 |
Реклама. ООО ГК "Велунд Сталь Сибирь" ИНН 5405075282 Erid: 2SDnjf1Guop
| |
СВАРКА ТОЛСТОГО АЛЮМИНИЯ
В последние годы сварка толстого алюминия из редких работ приобрела характер часто необходимого технологического процесса. В настоящее время конструируют алюминиевые изделия с толщиной стенки 25, 50 и 150 мм. К таким конструкциям относятся трубопроводы, мостовые фермы, гидравлические сосуды, рамы автомобилей и станков. Толстый алюминий применяют в тех случаях, когда конструкция должна иметь малый вес, сопротивляться коррозии в определенной среде и обладать высокими прочностными свойствами при низкой температуре.
К сварным конструкциям из толстого алюминия, работающим при низкой температуре, относятся гидравлические сосуды, баки, теплообменники и трубопроводы для заводов, производящих кислород. В большинстве случаев такое оборудование предназначается для работы при температурах, циклически меняющихся от комнатной до температуры жидкого азота (около минус 150°).
Выбор алюминия в качестве материала для таких конструкций объясняется, между прочим, тем, что он относится к металлам, прочность и пластичность которых не снижается при низких температурах.
Для изделий из толстого алюминия более целесообразно применять автоматическую сварку полуоткрытой дугой. Однако в ряде случаев и в особенности при расположении швов в вертикальной плоскости возникает необходимость в применении дуговой сварки в инертной атмосфере.
Для сварки изделий с толщиной стенки, которая может быть сварена при токе до 200 а, используют постоянный ток обратной полярности; для больших толщин, которые требуют применения 300-600 а, используют переменный ток.
При сварке с таким большим током применяют специальные крупные горелки с водяным охлаждением.
Аргоно-дуговая сварка толстого алюминия возможна только с общим или местным подогревом. Температура подогрева должна поддерживаться в течение всего времени выполнения многослойной сварки. Цель подогрева заключается в снижении скорости охлаждения, которая вообще велика вследствие высокой теплопроводности алюминия. Слишком большая скорость охлаждения вредно влияет на металлургию сварки: сварка замедляется и ухудшает сплавление металла шва с основным металлом. Рекомендуемая температура подогрева 100-200° (более низкая при толщине материала 12-16 мм; более высокая при толщине 25-50 мм; алюминий толщиной до 11 мм сваривается без подогрева). Эта температура является средней для всего свариваемого изделия в течение времени, необходимого для наложения сварного шва.
Вблизи сварного шва температура листа повышается на короткое время до 250-300° по мере наплавки каждого слоя. Между наплавкой каждого слоя сварную конструкцию охлаждают до средней температуры подогрева.
Сварка сплава АМц. При применении сплава АМц для изготовления алюминиевых конструкций, работающих при низких температурах, в качестве присадочного материала служит технический алюминий (99% А1). При этом сочетании удается получить сварные соединения, обладающие высокой пластичностью.
На фиг. 226, а и б показаны различные формы разделки кромок при сварке толстого алюминия.
Перед сваркой толстого алюминия для предупреждения коробления накладывают частые прихватки. Эти прихватки при сварке нельзя перекрывать, их нужно удалять.
Перед сваркой поверхности кромок и присадочного прутка должны быть хорошо очищены.
Для предупреждения неравномерного местного охлаждения между толстыми листами и столом прокладываются асбестовые листы. Сварка ведется в нижнем положении.
В качестве источника питания при сварке толстого алюминия применяют специальный трансформатор (см. стр. 115) или два стандартных сварочных трансфроматора соединенных параллельно, и осциллятор. Сварочный ток для листов толщиной 50 мм составляет 450-550 а. Расход аргона достигает 30 л/мин.
Диаметр вольфрамового электрода для ручной сварки составляет 8 мм при внутреннем диаметре газового сопла 16 мм. Для механизированной сварки применяют вольфрамовые электроды диаметром до 20 мм и присадочные прутки диаметром 8 мм.
При сварке толстого алюминия длина дуги оказывает влияние на соотношение между скоростью сварки и током. Оказывается что при данной скорости сварки ток можно увеличить лишь при увеличении длины дуги. Например, при сварке алюминия толщиной 25 мм с подогревом до 200°, диаметре электрода около 13 мм, скорости сварки около 20 см/мин и длине дуги 8 мм максимальный сварочный ток составляет 725 а. При увеличении тока ванна бурно кипит, а электрод плавится. При увеличении длины дуги до 13 мм ток можно увеличить до 750 а, и лишь после этого дальнейший рост тока вновь вызовет бурное кипение ванны и плавление электрода. При увеличении скорости сварки до 60 см/мин ток можно увеличить до 900 а, и лишь выше 900 а начнет кипеть ванна, хотя электрод еще не плавится. Снижение склонности электрода к плавлению при увеличении длины дуги и скорости сварки связано с уменьшением рефлекторного теплового влияния ванны на электрод. Но слишком большие скорости сварки приводят к непровару, поэтому для каждой толщины материала необходимо подбирать соотношения четырех факторов: диаметра электрода, тока, скорости сварки и длины дуги.
Разносторонние испытания сварных соединений дали возможность установить следующие их свойства. Просвечивание гамма-лучами металла швов обнаруживает мелкую и равномерно распределенную пористость. Однако эта пористость не оказывает заметного влияния на прочность.
При комнатной температуре прочность наплавленного металла, определенная испытаниями образцов Гагарина вдоль шва, почти не отличается от прочности сплава АМц.
