ГЛАВА IV. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И НАПЛАВКИ

Назад: 4. Технология сварки плакированных сталей

5. Технология сварки цветных металлов и сплавов

5.1. Технология сварки алюминиевых сплавов

Характеристика сплавов

Отличаясь малым весом, сравнительно высокой прочностью (20 ÷ 45 кгс/мм²), хорошей обрабатываемостью и способностью легко деформироваться полуфабрикаты из алюминиевых сплавов (листы, профили, трубы) имеют важное значение для таких отраслей, как авиастроение и ракетостроение, судостроение, производство химической аппаратуры, строительство и т.д.

Из алюминиевых сплавов была изготовлена оболочка 1-го российского спутника земли, кузов экспресса «Русская тройка», дворец съездов в Москве. Алюминий не разрушает витамины, поэтому из него изготавливают аппаратуру для маслобойной, сахарной, кондитерской и пивоваренной промышленности.

Высокая коррозионная стойкость большинства алюминиевых сплавов, хорошая тепло и электропроводность делают их во многих случаях трудно-заменимым конструкционным материалом.

Алюминиевые сплавы разделяются на две основные группы: деформируемые и литейные. Теоретической границей, разделяющей эти сплавы, служит предел растворимости элементов в твердом растворе.

Деформируемые сплавы имеют концентрацию легирующих элементов меньше предела растворимости и при нагреве могут быть переведены в однофазное состояние, при котором обеспечивается их высокая деформационная способность.

Литейные сплавы лежат за пределами растворимости и имеют в структуре эвтектику. Наличие последней сообщает сплавам хорошие литейные свойства, но ухудшает их способность к деформации,

Большинство элементов, входящих в состав алюминиевых сплавов, обладает ограниченной растворимостью, изменяющейся с изменением температуры. Это обеспечивает сплавам способность упрочняться термообработкой. Принципиально упрочнением при термообработке должны обладать все сплавы, имеющие концентрацию легирующих элементов сверх предела растворимости при комнатной температуре. В связи о этим сплавы разделяют на сплавы, не упрочняемые термически, - твердые растворы, имеющие концентрацию легирующих элементов ниже предела растворимости при комнатной температуре, и сплавы, упрочняемые термически, имеющие концентрацию легирующих элементов сверх этого предела.

В сварных конструкциях получили распространение деформируемые алюминий (АД, АД1 и др.) и алюминиевые сплавы, не упрочняемые термообработкой (АМц, АМг, АМгЗ, АМгбВ, АМГ6 и др. по ГОСТ 4784), а также упрочняемые (Д19, М40, Д20, ВАД23, В92А, АЦМ и др.). Литейные сплавы (АЛ2, АЛ4, АЛ8, АЛ12) применяются в сварных конструкциях редко.

Для сварки плавлением используются деформируемые термически не упрочняемые сплавы, так как термически упрочняемые сплавы при сварке теряют 30 ÷ 40 % прочности.

Особенности сварки

Наличие окисной пленки. Алюминий обладает большим сродством к кислороду, образующаяся окись алюминия А1₂Оз покрывает поверхность изделий прочной и плотной окисной пленкой. Окисление алюминия при нормальной температуре после достижения предельной толщины пленки практически прекращается. Предельная толщина пленки при выдержке алюминия в атмосфере воздуха при температуре 200 ⁰С устанавливается через 7 ÷ 14 дней и достигает 50 ÷ 100 А.

В отличие от алюминия окисная пленка магния обладает плохими защитными свойствами, поэтому процесс окисления его идет непрерывно, и толщина пленки возрастает со временем линейно.

Важнейшей характеристикой окисной пленки алюминия служит ее способность адсорбировать газы, в особенности водяной пар. Последний удерживается окисной пленкой вплоть до температуры плавления металла. Отличаясь значительной механической прочностью (2 кгс/мм² при толщине 10^-5 см), окисная пленка, несмотря на большую плотность, чем у алюминия (2,8 ÷ 3,9 г/см³), легко удерживается на поверхности жидкого металла силами поверхностного натяжения. Коэффициент теплового расширения окисной пленки почти в 3 раза меньше коэффициента расширения алюминия, поэтому при нагреве металла в окисной пленке образуются трещины.

