Електричне контактне зварювання алюмінія і його сплавів

Для одержання високоякісних з’єднань треба особливу увагу приділяти підготовці поверхні деталей. Листові елементи перед точковим і шовним зварюванням зачищаються з обох боків на ширині 30-50 мм в місцях розташування зварних точок або швів. Деталі для стикового зварювання зачищаються по торцям і на ділянках в місцях закріплення в зажимах зварювальної машини. Найкращі результати досягаються при хімічному очищенні – травленні в спеціальних ваннах після знежирення при Т = 17-25 °С у водному розчині концентрованої ортофосфорної кислоти (Н₃РО₄) з добавкою 0,1-0,3 мас % хромпика (К₂Cr₂O₇) на протязі 10-15 хв. і подальшою просушкою гарячим повітрям при Т = 70-80°С. Після травлення допускається зберігання деталей перед зварюванням до 72 годин при використанні машин змінного струму і до 24 годин при зварюванні запасеною енергією.

Загальні труднощі при точковому контактному зварюванні алюмінія і його сплавів полягають у їх високій електропровідності, завдяки чому має місце перегрів метала у контакті між електродом і деталлю і можливість їх зварювання. Для уникнення цього зварювання ведеться через теплоізолюючи прокладки зі сталі 12Х18Н9 товщиною 0,2-0,5 мм, які установлюються між електродом і деталлю з алюмінія і не приварюються до деталей.

Мінімальне виділення тепла в контакті електрод-деталь досягається інтенсивним водоохолодженням електрода і застосуванням спеціальних матеріалів, електропровідність яких не повинна бути нижчою 85-90% від такого показника для міді (табл. 1.38).

Придатність електродних сплавів для зварювання тих чи інших металів оцінюється за показником їх зносостійкості. Цей показник визначається за кількістю точок, що були зварені, до 20 %-го підвищення діаметра робочої поверхні електрода (табл. 1.39), за кількістю задовільно зварених точок до перезаточування електродів, за величиною падіння значення гарячої або холодної твердості, за втратами маси, довжини або об’єму електрода після виконання певної кількості точок, за зміною міцності точок, за кількістю точок, що зварюються, до чергового зачищення поверхні електрода, або за кількістю зварних точок на 1 мм зносу робочої частини електрода і т. ін.

Таблиця 1.39 – Довговічність деяких електродних матеріалів

Метал деталей, що зварюються	Матеріал електродів	Довговічність
		А	Б
Сплав АМГ6 Сплав МА2	Бр.Кд 1 Бр.Кд 1	50-70 10-30	1000-2000 1000-2000

Примітка. А – кількість зварних точок до критичного забруднення поверхні електрода; Б – кількість зварних точок до 20%-го підвищення діаметра робочої поверхні електрода. Листи, що зварювались, мали товщину 1,5+1,5 мм.

Уникнути перегріву метала в контакті електрод-деталь, зменшити знос електродів і покращити якість поверхні деталей з алюмінієвих сплавів можна використовуючи модулювання імпульсу зварювального струму з поступовим його зростанням та спадом.

Необхідно також забезпечувати невеликий і постійний електроопір плівки оксидів на поверхні виробу: при зварюванні на машинах змінного струму 100-300мкОм, при використанні запасеної енергії (машини конденсаторного зварювання) не більше 100мкОм. Контроль якості підготовленої поверхні здійснюється шляхом притиску деталі між електродами, а замірюється контактний опір мікроомметром типа М246 або іншими приборами вимірювання малих опорів.

Таблиця 1.38 - Призначення та властивості електродних сплавів.

Метали і сплави, які зварюються	Електродний сплав, марка та хімічний склад, %	Електропро­відність, %, до провіднос­ті міді	Температура початку рекристаліза­ції t, °С	Твердість НВ і вид обробки
Магнієві, мідні та тугоплавкі сплави Те саме + алюмінієві сплави Алюмінієві, магнієві та тугоплавкі сплави Те саме + маловуглецеві, середньовуглецеві й низьколеговані сталі Маловуглецеві, серед­ньовуглецеві, корозійностійкі, жароміцні сталі типу 18-10 та титанові сплави Маловуглецеві, серед­ньовуглецеві, корозійно­стійкі, жароміцні сталі типу 18-10 та титанові сплави Леговані, жароміцні ста­лі, сплави підвищеної жароміцності, титанові Те саме Маловуглецеві, серед­ньовуглецеві сталі і сплави, титанові та мідні сплави	Холоднотягнена мідь, 100 Сu Кадмієва бронза Бр.Кд1 (МК), 1,0 Сd, залишок Сu Сплав міді зі сріблом Бр.Ср, 0,1 Аg, залишок Сu Хромокадмієва бронза Бр.ХКд (МЦ-5Б), 0,35 Сr, 0,25 Сd, залишок Сu Хромова бронза Бр.Х, 0,7 Сr, залишок Сu Хромоцирконієва бронза Бр.ХЦр-0,6-0,05, 0,6 Сr, 0,1 Zr, залишок Сu Нікелеберилієва бронза Бр.НБТ, 1,5 Ni, 0,3 Ве, 0,07 Ті, залишок Сu Нікелекремнієва бронза МЦ-2, 1,6 Nі, 0,5 Si, 0,25 Мg, залишок Сu Елконайт - (ВМ), 55-80W, залишок Сu	98 85-90 97-90 83-85 80-82 78-80 50-55 45-50 20-45	200 300 360 370 400 500 510 520 1000	80, наклеп 110-115, наклеп 95-100, наклеп 120-135, термомеханічна 120-140, термомеханічна 140-160, те саме 170-240, те саме 150-180, те саме 400-500, те саме

Друга труднощь полягає у високій теплопровідності алюмінія, завдяки чому тепло швидко відводиться від місця зварювання і розсіюється в зварюваному металі, а біляточкова зона знеміцнюється, причому розміри її залежать від часу зварювання. Тому зварювання треба вести на жорстких режимах – при великому струмі і малому часі його протікання 0,08-0,3с, для чого використовуються потужні однофазні конденсаторні і низькочастотні машини, а також машини з випрямленим струмом у вторинному контурі.

Для зварювання використовуються електроди із сферичною робочою поверхнею:

Товщина металу, мм…………………………..1 2 3

Радіус сфери електрода, мм…………………75 100 150

Деталі, зібрані під зварювання повинні щільно прилягати одна до одної; допустима величина зазору – не більше 0,3 мм на довжині 100 мм. Параметри режима точкового зварювання алюмінія і його сплавів на різних машинах наведені в табл. 1.40-1.42.

Таблиця 1.40 - Орієнтовні параметри режима точкового зварювання алюмінію та його сплавів на однофазних машинах змінного струму

Метал, сплави	Товщина деталей, мм	Струм зварювальний, кА	Тривалість зварювання, с	Зусилля на електродах при зварюванні, кН
АД1 АМг3 АМг6 АМц Д16	0,5+0,5 1,5+1,5 2,5+2,5 4,8+4,8 0,5+0,5 1,0+1,0 1,5+1,5 2,0+2,0 1,5+1,5 2,0+2,0 3,0+3,0 1,0+1,0 2,0+2,0 3,0+3,0 0,5+0,5 0,8+0,8 1,0+1,0 1,5+1,5	15 22 28 42 22 30 34 38 46 43,5 44,5 43 43,5 53 23 27 28 34	0,08 0,1 0,16 0,3 0,04 0,06 0,08 0,1 0,21 0,23 0,22 0,13 0,23 0,18 0,08 0,1 0,12 0,16	2,5 2,9 3,5 4,3 1,3 2,5 3,5 5,0 8,0 6,8 7,0 5,0 6,2 9,0 2,2 3,5 4,5 6,5

Примітка. Починаючи з товщини 1,5-2 мм, для усунення тріщин та ущільнення металу зварної точки використовується кувальне зусилля F_к = (1,5-3) F_зв.

Таблиця 1.41 - Параметри режиму точкового зварювання алюмінієвих і магнієвих сплавів на конденсаторній машині МТК-5001

Сплави	Товщина, мм	Радіус сфери елек­тродів, мм	Зусилля зварю­вання, даН	Струм зварю­вання, кА	Зусилля кування, даН	Три­валість кування, с	Настройка машини
							Ємність конденса­торів, мкФ	Напруга конденса­торів, В
Д16 АМг6 АМц 1401 01430 МА2	0,5 1,0 1,5 0,5 1,0 1,5 0,5 1,0 1,5 0,5 1,0 1,5 2,0 1,5 0,5 1,0 1,5 2,0	50 75 100 50 75 100 25 50 75 50 75 100 150 250 50 75 100 100	250 400 600 300 500 700 150 250 400 300 500 700 900 1000 200 300 500 650	24 30 41 21 29 38 26 34 43 15 21 31 36 30 15 18 26 32	600 1000 1500 600 1200 1600 - - 800 - 1000 1400 1800 1000 - - 1200 1600	0,03 0,05 0,06 0,05 0,06 0,06 - - 0,07 - 0,05 0,06 0,06 0,09 0,06 - 0,06 0,06	35000 105000 105000 105000 105000 105000 35000 105000 105000 105000 105000 105000 105000 - 135000 105000 105000 105000	270 280 310 310 220 290 280 250 320 150 180 230 270 340 190 170 230 290

Таблиця 1.42 - Орієнтовні параметри режима зварювання алюмінієвих сплавів на машинах з випрямленим струмом у вторинному контурі

Товщина металу, мм	Струм зварювальний, кА	Тривалість зварювання, с	Зусилля зварювання, даН	Зусилля кування, даН	Тривалість кування, с
0,5 0,8 1,0 1,2 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0	30 32 40 43 47 56 70 85 130 155 170	0,02 0,04 0,04 0,06 0,06 0,08 0,14 0,2 0,26 0,30 0,36	200 300 400 450 500 800 1300 1800 1600 3700 2200 6000 2750 7000	400 650 900 1100 1400 1900 3200 6000 9100 11500 15000	0,02 0,06 0,06 0,08 0,08 0,12 0,2 0,28 0,38 0,44 0,52

Примітка. В чисельнику - F_зв1, в знаменнику - F_зв2, яке вмикається через t_зв.к = 0,3 t_зв.

Точкове зварювання різнойменних алюмінієвих сплавів у зв’язку з різницею в електропровідності, температур плавлення і механічних властивостей призводить до несиметричного розташування зварювального ядра відносно площини з’єднання листів. Таким же чином впливає і різна товщина зварюваних деталей. Тому у таких випадках доцільно застосовувати електроди різних діаметрів, різних значень тепло і електропровідності, з різними радіусами заточки, а також регулювати інтенсивність тепловідведення в електроди, наприклад, розміщенням між електродом і тонкою деталлю теплових екранів-пластинок з матеріала, який має високий електроопір і температуру плавлення (сталь типа 18-8). При протіканні струму екран нагрівається і розігріває зварювані деталі, так що розплавлення починається з поверхні тонкої деталі і розповсюджується в товсту деталь. В результаті дії зварювального струму руйнується оксидна плівка в контакті деталь-деталь і утворюється загальна ванна рідкого метала. Під час зварювання внаслідок нагріва і високого тиску поверхня електрода деформується, на неї налипають частки зварюваного метала, а на поверхні деталей – частки міді, тому робочі поверхні електродів потребують зачищення після постановок 200-300 точок. Наявність теплового екрана запобігає забруднення електродів.

Параметри режима точкового зварювання різнойменних і різнотовщинних алюмінієвих сплавів наведені в табл. 1.43.

Таблиця 1.43-Орієнтовні параметри режима точкового зварювання різноіменних і різнотовщинних алюмінієвих сплавів.

Зварювальні метали	Товщина деталей метала , мм	Радіус сфери електродів, мм		Діаметр електродів, мм			Зусилля зварювання, кН			Час включен ня куваль ного зусилля, с		Ізв, амплітудне			Тривалість зварювального імпульса, с
		1-го	2-го	1-го	2-го	зварю вальне		куваль не	основно го			додатко вого	основно го		додаткового
АМг6-Д16АТ	1,0+1,0 1,5+1,5 2,0+2,0 2,5+2,5 3,0+3,0	50 75 100 100 100	75 100 150 150 150	25 25 25 25 25	25 25 25 25 25	3,5 5,0 9,0 10,0 11,0		9,5 11,0 22,5 24,0 29,0	0,16 0,16 0,18 0,18 0,18		45 50 60 64 68		- - - 32 30	0,10 0,10 0,12 0,12 0,12		- - - 0,06 0,10
Д16АТ-Д16АМ	2,0+2,0 1,0+2,0	150 50	75 100	25 15	25 25	6,0 3,5		26,0 7,0	0,18 0,16		60 47		- -	0,12 0,10		- -
АМг6-Д16АТ	1,0+3,0 2,0+1,0 2,0+4,0 4,0+2,0	50 100 75 150	плоский 50 150 75	15 25 15 25	25 15 25 15	5,0 5,0 6,0 6,0		15,0 8,0 20,0 20,0	0,14 0,16 0,18 0,18		45 49 57 64		- - 30 -	0,08 0,10 0,12 0,12		- - 0,06 -
Д16АМ-Д16АТ	1,0+2,0 3,0+1,0 4,0+1,0	150 150 150	75 75 75	25 25 25	15 15 15	3,5 3,5 3,5		15,0 15,0 15,0	0,16 0,18 0,16		47 52 43		- - 30	0,10 0,12 0,10		- - 0,06
Д16АМ-АМг6	3,0+1,0 3,0+1,0	150 150	75 75	25 25	15 15	3,5 3,5		15,0 15,0	0,14 0,14		45 47		- -	0,08 0,08		- -
ВАД-1Т-Д16АТ	4,0+2,0	150	100	25	25	8,0		24,0	0,20		63		-	0,16		-
ВАД-1Т-АМг6	4,0+2,0	150	100	25	25	8,5		24,0	0,20		61		-	0,16		-

Примітка: Перший електрод установлюється з боку матеріала, вказаного першим.

