1. Алюміній і алюмінієві слави

Ці матеріали найбільш розповсюджені серед кольорових матеріалів по об’єму виробництва металоконструкцій. Завдяки високій корозійній стійкості у багатьох кислих середовищах, малій питомій вазі, високій електропровідності і теплопровідності, холодостійкості, легкому деформуванні тиском алюмінієві слави використовують, як у вигляді прокату, так і в деформованому стані, литві в багатьох авіакосмічних конструкціях, в транспортному машинобудуванні, у будівництві і т. і.

По способу одержання алюміній і його сплави поділяють на деформовані і ливарні,термічно незміцнені і термічно зміцнені. Більшість з них використовують для виготовлення зварних конструкцій.

Згідно з ГОСТ 4784-97 до деформованих термічно незміцнених сплавів належать: алюміній технічний марок АДО ( 99,5 Al), АД1( 99,3 % Al), сплави системи Al-Mn марки АМц (Mn 1,0-1,5%, Fe-0,7%, Si-0,6%, решта Al), сплави системи Al-Mg і Al-Mg-Mn – марка АМг3 (Mg 3,2-3,8%, Mn 0,3-0,6%, Zn-0,2%, Fe-0,5%, Si 0,5-0,8%, Ti-0,1%, решта Al), марка АМг6 (Mg 5,8-6,8%, Mn 0,5-0,8%, Zn-0,2%, Fe-0,4%, Si-0,4%, решта Al), сплави системи Al-Cu-Mn марка 1201(Si 0,20%, Fe-0,30%, Cu 5,8-6,8%, Mn 0,20-0,40%, Mg 0,02%, Zn-0,10%, Ti-0,02-0,10%, Zr-0,10-0,25%, решта Al), сплави системи Al- Zn-Mg марка 1915 (Si 0,35%, Fe-0,4%, Cu 0,1%, Mn 0,2-0,7%, Mg 1,0-1,8%, Cu 0,06-0,20%, Zn-4,0-5,0%, Ti-0,01-0,06%, Zr-0,08-0,2%, решта Al) і т.і., деформуємі термічно зміцнені сплави системи Al-Mg-Si марка АД31 (Mg 0,4-0,9%, Mn 0,1%, Zn-0,1%, Fe-0,35%, Si 0,2-0,6%, Ti-0,11%, решта Al), системи Al-Cu-Mg марка Д1 (Mn 0,4-1,0%, Mg 0,4-0,8%, Cu 3,5-4,5%, Fe-0,7%, Si 0,2-0,8%, Cr-0,1%, Zn-0,25%, Ti-0,15%, решта Al) і т.і.

В останні роки все більше розповсюдження знаходять сплави алюмінію, леговані літієм: Al-Mg-Li, Al-Cu-Li, Al-Cu-Mg-Li. Порівняно з іншими алюмінієвими сплавами вони мають найменшу питому вагу (γ=2,47 г/см³), завдяки чому можна знизити загальну вагу металоконструкції майже на 20%. З них виготовляють напівфабрикати – листи, штамповані заготовки, пресовані профілі різноманітних форм і розмірів, це сплави серії 1400, з яких найбільш вивчений, наприклад, 1420 (Li 1,8-2,1%, Mg 4,9-5,5%, Zr 0,12%, решта Al).

У свою чергу ливарні сплави згідно з ГОСТ 1583-93 також поділяються на декілька груп за системами легування: система Al-Si марки АК12, (АЛ2) (Si 10-13%, решта Al), система Al-Si-Cu марка АК5М, (АЛ5) (Mg 0,35-0,6%, Si 4,5-5,5%,Cu 1,0-1,5%, решта Al) і т.і.

З цих сплавів відливають різні фасонні вироби, і часто виникає необхідність заварювання дефектів литва.

Основні труднощі при зварюванні алюмінієвих сплавів пов’язані з необхідністю руйнування оксидної плівки Al₂O₃, яка не розчинюється у рідкому алюмінію, має високу температуру плавлення (~2050⁰С порівняно з температурою плавлення алюмінію ~660⁰С), засмічує зварювальну ванну і сприяє пористості, слугуючи поверхнею розділу і полегшуючи зародження пор.