При наличии в алюминии легирующих добавок состав окисной пленки может изменяться. В составе окисной пленки сплавов, содержащих кремний или магний, обнаруживается соответственно присутствие силлиманита (Al₂O₃×SiO₂) и магнезиальной шпинели (MgO×Al₂O₃). При наличии в алюминии примесей щелочных и щелочноземельных элементов окисная пленка обогащается их окислами. Подобная сложная окисная пленка - более рыхлая, более гигроскопическая и хуже защищает металл от диффузии газов.

Наличие окисной пленки на поверхности алюминия и его сплавов затрудняет процесс сварки. Обладая высокой температурой плавления (2050 ⁰С, Т_пл Al = 658 ⁰С), окисная пленка не расплавляется в процессе сварки, а покрывает металл, затрудняя образование общей ванны. При сварке должны быть приняты меры для разрушения и удаления пленки и защиты металла от повторного окисления. Окисная пленка в шве составляет 25 ÷ 35 % дефектов сварного соединения.

Из-за большой химической прочности окисла восстановление алюминия из его окисла в условиях сварки практически невозможно. Также не удается связать Al₂O₃ в прочное соединение (по реакции кислота + основание = соль). Поэтому действие флюсов для сварки алюминия основано на процессах растворения и смывания окисной пленки.

Флюсы и покрытия электродов для сварки алюминия и его сплавов построены однотипно. Основу флюсов, как правило, составляют легкоплавкие смеси хлористых солей щелочных и щелочноземельных элементов (NaCl, KCl, BaCl₂, LiCl), к которым добавляют небольшое количество фтористых соединений (KF, NaF), активизирующих действие флюса.

Ранее предполагалось, что действие флюсов основано исключительно на растворении окисной пленки фторидами, входящими в состав флюсов. Однако сравнение данных растворимости окиси алюминия фторидами позволяет признать это объяснение маловероятным, поскольку растворимость окиси алюминия во фторидах невелика и содержание их во флюсах недостаточно. Так, например, в чистых расплавленных хлористых солях натрия и калия, часто служащих основой флюсов для сварки, окись алюминия практически не растворяется. При введении в состав флюса криолита (Na₃AlF₆) растворимость окиси алюминия возрастает пропорционально его концентрации во флюсе. Однако при температуре 900 ⁰С при содержании во флюсе 10 % криолита растворимость окиси алюминия не превышает 0,15 %.

Более вероятен следующий механизм действия флюса. В процессе нагрева металла, благодаря различным коэффициентам теплового расширения металла и пленки, в последней образуются мельчайшие трещины. В трещины затекает расплавленный флюс, содержащий хлориды. В результате взаимодействия алюминия с флюсом образуется соединение AlCl₃. Хлорид алюминия испаряется при температуре 183 ⁰С и при сварке обладает высокой упругостью пара. Образующиеся в месте контакта с жидким металлом пары хлористого алюминия отрывают частицы пленки от его поверхности. Последние уносятся движущимся флюсом и частично в нем растворяются.

Известный факт благоприятного действия фторидов, содержащихся во флюсах, на повышение их активности можно объяснить тем, что фториды, растворяя окись алюминия, разъедают границы образующихся в пленке трещин и облегчают доступ флюсов к жидкому металлу под пленкой, активизируя процесс ее разрушения и удаления.

Удаление окисной пленки в условиях аргонодуговой сварки происходит в результате электрических процессов, происходящих у катода (катодное распыление). Поскольку в процессе аргонодуговой сварки имеет место лишь разрушение пленки, а не удаление ее, как при сварке с флюсами, то возникает необходимость повышения требований к качеству предварительной обработки деталей перед сваркой с целью получения возможно более тонкой и однородной пленки по всей поверхности кромок изделий. Для предупреждения дополнительного окисления ванны и засорения ее окислами обязательное условие - применение аргона высокой чистоты (сорта В и I).

