Сварка MIG, TIG и сварка трением с перемешиванием для алюминия

Поскольку алюминиевые сплавы находят столь широкое применение, в настоящее время к методам их сварки относятся, в частности, импульсная сварка в среде газа с металлическим электродом, сварка вольфрамовым электродом в среде газа переменным током (TIG) и сварка трением с перемешиванием.

Алюминиевые сплавы, как правило, обладают хорошей обрабатываемостью в горячем и холодном состоянии, а также свариваемостью и могут соединяться с помощью традиционных методов плавления. К распространенным методам относятся сварка в среде защитного газа, аргоновая сварка, плазменная сварка, контактная сварка и электронно-лучевая сварка. Особенно подходят методы, характеризующиеся высокой тепловой мощностью, сконцентрированной энергией и эффективной защитой.

В настоящее время сварка оборудования для железнодорожного транспорта осуществляется преимущественно с помощью автоматизированных процессов с защитой газом. Передовые методы, такие как гибридная сварка «лазер-дуга», по-прежнему находятся на стадии разработки и проходят испытания в ограниченных масштабах.

Сварка методом MIG

Оборудование

Система MIG в основном состоит из источника питания, контроллера, устройства подачи проволоки, сварочного пистолета, кабельного комплекта и заземляющего провода.

Характеристики

Сварка MIG обеспечивает высокую производительность, а сварка MIG с высоким током особенно подходит для сварки толстых листов. После сварки деформация оказывается несколько больше, а качество частично зависит от характеристик оборудования. Основной задачей является контроль пористости сварного шва. Водород может поступать из нескольких источников.

Режим переноса металла

Существует три режима переноса: короткозамыкающий, распылительный и проекционный распылительный. При короткозамыкающем режиме используется короткая дуга с характерным щелкающим звуком и небольшой глубиной провара. Он применяется в основном для угловых или стыковых соединений в стенках толщиной 1–2 мм при низком токе и использовании проволоки диаметром 0,8 или 1,0 мм. При распылительном режиме дуги длина дуги больше, сопровождается свистящим звуком и образует узкое глубокое проварное отверстие в форме пальца; в результате могут возникать неполное сплавление по бокам, пористость и трещины. При проекционном распылении дуга немного длиннее, сопровождается слабым хлопающим звуком. Он образует чашеобразный профиль провара и обеспечивает лучшие механические свойства, чем как неглубокий провар при короткозамкнутом режиме, так и пальцеобразный провар при распылении.

Для сварки алюминия методом MIG обычно рекомендуется использовать режим «проецированного распыления».

Факторы, влияющие на качество

В качестве защитного газа обычно используется аргон; смеси аргона и гелия позволяют повысить эффективность и снизить пористость. Необходимо контролировать скорость подачи проволоки, угол наклона пистолета, скорость перемещения и высоту сопла. Используйте вкладыш типа PTFE или нейлоновый вкладыш вместо металлического пружинного вкладыша и не применяйте зубчатый приводной ролик.

Примечание: 1.L — первый проход; 2.L — второй проход; присадочная проволока соответствует основному металлу; защитный газ — Ar; G — проход с обратной стороны.

Дизайн пазов

Геометрия шва определяется толщиной материала и конструкцией изделия. Углы алюминиевых пазов должны быть больше, чем у стальных, поскольку в них легко образуются дефекты в корне шва; более широкое отверстие улучшает условия в корне шва.

В горизонтальном положении направьте пистолет в направлении движения под углом 5°–20° к вертикали, при этом провод должен быть смещен в ту сторону, где отвод тепла происходит более интенсивно.

Для материала толщиной более 8 мм требуется выполнение нескольких проходов. Первый проход имеет решающее значение, поскольку многие дефекты сварных швов алюминия возникают именно в корневом слое. Выполняйте его быстро, с небольшим размером наплавленного слоя, чтобы наплавленный металл не закрывал корневой слой и не удерживал дефекты.

Сварка методом TIG

Оборудование

Система TIG состоит, в основном, из источника сварового тока, контроллера и горелки.

Характеристики

Метод TIG подходит для обработки тонколистового металла и обеспечивает низкую деформацию, низкую пористость и высокое качество изделий, предъявляющих высокие требования. Используйте метод TIG с переменным током и газовой защитой с обратной стороны. Отрицательная половина цикла удаляет оксидную пленку, а положительная половина цикла снижает перегрев вольфрама. Типичными причинами пористости являются аргон низкой чистоты, загрязнённая проволока или канавки, неэффективное защитное газовая защита, неподходящие параметры, чрезмерный вынос электрода, а также слишком длинная или нестабильная дуга.

Техника работы

Обычная техника сварки для правшей — это сварка «форхэнд»: горелку держат в правой руке, проволоку — в левой, горелку наклоняют на 20° вправо, а проволоку подают к сварочной ванне под углом 15° к заготовке.

Сначала с помощью дуги сформируйте сварочную ванну. Подавайте проволоку в нее снизу под дугой, выполняя повторяющиеся движения вперед-назад. Не продвигайте проволоку слишком далеко под дугу, иначе температура ванны снизится. Вплавьте кончик проволоки в передний край ванны и держите его внутри защитной оболочки.

Сварка трением с перемешиванием

Оборудование

Операция выполняется с помощью вращающегося инструмента, состоящего из профилированного штифта, держателя и цилиндрического буртика.

Принцип и особенности

Вращающийся инструмент передает тепло, возникающее в результате трения, в стык, приводя материал в пластическое термопластичное состояние по мере продвижения инструмента вдоль шва. В начале процесса профилированный штифт быстро вращается и входит в стык. Трение между штифтом и металлом образует термопластичный слой, а контакт с буртиком обеспечивает дополнительное тепло. Пластифицированный металл непрерывно перемещается от передней части инструмента к задней и заполняет полость. Зона сварки подвергается сжатию, нагреву за счет трения, пластической деформации, переносу, диффузии и рекристаллизации.

К преимуществам относятся:

1. Твердофазное соединение.
2. Искажения практически отсутствуют или минимальны.
3. Возможность соединения сложных материалов, таких как высокопрочный алюминий, отливки и композитные материалы.
4. Без защитного газа.
5. Превосходные механические свойства, в частности, усталостная прочность.
6. Отсутствие вредного дыма, инфракрасного излучения и ультрафиолетового излучения.
7. Высокая скорость перемещения.
8. Отсутствие дефектов сварки плавлением, таких как поры и трещины.
9. Как правило, предварительная обработка в зоне стыка перед сваркой не требуется.
10. В шве отсутствуют столбчатые кристаллы; пластическая деформация приводит к утончению кристаллов.

К ограничениям относятся:

1. Усиление сварного шва не допускается; торцы заготовки должны соединяться встык, а угловые швы не допускаются.
2. В настоящее время сварка трехмерных изогнутых поверхностей невозможна.
3. Из-за выступающего инструмента на конце соединения может остаться выходное отверстие.
4. Опорная опора должна выдерживать силу трения.
5. Несоосность и зазор в соединении требуют тщательного контроля.
6. В настоящее время применение в производстве ограничивается легкими металлами.