Зварювання алюмінієвих сплавів товщиною більш як 1-1,5 мм виконується з використанням циклограми з підвищеним «кувальним» зусиллям.

При налагодженні машин на робочий режим зварювання кольорових ме­талів та різних сталей і сплавів корисно застосовувати також графічні залеж­ності (рис. 1.9).

Наприклад, для деталей із сплавів на основі Сu, Аl та Мg завтовшки від 0,5 до 2,5 мм значення зварювального струму (I_зв) знаходяться в області, що прилягає до верхньої лінії графіка, для сплавів на основі Fе, Ni та Ті - в об­ласті, ближчої до нижньої лінії.

Рисунок 1.9 - Залежність струму зварювання І_{зв mах}, часу t_а і t_зв, зусилля стиснення F_зв, розмірів електродів d_е та R_е від товщини деталей S (від 0,8+0,8 мм до 2,5+2,5 мм) для конденсаторних машин середньої та великої потужності.

Мікрозварювання (з'єднання деталей завтовшки до 0,5 + 0,5 мм) викону­ється на особливо жорстких параметрах режиму переважно за допомогою конденсаторних машин або постійного струму. Особлива жорсткість зварювальних імпульсів при обмежених зусиллях на електродах (табл.1.44, 1.45) є причиною виникнення виплесків, масопереносу, а також значних коливань міцністних характеристик з'єднань.

Стабільність показників мікрозварювання досягається підвищенням вимог до попередньої підготовки поверхонь електродів і деталей, забез­печенням співвісності електродів та використанням машин з особливо жорсткими хоботами вторинних контурів і безінерційними приводами стиснення.

Оцінити параметри режиму точкового мікрозварювання можливо за до­помогою відповідних графіків (рис. 1.10).

Рисунок 1.10 - Залежність струму мікрозварювання І_{зв mах}, часу наростання до амплітудного значення t_а, загальної тривалості зварювання t_зв, зусилля стиснення деталей F_зв, діаметра робочої частини електродів d_е від товщини деталей (S = 0,5÷0,7 мм) для машин конденсаторного зварювання малої потужності

Для деталей з алюмінієвих, мідних та магнієвих сплавів максимальний струм зварювання І_{зв mах} знаходиться ближче до верхньої області графіка, для сплавів на основі заліза, нікелю чи титану - відповідно в області, ближчої до нижньої лінії.

Таблиця 1.44 – Орієнтовні параметри режиму точкового мікрозварювання латуні і алюмінія

Товщина деталей, мм	Установлювальні								Технологічні
	С, мкФ	Uм, В	КТ	Wдр	Fзв, Н	dе, мм	Іпід, кА			Ізв max, кА	tпід, мс	tа, мс	tзв, мс	Зусилля зрізання на одну точку, Н
Латунь Л63 (машина ТКМ–7)
0,05+0,05 0,1+0,1 0,2+0,2 0,3+0,3 0,4+0,4 0,5+0,5 0,6+0,6	70 110 180 250 550 660 500	600 600 600 600 600 600 600	100 100 100 100 100 125 125	- - - - - - -	40 50 80 100 150 200 230	1,0 1,0 1,5 1,5 2,0 2,5 2,5		- - - - - - -		- - - - - - -	- - - - - - -	- - - - - - -	- - - - - - -	- 110 300 430 515 550 -
Латунь Л63 (машина ТКМ–7)
0,05+0,05 0,1+0,1 0,2+0,2 0,5+0,5	50 100 150 500	400 480 500 680	50 50 50 50	60 80 80 80	40 50 80 200	1,0 1,0 1,5 3,0		1,1 1,6 1,7 2,4		2,2 4,0 4,5 11,6	0,6 1,0 1,0 1,2	1,5 1,5 1,5 2,1	2,0 3,5 4,0 5,8	65 112 310 600
Латунь Л63 (машина ТКМ–7)
0,1+10 0,2+10 0,3+10	150 270 400	600 600 600	100 100 100	- - -	50 80 100	1,0 1,0 1,5		- - -		- - -	- - -	- - -	- - -	- - -
Латунь Л63 (машина ТКМ–15)
0,1+10 0,2+10 0,3+10	100 150 200	480 500 570	50 50 50	80 80 80	50 80 100	1,5 1,5 2,0		1,6 1,7 1,9		4,0 4,0 4,9	1,0 1,0 1,2	1,4 1,5 1,7	3,5 4,0 4,5	- - -
Алюміній А97 (машина ТКМ–7)
0,1+0,1 0,2+0,2 0,3+0,3 0,4+0,4 0,5+0,5	100 180 250 360 460	600 600 600 600 600	75 75 75 75 75	- - - - -	100 150 210 250 300	1,5 1,5 2,0 2,5 3,0		- - - - -		- - - - -	- - - - -	- - - - -	- - - - -	40 75 110 210 290
Алюміній АД1 (машина ТКМ–15)
0,1+0,1 0,2+0,2 0,3+0,3 0,5+0,5	50 100 100 200	500 600 780 1000	50 50 50 50	120 120 120 120	100 150 210 300	1,5 1,5 2,0 3,0		1,1 1,6 1,6 3,2		3,2 4,8 6,4 13,6	1,6 1,2 0,8 0,8	2,0 2,0 2,0 2,5	3,5 5,0 5,0 6,0	- - - -

П р и м і т к а. С - ємність конденсаторів; U_м - напруга мережі живлення конденсаторів; К_Т - коефіцієнт трансформації; W_др - кількість витків дроселя насичення; F_зв – зусилля зварювання; d_е - діаметр робочої частини електрода; І_під - струм підігрівання; І_{зв max} - струм зварювання максимальний; t_під, t_а, t_зв - тривалість підігрівання, досягнення струмом максимуму і струму зварювання відповідно.

Таблиця 1.45 - Орієнтовні параметри режиму конденсаторного зварювання сплавів алюмінію типу АМц та Д16.

Товщина деталей, мм	Установлювальні					Технологічні
	С, мкФ	Uм, В	Fзв, кН	Fк, кН	Rе, мм	Ізв max, кА	tа, мс	tзв, мс	tк, мс
Сплави типу АМц
0,3+0,3 0,5+0,5 0,8+0,8 1,0+1,0 1,5+1,5 2,0+2,0 2,5+2,5	8400 16800 33600 42000 67300 100800 168000	340 320 320 340 360 380 400	0,8 1,2 1,9 2,5 4,0 5,5 7,0	- - - - - 10 11	25 50 75 100 150 150 200	15,0 20,5 28,0 32,5 44,0 54,0 65,0	6,0 12,0 18,0 19,0 24,0 26,0 32,0	21,0 27,0 46,0 50,0 64,0 78,0 100,0	- - - - - 84,0 118,0
Сплави типу Д16
0,3+0,3 0,5+0,5 0,8+0,8 1,0+1,0 1,5+1,5 2,0+2,0 2,5+2,5	8400 16800 25200 33600 84000 109200 176400	360 320 360 340 360 380 400	1,2 2,0 3,0 4,0 6,0 8,0 10,0	- - 5,0 8,0 14,0 21,0 30,0	25 50 75 100 150 150 200	16,0 20,5 27,5 30,5 48,0 55,0 67,0	6,0 12,0 14,0 18,0 26,0 28,0 38,0	21,0 27,0 39,0 46,0 68,0 74,0 104,0	- - 34,0 41,0 65,0 84,0 127,0

Примітка. 1. F_к – зусилля кування; R_е – радіус робочої поверхні електрода; t_к – час початку дії зусилля кування. 2. Інші параметри див. у табл. 1.44

Значення тривалості наростання струму до амплітудного максимального значення t_а та загального часу зварювання t_зв для магнієвих, алюмінієвих та мідних сплавів знаходяться на графіках ближче до нижньої лінії, для сталей і сплавів на залізній, нікелевій або титановій основі - ближче до верхньої лінії цього графіка.

Шунтування струму під час конденсаторного мікрозварювання суттєво не впливає на якість з'єднань, якщо відстань між точками є не меншою за зазначену у табл. 1.46

Таблиця 1.46 – Величини допустимої мінімальної відстані між точками при конденсаторному мікрозварюванні

Метал	Кількість деталей у пакеті	Найменший крок точок, мм, при товщині кожної деталі, мм
		До 0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
Нікель, титан Латунь, бронза Мельхіор Алюміній та його сплави	3 2 3 2 3	2,0 1,5 2,0 2,5 3,0	2,5 2,0 2,5 3,0 4,0	3,0 3,0 3,5 4,0 5,0	4,0 4,0 5,0 5,5 7,5	5,0 5,0 6,0 7,0 10,5	6,5 6,5 8,0 8,0 12,0	8,0 - - - -	11,0 - - - -

При точковому зварюванні алюмінієвих сплавів утворені точки мають високу міцність на зрізання, але поганий опір розриву.

При зварюванні плакованих алюмінієвих сплавів АМг6, Д16АТ і інш. виникає особливий вид дефекту – часткове розплавлення плакованого шару, коли плакіровка зберігається на периферії ядра. Перед зварюванням плакіровку треба вилучати, що не є продуктивним. При накладанні ультразвукових коливань здійснюється за рахунок підігріву до 150° зачищення і покращення контакту, ядро при зварюванні починає формуватися з периферії контакту, а це призводить до повного розплавлення плакіровки на границі литого ядра і основного метала, виключаючи появи тут дефекту-непровара.

Параметри режиму зварювання на конденсаторній точковій машині МТК 8004, оснащеної спеціальним ультразвуковим вузлом наведені в табл. 1.47.

Таблиця 1.47 Орієнтовні параметри режиму контактного точкового зварювання плакованих алюмінієвих сплавів з використанням ультразвукових коливань.

Товщина метала, мм	Rсф	Iзв, кА	tзв, с	Зусилля на електродах, даН			Початок дії кувального зусилля, с		Ультразвукові коливання
				зварювальне	кувальне	час дії, с			Амплітуда, мкм
0,5+0,5	50	17,5	0,012	180	-	-		0,30		5
0,8+0,8	50	23,0	0,014	200	400	0,05		0,40		6
1,0+1,0	75	26,0	0,040	400	700	0,06		0,60		8
1,5+1,5	75	36,0	0,050	500	700	0,10		0,75		8
2,0+2,0	100	43,0	0,090	700	1500	0,10		0,95		9

Для підвищення статичної, циклічної міцності та корозійної стійкості зварних точкових з’єднань використовуються клеї, грунти та пасти. Так, при зварюванні тонколистових листів із сплава 01430 використовували клейову композицію на епоксиполіуретановій основі з вмістом порошків міді і магнія, яка наносилась на зварювані кромки товщиною 0,1-0,3 мм. Початковий контактний опір зменшували завдяки руйнуванню шару клею і збільшеному стиску деталей перед зварюванням -13-15 кН,в той час як при зварюванні він менше – 7-8,5 кН. Після зварювання на машині МТК 50 міцність зварного з’єднання ставала більшою на 15-20% порівняно із звичайною технологією.

Іншій спосіб підвищення якості зварних точкових з’єднань із сплава АМг6 передбачає розміщення між двома листами товщиною 1,8 мм стрічки товщиною 0,05мм із сплава – припою системи Al-Ge-Si, Al-Y-Si і ВПр 27 як матеріалів-свідків для оцінювання якості зварної точки за допомогою рентгенографії. Завдяки близьким температурам плавлення матеріалів-свідків і основного метала нема проникнення матеріалу стрічки в литу зону ядра точки, матеріал припою сприяє кращому змочуванню країв зазору, де формується галтель на периферії ядра точки – пропаяний поясок контакту, який надійно захищає зварне з’єднання від впливу зовнішнього середовища, підвищуючи корозійну стійкість і загальну міцність на 7-15%.

Покращити якість контактного точкового зварювання можна шляхом нанесення на місце утворення зварної точки порошкоподібного прошарку з самофлюсуючогося хромо-нікелевого сплава ПГ-СР з високим питомим опором. Внаслідок різкого збільшення контактного опору на границі деталь-деталь здійснюється миттєве розплавлення прошарку з подальшим її витісненням і інтенсифікуванням конвективного розігріву основного метала в зоні зварювання. Це особливо корисне при зварюванні сплавів з високими показниками тепло- і електропровідності. Поверхневі плени (оксиди, залишки плакіровки, інші забруднення) повністю руйнуються і перерозподіляються в рідкому металі, а зруйновані нерозчинені частки концентруються на периферійній частині розплаву. Нейтралізацію залишків здійснюють легуючи компоненти прошарку Mn,Si,B, забезпечуючи формування якісного металу ядра.

