Презентация на тему Сварочное производство

сплавы: сочетание высоких механических свойств (высокая удельная прочность и

физических свойств (малая плотность, высокая теплопроводность (в 3-3.5 раза выше, чем у стали), высокая электропроводность

Чистый алюминий из-за низкой прочности используют в отдельных случаях в химической, пищевой и электротехнической промышленности. Алюминий высокой чистоты применяют в отраслях новой техники, в том числе при производстве полупроводников.

областями применения являются транспорт (авиационная промышленность, кораблестроение, вагоностроение), строительство

(металлоконструкции общего назначения) и упаковочная промышленность

не упрочняемые термообработкой (с концентрацией легирующих элементов ниже

предела растворимости при 20 0С)
технический алюминий АД1, АД
алюминиево-марганцевый сплав АМц (Аl + 1,3%Mn)
группа сплавов системы Аl—Мg (АМг1, АМг2, АМг3 и АМг6)

В сварных соединениях сохраняют до 95% от σом при высокой пластичности и коррозионной стойкости


упрочняемые термической обработкой (с концентрацией ЛЭ выше этого предела).
Дуралюмины — сплавы на основе системы Аl—Сu—Мg (Д1, Д16, Д19, ВАД1, ВД17, М40, Д18)
Авиали — сплавы на основе системы Аl— Мg—Si и Аl—Сu—Мg—Si (АВ, АД31, АД33, АД35, АК6, АК6-1, АК8)
Сплавы на основе системы Аl—Сu—Мg—Fe—Ni (АК2, АК4, АК4-1)
Сплавы на основе системы Аl—Сu—Мn (Д20, Д21)
Сплавы на основе системы Al—Cu—Mn—Li—Cd (ВАД23)
Сплавы на основе системы Аl—Zn—Mg—Cu (В93, В95, В96, В94)
Сплавы на основе системы Аl—Мg—Zn (В92, В92Ц, АЦМ)

Сплавы алюминия:
Литейные (ГОСТ 1583-93, 2685-75), , сварку которых осуществляют для устранения дефектов литья
Деформируемые (ГОСТ 4784-97) (термоупрочняемые и нетермоупрочняемые)

особенности сварки определяются взаимодействием с газами окружающей среды, испарением

легирующих элементов и особенностями кристаллизации.

Основная трудность - наличие на поверхности тугоплавкой оксидной пленки Al2O3 (2050ºС), препятствующей сплавлению основного и присадочного металлов.
При 1000°С реакция окисления может протекать при рО2 = 44*10-45МПа. Оксид покрывает поверхность плотной и прочной пленкой. При 20 0С процессы окисления также протекают.
Окисная пленки адсорбирует газы, в особенности водяной пар, который удерживается до температуры плавления металла.
Коэффициент теплового расширения окисной пленки почти в 3 раза меньше коэффициента расширения алюминия, поэтому при нагреве металла в ней образуются трещины. При наличии легирующих добавок состав окисной пленки может существенно меняться. Возникающая сложная окисная пленка в большинстве случаев является более рыхлой, гигроскопичной и обладает худшими защитными свойствами.

Окисная пленка не расплавляется в процессе сварки и покрывает металл прочной оболочкой, затрудняющей образование общей ванны.
Она является источником газов, растворяющихся в металле, и косвенной причиной возникновения в нем несплошностей различного рода. Частицы пленки могут образовывать кислородные включения в швах.

осуществления сварки должны быть приняты меры по разрушению и

удалению пленки и защите металла от повторного окисления. С этой целью используют специальные сварочные флюсы или сварку осуществляют в атмосфере инертных защитных газов.

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 щелочного состава.

качестве растворителей для обезжиривания применяют
уайт-спирит (нефрас-С4-155/200, растворитель Стоддарда

) (ГОСТ 3134-78)
технический ацетон (ГОСТ 2768-84)
растворители РС-1 (РС-12) и РС-2 (ГОСТ 7827-74)

Обезжиривание можно проводить в водном растворе состава:
40—50 г/л технического тринатрийфосфата (Na3РО4 * 12Н2О)
40—50 г/л кальцинированной соды (Na2СО3)
25—30 г/л жидкого стекла (Na2SiO3)
Температура ванны 60—70 0С, время обработки 4—5 мин.

