Full Text

Современные условия развития промышленности, высокая мировая конкуренция диктуют новые подходы к повышению качества продукции и производительности труда. Малая плотность при сравнительно высокой прочности, хорошая обрабатываемость режущим инструментом, высокая коррозионная стойкость обусловливают широкое применение алюминиевых сплавов в авиа- и судостроении, производстве химической аппаратуры, строительстве и других отраслях [1]. Во всех перечисленных случаях используются различные по своему составу и механическим свойствам алюминиевые сплавы, а конструктивные решения зачастую связаны со сваркой [2]. Ряд факторов значительно усложняют сварку алюминиевых сплавов: 1) высокая теплопроводность; 2) повышенная жидкотекучесть алюминия при высоких температурах; 3) наличие тугоплавкой оксидной пленки на поверхности изделия; 4) высокое сродство расплавленного алюминия к газам. Все эти факторы диктуют применение специальных технологических мер, что снижает производительность процесса сварки и повышает себестоимость изготовления продукции [3]. Стоит отметить, что сварка алюминиевых сплавов малых толщин также представляет значительную трудность. Это в первую очередь связано с правильным выбором параметров режима и недопущением прожога, а также применением специальных подкладных приспособлений [4]. На сегодняшний день применение находят традиционные способы сварки алюминиевых сплавов: ручная дуговая сварка, механизированная сварка плавящимся электродом, аргонодуговая сварка неплавящимся электродом в среде защитных газов [5]. Однако эти методы имеют ряд указанных выше проблем при сварке и не удовлетворяют современным требованиям промышленности [6]. В последнее время, с развитием техники и появлением новых видов высококонцентрированных источников энергии, для решения задачи сварки тонколистовых алюминиевых сплавов всё более широко используют лазерные технологии. Но их применение сдерживается высокой стоимостью оборудования и рядом специфических трудностей: высоким коэффициентом отражения лазерного излучения, малой температурой плавления алюминия. Одними из основных дефектов при лазерной сварке являются горячие трещины и газовая пористость [2]. Таким образом, основной задачей исследователей при разработке технологии сварки тонколистовых конструкций из алюминиевых сплавов является обеспечение качественной очистки поверхности от оксидной пленки, применение высококонцентрированного источника энергии с возможностью автоматизации процесса сварки, снижение себестоимости погонного метра шва [7]. Одним из путей решения этой задачи видится использование технологии плазменной сварки током обратной полярности. Применение плазменной дуги позволяет использовать высококонцентрированный источник энергии, получить высококачественный сварной шов. Использование тока обратной полярности обеспечивает качественную очистку поверхности металла от загрязнений и оксидной пленки, процесс плазменной сварки поддается 100%-ной автоматизации [8]. Известной является разработка с использованием плазмотрона, работающего на переменном токе, для плазменной сварки алюминия. Дежурная дуга постоянного тока загорается между электродом-катодом плазмотрона и плазмообразующим соплом-анодом, а вторая дуга переменного тока горит между электродом плазмотрона и изделием (рис. 1) [9]. После того как основная дуга зажигается, дежурная размыкается. Сварка ведется на переменном токе с модуляцией. В момент включения обратной полярности происходит очистка поверхности металла, а при работе прямой полярности происходит плавление металла. У данного способа есть несколько недостатков: необходимость использования двух источников питания дуг, возможность появления вольфрамовых включений в металле шва в период работы плазмотрона на обратной полярности, газовая пористость металла шва, недолговечность конструкции плазмотрона. Целью данной работы являлась разработка технологии плазменной сварки плазменной дугой током обратной полярности с одновременной подачей присадочной проволоки алюминиевых сплавов АМг5 толщиной 2 мм. Рис. 1. Схема подключения двухдугового плазмотрона Сварку можно производить как с подачей, так и без подачи присадочной проволоки. Однако при сварке конструкций больших толщин может наблюдаться 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, заполняющего провисание [10]. При сварке алюминия малых толщин существует ряд трудностей: возможность прожега при высокой производительности процесса, провисание корня шва, трудность удаления оксидов из сварного шва в процессе сварки. Кроме того, использование присадочной проволоки позволяет управлять процессом легирования швов, что благотворно сказалось на повышении их прочности. Варьируя режимы подачи проволоки, получаем возможность управлять геометрией шва. При сварке проволока должна обязательно касаться поверхности изделия, в противном случае не происходит ее катодной очистки и качественного сплавления со сварочной ванной. Режимы сварки представлены в таблице. Соединение под сварку стыковое без зазора. Выполнено два различных варианта сварки - с усилением и без усиления шва. Режимы сварки Номер образца Qз, л/мин Qп, л/мин Iд, А dпс, мм hс.и, мм vп.п, м/мин vсв, м/ч 1 5 3 65 3 5 0,9 36 2 1,1 Внешний вид швов представлен на рис. 2, 3. а б Рис. 2. Внешний вид лицевой стороны шва: а - образец 1; б - образец 2 а б Рис. 3. Внешний вид корня шва: а - образец 1; б - образец 2 Макрошлифы поперечного сечения шва представлены на рис. 4. Рис. 4. Макрошлиф шва (×2) По результатам визуального осмотра видно, что шов с лицевой стороны имеет ровную поверхность. Чешуйчатость, усиление шва отсутствуют. В обоих случаях обеспечивается равномерное формирование корня шва без провисания и других дефектов. Образец № 1: ширина 6,4 мм, высота 0,3 мм, высота корня шва 1,5 мм. Образец № 2: ширина 6,2 мм, высота 1,5 мм, высота корня шва 1,5 мм. Макрографическое исследование показало, что формирование шва равномерное, геометрия симметрична. Отсутствуют дефекты в виде пор и трещин. На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы: 1. Установлены режимы плазменной сварки проникающей дугой током обратной полярности с одновременной подачей присадочной проволоки алюминиевого сплава АМг5 толщиной 2 мм. 2. Получены бездефектные сварные соединения при сварке встык без зазора. 3. Плазменная сварка при работе плазмотрона на токе обратной полярности позволяет встроить механизм очистки поверхности непосредственно в процесс сварки, что значительно повышает качество и производительность. 4. Плазменная сварка проникающей дугой позволяет сваривать тонколистовые конструкции из алюминиевых сплавов без применения специальных подкладных приспособлений.

About the authors

A. M Bazhenov

Perm National Research Polytechnic University

A. I Panov

Perm National Research Polytechnic University

I. A Gilev

Perm National Research Polytechnic University

References

Statistics

Views

Abstract - 57

PDF (Russian) - 49

Refbacks

• There are currently no refbacks.