Компоненти сплава ПГ-СР перед зварюванням змішуються з токоведучими зв’язуючими (вода, гліцерин) до пастоподібного стану і наносяться шпателем товщиною до 0,3 мм. При зварюванні алюмінію марки А5 товщиною 0,2 мм на машині МТ 1928 параметри режима зварювання такі: І_зв =15-20 кА; t_і =0,3-0,5 с; t_кув =0,2-0,4 с; d_е =16 мм, радіус сфери - 80 мм.

Шовне зварювання широко застосовується при виготовленні ємностей, баків, циліндричних посудин, труб, тощо, де потрібна герметичність.

Підготовку деталей до шовного зварювання виконують так, як при точково­му. Більш жорсткі вимоги ставляться до очищення поверхонь деталей. Зварю­вання недостатньо чистих деталей супроводжується підвищеним шунтуванням, що знижує якість зварного з'єднання.

При складанні деталей під шовне зварювання не допускаються великі зазо­ри, які спричинюють перегрівання, продавлювання і жолоблення деталей. Дуже щільне складання зумовлює шунтування струму.

Жолоблення деталей зменшують прихоплюванням. Крок між прихватками складає 80-150 мм, але для отримання герметичних швів крок між прихватками зменшують до 30-60 мм. Точки-прихватки мають бути без глибоких вм'ятин, не більше 15 % від товщини деталі та розташовуватися по вісі майбутнього шва.

Прихоплювання виконується зварювальним струмом на 10-20 % меншим за струм під час точкового зварювання цього ж виробу. Не допускаються зовнішні та внутрішні виплески. Виплески, що таки виникають на поверхнях прихваток, ретельно зачищають.

Протяжні шви прихвачуються від центру до країв по черзі, починаючи від ді­лянок з підвищеною жорсткістю. Обичайки прихвачуються почергово точками, що розташовуються діаметрально протилежно. Якщо зазори виявляються біль­шими, то деталі прокачують сталевими роликами. Прості вузли при складанні жорстко фіксуються за допомогою пристроїв і зварюються без прихоплю­вання.

Шовне зварювання ведеться по напустці чи по відбортовці.

Величина напустки вибирається згідно табл. 1.48

Таблиця 1.48 – Розміри напустки шовних зварних з’єднань

S=S1, мм	d, мм, не менше	Однорядний шов В, мм, не менше			S=S1, мм		d, мм, не менше		Однорядний шов В, мм, не менше
		cталі і сплави на основі FeNi і Nі, титанові сплави	cплави Al, Mg, Cu	cталі і сплави на основі FeNi і Nі, титанові сплави					cплави Al, Mg, Cu
Група з’єднань А				Група з’єднань Б
0,3 0,3-0,4 0,4-0,6 0,6-0,8 0,8-1,0 1.0-1,3 1,3-1,6 1,6-1,8 1,8-2,2 2,2-2,7 2,7-3,2 3,2-3,7 3,7-4,0	2,5 2,5 3,0 3,5 4,0 5,0 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 9,0 10,0	6 7 8 10 11 13 14 15 17 19 21 24 28	10 10 10 12 14 16 18 19 20 22 26 28 30	>0,3 0,3-0,4 0,4-0,5 0,5-0,6 0,6-0,8 0,8-1,0 1,0-1,3 1,3-1,6 1,6-1,8 1,8-2,2 2,2-2,7 2,7-3,2		1,5 1,7 2,0 2,2 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 6,0 7,0		4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 15 17		6 7 8 9 10 12 13 14 15 16 18 20

Примітки: 1.d – розрахунковий діаметр литого ядра точки або ширина литої зони.

2. Група з'єднання призначається при проектуванні в залежності від вимог до зварної конструкції і особливостей технологічного процеса зварювання.

Для легких сплавів на основі алюмінія і магнія зварювання здійснюється переривчастим і кроковим способами.

При першому зварювані деталі переміщуються відносно електродів машини безперервно, а зварювальний струм вмикається імпульсами тривалістю t_i чередуючимися з паузами t_п. В такий спосіб виключається перегрів поверхні зварюваних деталей і значно зменшується знос електродів.

При другому способі ввімкнення зварювального струму і переміщення деталей виконується по черзі: зварювання здійснюється при нерухомих деталях, а їх переміщення – при вимкненому струмі і постійному тиску.

Параметрами режиму шовного зварювання є сила зварювального струму І_зв, тривалість проходження струму t_зв та паузи t_п, зусилля стиску електродів F_зв, швидкість зварювання V_зв та розміри електродів.

Силу зварювального струму вибирають залежно від товщини, фізико-механічних властивостей металу деталей та швидкості зварювання. У зв'язку з шунтуванням сила струму визначається на 15-25% вище, ніж при точковому зварюванні.

Величини тривалості імпульсів зварювального струму t_зв і пауз t_п між ними залежать від сили та роду струму, а також від швидкості зварювання V_зв.

Тривалість пауз для алюмініє­вих сплавів t_п = (1,5 - 1,2) t_зв.

Зусилля стиску F_зв при шовному зварюванні залежить від товщини, жорст­кості та механічних властивостей металу деталі. Зусилля обмежується стійкістю електродів та потужністю приводу обертання машини.

Швидкість зварювання V_зв, м/хв, вибирають з урахуванням величин перекриття точок та відстані між ними. Максимальне зна­чення V_зв обмежене швидкістю нагрівання та кристалізації металу, що зварюється.

Параметри режиму шовного зварювання вибираються згідно з табл. 1.49, 1.50.

Таблиця 1.49 – Орієнтовні параметри режиму переривчастого шовного зварювання алюмінієвих сплавів

Товщина деталі, мм	Струм зварювання, кА	Тривалість, с		Зусилля зварювання, даН		Швидкість зварювання, м/хв
		дії струму	паузи
0,6 1,0 1,5 2,0	26 32 38 41	0,04 0,06 0,06 0,08	0,08 0,10 0,18 0,24		270 340 430 490		0,75 0,70 0,65 0,50

Таблиця 1.50 – Орієнтовні параметри режимів шовного зварювання алюмінієвих сплавів на машинах із випрямленням струму у вторинному контурі

Товщина деталі, мм	Струм зварювальний, кА	Тривалість зварювання, с	Тривалість паузи, с	Зусилля зварювання, даН	Швидкість зварювання, точок/хв
0,5 0,8 1,0 1,2 1,5 2,0 3,0	29 32 36 38 41 48 61	0,06 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,24	1 1,5 1,5 2 2,5 3,5 4,5	300 400 500 600 700 1000 1500	200 150 150 120 120 100 70

Примітка. 1. Робоча поверхня електродів-роликів є радіусною. 2. Деталі з товщиною ≥ 3,0 мм зварюються із переривчастим вмиканням струму, кроковим способом із переривчастим обертанням роликів й постійним зусиллям зварювання.

Розміри робочої частини електродів залежать від товщини та конструк­ції деталей, що зварюються (табл.1.51). При зменшенні діаметра роликів до 250-300 мм зростає їх зношення.

Таблиця 1.51 – Орієнтовні розміри електродів шовних машин

Товщина деталі, мм	Товщина електрода В, мм	Ширина робочої поверхні електрода b, мм	Радіус закруглення Rел, мм
0,3 0,5 0,8 1,0 1,2 1,5 2,0 2,5 3,0	6 6 10 10 12 12 15 18 20	3 4 5 5 6 7 8 10 10	15-25 25-50 50-75 75-100 75-100 100-150 100-150 150-200 150-200

Примітка. При зварюванні плоских деталей однакової товщини електродні ролики встановлюються однакового діаметра (зверху та знизу) – 250-400 мм.

При зварюванні кільцевих швів ролик всередині виробу має бути меншого діаметра, ніж зовні для забезпечення рівномірної щільності струму та теплових потоків у контакті електрод-деталь.

Деталі із високопровідних металів (при співвідношенні товщин 1:2) зварюються з розплавленням обох деталей. Якщо ці співвідношення більші, то здійснюються такі ж технологічні заходи, що і при точковому зварюванні.

Електроди зі сферичною поверхнею використовуються під час зварювання мідних, алюмінієвих та титанових сплавів.

Деформації та внутрішні напруження після шовного зварювання зменшуються частіше за все обкаткою швів сталевими роликами, а також термічною обробкою.

Стикове зварювання алюмінія і його сплавів виконується, як опором так і оплавленням. Підготовка деталей до зварювання полягає у наданні їх торцям визначеної форми і ретельній очистці їх поверхонь, як і для точкового зварювання. З метою рівномірного нагрівання й однакового пластичного деформуван­ня під час осаджування торці деталей спеціально обробляють. Форма та роз­міри перерізу заготовок після обробки бажано щоб були однаковими. Діаме­три деталей в місці зварювання не повинні відрізнятися більше, ніж на 15 %, а товщини - відповідно на 10 %. Зварювання опором характеризується високою щільністю зварювального струму і швидкістю нагрівання, що потребує значно більшої потужності, ніж при зварюванні сталей.

Робочими параметрами режиму стикового зварювання є зусилля нагрівання або програма зміни зусилля під час зварювання, щільність струму або струм зварювання, тривалість нагрівання, встановлюваль­на довжина і зусилля затиску деталей у губках-електродах зварюваль­ної машини.

Кінці деталей випрямляють перед установленням у губках-електродах. Мінімальна встановлювальна довжина деталей компактного перерізу виби­рається згідно з величиною їх перерізу:

Переріз деталі S, мм²......................................25 50 100 250

Встановлювальна довжина (l₁ + l₁), мм.......3+3 4+4 4+4 6+6

Для підвищення стійкості деталей та локалізації деформації в зоні зварю­вання між губками машини використовуються ізольовані вставки. Звичайно встановлювальна довжина деталі l₁ складає (0,8... 1,0) d, де d - діаметр дета­лі, що зварюється, мм.

Зусилля нагрівання вибирається з умови забезпечення оптимального по­ширення температур у деталях.

Зварювальний струм або його щільність визначається з урахуванням площі поперечного перерізу і властивостей металу, що зварюють.

Зусилля (тиск) осаджування визначає величину припуску на осадку - ве­личину пластичного деформування деталей, а також якість очищення стиків від оксидів.

Зусилля затискування деталей у губках зварювальної машини, щоб запо­бігти проковзуванню, має бути у 2-3 рази більшим, ніж зусилля осаджу­вання.

Тонкостінні труби діаметром 120 мм та прутки з алюмінієвих сплавів (Д1, Д16, Д18 та В65) добре з'єднуються стиковим зварюванням опором з примусовим формуванням і без наступної термічної обробки металу стиків (табл.1.52, 1.53). З'єднання дротів з алюмінію можливе і на звичайному обладнан­ні.

Таблиця 1.52 - Орієнтовні параметри режима стикового зварювання дроту та прутів з алюмінієвих сплавів з примусовим формуванням стиків

Марка сплаву	Діаметр прутка, мм	U2хх, В	Щільність струму, А/мм2	Припуск на зварювання ∆зв, мм	Припуск на підігрівання, ∆під, мм	Тиск підігрівання рпід, МПа	Тиск осаджування рос, МПа
АМГ6	8 13 8	2-2,44 2,5 2-2,44	81-96 63-69 80-98	11-12 16-16,5 9-10	2,8-3,2 2,5-3 2-3	7-9 10-14 8-9	210 870-890 210
Д16	13 8	2,7 2,44	65-70 87-102	16-17 10-11	3-4 2,2-3,5	11-14 8-9	870-900 210
Д18	13	3,2	80-82,5	16-17	5-6	11-15	860-900

Таблиця 1.53 - Орієнтовні параметри режима стикового зварювання з наступним холодним деформуванням

Метал	Діа-метр дроту, мм	Машина зварювальна		Режим зварювання			Режим зміцнення		Показники міцності
		для зварю-вання	для зміц-нення	струм зварю-валь-ний, кА	зусилля осаджу-вання, кН.	припуск на осаджу-вання під стру-мом, мм	почат-кова відстань між губками, мм	зусилля дефор-мування, кН.	після зварю-вання σзв, МПа	σзв/σпоч
АТ АТ АТп АТп ПАМ-8 (заготівка Аl-Cu)	4,5 3,55 3,55 2,4 8	МС-403 » » » МСС-4501	МСХС-5-3 » » » МСС-4501	3,6 2,9 2,9 1,9 10,2	5 4 4 3,5 6,5	4 3 3 2 8	9 7 7 5 16	35 35 35 35 35	160 165 170 170 180	1,0 1,0 0,95 0,92 0,95

Примітка. МСХС–5-3 – машина стикового холодного зварювання; σ_зв, σ_поч – міцність металу до та після зварювання.