Удаление поверхностной окисной пленки является наиболее ответственной операцией подготовки деталей. При этом в основном удаляют старую пленку окислов, полученную в результате длительного хранения и содержащую значительное количество адсорбированной влаги.

пленку можно удалять с помощью металлических щеток из проволоки

диаметром 0,1—0,2 мм при длине ворса не менее 30 мм или шабрением.

После зачистки кромки вновь обезжиривают растворителем. Продолжительность хранения деталей перед сваркой после зачистки 2—3 ч.

более широких масштабах производства - травление:

1) обезжиривание в растворителе

2)

травление в ванне водного раствора 45—150 г/л NаОН при t = 60—70 0С, 1—2 мин для неплакированных материалов; при необходимости снятия технологической плакировки (например, на АМг6) время травления выбирают из расчета 0,01 мм за 2,5—3 мин;

3) промывка в проточной воде (60—80 0С), затем в холодной воде

4) осветление в 20-40% водном растворе HNO3 при 20 0С в течение 1—2 мин или в 15% при 60 0С в течение 2 мин;

5) промывка в холодной проточной воде, затем в горячей (60—70 0С)

6) сушка горячим воздухом (80—90 0С)

При сварке деталей из сплавов алюминия, содержащих магний повышенной концентрации (например, сплава АМг6), перед сваркой кромки деталей и особенно их торцовые поверхности необходимо зачищать шабером.

обработки проволоки используют те же ванны.
После травления рекомендуется

проводить электрохимическое полирование, особенно для сплавов, содержащих магний в растворе:
700 мл ортофосфорной кислоты
300 мл серной кислоты окиси хрома

Температуру электролита поддерживают 95—100 0С. При перегреве электролита свыше 100 0С происходит растравливание поверхности, а при понижении температуры ниже 90 0С процесс полирования прекращается.

Качество подготовки проволоки контролируют наплавкой технологических валиков с последующей оценкой пористости металла шва путем взвешивания.

удаления оксидной пленки:
Механический (до сварки)
химический (до сварки -

травление, при сварке - применение флюсов, содержащих фтористые и хлористые соли)
электрический (сварка переменным током или катодное распыление при сварке на обратной полярности)

Сварку следует выполнять не позже, чем через 2 часа после механической очистки и 8 часов после химической.

После сварки требуется тщательное удаление (смывание горячей водой) остатков флюса с поверхности изделия во избежание коррозии металла.

Следует иметь в виду, что при нагреве до 400-500ºС прочность алюминия резко падает и изделие может разрушиться даже под тяжестью собственного веса

Для осуществления сварки должны быть приняты меры по разрушению и удалению пленки и защите металла от повторного окисления. С этой целью используют специальные сварочные флюсы или сварку осуществляют в атмосфере инертных защитных газов.

соединений регламентированы ГОСТ 14806—69.
Наиболее рациональны стыковые, выполнить которые

можно любыми способами сварки.
Для устранения окисных включений применяют подкладки с канавкой рациональной формы или разделку кромок с обратной стороны шва, что в некоторых случаях обеспечивает удаление окисных включений из стыка в формирующую канавку или в разделку.
Применение при аргонодуговой 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 угол раскрытия кромок необходимо ограничивать с целью уменьшения объема наплавленного металла в соединении, а следовательно, и вероятности образования дефектов

качестве присадочного материала при сварке чистого алюминия применяют проволоку

примерно того же химического состава, что и основной металл.

При сварке алюминиевых сплавов марки проволок выбираются по ГОСТ 7871-63.

Упрочняемые сплавы и сплавы АМц сваривают проволокой Св АК5, содержащей 5% кремния, который повышает жидкотекучесть и уменьшает усадку шва.

Для сварки сплавов АМг используются проволоки марок Св АМг3, Св АМг5, Св АМг7 с несколько большим содержанием магния, чем в основном металле.