В алюминиевых сплавах концентрация легирующих элементов, как правило, невелика и редко превышает 5-10%. Если учесть исключительно высокую активность алюминия по отношению к кислороду и его способность восстанавливать многие металлы из их окислов, то ожидать ощутимых потерь в результате окисления таких элементов, как Сu, Mn, Fe, Si, Zn, входящих в небольших концентрациях в состав сплавов, нет основания.

Исключение может составить магний, обладающий значительно большим сродством к кислороду, чем алюминий. Ориентировочные расчеты показывают, что в присутствии алюминия преимущественное окисление магния наблюдается при содержании его в сплаве нескольких десятых долей процента. Наличие же на поверхности алюминиево-магниевых сплавов сложной окисной пленки, которая в ряде случаев представляет собой практически чистую магнезию, подтверждает это положение.

Присутствие на поверхности металла прочной окисной пленки сказывается на характере капельного переноса металла. При сварке в окислительной среде размер капель, переходящих с электрода, достигает большой величины, и горение дуги протекает неустойчиво. Снижение окисляющего действия атмосферы и применение покрытий на электродах способствует уменьшению размеров переходящих капель.

При сварке в аргоне на обратной полярности, начиная с определенной величины плотности тока, крупнокапельный перенос металла скачкообразно переходит в мелкокапельный струйный. Дуга приобретает высокую устойчивость и способность к саморегулированию. Наличие резкой границы по току, отделяющей капельный перенос металла от струйного, можно объяснить тем, что, начиная с определенной величины тока, силы, отрывающие каплю от электрода (пинч-эффект, плазменный поток), превалируют над силами, удерживающими каплю на электроде (в основном механическая прочность пленки). С этого момента капля отрывается от электрода в момент образования, не успевая вырасти в размерах.

Пористость швов. Водород в отличие от других газов обладает способностью растворяться в алюминии и при некоторых условиях образовывать поры в металле швов (40-50% дефектов сварного соединения).

В реальных условиях сварки парциальное давление молекулярного водорода в газовой фазе дуги ничтожно мало. Поэтому основным источником водорода, растворяющегося в сварочной ванне, является реакция взаимодействия влаги с металлом:

2Al + 3H₂O = Al₂O₃ + 6H

Для снижения концентрации водорода в швах при сварке алюминия до пределов, исключающих возможность появления в нем пор, могут быть рекомендованы следующие меры.

1. Применение рациональной обработки поверхности проволоки и деталей (травлением или механически) перед сваркой с целью уменьшения окисной пленки.

2. Сокращение удельной поверхности проволоки, участвующей в образовании шва, путем увеличения диаметра присадочной проволоки и уменьшения доли участия присадочного металла в образовании шва.

При принятых условиях сварки и определенном соотношении площадей проплавленного и наплавленного металлов замена травления проволоки в щелочной ванне травлением в ортофосфорной кислоте или электрополированием поверхности позволяет сократить содержание водорода в шве и уменьшить вероятность возникновения в нем пор. Из этих же данных следует, что изменение обработки поверхности основного металла вплоть до зачистки ее щеткой не оказывает существенного влияния на концентрацию водорода в металле швов. Аналогичные меры борьбы с пористостью при сварке могут быть рекомендованы для большинства сплавов алюминия, не содержащих магний.

Добавки магния к алюминию приводят к увеличению коэффициентов диффузии водорода в сплавах и его растворимости и к увеличению пористости.

Кристаллизационные трещины. Основной причиной трещинообразования является резкое снижение пластичности в интервале твердожидкого состояния из-за образования легкоплавких эвтектик. Их появлению способствует содержание кремния до 0,5 % и незначительное содержание железа (меньше 0.1%). Кроме того, рост кристаллов способствует образование горячих трещин.

Основным способом борьбы с трещинами является изменение химсостава шва за счет выбора присадочных проволок определенного состава и использование модификаторов, вводимых в проволоку (V, Zr, В, Ti), что учитывается стандартом на проволоки (ГОСТ 7871).

Алюминий и его сплавы при Т= 400 ÷ 500 ⁰С, не изменяя своего цвета, быстро переходят из твердого в жидкое состояние, теряя первоначальную прочность. Чтобы сварное соединение не разрушилось под действием собственного веса, необходимо сварку выполнять на подкладных устройствах.