При цьому спочатку зварювання відбувається в традиційних режимах або на обладнанні для стикового зварювання опором. Далі зона знеміцнення розташо­вується між сталевими затискачами (машини для стикового холодного зварю­вання або потужної машини електричного контактного зварювання), що мають різальні краї на рухомих та нерухомих затискачах, та піддається деформуванню в осьовому напрямку до повного зближення різальних країв. Грат (облой) та стовщення після деформування легко усуваються. Параметри режиму зварю­вання за такою схемою наведені у табл.1.53

З'єднання дротів із алюмінієвих та деяких інших сплавів можна виконува­ти опором з розплавленням метала стику при мінімальному стисненні торців деталей з наступним витисненням рідкого метала під час осаджування та де­формуванням знеміцненої зони у гарячому стані. Орієнтовні величини голов­них параметрів режиму зварювання за цією схемою наведені у табл.1.54

Таблиця 1.54 – Орієнтовні величини головних параметрів режима зварювання

Матеріал	Відношення встановлювальної довжини l1, мм, до діаметра дроту d, мм	Відношення мінімального струму І0, А, до діаметра дроту d, мм	Тиск при нагріванні рн, МПа
Сплав АМг-5 Сплав АВ Мідь М1	0,8-1,0 0,8-1,0 1,25-2,5	450 680 900	3-5 3-5 6-8

Зварювальний струм І_зв для підвищення продуктивності збільшується відносно до мінімального значення струму І₀. для кольорових металів у 1,5-2 рази. Максимальне значення струму зварювання залежить від теплофізичних властивостей метала. Тривалість зварювання та швидкість деформування визначаються згідно з величиною зварювального струму.

Припуски на зварювання для алюмінієвого дроту мають бути (0,5-0,8)d, для міді – (0,3-0,5)d. Найбільша встановлювальна довжина обмежується величиною (1,8-2,0)d для алюмінію, (1,8-2,3)d для міді. Зусилля затиснення дроту має в 2-3 рази перевищувати зусилля осаджування.

Після зварювання стик термообробляється пропусканням крізь нього до­даткового струму І_т =(0,6- 0,9)І_зв. У деяких випадках з метою покращення мікроструктури метала до стику прикладають зусилля осаджування в 5-10 разів більші від звичайного.

Найбільш ефективне для алюмінія і його сплавів є стикове зварювання оплавленням, тому що при цьому процесі виключається окислювання метала в стику.

Основними параметрами режиму зварювання безперервним оплавленням за винятком фази підігрівання є швидкість оплавлення V_опл та осаджування V_ос, напруга холостого ходу трансформатора U_2хх, щільність струму j_зв або струм зварювання – оплавлення І_зв, припуски на оплавлення ∆_опл та осаджування ∆_ос, тривалість (час) оплавлення t_опл та осаджування під струмом t_ос.ст, зусилля або тиск осаджування F_ос, Р_ос, встановлювальна довжина деталей l₁, зусилля затиснення заготовок в губках електродів F_зат.

При зварюванні з підігрівом додатковими параметрами режима є струм імпульсу підігрівання І_під, його тривалість t_імп, тривалість фази підігрівання t_під, кількість імпульсів підігрівання п або температура підігрівання Т_під. При зварюванні з програмним керуванням установлюють програму зміни U_2хх, при зварюванні імпульсним оплавленням, а також частоту та амплітуду коливань рухомої плити машини. Деякі рекомендації щодо вибору параметрів стикового зварювання оплавленням наведені в табл. 1.55-1.58.

Таблиця 1.55 – Орієнтовна щільність струму оплавлення і осаджування при стиковому зварюванні деяких металів і сплавів

Деталі, що зварюються	Матеріал	Щільність струму при зварюванні, А/мм2		Щільність струму при осаджуванні, А/мм2
		середня,	максимальна,
Прути діаметром 6-30 мм, штаби й труби завтовшки 2-6 мм	Алюмінієві сплави Мідні сплави	20-35 25-40	25-45 30-50	130-170 200-300
Продовження табл. 1.55
Штаби, труби, прути	Алюмінієві сплави Мідні сплави	5-12 15-20	10-20 15-25	60-80 100-200

Таблиця 1.56 – Тиск осаджування, МПа при зварюванні оплавленням деяких металів і сплавів

Метал	При зварюванні безперервним оплавленням	При зварюванні оплавленням з підігрівом
Алюміній АД1 Алюмінієві сплави Мідь Латуні Бронзи Титанові сплави	120-150 130-200 250-400 140-180 140-180 30-100	- - - - - 30-40

Таблиця 1.57 – Орієнтовні параметри режиму стикового зварювання оплавленням заготовок з алюмінієвих сплавів

Марка сплава	Товщина полоси, мм	Установ-лювальна довжина, мм	Припуск на оплав-лення, мм	Тривалість оплав-лення, с	Середня швидкість оплав-лення, мм/с	Припуск на осадження, мм	Швид-кість осад-ження, мм/с	Питомий тиск, МПа
АМг6	5-8	45	22	7	8	6-8	150	160
Д16	3-5	30	15	3	11	5-6	150	100
АК-6	4-6	14	10	1,8	7	7-8,5	100-150	180-215

Таблиця 1.58 – Орієнтовні параметри режима стикового зварювання заготовок зі сплава АМг6 великого перерізу імпульсним оплавленням

Параметри	Значення
Переріз, мм2 Напруга холостого ходу U2хх, В: максимальна мінімальна Припуск на оплавлення ∆опл, мм Частота коливань, Гц Амплітуда коливань, мм Швидкість коливань, мм/с Швидкість осаджування, мм/с Тривалість зварювання, с Потужність, що споживається, кВ·А	12000 13,2 8,0 45 3,5 0,3 13,0 45 120 200

Для алюмінієвих сплавів середня швидкість оплавлення становить 3-7 мм/с, перед осаджуванням 8-15 мм/с, а швидкість осаджування становить не менше 100-200 мм/с.

Традиційна технологія зварювання опором і оплавленням сплавів типу дуралюмінів не забезпечує високої якості внаслідок дії високих температур і вільного осаджування на цій стадії без струму, коли утворюються розшарування і мікронесуцільності по границям зерен, а також дефекти в зоні термічного впливу. При нагріванні вище 505°С здійснюється оплавлення границь зерен, утворюються евтектики, інтенсивно росте зерно. Цього можна уникнути, якщо нагрівати метал в припуску на зварювання, який видавлюється на периферію з’єднання і підрізується кромками формуючого пристрою, відокремлюється від виробу, і його тепло не впливає на метал зварного з’єднання. Основною вимогою при нагріванні є забезпечення його рівномірності в припуску на зварювання з максимальним накопиченням в ньому тепла - до 75-85%.

Після закриття зазору відбувається інтенсивна деформація метала в припуску на осаджування, яке спочатку до 50-70% розміру припуску відбувається під струмом, а потім без нього (кування).

При зварюванні товстих і різнотовщинних деталей виконується попередній підігрів заготовки імпульсним струмом або шляхом пропускання безперервного струму великої щільності (табл.1.59).

Таблиця 1.59 Орієнтовні параметри режима контактного стикового зварювання алюмінієвого сплава Д16Т.

Спосіб зварювання	Товщина металамм	Щільність струму, А/мм2		Швидкість руху, мм/с		Довжина, мм		Рос, МПа	Час зварюван ня, с
		оплавлення	осаджування	початкова	кінцева	припуска	осаджувана
Безперервним оплавленням	1,5 3,0 5,0 6,0	7,5 7,0 6,4 5,85	190 170 168 160	1,8 1,6 1,5 1,3	26 25 25 24	22 26 30 31	3,0 6,0 7,5 8,8	490 440 390 345	3,4 4,6 6,8 8,8
Безперервним оплавленням з підігрівом	8,0 10,0 12,0 15,0	5,9 4,5 3,9 3,2	129 61 60 57	1,0 0,9 0,8 0,7	23 21 19 19	33 36 38 43	8,2 9,5 10,0 12,5	314 304 294 284	11,7 18,5 22,5 28,8
Опором	3,0 5,0 6,0	- - -	108 100 99			7 12 14		441 392 343	1,85 2,25 2,69

При такому веденні процесу можливо зварювання різних груп сплавів – термозміцнених і зміцнюваних нагартуванням (Д16Т+АМг6, Д16Т+АК6 і т. і.).

Стикове мікрозварювання різниться за видом джерела живлення - кон­денсаторне (енергія накопичується у конденсаторах) та акумульоване (енер­гія накопичується у магнітному полі) та за станом метала в зоні зварювання - без розплавлення чи з безперервним оплавленням деталей, в тому числі дуговим або іскровим розрядами конденсаторів з ударним та безударним осаджуванням.

Головними параметрами режима стикового мікрозварювання є ємність конденсаторів, напруга зарядки конденсаторів, опір мережі розрядження кон­денсаторів, коефіцієнт трансформації зварювального трансформатора, зусилля осаджування деталей у кінцевій фазі зварювання, встановлювальна довжина деталей, кількість енергії, що накопичується для зварювання, та швидкість переміщення зварювальної голівки.

Деякі орієнтовні параметри режимів стикового мікрозварювання наведені у табл.1.60, 1.61

Таблиця 1.60 - Орієнтовні параметри режиму стикового мікрозварювання опором дротів із алюмінію і латуні

Метал дротів	Діаметр дротів, мм	Загальна встановлювальна довжина l+l, мм	Ступінь трансформатора	Зусилля осаджування, даН
Латунь Л63 Алюміній АД1	0,6 0,58	2 3	6 7	6,0 0,6

Таблиця 1.61 - Орієнтовні параметри режима стикового ударно-іскрового зварювання дротів з кольорових металів

Діаметр дротів, мм	Ємність конденсаторів, мкФ	Напруга зарядки кон­денсаторів, В	Відстань між деталями, що зварюють, мм	Встановлю­вальна довжина, мм	Зусилля осаджування, даН
Мідь М1
1,6 2,0 2,8 3,0 3,2	256 380 380 440 550	900 1000 1400 1500 1500	14 15 16 16 14	3,5 3,0 3,0 3,5 3,5	140 140 150 160 180
Алюміній АД1
2,8 3,5	250 550	1400 1500	9 14	3,5 3,0	160 170
Алюміній АД1 + мідь М1
2,5 3,5 5,0	256 550 1000	1100 1500 1500	14 12 14	3,5 4,0 4,0	150 160 175
Сплав магнію МА8
4,1	1000	980	10	4,0	195

Після зварювання усуваються грат та посилення, виконується правка та на­грівання деталей з метою покращення структурного стану металу.

Покращити якість стикових з’єднань сплавів АДО, АМг6, 1420 контактним стиковим зварюванням опором можна, розміщуючи між зварюваними деталями наноструктурні Al-Ni і Al-Cu фольги товщиною 10-15 мкм. Їх наявність призводить до висококонцентрованого виділення тепла в зоні з’єднання, внаслідок чого час пропускання струму зменшується на 0,3-0,5 с, а при використанні Al-Ni фольги за рахунок протікання екзотермічної реакції між алюмінієм і нікелем виділяється додаткова теплота. Зварювання потрібно вести з високою швидкістю нагрівання – 500-750°С/с, тоді реакція проходить повністю, при більших значеннях швидкості процес іде з вибухом.

При зварюванні через Al-Cu фольгу має місце значне зниження температури і часу зварювання, що обумовлено активацією дифузійних процесів при утворенні в фользі евтектики Al- Al₂Cu з температурою плавлення 518°С, що є особливо важливим при зварюванні термічно нестабільних алюмінієвих сплавів. Параметри режима зварювання: Р_{уст. нагріву} =1,5-6 МПа, І_зв.max=8,3 кА; Р_осадж.=89-102 МПа; щільність струму 54-75 А/мм²; t_зв= 1,5-2 с.

Зварювання у твердій фазі не передбачає нагрівання в зоні формування зварного шва, хоча в деяких випадках воно має місце внаслідок попереднього підігрівання, яке сприяє пластичній деформації при менших зусиллях тиску.

Холодне пресове зварювання алюмінія і його сплавів виконується на зібраних внапустку або встик деталях.

Зварювані поверхні зачищаються від забруднень знежиренням, обробкою дротяною обертаючоюся щіткою, шабренням, тощо. Ефективним є прогартовання деталей при Т = 350-400°С, коли на повітрі адсорбовані органічні плівки вигоряють і улетучуються. Остаточно наближення поверхонь на відстань дії міжатомних та міжмолекулярних сил кришталевої гратки досягається при вдавлюванні пуансона на глибину, при якій внаслідок пластичної деформації утворюється монолітне з’єднання. Внапустку зварюються листи товщиною від 0,2 до 15 мм шляхом вдавлювання в товщу метала з одного або двох боків пуансонів різної форми (рис. 1.11), що є одним з параметрів режима зварювання; другим є величина зусилля стиску.

З’єднання виконуються у вигляді окремих точок або безперервного шва. Ширина або діаметр пуансона в визначаються в залежності від товщини зварюваного метала: в = (1-3)δ, де δ – зварювана товщина.

З’єднання, одержані шляхом вдавлювання пуансонами із заплечиками, мають більшу міцність завдяки збільшеній поверхні взаємодії.

Ефективність холодного зварювання оцінюється величиною деформації метала у місці з’єднання; вона залежить від властивостей матеріала, типа з’єднання, товщини деталей і способів підготовки поверхні. Так, для чистого алюмінія відносна глибина вдавлювання ε = h / b (h – глибина вдавлювання пуансона при зварюванні внапустку, b – товщина метала) становить 55-60%, для алюмінієвих сплавів 75-80%.