Оксидні плівки можуть бути причиною мікротечій, повз них виникають газопровідні канали, які під дією малоциклового розтягнення перетворюються у наскрізні, створюючи концентратори напружень.

Оксидні плівки можуть утворювати і мікровключення внаслідок порушення вимог до підготовки поверхонь зварюваних деталей, точності їх збирання, технології і техніки зварювання. Якщо катодне руйнування плівок недостатньо ефективне, вони розташовані поблизу до поверхні шва у формі окремих включень темного кольору. При надмірному окисленні в процесі зварювання вони розташовані в корневій частині шва, мають велику протягненість і світлу блискучу поверхню. В сплавах серії 1400 плівки утворюються у вигляді нитеподібних включень внаслідок недостатнього катодного очищення поверхні присадного дроту. Товщина і структура оксидних плівок визначається хімічним складом сплава і може відрізнятися у 4-24 рази.

Боротьба з нею ведеться, як мірами підготовки поверхні до зварювання, так і під час зварювання за рахунок ведення процесу на постійному струмі зворотної полярності, на змінному струмі і шляхом обробки ванни спеціальними шлаками з фтористих і хлористих солей лужноземельних металів.

На першому етапі плівку старих оксидів вилучають спочатку механічним шляхом: місце шва (розчищення) і біляшовна зона зачищаються на відстані 30-50мм по обидва боки від зварюваних кромок щітками з нержавіючої проволоки діаметром не більше 0,15мм, періодично промиваючи їх в ацетоні, уайт-спіриті. Цей спосіб може бути достатнім при виготовленні порівняно невідповідальних великогабаритних листових конструкцій. Для відповідальних конструкцій необхідна підготовка включає подальшу хімічну обробку основного і присадного металу, що забезпечує знищення старої і утворення нової плівки оксидів невеликої рівномірної товщини. Особливо ретельно необхідно оброблювати присадний дріт, з яким у зварювальну ванну надходить майже у 10 разів більше оксидів і інших забруднень. Для зменшення їх кількості треба використовувати дріт максимально великого діаметра, а сам дріт піддавати електролітичному поліруванню. Існує багато складів для зняття окисної плівки як лужних, так і кислотних.

Технологія травлення у лужних розчинах така.

1. Травлення в 10% розчині NaOH або KOH при температурі 50-70⁰С на протязі 1-5хв.

2. Промивання в гарячій воді.

3. Освітлення в 10% розчині азотної кислоти для нейтралізації залишків лугу і вилучення з поверхні продуктів реакції алюмінію з лугом; температура освітлення – кімнатна, час витримки до 1хв.

4. Промивання в гарячій воді з протиранням волосяними щітками.

5. Просушка при температурі 40-70⁰С до повного вилучення вологи.

Можна вжити і інші склади (в % по масі), наприклад: їдкий натр – 1, фосфорнокислий натрій – 5, вода – 94 при температурі травлення 70⁰С протягом 2-5 хв.

Технологія травлення в кислотних розчинах використовується для обробки сплавів алюмінію – силумінів, дуралюміна та інш., при травленні яких лугами утворюється чорний наліт. Травлення здійснюється різними складами (% по масі), наприклад: ортофосфорна кислота - 25, двохромовокислий калій – 0,5, вода 74,5. Температура травлення 30-45⁰С тривалістю 10-15хв. Після травлення промивання в холодній проточній воді і протирання м’якими щітками; сушка в струмені підігрітого повітря.

Зварювання підготовлених таким чином деталей повинно бути виконано впродовж 16 годин. Зварювальний дріт після хімічної обробки можна зберігати на відкритому повітрі не більше 12 год, а в герметичній тарі не більше 36 год. Невикористаний дріт дозволяється без попереднього обезжирення піддавати хімічній обробці не більше двох разів.

Травлення слід проводити у ваннах з нержавіючої сталі, стабілізованою молібденом. Необхідно суворо слідкувати за чистотою рук і робочих рукавиць.