Сварные конструкции вследствие повышенного коэффициента линейного расширения подвержены значительному короблению, а высокая теплопроводность требует концентрированных источников нагрева или предварительного подогрева.

Виды соединений, подготовка металла и проволоки. Дуговая сварка алюминиевых сплавов выполняется по ГОСТ 14806 при толщине кромок от 0,8 до 60 мм включительно (ручной и автоматической неплавящимся электродом с присадкой – РИНп, АИНп, полуавтоматической и автоматической плавящимся электродом – ПИП, АИП). Стандарт не распространяется на сварные соединения трубопроводов.

Наибольшее распространение получили стыковые соединения. Необходимо учитывать, что при аргонодуговой сварке нахлесточных, угловых и тавровых соединений в металле шва возможно возникновение дефектов в виде включений окисных пленок в корневой части стыка в связи с недостаточным перемешиванием металла и отсутствием проплава требуемой величины. При выполнении таких соединений лучшие результаты могут быть получены при сварке плавящимся электродом, обеспечивающим наиболее энергичное перемешивание ванны и дробление окисных пленок.

При сварке неплавящимся вольфрамовым электродом стыковых соединений без разделки кромок для исключения окисных включений в металле швов необходимо применять подкладки рациональной формы (с канавками, выводящими окисную пленку за пределы толщины детали).

Кроме механической подготовки кромок деталей, для придания им рациональной формы, облегчающей выполнение соединений, подготовка деталей к сварке включает очистку их поверхности от загрязнений и окислов. Следы масла, краски и другие загрязнения должны быть удалены или со всей поверхности свариваемых деталей или же с их кромок на определенной ширине (20 ÷ 30 мм) вдоль стыка.

Для частичного или местного обезжиривания кромки протирают ветошью, смоченной в ацетоне, уайт-спирите и других жидкостях, растворяющих жировые загрязнения. В связи со сравнительно большой трудоемкостью операций местного обезжиривания и необходимостью применения легковоспламеняющихся жидкостей (ацетон и др.) в производстве обычно выполняют общее обезжиривание всей поверхности деталей в ваннах щелочного состава.

Технология обезжиривания поверхности детали в ванне щелочного состава, используемая в практике некоторых заводов, заключается в следующем: обезжиривание деталей в течение 5 ÷ 8 мин в ванне щелочного раствора при температуре 65 ⁰С (состав ванны 50 г NазРO₄, 50 г Nа₂СОз, 30 г жидкого стекла, 1 л воды); промывка в воде при температуре 30°С; промывка в проточной холодной воде с протиркой тряпкой или волосяной щеткой; сушка.

После обезжиривания детали удаляется окисная пленка: механическим путем - зачисткой поверхности деталей наждачной бумагой, шабером или проволочной щеткой, а также химическим путем - травлением деталей в специальных растворах. При массовом производстве механическая зачистка кромок не рекомендуется в связи с низкой производительностью процесса и невысоким качеством подготовки поверхности.

Более производительным и надежным методом удаления окисной пленки следует считать химическое травление деталей в ваннах специального состава: травление в водном растворе NaOH (45 ÷ 50 г/л) при температуре 60 ÷ 70 ⁰С, время травления 1 ÷ 2 мин; промывка в горячей воде (60 ÷ 80 ⁰С); промывка в проточной воде при комнатной температуре; осветление в 30 %-ном растворе HNO₃ при комнатной температуре в течение 1 ÷ 2 мин; промывка в проточной воде при комнатной температуре, затем в горячей воде (60 ÷ 80 ⁰С); сушка сжатым воздухом с температурой 80 ÷ 90 ⁰С.

Подготовка поверхности проволоки включает следующие основные операции: обезжиривание, травление, дополнительную обработку поверхности после травления с целью повышения плотности пленки и уменьшения запаса имеющейся в ней влаги. Наиболее целесообразны два варианта подготовки проволоки; обезжиривание и травление в ваннах щелочного состава по технологии, принятой для основного металла; обезжиривание и травление по той же технологии с последующим химическим или электрохимическим полированием полученной поверхности.