Алюминиевое литье сваривают проволоками Св АК, Св АМц и проволокой из чистого алюминия.

Сварку обычно ведут левым способом при наклоне мундштука к изделию не более 45°.

После сварки - легкая проковка шва в холодном состоянии.

сварка










Для защиты от окисления и удаления окислов с кромок

применяют флюсы.
Например, АФ-4А:
28% NaСl, 50% КСl, 14% ZnСl, 8% NaF.

Флюс вводится с присадочным прутком, или предварительно наносится на кромки в виде пасты, разведенной в воде. Флюс не хранится более 8—10 ч в разведенном состоянии.
Применяют сварочную проволоку из алюминия или его сплавов. Диаметр зависит от толщины металла.

можно выполнять угольным или металлическим покрытым электродом.

Сварка угольным

(графитовым) электродом - для заварки брака отливок, сварки алюминиевых шин, иногда для тонкого материала по отбортовке. Присадочный материал в виде прутков, покрытых флюсом. Постоянный ток прямой полярности.

РДС применяют электроды, стержни которых изготовляют из сварочной проволоки

(ГОСТ 7871—75), а покрытия из смеси хлористых и фтористых солей. В качестве связующего используют раствор NaCl в воде или раствор декстрина, а также водный раствор карбоксилметилцеллюлозы (КМЦ).
Сварку производят на постоянном токе обратной полярности

РДС можно выполнять угольным или металлическим покрытым электродом.

используют TIG сварку.

Применяют аргон чистотой не менее 99,9%

(по ГОСТ 10157—73, сорта: высший, первый и второй) или смеси аргона с гелием.

Питание дуги - переменным током от источников с падающими характеристиками или постоянным только обратной полярности с обязательным применением осциллятора. Необходимо поддерживать минимальную длину дуги (до 2 мм).

Используют вольфрамовые электроды (ГОСТ 23949-80) и присадочную проволоку (ГОСТ 7871-75) (при необходимости)

Используют сварку импульсной дугой (от 0,2 мм) с применением специализированных источников питания для сварки алюминиевых сплавов на переменном токе.
При сварке больших толщин используют способ сварки погруженной дугой (за один проход до 20 мм). При этом используют специальные электроды с добавками иттрия и тантала и сварочные горелки с улучшенной защитой зоны сварки.
Применяют сварку трехфазной дугой с регулированием тепловложения (за один проход свыше 30мм).

тонколистового металла (δ ≤ 2 мм) выполняют без присадочной

проволоки (по отбортовке или за счет расплавления кромок).
При δ > 3 мм присадочный металл подают в дугу в виде тонкой проволоки диаметром от 0,5 до 2,5 мм

ручной TIG сварке без присадки (по отбортовке) или с

присадкой в один проход горелку перемещают с наклоном «углом вперед». Угол наклона горелки к плоской поверхности детали около 600. Присадочная проволока подается под возможно меньшим углом к плоской поверхности детали.
















При механизированной или автоматической TIG сварке горелка располагается под прямым углом к поверхности детали, а присадочная проволока подается таким образом, чтобы конец проволоки опирался на край сварочной ванны; скорость подачи от 4—6 до 30—40 м/ч в зависимости от толщины материала.

сварку используют для материала толщиной более 3 мм.
Применяют

источники постоянного тока с жесткой ВАХ с током обратной полярности, что обеспечивает разрушение окисной пленки за счет катодного распыления и нормальное формирование швов.
Сварку можно выполнять в полуавтоматическом или автоматическом режиме на подкладках с формирующей канавкой.

Импульсно-дуговая MIG сварка расширяет возможность сварки при различных пространственных положениях. При этом улучшается формирование швов, регулируется время пребывания металла сварочной ванны в расплавленном состоянии

сварка по слою флюса используется для стыковых соединений металла

толщиной от 4 мм.
Тонкого слоя флюса достаточно, чтобы защитить сварочную ванну и удалить оксидную пленку. Применяемый флюсы АН-А1, АН-А4 электропроводны и шунтируют дугу при ее погружении в шлак.
АН-А1 - для технического алюминия; АН-А4, не содержащий NaCl, – для Al – Mg магниевых сплавов. Для них наличие NaCl во флюсе недопустимо, так как за счет Al и Mg из флюса восстанавливается Na, который попадает в шов и приводит к пористости и снижению пластичности.

