболее распространенных способов сварки алюминия и его сплавов.

2.1. Ручная дуговая сварка покрытыми электродами алюминия и его сплавов.

2.3. Аргонодуговая сваркаи и сварка в среде защитных газов с подачей присадочной проволоки.

3. Контроль качества сварки.

4.Список литературы.

Характеристика сварки алюминия и его сплавы.

Алюминий - металл серебристо-белого цвета. Температура плавления 600°С. Алюминий имеет кристаллическую ГЦК решетку с периодом а=0.4041нм. Наиболее важной особенностью алюминия является низкая плотность - 2.7г/см3 против 7.8г/см3 для железа и 8.94г/см3 для меди. Алюминий обладает электрической проводимостью, составляющей 65% электрической проводимости меди. В зависимости от чистоты различают алюминий особой чистоты: А999 (99.999% Al); высокой чистоты: А995 (99.995% Al), А99, А97, А95 и технической чистоты: А85, А8, А7, А6, А5, А0 (99.0% Al).

Технический алюминий изготавливают в виде листов, профилей, прутков, проволоки и других полуфабрикатов и маркируют АДО и АД1.

Характеристика сварки алюминия и его сплавов, применяемые материалы.

Технология сварки алюминия и его сплавов достаточно многообразна, виды

сварки перечислены выше и имеют ряд особенностей. К числу основных

особенностей сварки алюминия и его сплавов любым из перечисленных методов

относятся: необходимость удаления окисной пленки с поверхности свариваемых

изделий, тщательная подготовка под сварку, предварительный подогрев и др. В

работе [2] приведены основные трудности сварки алюминия и его сплавов. К

ним относятся:

Резкое падение прочности при высоких температурах может привести к

разрушению (проваливанию) твердого металла нерасплавившейся части кромок

под действием веса сварочной ванны. В связи с высокой жидкотекучестью,

алюминий может вытекать через корень шва.

В связи с большой величиной коэффициента линейного расширения

и низким модулем упругости сплав имеет повышенную

склонность к короблению. Уровень сварочных деформаций в 1.5-2 раза выше,

чем у аналогичных стальных конструкций.

Вследствие высокой теплопроводности алюминия необходимо применение

мощных источников теплоты. С этой точки зрения в ряде случаев желательны

подогрев начальных участков шва до температуры 120-1500С или применение

предварительного и сопутствующего подогрева.

Металл шва склонен к возникновению трещин в связи с грубой столбчатой

структурой металла шва и выделением по границам зерен легкосплавных

эвтектик, а также развитием значительных усадочных напряжений в результате

высокой литейной усадки алюминия (7%).

В настоящем разделе приводятся основы технологии сварки алюминия и его

сплавов и применяемые сварочные материалы.

Наиболее распространенные деформируемые сплавы - это сплавы алюминия с марганцем (АМц) и магнием (АМг), а также термоупрочняемые сплавы с медью типов Д1 и Д6 (дюралюминий). Из литейных сплавов чаще всего применяются различные виды силумина (сплава алюминия с кремнием) типов Ал2. Ал4 и Ал9.

1.1Удаление оксидной плёнки.

В естественных условиях производства и хранения алюминий покрывается слоем

окиси, предохраняющим его от коррозии. На воздухе зачищенная поверхность

сразу же покрывается новым слоем окиси, толщина которого восстанавливается

практически в течение нескольких дней, надежно защищая металл от

дальнейшего окисления.

Окисная пленка на поверхности алюминия и его сплавов затрудняет процесс

сварки. Обладая высокой температурой плавления она не

растворяется в жидком металле в процессе сварки. Попадая в ванну, она

затрудняет сплавление между собой частиц металла и ухудшает формирование

шва.

Важной характеристикой окисной пленки алюминия является ее способность

адсорбировать газы, в особенности водяной пар. Поэтому, окисная пленка

является источником газов, растворяющихся в металле, и косвенной причиной

возникновения в нем несплошностей различного рода.

При сварке плавлением алюминиевых сплавов наиболее рациональным типом

соединений являются стыковые. Для устранения окисных включений в металле

швов используют удаляемые подкладки из коррозионно-стойкой стали, других

металлов с повышенной температурой плавления, а также меди, благодаря ее

высокой теплопроводности. Используют также остающиеся подкладки из

свариваемого алюминиевого сплава или разделку кромок с обратной стороны

шва, что обеспечивает удаление окисных включений из стыка в канавку

подкладки. [pic]

Подкладка, формирующая обратную сторону стыкового шва, имеет канавку,

различные формы.Чаще всего используют канавки прямоугольной формы которые обеспечивают стабильные условия для формирования шва и удаления окисных пленок при довольно значительных смещениях линии стыка и дуги от оси канавки.