Питомий тиск повинен забезпечити руйнування окисних плівок, причому, порівняно з деформуванням чистого алюмінія для його сплавів цей показник збільшується в 1,5-2 рази.

Рисунок 1.11 – Схеми холодного зварювання внапустку:

а – вдавлюванням одного пуансона;

б – вдавлюванням виробу між двома пуансонами;

в – вдавлюванням пуансонів з заплечиками;

г – вдавлюванням пуансонів з попереднім затиском виробу.

Здатність до холодного точкового зварювання оцінюється умовним поняттям «зварюваність», яке визначається

, де

h - залишкова товщина між пуансонами, мм

δ₁+δ₂ – сумарна товщина зварюваних деталей, мм

Інший показник зварюваності оснований на визначенні ступеня деформації: відношення необхідної деформації до початкової товщини зварюваних деталей:

Зварюваність залежить від рода метала, форми і розмірів пуансонів, товщини деталей і т.і. і при рівних умовах (товщина метала і його структурний стан, форма пуансонів, швидкість деформування) є величиною постійною і визначається висотою робочої частини пуансонів. Бажано, щоб глибина вдавлювання пуансонів була невеликою, щоб не послаблювати переріз зварюваних деталей і не погіршувати зовнішній вид виробів.

Холодним зварюванням можна одержати монолітні з’єднання широкого кола металів і сплавів в однорідних і різнорідних комбінаціях (табл. 1.62).

Таблиця 1.62 Зварюваність при холодному точковому зварюванні однорідних і різнорідних металів і сплавів прямокутними пуансонами.

Зварювані метали і сплави	Розмір пуансонів, мм	Зварюваність, %	Зусилля стиску, кН	Середня міцність точки, кН
Al+Al Pb+Pb Cu+Cu Ni+Ni Al+Pb Al+Cu Al+латунь Al+Ni Латунь+Cu Cu+Ni Латунь+Ni	1,6х8,2 1,6х8,2 1,6х8,2 0,8х8,2 1,6х8,2; Al 3,2х8,2; Pb 1,6х8,2; Al 0,8х8,2; Cu 1,6х8,2; Al 0,8х8,2 латунь 1,5х8,2; Al 0,8х8,2; Ni 0,8х8,2 1,6х8,2 0,8х8,2; латунь 1,6х8,2; Ni	30 30 11 6 30 18 20 8 16 11 12	4,95 1,0 13,0 22,9 4,0 7,46 9,6 20,0 26,0 17,5 28,0	0,84 0,14 1,31 1,14 0,08 0,35 0,5 0,32 0,86 0,82 0,86

Оптимальні показники зварюваності і міцності досягаються, коли робочи частини пуансонів забезпечують необхідну інтенсивність течії метала і розподіл питомих тисків на поєднуємих поверхнях.

Конфігурація отриманих зварних точок може бути прямокутною, з розвинутим периметром, круглою, фігурною, з підсиленням і т.і., що визначається відповідною конструкцією і формою пуансонів. Найпростішою є кругла форма пуансона з плоскою або сферичною формою торця. Міцність сферичних точок зростає від центра до периферії, при цьому висота центральної частини пуансона має бути 75-85%, а висота по периметру 60-70% товщини зварюваного алюмінія. Треба запобігати різких переходів в точках, щоб не було концентраторів напружень. Параметри режима зварювання наведені в табл. 1.63.

Таблиця 1.63 Орієнтовні параметри холодного зварювання алюмінія сферичними точками.

Марка алюмінія; товщина, мм	Розміри пуансонів dxHxh, мм	Р, кН
А1; 1,5 А1; 1,5 А1; 1,5 А2; 3,0 А2; 4,0 А2; 4,0 А2; 4,0 А2; 4,0 А2; 5,0 А2; 5,0 А2; 6,2 А2; 8,0 А2; 8,0 А2; 8,0 А2; 8,0	3х1,2х0,95 4,5х1,2х0,95 6,0х1,35х1,1 6,5х1,9х2,35 7х2,7х3,1 10х2,6х3,1 12х2,6х3,1 14х2,6х3,1 8х3,0х3,8 12х3,0х3,8 8х3,75х4,7 8,6х4,9х5,9 10х5,0х6,2 10х5,0х6,2 16х5,0х6,2	200 31,5 52,5 55,0 60 100 142 155 100 125 110 125 110 110 175

Примітка: H-максимальна; h-мінімальна висота пуансона.

З метою підвищення площи перерізу точки, яка сприймає навантаження на зріз і відрив, вона виконується з підсиленням, завдяки чому створюються більш жорсткі умови напруженого стану шляхом обмеження течії метала між здавлюваючими пуансонами. Останні можуть бути різних форм і розмірів (табл. 1.64).

Таблиця 1.64 Орієнтовні параметри режима холодного зварювання алюмінія точками з ділянками підвищеної зварюваності.

Марка і товщина, мм	Форма і розміри пуансона, мм	Р, кН	Smax; Smin, %
А2; 3,0	Прямокутний, Н=2,2; Н1=1,6	72	48,0; 25,0
А1; 2,0	Круглий, Н=1,45; Н1=1,0	40	50,0; 27,0
А3; 3,0	Хрестоподібний, Н=2,25; Н1=1,6	58	46,8; 25,2
А3; 30	те ж саме	58	46,8; 25,2
А3; 30	Хрестоподібний, Н=2,25; Н1=1,6	140	46,8; 25,2
А2; 4,0	Хрестоподібний, Н=3,15; Н1=1,8	78	55,0; 21,2
А2; 4,0	те ж саме	78	55,0; 21,2
А2; 5,1	Круглий, Н=3,8; Н1=3,0	139	41,2; 25,4
А2; 6,3	Круглий, Н=4,8; Н1=3,35	110	47,2; 23,8

Примітка: Н – максимальна, Н₁ – мінімальна висота пуансона.

Окремі ділянки точок мають зварюваність значно більшу (45-55%) порівняно з 30% показником при звичайному зварюванні. Такі точки забезпечують рівноміцність з’єднання основному металу і руйнування зразків коїться за межами точок по основному металу. При зварюванні тонкого металу треба застосовувати пуансони, які забезпечують отримання точок з розвинутим периметром.

Так при зварюванні листів із сплава АД1 товщиною 0,3-0,8 мм застосовуються пуансони не з плоскою поверхнею, а з невеликою конусністю до 7°, що збільшує протягненість зони зварювання і міцність зварної точки. Інші варіанти зварювання наведені в табл. 1.65.

Таблиця 1.65 Орієнтовні параметри режима холодного зварювання алюмінієвих штабів точками з розвинутим периметром.

Товщина метала, мм	Форма пуансонів	Р, кН
1 1,5 1,5	Хрестоподібний Те ж саме Двотавр	22 31 42,5

Точкове зварювання алюмінієвих сплавів пов’язано з утрудненням деформування менш пластичних і більш міцних сплавів, тому необхідні більші зусилля стиску, діаметр робочої частини пуансона має бути якомога меншим, а ширина прямокутних пуансонів вибирається близько до товщини зварюваного листа. Гострі кромки треба округляти, а прямокутну форму точки змінювати на еліптичну.

Застосування обтиснення навколо здавлюваючних пуансонів дозволяє підвищити міцність точок сплавів на 10-15% і вилучити утворення тріщин, зменшити короблення і руйнування подальшими точками попередніх. Обтиснення призводиться кільцем з діаметром, дорівнюючим трьом-п’яти діаметрам пуансонів під тиском не менше 100-150 МПа. Цей ефект досягається завдяки збільшенню об’ємного стиснення і периферійного провара.

Якщо обтиснення здійснити важко, можна застосувати фіксуючи пристрої, які запобігають коробленню деталей. У цьому випадку краще вести зварювання прямокутними точками з шириною, рівною товщині зварюваного метала або близькій до неї.

З урахуванням вищенаведених рекомендацій можна одержати якісне з’єднання на параметрах режима в табл. 1.66.

Таблиця 1.66 - Орієнтовні параметри режима холодного точкового зварювання алюмінієвих сплавів.

Марка сплава	Товщина метала, мм	Форма і розмір точки, мм	Р, кН
АМг-2М АМг-2М АМг-2М Д16АМ АМг-5ВМ АМг-5ВМ	2 2 2 2 3 3	Кругла, d=5 Кругла, однобічна d=5 Кругла, однобічна з підвищеною залишковою товщиною, з обтисненням d=5 Те ж саме Прямокутна, 4х12,5 Однобічна, 4х12,5	60 80 100 100 175 185

Холодне шовне (роликове) зварювання виконується по механічній схемі безперервного точкового зварювання прямокутними пуансонами.

Ролики мають кільцеві виступи, вони відіграють роль пуансонів при точковому зварюванні, а також опорні поверхні, обмежуючи углублення робочих виступів і створюючи напружений стан в зоні зварювання. Зібрані внапустку зачищені деталі затискуються між роликами і стискаються ними до повного занурення виступів у метал, після чого ролики приводяться до обертання. При переміщенні деталей вони послідовно робочими виступами здійснюють інтенсивну деформацію метала, в результаті чого послідовно утворюється зварний шов.

Двобічне зварювання виконується однаковими роликами, а однобічне зварювання виконується різними роликами, один з яких має виступ з висотою, рівній сумі виступів при двобічному зварюванні, а другий ролик – є опорним, без робочого виступу. Воно застосовується при зварюванні різнорідних металів, коли робоча частина ролика вдавлюється в більш твердий метал.

Для шовного зварювання алюмінія (рис.1.12) рекомендуються такі розміри роликів: діаметр = 50δ, ширина робочого виступу а = (1-1,5)δ, висота робочого виступу h = (0,8-0,9)δ, ширина опірної частини s = (2-4,5)δ, де δ – товщина металу.

Рисунок 1.12 – Схема холодного шовного зварювання:

а – з однобічним деформуванням; б – з двобічним деформуванням.

Зварювання алюмінія товщиною 1 мм при зварюваності 27% виконується зі швидкістю 48-72 м/г, чим більше діаметр роликів, тим легше досягається необхідний провар. Міцність на розрив зварних з’єднань, коли шов розташований перпендикулярно до вісі розтягнення, становить 65-85% міцності основного метала, але важлива інша властивість-герметичність, що для ненавантажених виробів цілком достатньо.

Холодне стикове зварювання стрижнів, штабів, профілів і дротів з алюмінія і його сплавів здійснюється безпосередньо стисканням зварюваних елементів одне з одним зразу ж після обрізання їх торців. Зварюваність визначається чистотою поєднуваних поверхонь, направленістю кришталевих зв’язків і рівнем напруженого стану.

Треба ретельно знежирити і згладити грубий рельєф зварюваних торців, які мають бути перпендикулярними до вісі деталей, інакше можливі непровари.

Виконується спеціальна підготовка припусків на зварювання шляхом збільшення їх перерізу завдяки попередньої посадки або запресовки обтискуючого кільця.

Ці міри застосовуються для забезпечення достатньої жорсткості підвищення напруженого стана і отримання стабільної високої якості з’єднання, особливо при зварюванні низько пластичних матеріалів.

Холодне зварювання виконується за допомогою різних пресів у спеціальних затискних пристроях із гніздом, відповідаючим формі і розмірам зварюваних деталей.

Цикл холодного стикового зварювання визначається такими параметрами: припуски на зварювання або установлювальна довжина l₁+l_2, мм, зусилля затиску, зусилля і швидкість осаджування, число осаджувань.

Затиск деталей здійснюється гідравлічним, пневматичним, пневмогідравлічним, клиновим і пневмоважільним приводом.

Для забезпечення надійного затиску за допомогою конусів застосовується рифлення гнізд затискачів і попередній або постійний торцовий притиск конусів в гнізда. Треба забезпечити, щоб зусилля затиску було набагато більшим зусилля осаджування.

Для найбільш перевіреної клинової системи затиску із загальним кутом клинів 14-24°

Р₃ ≥ (1,45-1,6) Р_ос,

Р₃ – зусилля затиску

Р_ос – зусилля осаджування

Для гарантованого глибокого і стабільного провара припуски на зварювання алюмінія треба установлювати з деяким запасом, тобто перевищенням тієї мінімальної величини, при якій отримується провар; іноді l₁= l₂ =(1,25-1,5) d, але при цьому необхідно забезпечити деформацію симетрично вісі зварюваних деталей. Для відповідальних виробів краще здійснювати подвійне осаджування, чим верхню межу припуска на зварювання. При зварюванні деталей з різною механічною міцністю більш м’який стрижень повинен мати більший виліт, чим твердий. При зварюванні деталей різного діаметра або товщини здійснюється попередня посадка більш тонкої деталі, іноді в тому ж самому пристрої для зварювання. Припуски на зварювання плоских деталей установлюються пропорційно їхній товщині. Оскільки їх жорсткість більша порівняно з круглими деталями, припуски мають бути також більшими, однак штаби товщиною 1,5-2 мм надійніше зварюються з попередньою посадкою: стовщення припусків на зварювання при цьому становить 1,5-2 товщини штаби.