Значно підвищити продуктивність операції підготовки кромок до зварювання можна шляхом спеціальної магнітно-абразивної зачистки, суть якої полягає в дії на оброблювану поверхню порошкової феромагнітної абразивної маси, яка ущільнюється енергією магнітного поля і є в’язю ріжучих зерен. Феромагнітні абразивні порошки різних складів (Fe 60%, TiC 40%; сірий чавун, феромагнітний корунд, тощо) мають зернистість 315-100 мкм, для збільшення ефективності дії змішуються із мастильно-охолоджувальними рідинами – водними розчинами поверхнево-активних речовин (1% триетаноламіна, 1% олеїнової кислоти і 1% глицерина - решта вода).

Ця суміш утримується силами магнітного поля між обертаючимися чашоподібними полюсними наконечниками і при поступовому русі кромок пластини забезпечує зачищення одночасно з торця і по двом боковим поверхням.

Режим обробки: робочий зазор – 1,5 мм, магнітна індукція В=0,5 Тл, частота обертання полюсних наконечників 172 м/хвил., поздовжня подача листів – 165 мм/хвил., число проходів – 2, ширина обробленої зони – 10 мм. Якісно оброблена поверхня має світлий колір з матовим відтінком. У разі тривалих циклів виконання збирально-зварювальних робіт оптимальними способами підготовки сплавів алюмінію до зварювання вважається проведення термовакуумної обробки (нагрівання і витримка у вакуумі)

для сплавів серії 1400 (470±10°С - 2-3 год)

для сплавів серії 1150, АМг6 (450±10°С – 1,5-2 год)

для сплава 1201 (400±10°С – 1-1,5 год)

Така обробка сприяє термічній дисоціації водневовміщуючих фаз, вилученню газів з мікронесуцільностей та з твердого розчину.

Подальше високошвидкісне фрезерування і нанесення на їх кромки спеціального неметалевого покриття типу ХВ-139 дозволяє зберегти їх властивості протягом 30 діб.

На другому етапі боротьба з окисною плівкою проводиться у зварювальній ванні: вона руйнується за рахунок дії зварювальної дуги (катодне розпилення) або за рахунок хімічної реакції між плівкою і компонентами флюсів чи покриттів, містячих хлористі і фтористі солі лужноземельних металів. Останні вступають у взаємодію з плівкою, розрихляють її, розріднюють і переводять у легкоплавкий шлак.

Для руйнування плівки необхідно створити відповідні гідродинамічні умови руху рідкого металу у зварювальній ванні. Так накладання на дугу короткочасних потужних імпульсів сприяє не тільки механічному руйнуванню і подрібненню оксидних плівок внаслідок інтенсифікації конвективних потоків, але і полегшує спливанню пухирів і вилучення пор.

Використання асиметричного різнополярного струму дозволяє найбільш ефективно здійснювати очищення і перемішування рідкого металу зварювальної ванни порівняно з пульсуючим режимом, обумовленим зміною амплітуди струму в періоди обох полярностей або збільшенням струму тільки в період прямої полярності. Так у загальному циклі 20 мс для якісного катодного очищення достатньо мати 3-5 мс тривалості зворотної полярності. При цьому знижується теплове навантаження на вольфрамовий електрод, який краще працює на прямій полярності. З іншого боку дуже ретельне очищення ванни від оксидної плівки веде до погіршення повторного запалювання дуги (оксидна плівка покращує емісію електронів) шляхом пропусків на півхвиль струму зворотної полярності, трапляється «задихання» дуги. Це є ознакою повного очищення зварювальної ванни від оксидної плівки.

Доцільним може бути спосіб руйнування оксидної плівки на зварювальному дроті шляхом його підігріву на 150-200°С безпосередньо у процесі зварювання на довжині до 100 мм. Цим самим попереджається захолоджування дільниці зварювальної ванни в місці подачі присадки, підвищення і вирівнювання температури по всій поверхні зварювальної ванни, що робить більш дійовим катодне руйнування плівки.