1.3. Материалы для сварки алюминия и его сплавов.

Сварочная проволока. При дуговой сварке большинства соединений

требуется проволока, металл которой заполняет зазоры, а также обеспечивает

формирование шва в соответствии с размерами, установленными ГОСТ 14806-80.

Кроме того, проволока позволяет изменять состав шва, что особенно важно при

сварке различных алюминиевых сплавов. Требуемый для легирования состав

проволоки выбирают с учетом химического состава свариваемых кромок и доли

участия проволоки в образовании шва. Для дуговой сварки в инертных газах

содержание каждого элемента в проволоке можно рассчитать.

Доля проволоки в металле шва зависит от типа соединения, толщины

свариваемых кромок, формы и размеров шва, зазоров.

В зависимости от предъявляемых к соединениям требований, для сварки

каждого из алюминиевых сплавов обычно применяют несколько марок проволок.

Наиболее простым подходом является применение универсальной проволоки,

которая обеспечивает сварным соединениям достаточно высокие значения всех

основных характеристик: стойкость против горячих трещин, прочность,

пластичность и коррозионную стойкость. Остальные рекомендованные проволоки

обеспечивают соединениям повышенные значения одной из названных

характеристик при удовлетворительных значениях всех остальных.

Маркеровка сварочной проволки

|А99, А97, А95 |А99 |А99 |СвА85Т |А99 |А99 |

|АД0,АД1 |СвА5 |СвА5 |СвА5 |СвА97 |СвА97 |

|АМг3 |СвАМг3 |СвАМг5 |СвАМг5 |АВч |АВч |

|Прим. Проволоку с обозначением «Св» поставляют по ГОСТ 7871-75, остальную

Проволока может применяться в двух назначениях:

как электродная проволока при полуавтоматической или автоматической

сварке в защитных газах (в шведском стандарте называется «Autrod»)

как присадочный материал при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом

(в шведском стандарте называется «Tigrod»)

2. Обзор наиболее распространенных способов сварки алюминия и его

сплавов.

Для алюминия и его сплавов применяют практически все промышленные способы

сварки плавлением. К основным методам сварки относятся: ручная дуговая

сварка покрытыми электродами (ММА), аргонодуговая сварка неплавящимся

вольфрамовым электродом с подачей присадочной проволоки (ТIG),плазменная

сварка, полуавтоматическая сварка в защитном газе – бывает как минимум

четырех разновидностей (импульсная полуавтоматическая сварка, традиционная

полуавтоматическая сварка, полуавтоматическая сварка с управляемым

массопереносом на инверторном источнике питания, полуавтоматическая сварка

на источниках питания типа ВД-306ДК с комбинированной вольтамперной

характеристикой). Другие виды сварки алюминия и его сплавов, такие как

автоматическая сварка под слоем флюса и газовая сварка применяются

значительно реже и рассматриваться не будут. Каждый способ сварки имеет

свои особенности, которые необходимо учитывать для наиболее эффективного их

использования при изготовлении изделий различного назначения.

2.1 . Ручная дуговая сварка покрытыми электродами алюминия и его

сплавов.

Ручную дуговую сварку покрытыми электродами применяют при изготовлении

конструкций из технического алюминия, сплавов АМц и АМг, содержащих до 5 %

магния, а также силумина. Толщина свариваемого металла лимитируется

диаметром электрода. Минимальный диаметр электрода обычно составляет 4 мм,

что вызвано трудностями сварки электродами малого сечения вследствие

высокой скорости их плавления. Алюминиевый электрод расплавляется в 2-3

раза быстрее стального. В связи с этим толщина свариваемого металла должна

быть свыше 4 мм.

Наиболее приемлемым типом сварного соединения для алюминия является

стыковое. Соединений внахлестку и тавровых избегают, так как возможно

затекание шлака в зазоры, из которых его трудно удалить при промывке после

сварки. Наличие шлака в зазоре может вызвать коррозию металла. Поэтому,

этот метод сварки алюминия наиболее редко применяется в промышленности.