Предел прочности образца Гагарина, взятого поперек соединения, ниже предела прочности основного металла, что объясняется отпуском основного металла и анизотропностью наплавленного металла.
Отношение предела текучести сварного соединения к пределу текучести основного металла АМц в отожженном состоянии составляет 100%.
Испытания при низкой температуре (минус 160° и минус 215°) показали, что предел прочности и пластичность основного металла АМц, сварного соединения и наплавленного металла не ниже указанных свойств при нормальной температуре. Предел прочности на разрыв при температуре минус 160° вдвое выше, чем при комнатной температуре, при этом предел текучести и удлинение остаются без изменения или даже несколько увеличиваются. Данные упомянутых испытаний приведены в табл. 79. Были также выполнены испытания образцов сварных соединений, подвергнутых предварительно 30 циклам охлаждения до температуры минус 160° и повторному нагреву до комнатной температуры. Такие образцы испытывали при комнатной температуре и при температуре минус 160°. Прочность этих образцов оказалась равной прочности образцов сварных соединений, не подвергнутых циклическому нагреванию и охлаждению.
Сварка термообрабатываемых сплавов. Такие сплавы, как АМц, применяют в тех случаях, когда экономия веса не играет решающей роли и требуемую прочность сварной конструкции можно получить путем простого увеличения толщины стенки, а также когда необходима высокая пластичность сварного соединения.
Свойства сварных соединений листового АМц толщиной 50 мм (присадочный металл - технический алюминий):
Однако в тех случаях, где требуется высокая прочность при небольшом весе и где стремятся к экономии металла, необходимо применять термообрабатываемые сплавы типа Д16, АВ и В95.
При сварке этих сплавов необходимо строго соблюдать условия подогрева: изделие не должно остывать ниже первоначальной температуры подогрева и не должно чрезмерно нагреваться.
Для сплавов типа Д16 и АВ оптимальная температура подогрева составляет 150°, для сплава типа В95-200°.
Важно правильно выбрать состав присадочного материала. При сварке сплава типа АВ с присадкой из этого же сплава не удается избежать трещин. При сварке сплава типа В95 с присадкой из того же сплава можно избежать трещин частичным ослаблением зажимов, удерживающих изделие в приспособлении.
При использовании сплава АК в качестве присадочного материала характеристика пластичности наплавленного металла следующая:
на сплаве типа АВ удовлетворительна;
на сплаве типа Д16 хуже;
на сплаве типа В95 низкая.
Термическая обработка не дает значительного повышения прочности или пластичности.
Предел текучести наплавленного металла АК, подвергнутого полной термической обработке, составляет около 30% предела текучести основного материала. Таким образом, несмотря на хорошие сварочные характеристики и пластичность присадки АК, она является неудовлетворительным присадочным материалом для сварки изделий из термообрабатываемых алюминиевых сплавов при большой толщине стенки, так как прочность основного металла используется недостаточно. Однако для сварки плакированных листов большой и малой толщины нужно применять присадку АК ввиду того, что при этом коррозионная стойкость всего сварного соединения, включая и шов, примерно, равноценна. При использовании в качестве присадки сплава состава: 10% Si, 4% Cu, основа А1 получаются следующие результаты (после полной термообработки) :
Без термической обработки пластичность наплавленного металла значительно ниже, чем при применении присадки из сплава АК, но прочность его выше. После термической обработки пределы прочности и текучести значительно повышаются, пластичность же не снижается.
Таким образом, присадка из сплава вышеуказанного состава отличается хорошими сварочными характеристиками, дает высокие пределы прочности и текучести после полной термической обработки, но низкую пластичность. Установлено влияние на прочность различий в химическом составе разных мест сварного шва, получающихся вследствие неравномерного перемешивания основного металла с присадочным. Последнее имеет место особенно в случае применения V-образных разделок. Так, например, при использовании в качестве присадочного сплава АК прочность наплавленного металла в нижней части соединения значительно выше, чем в верхней части. Наоборот, пластичность наплавленного металла в нижней части соединения ниже пластичности в верхней части. Такое различие продолжает оставаться даже у сварных швов, подвергнутых полной термической обработке. При одинаковом составе основного и присадочного металла указанного выше различия не наблюдается.
Такое различие свойств наплавленного металла при сварке металла большой толщины может иметь большое значение в сварных конструкциях в случаях, когда прилагаемые нагрузки различны с обеих сторон сварного соединения. Этого недостатка можно избежать применением симметричных соединений. При испытании такого соединения на сплаве типа АВ разрушение происходит по линии сплавления или по наплавленному металлу. Наибольшая относительная прочность сварных соединений получена у образцов, подвергнутых полной термической обработке: 95% для шва с присадкой из сплава АК и 100% для присадки из сплава с 10% Si и 4% Си. Наплавленный металл обладает низкой пластичностью.
Сварные соединения на сплаве типа Д16 также разрушаются по наплавленному металлу, и пластичность сварных швов ниже пластичности таких же швов, выполненных одним и тем же присадочным металлом на листе из сплава типа АВ.
Сварные соединения на сплаве типа В95 обладают исключительно низкой пластичностью. Сварные соединения сплавов типа АВ и В95 не обнаруживают какого-либо изменения в прочности при испытаниях в обычном состоянии или после старения. Только полная термическая обработка на твердый раствор, закалка и старение вызывают заметное повышение прочности.
Все указанные сплавы при сварке склонны к трещинообразованию. Подогрев перед сваркой не вызывает изменений прочности сплавов типа Д16 и АВ, но снижает прочность сплавов типа В95 после старения при подогреве до 200°. | 
НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ
НОВОСТИ
НОВЫЕ СТАТЬИ