Способы сварки

Ручная дуговая сварка алюминиевых сплавов может быть выполнена электродами с покрытиями на основе хлористых и фтористых солей. Технология изготовления электродов для сварки алюминиевых сплавов в значительной степени зависит от выбора связующего. В качестве связующего вещества применяли раствор хлористого натрия в воде, в настоящее время в качестве связующего используют водный раствор карбоксилметилцеллюлозы (КМЦ).

По имеющимся данным, раствор КМЦ, химически инертен, не коагулирует в присутствии хлористых и фтористых солей щелочных металлов. Густоту и вязкость раствора можно менять в широких пределах. Компоненты покрытия, замешанные на растворе КМЦ, образуют однородную массу, имеющую достаточную пластичность для нанесения на стержень методом опрессовки. После прокалки при температуре 225 ÷ 235 ⁰С электроды могут храниться длительное время и имеют достаточно высокую прочность покрытия, благодаря чему могут легко транспортироваться.

Электроды марок ОЗА-1 (стержень из проволоки СвА1) в централизованном порядке изготавливают для сварки алюминия, а электроды ОЗА-2 (стержень из проволоки СвАК3) - для заварки брака литья. Покрытия электродов марок ОЗА-1 и ОЗА-2 примерно состоят из KCl, Na₃AlF6, LiCl, NaCl.

Наличие в составе покрытий электродов для сварки алюминия хлористых и фтористых солей ухудшает устойчивость процесса горения дуги. Поэтому при сварке этими электродами необходимо питание дуги постоянным током обратной полярности.

Обычно сварку электродами применяют для металла толщиной более 3 ÷ 4 мм. (из расчета 60 А на 1 мм диаметра электрода), до 6 мм не требуется разделка кромок. При двусторонней сварке без разделки кромок можно сваривать металл толщиной 10…12 мм, а при применении предварительного подогрева - до 18…20 мм. При односторонней сварке листов толщиной более 6 мм без подогрева обычно рекомендуется V-образная разделка кромок с углом раскрытия 60 ÷ 70 ⁰ и притуплением не менее 1/4 толщины свариваемых листов.

Процесс автоматической сварки по слою флюса может быть использован для сварки стыковых соединений из металла толщиной от 4 мм и выше. При сварке более тонкого металла возникают трудности, связанные с получением устойчивого горения дуги при мелкокапельном переносе присадочного металла. Состав флюса АН-А1 для сварки сплавов АМц, АД1: 50%KCl, 20%NaCl, 30%Na₃AlF₆.

Технологические возможности сварки по флюсу могут быть расширены при ведении процесса в импульсном режиме или расщепленным электродом.

Осуществление процесса автоматической сварки алюминия под слоем флюса затруднено двумя обстоятельствами. Флюсы, применяемые при сварке алюминия, построенные на основе хлористых и фтористых солей, отличаются большой электропроводностью, поэтому осуществить дуговой процесс сварки под слоем флюса с их применением не удается. Вследствие большой электропроводности дуговой процесс легко переходит в шлаковый. Затруднены также защита ванны от растворения водорода и получение плотного металла шва. Последнее обстоятельство связано с высокой гигроскопичностью флюсов, построенных на основе хлористых и фтористых солей.

Разработан процесс сварки под слоем флюса алюминия толщиной 10 мм и выше с применением керамического флюса ЖА-64, имеющего небольшую электропроводность и относительно невысокую гигроскопичность. Флюс ЖА-64 имеет следующий состав: 30 ÷ 44 % криолита; 38 ÷ 48 % хлористого калия; 15 ÷ 19 % хлористого натрия; 3 ÷ 5 % кварцевого песка. Флюс замешивают на водном растворе карбоксилметилцеллюлозы (14 ÷ 16 % к массе сухой шихты), протирают через сито с размером ячейки 2,5х2,5 мм и затем прокаливают при температуре 280 ÷ 320 ⁰С. Прокаленный флюс просеивают через сито с размером ячейки 3х3 мм.