Отличие от ручной дуговой сварки стальных металлоконструкций заключается в

том, что алюминий имеет значительно более высокую теплопроводность, чем

сталь. Это приводит к тому, что шлак при ручной дуговой сварке не

успевает, в ряде случаев, удаляться из расплавленного металла сварного

соединения ввиду малого времени нахождения сварочной ванны в расплавленном

состоянии и остается в соединении в виде дефектов.

Защитные (инертные) газы. Для защиты расплавленного металла сварочной

ванны и проволоки при сварке алюминия и его сплавов применяются инертные

газы и их смеси: аргон высшего или первого сорта по ГОСТ 10157 –79 и гелий

особой или высокой чистоты по ГОСТ20461-75. Инертные газы аргон и гелий

поставляются в баллонах.

2.2. Аргонодуговая сварка с подачей присадочной проволоки

1.Аргон

Аргон газообразный выпускается по ГОСТ 10157-79 трех сортов в зависимости от содержания примесей (азот, кислород, влага): высшего - с содержанием аргона не менее 99,99%, первого - 99,98 %, второго - 99,95 %. Аргон высшего сорта рекомендуется для сварки активных металлов (титан, цирконий, молибден, ниобий) и их сплавов. Аргон первого сорта - для сварки сплавов на основе алюминия и магния. Аргон второго сорта - для сварки нержавеющих, углеродистых и легированных сталей.

Газообразный аргон транспортируется и хранится в стальных баллонах при давлении 14,7 МГТа. Баллоны окрашены в серый цвет с надписью зелеными буквами «Аргон чистый». Он тяжелее воздуха и может накапливаться в плохо проветриваемых помещениях у пола, снижая при этом содержание кислорода в воздухе, что может вызвать кислородную недостаточность

Гелий

Гелий выпускается по ТУ 51-689-75 двух видов: гелий высокой чистоты с содержанием его не менее 99,985 % и технический с содержанием не менее 99,8 %. Гелий - бесцветный газ, без запаха неядовит, хорошо диффундирует через твердые тела, значительно легче воздуха и аргона. Стоимость гелия примерно в шесть раз выше стоимости аргона, поэтому он применяется в основном при сварке химически чистых и активных материалов и сплавов. Газообразный гелий транспортируется и хранится в стальных баллонах при давлении 14,7 МПа, Баллоны окрашены в коричневый цвет с надписью белыми буквами «Гелий».

Для определения расхода газа применяются ротаметры типа РМ по ГОСТ 13045-8 Г Ротаметры имеют паспорт с приведенными в нем таблицей и градуировочным графиком расхода воздуха в литрах в час либо в кубических метрах в час. Для перевода показаний применительно к аргону или гелию необходимо значение, приведенное на графике для воздуха, умножить на коэффициент 0,85 для аргона и на 2,69 для гелия.

2.Особенности аргонодуговой сварки и сварке в среде гелия

Аргон и гелий не растворяются в металле сварочной ванны и не образуют химических соединений с элементами, входящими в его состав. Для защиты зоны сварки применяется преимущественно аргон и реже гелий. Аргон обеспечивает высокоэффективную защиту расплавленного металла и хорошее формирование шва. Характеристики дуги в аргоне и гелии различны. При одинаковых токах напряжение дуги в гелии выше, чем в аргоне, и дуга имеет большую проплавляющую способность и обеспечивает более равномерное проплавление. В аргоне проплавление неравномерное: более глубокое в центре и меньшее по краям ванны.

Для соединения цветных металлов и специальных сплавов наиболее эффективна аргоногелиевая сварка. Соотношение между аргоном и гелием в смеси может быть различным. Так, при сварке в смеси 65 % аргона и 35 % гелия обеспечивается глубокое проплавление основного металла, хорошее формирование шва и снижение разбрызгивания.

При аргонодуговой сварке и сварке в среде гелия химический состав металла шва лишь незначительно изменяется вследствие испарения некоторых элементов. Однако в металле шва часто наблюдаются поры, вызываемые загрязнением.. Во избежание этого необходимо следить за чистотой электродной проволоки и места сварки основного металла. Свариваемые кромки и прилегающие к ним участки поверхности шириной 20-25 мм должны быть тщательно очищены от загрязнений.