Постоянный ток обратной полярности.

Насыпная высота флюса строго устанавливается для каждой толщины металла, например для  δ = 25 мм она равна 16 мм. Если высота флюса будет взята больше оптимальной, то возможен переход электродугового процесса в электрошлаковый, и тогда сварное соединение получить невозможно.
Весьма существенным недостатком способа сварки по слою флюса является значительное выделение пыли и вредных газов, во много раз превышающих норму.


Сварку ведут часто расщепленным электродом. В конструкциях, работающих в коррозионных средах, после сварки необходимо тщательно удалять остатки флюса.

Для соединения алюминия используют процесс автоматической дуговой сварки под

флюсом с пониженной электропроводностью.
Например, ДА-64:
30 — 44% криолита (Na3AlF6),
48—38% хлористого калия,
19—15% хлористого натрия,
3—3,5% кварцевого песка.
Флюс замешивают на водном растворе карбоксилметилцеллюлозы (целлюлозогликолевая кислота, [С6Н7О2(ОН)3-x(ОСН2СООН)x]) (14—10% массы шихты), протирают через сито и прокаливают при 280—320 0С в течение 6 ч.

Сварку ведут чаще расщепленным электродом. В конструкциях, работающих в коррозионных средах, после сварки необходимо тщательно удалять остатки флюса.

При плазменной сварке (сжатой дуге) концентрация энергии в пятне

нагрева высокая, что делает этот вид сварки перспективным для соединения алюминиевых сплавов.

Преимуществом плазменной сварки является высокая скорость, значительное уменьшение ЗТВ, стабильность процесса, благодаря чему не требуется контроль и поддержание постоянства длины дуги, что облегчает выполнение ручной сварки.

При плазменной сварке, в связи с глубоким проплавлением, резко увеличивается доля основного металла в формировании шва. Однако при этом необходимо соблюдать точность сборки деталей под сварку и ведения горелки по стыку. Для алюминиевых сплавов необходимо применять плазменную сварку с питанием дуги переменным током.

С помощью микроплазмы можно сваривать толщины 0,2—1,5 мм при силе тока 10—100 А. При микроплазменной сварке применяют аргон и гелий. Гелий, дополнительно сжимая дугу, делает ее пространственно устойчивой. Сварочные горелки рассчитаны на применение лантанированных вольфрамовых электродов диаметром 0,8—1,5 мм.

сварка
Электрошлаковая сварка алюминия и его сплавов выполняется для толщин

от 50 до 250 мм и более.

Ведется на переменном токе плавящимися мундштуками или пластинчатыми электродами, с использованием флюсов на основе галогенидов щелочноземельных и щелочных металлов (например, АН-301 и АН-302).

Шов формируется с помощью медных водоохлаждаемых или графитовых кристаллизаторов.

Скорость сварки 6–8 м/ч.

Получаемые соединения имеют прочность, равную 80–100% прочности основного металла.

(Al-Si-Zn: АК-19, АК-9, АК7Ц9) перед сваркой подогревают до 200-250ºС,

а после сварки выполняют отжиг при температуре 300-350ºС с последующим медленным охлаждением. Сварные швы проковывают легкими ударами в холодном состоянии

Дуралюмины (Al-Zn-Mg-Cu-Mn: Д16, Д20, В95) при сварке сильно разупрочняются, однако при соответствующей термообработке можно довести прочность шва до 80% прочности основного металла. Применяют длительный гомогенизирующий отжиг при 460ºС (до 24 часов) с последующей проковкой, старение.
После отжига (нагрева до температуры около 500 °C и охлаждения) становится мягким и гибким (как алюминий). После старения (естественного — при 20 °C — несколько суток, искусственного — при повышенной температуре — несколько часов) становится твёрдым и жёстким.

ГОСТ 1583-93. Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия