Самостійна робота – 19

Тема: Характеристика зварюваності матеріалів. Особливості зварювання чавуну і алюмінію.

1.Особливості зварювання чавуну і алюмінію.

2. Технологічне обладнання.

1. Для забезпечення зварюваності двох частин матеріалу необхідно зблизити їх настільки, щоб створити можливість для утворення міжатомних зв'язків. Це можливо в тому випадку, коли атоми двох частин матеріалу зближуються на відстань у мікрометрах. Такі умови можна створити трьома шляхами:

стисненням деталей без термічної обробки,

нагріванням матеріалу до розплавлення,

нагріванням до пластичного стану та одночасним стисненням деталей.

Стисненням без нагрівання, можна зварювати в окремих випадках лише пластичні метали: алюміній, мідь, свинець та ін. Це так зване «холодне» зварювання. Другий спосіб застосовується для металів і сплавів, які здатні переходити в пластичний стан при нагріванні до температур, нижчих від температури плавлення (сталь, алюміній та ін.), що дозволяє здійснювати зварювання в пластичному стані шляхом стиснення двох попередньо нагрітих частин металу. При стисненні оксидна плівка на поверхнях дотику руйнується і стає можливим взаємопроникнення (дифузія) кристалічних зерен однієї частини в зерна іншої, що забезпечує їх зварювання. З підвищенням температури нагріву величина зусилля, потрібного для стиснення, зменшується.

Третій спосіб — зварювання плавленням, при якому стиснення деталей не потрібне. Цим способом можна зварювати всі метали і сплави, в тому числі і такі, які при нагріванні не переходять у пластичний стан, а відразу переходять в рідкий стан (чавун, бронза, литті сплави алюмінію та магнію та ін.).

При класифікації процессів зварювання виділяють три основних фізичних ознаки:

форма енергії, яка вводиться в зону зварювання;

наявність тиску;

вид інструмента — носія енергії.

Інші ознаки умовно відносять до технічних та технологічних.

За видом енергії, що вводиться у виріб основні зварювальні процеси поділяють на:

термічні (Т)

термомеханічні (ТМ)

термопресові (ТП)

механічні (М)

пресово-механічні (ПМ).

Форма енергії, що застосовується в джерелі енергії для зварювання (електрична, хімічна та ін.), як класифікаційна ознака не використовується, тому що вона характеризує головним чином не процес, а обладнання для зварювання.

Всі відомі в даний час процеси зварювання відбуваються за рахунок уведення двох видів енергії — термічної та механічної, або їх сполучення.

За агрегатним станом матеріалу в зоні зварювання всі способи поділяються на зварювання плавленням або тиском. При зварюванні плавленням характерна відсутність зовнішніх стискуючих зусиль. При зварюванні тиском обов'язковим є стискання.

Класифікація зварювання металів регламентована за фізичними, технічними і технологічними ознаками. За фізичними ознаками всі способи зварювання об'єднані в три класи:

до іншого — зварювальний електрод.

Головна роль дугового розряду — перетворення електричної енергії в теплоту. При температурі близько 5500° С газ у розряді є сумішшю іонізованих часток. Характер дугового розряду залежить від присадочного металу, основного металу, захисного середовища, параметрів електричного кола та інших факторів.

2. На прикладі найбільш застосованого зварування – електродугового, потрібне неступне обладнання:

Для зварювання деталей з алюмінію і його сплавів застосовується як MIG-так і TIG (AC)-зварювання. Швидкість TIG-зварювання в три рази нижче, ніж швидкість MIG-зварювання, але зварний шов виходить більш якісним, гарантується відсутність пор. Основні рекомендації по зварці і властивості алюмінію Перш, ніж приступити до зварювання алюмінію, зварник повинен знати особливості матеріалу і технологію зварювання, а також перевірити свій зварювальний апарат  Чистий алюміній проводить електричний струм в чотири рази краще, ніж сталь, тому процес його зварювання має свої технологічні особливості. Здатність проводити тепло в алюмінію (близько 2,2 Вт/см K) також значно вище, ніж у сталі (близько 0,6 Вт/см K). Наприклад, у таких часто вживаних алюмінієвих сплавів як AlMg4, 5Mn або AlMg5 теплопровідність становить від 1,2 до 1,3 Вт/см K, що також вище значення теплопровідності сталі. Те, що алюміній краще проводить тепло, робить небажаним збільшення швидкості зварювання - зменшується глибина провару. Для кристалізації зварювальної ванни потрібно менше часу, тому відбувається неповне газовиділення, що може призвести до утворення пір в зварному шві. Щоб уникнути цього, необхідно встановлювати більше значення сили зварювального струму, ніж при зварюванні сталі; попередньо нагріти зварюються деталі, і використовувати інертний захисний газ, бажано гелій. На початку зварювання можливе зменшення міцності зварного шва через відсутність повного провару унаслідок недостатнього прогрівання кромок зварюваних деталей. Виходом з цього положення може бути використання функції 4-тактного зварювального циклу. У першому такті зварювання подається імпульс струму, за значенням і концентрації енергії більше ніж зварювальний, який дозволяє прискорити нагрів кромок зварюваних деталей (див. також Спеціальні рекомендації по MIG-зварці). Матеріали і зварювальний дріт

Спектр алюмінієвих сплавів сьогодні досить широкий. Що стосується алюмінієвого дроту, загальною вимогою є її своєчасне використання. Зберігання при розкритій упаковці має бути зведено до мінімуму, оскільки швидке окислення поверхні веде до погіршення якості дроту. Місце майбутнього зварного шва, повинно бути ретельно очищене від жирових, масляних та інших забруднень. Це має бути зроблено безпосередньо перед зварюванням. За дуже короткий час алюміній покривається шаром оксиду алюмінію (Al₂O₃). Цей оксидний шар руйнується за допомогою катодного розпилення при зварюванні на постійному струмі зворотної полярності або зварюванні на змінному струмі.

Захисні гази для зварювання

Деталі і конструкції з алюмінію та алюмінієвих сплавів повинні зварюватися в середовищі захисних інертних газів. В основному для цього застосовується аргон. Але краще використовувати газову суміш аргону і гелію або один гелій. Більш високий показник теплопровідності гелію визначає відповідно і більш високу температуру зварювальної ванни, що виявляється перевагою при Київ зварювання товстостінних деталей. Застосування суміші захисних газів сприяє більш повному газовиділення - ймовірність утворення пор в зварному шві зменшується.

Зварювальне обладнання

Стандартні MIG/MAG-апарати підходять для зварювання алюмінію вельми умовно. Оптимального результату можна домогтися, використовуючи імпульсно-дугові апарати, які оснащені спеціальною програмою для зварювання алюмінію.

Імпульсно-дугове зварювання

Імпульсно-дугові зварювальні апарати мають у своєму розпорядженні готовими програмами для зварювання різних матеріалів і сплавів. Ручний перемикач на панелі управління дає можливість вибрати будь-яку програму. За допомогою кнопкового управління на регуляторі енергії потрібно вибрати тільки силу струму. Налаштування усіх інших параметрів проводиться автоматично мікропроцесором.

Подача дроту

Алюмінієвий дріт значно м'якше сталевий. У зв'язку з цим рекомендується чотирьохроликовий подаючий пристрій для того, щоб притискне зусилля розподілялося на кожну пару роликів. Ролики для подачі алюмінієвого дроту повинні мати U-образну канавку, щоб захистити поверхню дроту від пошкодження.

Зварювальний пальник

У якості направляючої для подачі дроту в зварювальному пальнику застосовується тефлонова трубка для зменшення тертя дроту. Загальна довжина пальника не повинна перевищувати 3 м, а шланг повинен бути по можливості прямим. При товщині дроту більше 0,8 мм рекомендується застосування Push-Pull-пальника. У цій пальнику встановлений додатковий механізм подачі дроту, що дозволяє збільшити довжину шланга до 10 м.

Положення пальники

При зварюванні деталей з алюмінію пальник встановлюють під кутом 10-20 ° до вертикалі. Відстань між соплом пальника і зварюються деталями повинно бути 10-15 мм. При більшій відстані необхідно збільшувати тиск захисного газу для забезпечення захисту зварювальної ванни.

Витрата захисного газу

Рекомендується наступна витрата:

Діаметр дроту 1,0 мм - 12-14 л/хв Діаметр дроту 1,2 мм - 14-16 л/хв Діаметр дроту 1,6 мм - 18-22 л/хв  

Для установки необхідного витрати газу рекомендується використовувати поплавковий регулятор тиску.

Повинен знати і розуміти:

1.Особливості зварювання чавуну і алюмінію.

2. Технологічне обладнання.

Контрольні питання:

1. Як проводиться технологія зварювання чавону?

2. Як проводиться технологія зварювання алюмінію?

Література:

1. С.К. Полянський, В.М. Коваленко „Експлуатаційні матеріали”: Підручник. - К.: Либідь, 2003 р.

2. Навчальний посібник/ Упор. В.Я. Чабанний. - Кіровоград: Центрально-Українське видавництво, 2007. - 348 с.