Электропроводность флюса снижается при введении в его состав кварцевого песка. Возможность получения плотных швов при сварке под флюсом ЖА-64 связана с меньшей его гигроскопичностью в связи с наличием связки из раствора КМЦ, а также вследствие большого объема сварочной ванны, образующейся при сварке металла толщиной 10-30 мм, и значительного времени ее существования. С увеличением объема сварочной ванны при прочих равных условиях уменьшается концентрация растворенного в ней водорода. Благодаря сравнительно большому времени пребывания металла в расплавленном состоянии, исчисляемом десятками секунд при сварке металла толщиной более 10 мм, создаются условия для дегазации ванны за счет всплывания пузырьков водорода.

Процесс сварки под слоем флюса ЖА-64 проводят на переменном или постоянном токе расщепленным электродом. Применение автоматической сварки плавящимся электродом под слоем флюса позволяет получить достаточно высокую производительность процесса и улучшить условия труда сварщиков за счет оздоровления атмосферы по сравнению со сваркой полуоткрытой дугой по слою флюса.

Электрошлаковая сварка выполняется со специально разработанными флюсами (АН-А301 и АН-302 и др.) пластинчатым электродом. Технология шлаковой сварки алюминиевых сплавов принципиально не отличается от известных приемов электрошлаковой сварки других металлов. Производительность сварки металла толщиной 50 ÷ 100 мм достигает 50 ÷ 90 кг/ч. При электрошлаковой сварке сплавов АД1, АМц, Амг6 обеспечиваются высокие свойства сварных соединений и высокие свойства металла шва. Коэффициент прочности металла шва равен 0,8 ÷ 0,9 прочности основного металла.

При сварке в защитных газах значительно упрощается процесс и становится возможным сварка соединений, опасных в коррозионном отношении из-за трудности удаления остатков флюсов. Для сварки алюминиевых сплавов применяют аргон или смесь аргона с гелием (алюмикс).

При сварке вольфрамовым электродом сварка выполняется на переменном токе, т. к. в полупериод обратной полярности происходит катодное распыление окисной пленки. Основное преимущество сварки вольфрамовым электродом в среде аргона - высокая устойчивость горения дуги. Благодаря этому процесс успешно используют для сварки металла толщиной 0,8 ÷ 3,0 мм.

Применение импульсной дуги для сварки алюминиевых сплавов переменным током расширяет возможности сварки неплавящимся электродом. При сварке импульсной дугой удается сваривать алюминиевые сплавы толщиной от 0,2 мм и выше. Стыковые соединения металла толщиной 0,2 ÷ 1,0 мм сваривают с применением присадочной проволоки диаметром 0,6 ÷ 0,8 мм на стальных подкладках с формирующими канавками. Для питания дуги необходимы специализированные импульсные источники тока. При сварке импульсной дугой алюминиевых сплавов толщиной 0,2 ÷ 1,0 мм коробление изделия снижается на 40 ÷ 60 %.

Перспективна для сварки алюминия и его сплавов сжатая дуга. Однако применение сварки сжатой дугой алюминиевых сплавов сопряжено с некоторыми трудностями. До недавнего времени основное применение имели сжатые дуги на постоянном токе прямой полярности, при которой не удавалось обеспечить нормальной очистки поверхности металла за счет катодного распыления. Были сделаны попытки применения для сварки алюминиевых сплавов сжатых дуг с обратной полярностью. К недостаткам такого процесса относится низкая допустимая нагрузка по току на электроде, недостаточная стойкость вольфрамового электрода и загрязнение шва включениями вольфрама.

Преимущество сварки сжатой дугой - значительное сокращение зоны теплового влияния, высокая стабильность процесса и жесткость дуги, благодаря чему отпадает необходимость строгого контроля длины дуги. Последнее обстоятельство значительно облегчает процесс ручной сварки.

Применение микроплазменной сварки на переменном токе, обеспечивает нормальное катодное распыление и очистку ванны в полупериоды обратной полярности и достаточную стойкость вольфрамового электрода. Этот способ позволяет сваривать алюминиевые сплавы толщиной 0,2 ÷ 2,0 мм при силе тока 10 ÷ 100 А. В качестве плазмообразующего газа при микроплазменной сварке используют аргон, а в качестве защитного газа - гелий.