В залежності від способу попереднього оброблення метала максимальне зусилля осадження різниться (табл. 1.67).

Таблиця 1.67 Орієнтовні параметри режима холодного стикового зварювання алюмінієвих проводів.

d, мм	l1+ l2, мм	Вид попередньої обробки	Poc, кН
1,0 1,0	1,2+1,2 1,1+1,1	наклеп відпал	2-2,5 1,5-2,0
1,6 1,6 2,5 3,0 3,0 4,0	1,9+1,9 1,7+1,7 3,0+3,0 3,6+3,6 3,2+3,2 4,5+4,5	наклеп відпал наклеп те ж саме відпал без обробки	5-5,5 4-4,5 10-11 17-18 16-17 37-38
4,0 5,0 5,0 8,0 8,0 10	4,2+4,2 6,0+6,0 5,5+5,5 8,8+8,8 8,5+8,5 10,5+10,5	відпал наклеп відпал наклеп відпал без обробки	30-31 50-52 49-50 76-78 72-74 115-120

Примітки: 1. Всі зразки руйнувалися по основному металу. 2. Надлишок зусилля осадження сприймали упори.

Після глибокого відпалу з’єднання набагато міцніші основного метала завдяки подрібненню зерна в біляшовній зоні.

Труднощі при холодному стиковому зварюванні алюмінієвих сплавів ті ж самі, що і при контактному: знижена пластичність і підвищені твердість і міцність. Тому в залежності від зварюваності і пластичності застосовуються такі технологічні прийоми:

1. Сплави, які мають достатню пластичність (АМг, АМц), зварюються за допомогою двократного, а інколи і однократного осаджування в залежності від масштабного фактора і структурного стану.

2. Сплави з помірною пластичністю або пластичні тонкі з малою жорсткістю припусків потребують спеціальної підготовки деформуємих частин методом попередньої посадки. При цьому можливе попереднє підігрівання зварюваних кінців при посадці і висадці так, щоб нагріті частини зміцнилися в процесі зварювання. При зварюванні сплавів різних складів і перерізів їх частини підготовлюються так, щоб вирівнювалась інтенсивність деформацій при зварюванні.

3. Зварювання сплавів з дуже низькою пластичністю (до 6%) можливе лише при використанні спеціальних обтискуючих втулок або при подвійному осаджуванні і попередній підготовці стовщеного вильота. Параметри режима зварювання деяких алюмінієвих сплавів наведені в табл. 1.68.

Таблиця 1.68 - Орієнтовні параметри режима холодного стикового зварювання алюмінієвих сплавів.

Марка сплава	d, мм	Припуски на зварювання Д: l1+ l2, мм	Рос, кН
Д16 АМ	3,2	3,2; 4,2+4,2	50
Д16 АМ	3,2	4,5; 4,8+4,8	65
Д16 АТ	3,2	6,2; 5,2+5,2	89
Д16 АМ	3,2	6,2; 5,2+5,2	88
Д16 АМ	3,2	6,5; 5,0+5,0	90
Д16 АМ	3,2	6,5; 5,0+5,0	90
АМг-3М	3,2	4,2+4,2	52
АМг-3М	3,2	6,4; 5,+5,2	69
АМг-3М	3,2	6,4; 5,+5,2	69
АМг-3М	3,2	4,5; 5,0+5,0	76
АМг-5В	5,0	10,0; 8,0+8,0	360
АМг-5В	5,0	10,0; 10,0+10,0	400
АМг-5В	5,0	10,0; 10,0+10,0	400
АМг-5В	5,0	10,0; 10,0+10,0	400
АМг-5В	8,0	14,0; 16,0+16,0	500
АМг-5В	8,0	10,0; 10,0+10,0	500
АМг-6Т	3,2	6,8; 5,0+5,0	180
АМг-6Т	3,2	6,8; 5,0+5,0	180
АМг-6Т	3,2	6,8; 5,0+5,0	186
Д16АМ	4х30*	6,2; 7,0+7,0	360
Д16АМ	4х30*	6,2; 7,0+7,0	360
Д16АМ+АМг-6Т	3,2	6,4; 7,5+7,5	75
Д16АМ+АМг-5В	3,2	6,4; 7,5+7,5	73
Д16АМ+АМг-3В	3,2	6,4; 7,6+7,0	68
АО+Д16АМ	3,2	6,4; 8,5+6,0	60
АО+АМг-5В	3,2	6,8; 12,0+6,5	102
АО+АМг-6Т	3,2	6,8; 12,0+6,5	110

Примітка: D – діаметр посадки, * штаби

При зварюванні деталей з великими перерізами необхідно збільшувати зусилля осаджування і зусилля затиску при обов’язковій умові Р₃ >> Р_ос, припуски на зварювання зменшуються. Роль формування поступово змінюється від утруднення до полегшення деформації, так що в результаті можливо створити умови деформування, які забезпечують зварюваність і пластичність з’єднань (табл. 1.69).

Таблиця 1.69 - Орієнтовні параметри холодного стикового зварювання металів великих перерізів.

Метал і розмір деталей, мм	Вид підготовки	l1+ l2, мм	Рос, кН
АО, d=30	Без підготовки	31+31	750
М1, d=25,5	Посадка кінців	29+29	1850
М1, d=30	Без підготовки	36+36	2000
А1, 18х100+М1, 16х100	Те ж саме	27+22	2160
АМц, d=25	Напресовка кільця	26+26	1300
М1, d=20,5+АМц, d=24	Те ж саме	24+27	1470
АМг3, d=25	- // -	27,5+27,5	1480

Пресове зварювання алюмінія і деяких його сплавів виконується з попереднім підігріванням зварюваних деталей: АД1 – до 350-400 °С, АМг3 – до 400-430 °С, АМг5 – до 430-450 °С, АМг6 – до 450-480 °С; величина питомого тиску досягає 1500 МПа. Після підігріву зварювані поверхні і ті, що виступають із затискачів, зачищаються дротяними щітками. Довжину виступаючих кінців вибирають такою, щоб при повній усадці збільшити площу зварюваної поверхні удвічі. При цьому поверхневі плівки забруднень і включень вилучаються в грат, а зона з’єднання характеризується дрібнозернистою структурою з високими механічними властивостями.

Холодне зварювання дротів внапустку виконується вдавлюванням плоского пуансона, який призводить до поперечної і поздовжньої деформації, які визначаються величиною хода пуансона. Можлива також схема, коли дріт фіксується канавками, а ступень деформації регулюється упорами.

Довжина напустки дротів дорівнює 2,5-3,5 діаметра дроту. Монолітне з’єднання досягається при загальній залишковій товщині 0,5-0,6 відпаленого алюмінієвого дроту і 0,4-0,5 діаметра наклепаного. В процесі зварювання має місце спотворення форми дроту, але площа його перерізу майже не змінюється. Міцність на розрив таких з’єднань становить 55-60% від цього показника для основного метала, руйнування має місце по лінії зварювання, та таке з’єднання погано працює на перегиби. Електричний контакт є достатньо надійним.

Зварювання ведеться у спеціальних формуючих пристроях, які мають площину гальмування, розташовану під кутом до горизонталі, а за нею площину вільної течії, яка розташована теж під кутом або спеціальні ножі для відрізки видавленого метала.

Зона зварювання має еліптичну форму, менша ось (в напрямку силі стиску) характеризує залишкову товщину-зварюваність: якщо вона дорівнює 0,7-0,8 діаметра дроту, зварюваність вважається достатньо якісною.

На режимах зварювання, наведених в табл. 1.70, досягаються величини міцності зварних з’єднань, близькі до показників основного метала.

Таблиця 1.70 – Орієнтовні параметри режима холодного зварювання алюмінієвих і мідних дротів внапустку.

Марка метала	d, мм	l, мм	Pmax, кН	Вид попередньої обробки заготівки
АО	2	6,5	17	без обробки
АО	2	6,5	15,5	відпал
А1	3,5	8,5	31,5	без обробки
А1	3,5	8,5	28	відпал
А1	4,5	10,8	43	без обробки
А1	4,5	10,8	38,5	відпал
М1	1,5	6	31	те ж саме
М1	2,5	7,5	41,5	- //-
М1	3	9	95	- // -
М1	4,5	14	136	- // -

Примітка: l – величина напустки.

Холодне точкове зварювання дротів, зібраних внапустку, виконується при значно менших зусиллях стиску, і необхідна міцність досягається навіть у простих гвинтових або ексцентрикових ручних пристроях. Вони дозволяють виконувати зварювання алюмінієвих дротів діаметром до 6,5 мм; зварюваність складає 15-20% при ширині пуансона 0,3-0,5 діаметра дроту і довжині отриманої точки 1,8-3 діаметра дроту.

Звичайно 3-4 точки забезпечують рівноміцність з’єднання і електропровідність в умовах статичного навантаження.

Холодне зварювання алюмінієвих деталей, зібраних в тавр, використовується для виготовлення електротехнічних виробів типу відводів – дротових та штабових. Цей спосіб поєднує частини стикового і точкового пристроїв: зварювання виконується при русі затиску з відводом до нерухомої шини, формуючий устрій забезпечує напружений стан і формує прилив з витиснутого метала.

Припуск на зварювання для круглих відводів з алюмінія складає 1,5-2 діаметра дроту, для приварювання штаба 2-2,5 його товщини, а глибина вдавлювання пуансона в шину 0,65-0,75 її товщини. Форма пуансона відповідає формі приварюваного відвода. При використанні відводів у вигляді невеликих шинок застосовуються фігурні пуансони, забезпечуючи підвищену залишкову товщину, завдяки чому такий міцний шов дозволяє відгинати відводи під будь-яким необхідним кутом, при цьому міцність і електропровідність забезпечуються на заданому рівні.

Холодне зварювання зсувом – це процес зсуву, при якому здійснюється інтенсивна деформація в тонких поверхневих шарах з утворенням окремих зон схоплювання, в яких діють металеві зв’язки між контактуючими металами при одночасному їх стисненні. При цьому деформуються тонкі шари і невеликі об’єми метала, тому робота деформації і сили при зварюванні зсувом значно менші, ніж при інших способах холодного зварювання. Схематично цей процес представлений на рис 1.13.

Рисунок 1.13 Схема процеса холодного зварювання зсувом.

В капсулі 1 розміщені клин 2 і повзун 3, які мають гнізда для зварюваних деталей. Попередньо зачищені в місцях зварювання деталі закріплюються так, що деталь, розташована в гнізді клина зміщена і має можливість зсуватися на відстань ∆l. Самі деталі попередньо стискуються нормальним зусиллям N_І за допомогою гвинта 4, яке передається на зварювані деталі через пружний елемент 5. Останній після попередньої тарировки за допомогою індикатора також слугує динамометром, який показує величину нормальної сили в будь-який момент цикла зварювання. Тангенціальне зусилля Т прикладається від джерела стиску-преса, який має показчик величини стиску. В процесі зсува-переміщення деталі клином виникають інтенсивна взаємна деформація поєднуємих поверхонь і зростання нормального і тангенціального зусиль, величина яких визначається в залежності від кута клина і характеристики пружного елемента. Після виконання зсуву на величину ∆l вироб отримує необхідну форму і розміри, шток преса піднімається, повзун відводиться і зварюваний виріб виймається з пристрою. Основними параметрами режима зварювання є: кут клина або кут зсува, попередній стиск зварюваних деталей N_o, величина зусиль N , Т, зсуву ∆l, швидкість зсуву V.

Параметри режима холодного зварювання алюмінія і його сплавів, які забезпечують достатні властивості зварних з’єднань, наведені в табл. 1.71.

Таблиця 1.71 – Орієнтовні параметри режима холодного зварювання зсувом алюмінія і його сплавів при куті зсуву 7°.

Марка сплава	Переріз штабів, мм	lн, мм	∆l, мм	No	N		Т
				кН
А1	6х60	50	11	24		180		200
А2	4х40	30	7	12		84		104
А2	8х35	30	11	25		72		120
АМг3М	1х25	20	5,5	6,5		39		51
АМг3М	2х25	25	6	9		48		66
АМг3М	3х25	25	6,5	10		57		70
D16АМ	2х25	25	6	9,5		48		67
D16АТ	2х25	25	6,5	11		50		69
D16АМ	3х25	25	6	10,5		60		84
D16АТ	3х25	25	7	12,5		68		90
D16АМ	4х30	35	7,5	18,5		92		128

Примітка: l_н – величина напустки.

В цілому ж холодне зварювання алюмінія і його сплавів, цього простого, досить надійного з малою енергоємністю способу знаходить використання у виробництві домашніх виробів з алюмінія, в електротехніці, транспорті за допомогою, як стандартного пресового і прокатного обладнання із необхідним інструментом, так і спеціалізованого.

Дифузійне зварювання алюмінієвого сплава АМг6 товщиною 4 мм у вакуумі досягається з використанням проміжкових прошарків з металів – міді, кремнію товщиною 0,05 мм, які утворюють евтектики з алюмінієм і легко дифундують в основний метал; деформація при цьому сягає не більше 3%, а рівноміцність забезпечується при довжині напустки 15 мм. Попередньою ударно-хвильовою дією при тиску 6 ГПа можна підвищити інтенсифікацію процесу зварювання сплава Д16, а за рахунок збільшення дисперсності часток продуктів розпаду після подальшої термічної обробки покращується якість з’єднання і досягається його рівноміцність основному металу.