Аргонодуговая сварка, так же как и сварка в углекислом газе и смесях активных газов, может производиться во всех пространственных положениях. При сварке в вертикальном, горизонтальном и потолочном положениях используется электродная проволока диаметром 1,2 мм, при автоматической и полуавтоматической сварке в нижнем положении - проволока диаметром 1,2- 3.0 мм.

3. Контроль качества сварки.

Классификация методов контроля

Обычно по воздействию на материал или изделие все методы контроля разделяются на две большие группы – разрушающие и неразрушающие.

К разрушающим относят механические, металлографические и коррозионные испытания. Механические испытания сварных соединений и металла шва включают растяжение, изгиб, сплющивание и другие виды разрушения, которые количественно характеризуют прочность, качество и надежность соединений. По характеру нагрузки предусматривают статические, динамические и усталостные испытания. Разрушающие испытания проводят обычно на образцах-свидетелях и реже – на самих изделиях. Образцы-свидетели сваривают из того материала и по той же технологии, что и сварные соединения изделий.

Неразрушающие методы используют для проверки качества швов без их разрушения. При неразрушающих испытаниях, осуществляемых обычно на самих изделиях, оценивают те или иные физические свойства, косвенно характеризующие прочность или надежность соединений. Эти свойства, а точнее их изменение, обычно связаны с наличием дефектов. В связи с этим с помощью данных методов можно узнать местоположение дефектов, их размер и характер, что объясняет их обобщенное название – дефектоскопия. Все неразрушающие методы дефектоскопии различаются физическими явлениями, положенными в их основу.

Классификация методов контроля

Общая схема неразрушающего контроля (рис. 1) включает:

объект контроля О;

излучающий И и приемный П преобразователи;

излучатель СИ и приемник СП сигналов;

индикаторное устройство ИУ.

Рис. 1. Общая схема неразрушающего контроля

Сигналы от излучателя и приемника поступают на индикаторное устройство и служат для принятия решения Р о дефектности или качестве объекта. В настоящее время при контроле сварных соединений и изделий применяются в той или иной мере все перечисленные методы оценки качества, так как универсального не существует. Поэтому важен не только правильный выбор метода контроля, но и их комбинация, сочетание неразрушающих и разрушающих испытаний. Главными критериями при этом должны быть выявляемость наиболее опасных дефектов данным методом, стоимость и производительность контроля. Оптимальным будет такое их сочетание, которое обеспечивает достаточно высокое качество соединений при минимальных затратах и необходимой производительности контроля.

Методы НРК подразделяются на следующие виды: акустические, вихретоковые, магнитные, оптические проникающими веществами (капиллярные и течеисканием), радиационные, радиоволновые, тепловые, электрические. При контроле сварных соединений чаще применяются четыре метода: радиационные, акустические, магнитные и испытания проникающими веществами.

К неразрушающим методам близки так называемые безобразцовые испытания, сопровождающиеся небольшими нарушениями целостности материала, но не изделия в целом (например, измерение твердости), внешний осмотр, а также контроль параметров процесса сварки.

4.Список используемой литературы.

1.Anders Norlin. A century of aluminium – a product of the future // A weldi

ng review published by Esab. Focus Aluminium, 2000. №2. с. 31-33.

2.Акулов А.И., Бельчук Г.А., Демянцевич В.П. Технология и оборудование сварк

и плавлением. .: Машиностроение, 1977.

3. Аргоно-дуговая сварка алюминиевых сплавов для строительных конструкций,

технологические рекомендации. М.: Госстройиздат, 1963.

4. Каталог ESAB, 1998.

5. Гуревич С.М. Справочник по сварке цветных металлов. Киев: Наукова

думка, 1981.

6. Малаховский В.. Плазменная сварка. М.: Высш.шк., 1987.

7. Руссо В.Л. Сварка алюминиевых сплавов в среде инертных газов. Л.:

Судпромгиз 1962.

8.Рабкин Д.М., Игнатьев В.Г., Довбищенко И.В. Дуговая сварка алюминия и его

сплавов. М.: Машиностроение, 1982.

9. Рабкин Д.М., Игнатьев В.Г., Довбищенко И.В. Сварка алюминия и его

сплавов: курс лекций для специалистов-сварщиков. Киев: Наукова думка, 1983.

10.Klas Weman. Equipment for aluminiu welding //A welding review published b

y Esab. Focus Aluminium , 2000. №2. с. 11-13.

смотреть на рефераты похожие на "Особенности сварки алюминия "