Использование трехфазной дуги при той же стойкости вольфрамовых электродов позволяет повысить мощность теплового потока в 1,5 ÷ 2,0 раза. Регулирование теплового потока при сварке трехфазной дугой возможно в результате различного расположения вольфрамовых электродов относительно стыка, изменения диаметра электродов и угла между ними. Широкие возможности регулирования теплового потока трехфазной дугой открывают перспективы для сварки алюминия и его сплавов в довольно широком диапазоне толщин. При сварке металла толщиной более 10 мм целесообразно расположение электродов вдоль стыка. При этом желательно, чтобы задний электрод был выше переднего на 3 ÷ 4 мм.

Такое расположение электродов обеспечивает наибольшую глубину проплавления и наиболее благоприятные условия кристаллизации металла шва. Тепловой поток от приподнятого заднего электрода распространяется в большей степени над поверхностью листов, уменьшая скорость кристаллизации хвостовой части ванны.

Наибольшее проплавление стыка при сохранении достаточной устойчивости горения дуги достигается при отношении тока между электродами к току между электродом и деталью, равном 1,5 ÷ 1,7. При трехфазной сварке удается сваривать металл толщиной до 30 мм при сохранении высоких показателей механических свойств. Высокое качество соединений, получаемых при сварке, в значительной степени определяется хорошим перемешиванием металла в сварочной ванне и дроблением окисных пленок.

Для сварки трехфазной дугой требуются специализированные источники и горелки. Горелки должны быть рассчитаны на длительную работу при силе тока 100 ÷ 500 А, иметь водяное охлаждение и плавную регулировку электродов по высоте.

Плавящийся электрод применяют при сварке алюминиевых сплавов толщиной более 3 мм. Для более тонкого металла не удается добиться устойчивого горения дуги при мелкокапельном струйном переносе металла.

В связи с недостаточно высокой жесткостью алюминиевой проволоки сварка проволокой диаметром менее 1,2 ÷ 1,5 мм затруднена. Устойчивое горение дуги с применением проволоки этих диаметров и обеспечением струйного переноса металла оказывается возможным при силе тока выше 130 А, позволяющим сваривать металл толщиной более 4 ÷ 5 мм. Для питания дуги при сварке плавящимся электродом необходимы источники постоянного тока с жесткой внешней характеристикой.

При сварке на обратной полярности обеспечивается надежное разрушение окисной пленки на кромках за счет катодного распыления и нормальное формирование швов. Преимущества процесса сварки плавящимся электродом - хорошее перемешивание ванны, меньшая вероятность получения в металле швов крупных окисных включений, а также высокая производительность, особенно сварки металла большей толщины.

Весьма перспективна импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом. Теплота, выделяемая основной дугой, горящей в перерыве между импульсами, сравнительно невелика и недостаточна для плавления электродной проволоки с заданной скоростью. Под действием импульса сварочного тока происходит ускоренное плавление электрода, и образовавшаяся на его конце капля сбрасывается в ванну. При таком процессе появляется возможность регулировать плавление электродного металла, задавать определенный размер капель, контролировать время пребывания их в дуге и в конечном итоге задавать ход металлургических реакций при сварке с целью получения требуемого состава и свойств шва.

Импульсное изменение тока оказывает воздействие на ванну жидкого металла, способствуя получению более мелкой структуры металла шва, плавных очертаний валиков швов с мелкочешуйчатым строением. По-видимому, импульсное воздействие дуги на ванну должно способствовать лучшему дроблению окисных пленок и более полному протеканию реакций взаимодействия поверхностной влаги, имеющейся на электродной проволоке, с металлом на стадии формирования капли. Эти особенности импульсной сварки плавящимся электродом очень важны с точки зрения сокращения пористости в металле швов и предупреждения дефектов, вызванных залеганиями окисных пленок.

Импульсная сварка алюминиевых сплавов может осуществляться от тех же источников, которые применяют при сварке непрерывно горящей дугой при совместном включении с генератором импульсов.

Далее: 5.2. Технология сварки магниевых сплавов