При зварюванні тертям алюмінія і його сплавів задовільні результати можна одержати при використанні оптимальних параметрів режиму, забезпечуючих необхідний ступень пластичного деформування нагрітого метала (табл. 1.72).

Таблиця 1.72 – Орієнтовні параметри режиму зварювання тертям алюмінія і його сплавів

Марка	Діаметр стрижня, мм	Відносна швидкість обертання, об/хв.	Питомий тиск, МПа			Величина осадки, мм		Час зварювання, с
			При нагріванні	При куванні
АД1	20 40	3000 760	8 30	8 30	6-7 30		3 10
Д1	40	760	100	100	20		13

При вільному формуванні грата міцність з’єднань становить 60-90% від міцності основного метала. Примусове формування при зварюванні стрижнів одного діаметра із сплавів АМг6, АМг6НН і Д16Т діаметром 10-30 мм забезпечує одержання міцності, рівноцінної основному металу. Використання формуючих пристроїв з робочим кутом кромок 60-90° забезпечує підрізання грата у його основи, так що повністю вилучаються периферійні дефекти і непровари. Це полегшує процес і зменшує знос робочих кромок пристроя.

Одним з різновидів зварювання тертям є використання обертаємого з великою швидкістю пальцьового інструмента, який проникає вглиб зварюваних деталей і, рухаючись вздовж зварюваних кромок з невеликим кутом вперед, розігріває метал деталей до температури зварювання. Спосіб носить назву фрикційного зварювання, або зварювання тертям з переміщуванням. Основними загальними параметрами режима цього процеса є:

Конструкція і розміри інструмента з інструментальної сталі Р6М5 з нанесеним шаром нітриду цирконію , або термічно обробленої по особливому режиму; діаметр основи накінечника 3,2-3,6 мм; вершини накінечника 2,4-2,6 мм; довжина його має становити 0,9-0,95 товщини зварюваного метала; діаметр буртика 10-12 мм; на робочій поверхні буртика має бути напівсферична або конічна канавка (приглиблення) для плавного і безперервного перемішування пластифицированого метала і формування якісної лицьової поверхні швів.

Кут нахилу вперед інструмента відносно вертикальної вісі - 2-3°; зусилля притиску інструмента до поверхонь зварюваних деталей і його переміщення 5-10 кН, залежить від властивостей матеріала; його товщини і швидкості зварювання, глибина занурення інструмента в стик 0,8-0,9 від товщини зварюваних деталей; частота обертання інструмента 1000-3000 об/хв. і швидкість зварювання 4-40 м/г; їх величина залежить від товщини і складу зварюваного метала. Зварювання жорстко зафіксованих деталей виконується з використанням опорної підкладки з поздовжньою канавкою під стиком шириною 4 мм і глибиною 0,5 мм, з низькою теплопровідністю для зниження стока тепла. Звичайно це нержавіюча сталь типа 18-8, на поверхню якої, як бар’єрне покриття, нанесено шар нітриду цирконію.

При цьому виді зварювання можливі дефекти як то: несплавлення і перегрів метала і грат на лицьовій поверхні, несплавлення в корені шва, внутрішні несуцільності, тощо. Тому при збиранні деталей під зварювання необхідну точність: зміщення вісі стика відносно інструмента не більше 0,5 мм, зазор між кромками не більше 0,3 мм, підвищення кромок або депланація з боку набігання інструмента не більше 25%, а з боку його відходу – 5% товщини зварюваного металу. Попереду інструмента корисно встановлювати притискний ролик, який перешкоджає коробленню деталей.

Введення робочого інструмента в стик можна здійснювати на технологічних припусках, а після його виведення із стика необхідне забивання фінішного отвору в кінці шва.

Зварювання якісних тонколистових конструкцій товщиною 1,8-2,5 мм із сплавів АМц, АД31, АМг2, а також сплавів різного легування, наприклад 1201+АМг6 виконується на параметрах режима: n_оберт =1420-2880 об/хв.; V_зв =6-40 м/г; складно-леговані сплави потребують n_об =1420 об/хв.; V_зв = 6-14 м/г.

Ті ж самі сплави, але більших товщин 4-7 мм, зварюються на параметрах n_оберт =800-1000 об/хв.; V_зв = 15-19 м/г. Такі з’єднання мають міцностні характеристики на рівні 0,75-0,95 порівняно з цими показниками для основного метала.

Спосіб дозволяє виконувати не тільки прямолінійні шви, але і кільцеві на обичайках із сплава АМг6 на параметрах режима, які знижують його знеміцнення: n=800 об/хв.; діаметр бурта інструмента =12 мм; V_зв =14 м/г.

Деформаційне зміцнення швів при зварюванні тертям з перемішуванням складно легованих алюмінієвих сплавів АМг6М, 1420,1201 і 1460 забезпечує більш високий рівень їх міцності завдяки формуванні в центральній частині шва ядра з ультра дисперсною структурою а в зоні термомеханічного впливу вигнутих, витягнутих і рівноосних зерен, орієнтованих в напрямку руху інструмента. Подрібнення зерен, збільшення об’ємної частки їхніх границь і подрібнення інтерметалідних фаз сприяє зниженню рівня їх знеміцнення порівняно з аргонодуговим зварюванням неплавким електродом.

Крім того цей спосіб дозволяє отримати значну економію при виготовленні ребристих панелей. Традиційна технологія передбачає фрезерування відлитої плити, при якій коефіцієнт використання матеріалу становить 0,07-0,2, в той час як наприклад, при зварюванні сплава В95Т2 можна досягти цього показника на рівні 0,89 – 0,92.

Цей різновид зварювання алюмінієвих сплавів має великі перспективи внаслідок багатьох переваг порівняно з іншими способами, розглянутими раніше: не треба надавати спеціальну форму кромкам і зачищати їх поверхні від плівки Al₂O_3, не потрібен присадний метал і захисний газ, можливість одержання безпористих швів на любому з алюмінієвих сплавів, можливість зварювання у всіх просторових положеннях, відсутність диму, шуму і ультрафіолетових випромінювань, низький рівень деформацій, шов формується у твердій фазі, можливість одержання крупних панелей, не потрібна висока кваліфікація зварника і т.і.

Ультразвукове зварювання використовується для поєднання деталей з алюмінієвих сплавів малих товщин.

На відміну від точкового контактного зварювання при ультразвуковому зварюванні з’єднання одержується у твердій фазі, при цьому не утворюється чітка означена зона сплавлення, величина твердості не відрізняється більше ніж на 10% по площині шва і основного метала. Крім того процес має низьку вартість, причому при великих серіях виробів (більше 3000 точок) економія може бути ще більшою, а шви відрізняються більш високим рівнем статичної і динамічної міцності. При випробуванні на відрив руйнування іде з виривом основного метала.

Найкращі результати досягаються при оптимальних параметрах режима зварювання (табл. 1.73). При цьому з’єднання мають високу міцність на відрив, зріз і витривалість як і ті, що були отримані контактним точковим зварюванням.

Таблиця 1.73 – Орієнтовні параметри режима ультразвукового зварювання алюмінія і його сплавів

Марка сплава	Товщина деталей, мм	Зусилля тиску, кН	Час зварювання, с	Амплітуда, мк	Матеріал наконечника
АД1	0,5 1,0 1,5	0,3 0,6 0,9	0,15 1,0 2,5	10 15 15	Сталь 45
Д16	0,5 1,0 1,5	0,3 0,8 1,0	0,15 1,5 3,5	15 22 23	ШХ-15
Д16ч	0,8 1,0 1,5	0,9 1,1 1,3	2,0 2,5 3,0	22 22 22	ШХ-15
АМг6 АМг3 Д1	0,5 0,8 0,5	0,5 0,8 0,5	1,5 0,5 0,5	18 22 10	Сталь 45

Ремонтні роботи, які проводяться на виробах з алюмінієвих сплавів (заварювання дефектів у зварних швах і відливках, наплавлення зносостійких сплавів на зношені поверхні поршнів двигунів внутрішнього згоряння, відновлення різьб і т.і.), передбачають використання деяких, розглянутих вище, способів зварювання.

Так, дефекти в корені шва виробу із сплава АМг6 НПП у вигляді оксидних плен вирубаються механічним інструментом і підварюються вручну вольфрамовим електродом в аргоні або в суміші Ar+He, з використанням присадного дроту СвАМг63 з додатком 0,5% скандія, що дозволяє при одно і дворазовій підварці одержувати дрібнокришталеву структуру у такому шві.

Порівняно з використанням дроту СвАМг6 міцність метала шва підвищується на 7-8 %, ударна в’язкість в 1,5-2 рази, а кут загибу – на 25-30%.

При аналогічних роботах на виробах із сплава 1420 кількість підварок – не більше двох; при ремонті складних жорстких конструкцій, особливо, по зоні термічного впливу, краще використовувати дріт марки СвАМг8, на жорстких – дріт марки СвАМг63.

Ремонт виробів з ливарних алюмінієвих сплавів порівняно з деформованими пов’язаний з додатковими труднощами.

1. Більший вміст кількості легуючих елементів і примішок, внаслідок чого збільшується рідкотекучість зварювальної ванни і знижується температура її плавлення.

2. Більш груба макро і мікроструктура з вмістом більшої кількості інтерметалідів, неоднаково розташованих по об’єму вироба.

3. У відливках розчинено більше газів, які при зварюванні спонукають пороутворення.

Відновлення різьбових отворів в литих виробах передбачає таку послідовність. Зношений отвір розсвердлюють до чистого метала, зачищають прилягаючу поверхню, а потім встановлюють і піджимають графітове підкладне кільце. Воно має приглиблення циліндричної або конічної форми, ширина його перевищує діаметр отвору на 4-6 мм, а глибина становить 3-8 мм. Імпульсно-дугове заплавлення отворів плавким електродом в інертних газах ведеться на режимах, наведеніх в таблиці 1.74. Зварювання ведеться пальником із спеціальною насадкою, яка забезпечує постійну відстань між соплом пальника і поверхнею виробу. В залежності від марки сплава зварювальний дріт вибирають відповідного складу (табл. 1.3).

Таблиця 1.74 Орієнтовні параметри режиму імпульсно-дугового заварювання отворів діаметром 6-24 мм в алюмінієвих сплавах.

Захисний газ	Ізв, А	Uд, В	Vп.е., м/г	tзв, с	Qгаза, л/хв
Аргон	340-370	29-32	600-720	2-4	12-15
Гелій	330-360	30-33	660-720	2-3	22-25

Примітки. 1. Діаметр електродного дроту 1,6 мм.

2. Час заварювання кратера 0,2-0,5 с.

3. Час продування газа до і після зварювання відповідно 0,5-1 і 1-2 с.

4. Виліт електродного дроту 10-16 мм

При діаметрі отвору 6-16 мм дріт подається по його центру, а при більших розмірах ближче до його стінки з подальшим переміщенням по колу. Кожний шар завершується в центральній частині отвору. Нанесення кожного шару виконуються через 2-4 с. Після заварювання знімається підкладка, вилучається корень шва і виконується необхідні роботи по відновлюванню різьби. Заміна аргона гелієм, як і попереднє підігрівання до 110-120°С, значно покращує якість ремонту. Для заварювання дефектів тонкостінних алюмінієвих конструкцій, наприклад, штампованого листотрубного випарника із сплавів АДО або АД1 застосовується трьохфазна дуга вольфрамовими електродами. Процес ведеться на вазі, вольфрамові електроди розташовуються в пальнику паралельно вісі стика, відстань між ними – в межах їх діаметра, а щільність струму в них не перевищує 20 А/мм². Щоб не було спотворено переріз канала (товщина його стінки становить 0,3 мм)внаслідок провисання метала ванни, застосовується присадний дріт діаметром 3 мм, який поглинає значну частку теплоти дуги завдяки екрануючому ефекту. Цьому також сприяє підпір газів в каналах, які утворюються при згорянні лишків хладоагента.

Для наплавлення зношених ділянок поршней двигунів внутрішнього згоряння, які виготовлені із сплавів АЛ25, АЛ10В, АЛ30, застосовуються, як стандартні електродні матеріали, так і спеціально розроблені, за допомогою різних способів.

Підготовка поверхонь поршней під наплавлення включає розточку або травлення в суміші кислот (250 г Н NО₃ +10 г/л НF) і промивання у воді.

Зношені поршні із сплава АЛ 25 наплавляються неплавким електродом в аргоні вручну і автоматично з подачою композитних дротів суцільного перерізу марок Св-01397 складу по масі, % (Si 6-10, Cu 0,5-1, Mg 0,8-1,2, Mn 0,5-0,7, Fe 1-2, Ni1,7-4,2, Zr 0,1-0,3, Ti 0,1-0,3, Sr 0,03-0,05);

на параметрах режима: І_зв =200-210А; Uд=18-24 В; V_H =6-16 м/г; Q_Ar =10-12 л/хв і Св – 01349 складу по масі, % (Si 11-13, Cu 1-2,6, Mg 1-1,5, Mn 0,5-1, Fe 2,8-3,2, Ni 4,8-5,2, Zr 0,1-0,4, Ti 0,1-0,4, Sr 0,03-0,05);

на параметрах режима: І_зв=240-250 А; U_д=18-24 В; V_H =6-20 м/г; Q_Ar =10-12 л/хв.

Двохкомпонентна система композитних дротів складається з алюмінія з розподіленими в ньому волокнами з нікелю. До моменту введення в дугу є однорідним розчином Ni-Al, в електродній краплі 60-70% об’єму складає фаза Ni₂ Al_3, решта – Ni₃ Al, NiAl і Ni.

Зварювальні дроти перед застосуванням відпалюються при температурі 300°С протягом 10 хв так, що їх придатність до використання становить п’ять діб. Наплавлення ведеться за одне обертання поршня, дріт подається у зварювальну ванну слідом за дугою, закінчується наплавлення після перекриття валика на 10-15 мм, після чого припиняється подача дроту. Він відводиться від виробу на 10-15 мм, а зварювальний струм за 3-4 с зменшується до 100-150 А для заварювання кратера. Після наплавлення проводиться термічна обробка по режиму: гартування при 495°С, штучне старіння 180°С-10 г. Твердість метала зони термічного впливу підвищується до рівня цього показника для основного метала НВ = 107.

Імпульсно-дугове наплавлення поршнів із сплава АЛ 25 виконується із застосуванням порошкового дроту–плющенки марки ПП-МА-5 перерізом 1,5х6 мм на параметрах режима: І_зв=260-280А, частота імпульсів 100 Гц, І_{max ампл} =750-950А, U_д=22-24В, V_п.е. =100-120 м/г, V_H =20-25 м/г, Q_Ar =9-11 л/хв.

При наплавленні на цих параметрах має місце дрібнокрапельний переніс метала (розмір крапель зменшується до 0,3-0,5 мм), відсутнє просипання шихти і зберігаються всі летуючі елементи. До складу шихти входять компоненти, покращуючи стабільність горіння дуги, перемішування зварювальної ванни і її дегазацію, а наявність модифікаторів титана (0,08-0,11%) і цирконія (0,12-0,15%) в наплавленому металі сприяє одержанню дрібнозернистої структури і рівномірному розподілу надмірних фаз (пересичені легуючими елементами тверді розчини алюмінію), що забезпечує підвищення зносостійкості поршнів в 1,4-1,6 рази.

Наплавлення здійснюється по виступам між канавками, метал не стікає завдяки можливості його розміщення по обидва боки від перемички у першу і другу канавки, при цьому швидкість процесу зростає на 40% порівняно з наплавленням в канавку, збільшується коефіцієнт використання наплавного дроту, зменшується зона знеміцнення внаслідок зниження погонної енергії.

При дводуговому наплавленні з використанням неплавкого і плавкого електродів поршней передбачається почергове і роздільне формування дуг на кожному електроді з утворенням сумісної ванни розплавленого метала. Дуга неплавкого електрода проплавляє тіло виробу на необхідну глибину і ширину, а плавким електродом здійснюється комплексне легування зварювальної ванни елементами, сприяючими зміцненню і збільшенню зносостійкості наплавленого метала. Неплавкий електрод живиться різнополярними імпульсами переважно струму прямої полярності, а в перервах між ними на плавкий електрод подаються імпульси струму зворотної полярності з амплітудою в 1,5-2 рази більшою амплітуди критичного струму переходу до струминного переносу метала. Електродний метал надходить у зварювальну ванну у вигляді перегрітого параметалевого струменя, що сприяє інтенсивному переміщуванню метала і його дегазації, одержанню дрібнозернистої структури високолегованого метала з рівномірним розподілом інтерметалідних фаз. Наплавлення поршнів із жароміцного ливарного алюмінієвого сплава АК19 (18,5% Si, 1,3% Cu, 1,2% Mg, 1,1% Ni, 0,6% Fe, Al- решта) ведеться електродним дротом марки Св-06Х18Н9Т діаметром 1,2 мм на параметрах режима: діаметр вольфрамового електрода марки ЄВЛ-10 мм; ефективна величина струму наплавлення неплавким електродом-160А; середня величина складової струму прямої полярності на неплавкому електроді-210А; середня величина складової струму зворотної полярності на неплавкому електроді-180А; середня величина імпульсного струму на плавкому електроді 120А.

V_п.е.-80 м/год.; V_н=20 м/г.; Q_Ar =22 л/хв.

Технологія наплавлення складається з трьох етапів. На першому збуджується дуга між вольфрамовим електродом і нерухомим поршнем при малих величинах струму. Попереднє розчищення кромок на тілі поршня не робиться. Після виходу на режим і утворення ванни необхідної глибини вмикається обертання поршня. На другому етапі здійснюється подача струму і електродного дроту за період часу, коли поршень зробить повне обертання. На третьому етапі зупиняється подача дроту і заварюється кратер плавним зниженням струму на неплавкому електроді до повної зупинки обертання поршня.

Всі операції виконуються автоматично згідно з програмою блоку керування. Наплавлені таким чином поршні мають збільшений у 2-2,5 рази моторесурс.

Локальне зміцнення ливарних поршневих сплавів виконується в три етапи.

На першому наплавлення ведеться на швидкості 130 м/г, основний метал проплавляється на 0,8-1,0 мм, в наплавленому металі міститься до 25-70% заліза. На другому етапі швидкість наплавлення зменшується до 80 м/г, глибина проплавлення рівняється 1,2-1,3 мм, наплавлений метал більш збагачується алюмінієм. На третьому етапі процес іде із швидкістю 40 м/г, збільшується глибина провару і ширина валика.

Зазор між торцем вольфрамового електрода марки ЭВИ і виробом складає 4,5±0,4 мм, діаметр сопла пальника 16 мм, Q_Ar =10-12 л/хв., діаметр електродного дроту марки Св 08Г2С-1,2 мм, І_зв=(65-75)d_e для забезпечення струминного переносу метала.

Якісного заповнення вузьких порожнин канавок в поршнях без механічного розчищення можна досягти, використовуючи гібридний спосіб зварювання за рахунок фіксації електричної дуги на дні порожнини за допомогою лазерного випромінювання. При цьому немає пор і несплавлень в нижній частині заплавляємих порожнин, а також зменшується пергрів виробів. Поршні із сплава АМг6 наплявляли в імпульсному режимі дротами марок Св АМг6, Св АК5 діаметром 1,2 мм в захисних газах аргона і гелія з витратою кожного 8-10 л/хв. на параметрах режима: I_зв=200-230А; U_д=22-24В; V_зв=60 м/г. Дугу плавкого електрода подавали в хвостову частину ванни на відстані 1-3 мм від вісі лазерного випромінювання по схемі рис. 1.8. Кут нахилу вісі мундштука, подаючого дріт до вісі лазерного випромінювання становив 25-35º. Потужність безперервного випромінювання CO₂- лазера становила 1,5 кВт, а найбільша потужність імпульсно-періодичного випромінювання Nd: YAG лазера в піку імпульса складала 3кВт. Такий характер випромінювання обумовлений необхідністю вилучення ефекта утворення аргонової плазми, поглинаючої лазерне випромінювання і негативно впливаюче на процес наплавлення.

Під час наплавлення поршней корисно охолоджувати бобишку для зменшення величини зони термічного впливу.

Зварювання трубопроводів з алюмінію і його сплавів виконується аргонодуговим способом неплавким електродом на змінному струмі або на постійному струмі зворотної полярності дугою, стабілізованою швидкісним потоком аргону. Основні типи і конструктивні елементи швів трубопроводів наведені в табл. 1.75. Основний і присадний матеріали підготовлюються під зварюванням з додержанням технологічних вимог, викладених раніше.

Кромки під зварювання обробляються тільки механічним способом, залишаючися підкладні кільця виготовлюються з матеріалу тієї ж марки, що і самі труби. Кут скосу кромок у V-подібних стикових з’єднаннях складає 35°, а у U-подібних-15°; величина притуплення не більше 1,5 мм. При зварюванні «на вазі» величина зазору лежить у межах 0-1 мм; на залишаючомуся підкладному кільці 2,5-3,5 мм. В залежності від типа шва і товщини стінки труби ширина шва становить 5-17 мм, а висота підсилення 0,5-3 мм. Марка зварювального дроту вибирається в залежності від марки зварюваного матеріала, а в разі виконання трубного вузла з різних марок матеріалів вибирається дріт, рекомендуємий для зварювання більш міцного матеріала.

При виконанні прихваток треба забезпечити провар кореня шва без дефектів, а перед зварюванням їх треба ретельно зачищати шабером або металевою щіткою. Кількість прихваток на одне з’єднання – дві-три. Для забезпечення наскрізного проплавлення стінки труби кожний шов виконується не менше, чим в 2 проходи. Параметри режима зварювання наведені в табл. 1.76.

Таблиця 1.75 – Основні типи швів зварних з’єднань трубопроводів із сплавів на основі алюмінію

Поєднувані елементи	Товщина метала стінки труби	Форма підготовлення кромок	Тип шва	Форма поперечного перерізу
				підготовлення кромок	виконаного шва
1	2	3	4	5	6
Труба з трубою Труба з проміжковим штуцером або ніпелем Труба з трубою Труба з відростком Труба з фланцем Труба з проміжковим штуцером або ніпелем Сегменти колін (відводів)	1,5 – 2,5 3-6 5-6 1,5 – 6 1,5 – 6 1,5 – 6 1,5 – 6 1,5 – 6 1,5 – 2,5 3 - 6	без розчищення з розчищенням двох кромок з криволінійним розчищенням двох кромок без розчищення кромок з роздачою без скоса кромок з роздачою і розточкою без розчищення те ж саме -//- -//- з розчищенням двох кромок	однобічний те ж саме - однобічний із залишаючимся конічним підкладним кільцем однобічний те ж саме двобічний однобічний те ж саме -//-

Таблиця 1.76. Орієнтовні параметри режима ручного аргонодугового зварювання трубопроводів з алюмінія і його сплавів вольфрамовим електродом.

Тип з’єднання	Товщина стінки труби, мм	dWe, мм	dприс, мм	Зварювальний струм		QAr,на струмі л/хв
				змінний	постійний	змінному	постійному
Внапустку	1,5-2,0 2-3 3-4 4-6	2-3 3 3 3-4	2-3 2-3 3 3	40-60 55-60 90-100 100-120	40-50 40-60 70-80 80-90	9-10 10-12 10-12 10-12	4-5 4-6 6-8 6-8
Стикове	1,5-2 2-3 3-4 4-6	2-3 3 3 3-4	2-3 2-3 3 3	40-60 70-90 90-100 90-100	40-50 40-50 70-80 70-80	9-10 10-12 10-12 10-12	4-5 4-6 6-8 6-8
Стикове на підкладному кільці	1,5-2 2-3 3-4 4-6	2-3 3 3 3-4	2-3 2-3 3 3	40-60 40-60 90-100 100-120	40-50 40-50 70-80 80-90	9-10 10-12 10-12 10-12	4-5 4-6 6-8 6-8
Кутове	1,5-2 2-3 3-4 4-6	2-3 3 3 3-4	2-3 2-3 3 3	40-60 60-70 100-120 120-140	40-50 40-50 60-70 80-90	10-12 10-12 10-12 10-12	4-5 4-6 6-8 6-8

Перший прохід виконується без подачі зварювального дроту або з малою її подачою.

При багатопрохідному зварюванні кожний подальший валик накладається після охолодження попереднього до 50-60°C.

Пальник розташовується так, щоб кут між вольфрамовим електродом і площиною, дотичною до стика в точці зварювання складав 50-80°, а кут між присадним дротом і площиною, дотичною до стика в точці зварювання витримувався у межах 10-15° (рис. 1.14). Переміщення електрода (пальника)під час зварювання повинно бути рівномірно поступовим, без поперечних коливань пальника і дроту. Зварювання стикових швів доцільно виконувати при горизонтальному розташуванні труби, а з’єднань внапустку – при її вертикальному положенні. Зварювання необертаємих стикових з’єднань слід виконувати короткими вертикальними швами на підйом, а зварювання відгалужень з трубами слід виконувати ділянками згідно з рис. 1.15.

Початки і кінці всіх ділянок швів перекриваються на довжині 10-15 мм.

По закінченні зварювання, а також при обривах дуги, її треба гасити плавно, поступово зменшуючи силу зварювального струму або плавно збільшуючи довжину дугового проміжку і швидкість зварювання. Для захисту застигаючого метала шва від повітря аргон подається до пальника протягом 5-10 с. після гасіння дуги.

Рисунок 1.14 – Положення пальника і присадного дроту при зварюванні стикового з’єднання:

1 – присадний дріт, 2 – електрод, 3 – труба

Рисунок 1.15 – Схема зварювання необертаємих стиків труби (а) і послідовність накладання швів при зварюванні відростка з трубою (б): 1, 2, 3, 4 – послідовність і напрямок зварювання