Використання флюсів-суспензій дозволяє виключити утворень оксидних включень в корені шва, зменшити пористість і вміст газів в металі шва та забезпечити мінімальне провисання шва при зварюванні труб на вазі. Замість шабрення спиртові суспензії, з флюсів МАТИ-6, ФА1-Т, ТФА-5 наносять в корень шва і на бокові поверхні зварюваних пластин. Завдяки введення у склад флюсів модифікаторів фторбората калія і фторцирконата калія забезпечується повне вилучення оксидних плівок, підвищується поверхневе натягнення розплавленого металу в корені шва. Флюси допомагають відділенню оксидних плівок від підложки і виведенні їх в шлак. При цьому забезпечується і дегазація зварювальні ванни внаслідок інтенсифікації процесу виділення і коагуляції пухирів; здійснюється її рафінування.

Пористість зварних швів пов’язують із скачкоподібним зменшенням розчинення, насамперед, водню та інших газів при переході метала з рідинного стану до твердого. Причини пористості мають металургійний і технологічний характер.

Дефекти у вигляді пор, мікропухкостей і тріщин виникають внаслідок поганої металургійної спадкоємщини, коли поверхневий шар є насиченим не тільки воднем, але і окисом вуглецю, двоокисом вуглецю і цілою низкою вуглеводневих сполук (гідридів, гідрокарбонатів, гідратованих оксидів і т. і.), що має місце при виплавлені сплавів в газополуневих печах.

При збільшенні часу існування зварювальної ванни, інтенсифікації зростання пухирів і руху потоків метала можна покращити умови дегазації і уникнути утворення пористості.

Алюмінієві сплави серії 1400 особливо схильні до пористості в зоні сплавлення з основним металом внаслідок виділення вуглеводневих і літієвих сполук, як з поверхні, так і з основного метала попереду фронту плавлення, яке продовжується у зварювальній ванні. Умови виділення пухирів стиснені в зоні сплавлення і біля кореня шва, час спливання пухирів більше часу існування розплаву у рідкому стані, в результаті утворюються ланцюжки пор. Товщина газонасичених шарів складає від 0,03 до 0,1 мм, їх треба вилучати методами, наведеними вище, а сплави серії 1400 потребують вилучення поверхневого шару на глибину до 0,2 мм. Вміст водню в основному металі не повинен перевищувати 0,7 см³/100г.

Для боротьби з підповерхневими порами ефективна термовакуумна обробка заготівок перед зварюванням, тоді товщина вилученого шару може бути знижена тільки до 0,05 мм. При збиранні деталей товщиною 1-3 мм стиковий зазор має бути у межах 0-0,05 мм, а для товщини 4-6 мм його величина має бути не більшою за 0,7 мм. Прихватки треба виконувати з повним проплавленням і зменшувати їх кількість.

З урахуванням перелічених труднощів треба додержуватися і вимог щодо умов зберігання деталей і дроту оброблених до зварювання. Так після шабрення термін зберігання становить 5 г, після вилучення газонасиченого шару на глибину 0,2мм – 3 місяці, після термовакуумної обробки – 12 місяців. Присадний дріт може зберігатись: після хімічного полірування – 16 г (у відкритій касеті), 38 г – у поліетиленовому чохлі, 120 г – в герметичній тарі в інертних газах.

Для зварних конструкцій треба використовувати сплави вакуумно-індукційної плавки з вакуумним міксером і розливкою у середовищі інертних газів.

Для гарантованого одержання якісних швів з мінімальною пористістю при зварюванні на відливках, пористість останніх повинна бути не більша за 2 бали по ОСТ 1. 90029. – 71. При виготовленні литоштампозварних конструкцій бал пористості на відливках має бути не вище 1.

Треба мати на увазі, що на пористість також впливають вміст газів у зварювальному дроті, хімічний склад у зварювальному дроті, хімічний склад наплавленого метала, кількість вологи, яка попадає до зварювальної ванни, рід захисного газу, температура попереднього і супутнього підігрівання, параметри режиму зварювання.

Так, при зварюванні у захисних газах сплавів АДО, АМг5, АМг6 з використанням зварювальних дротів СвА5, СвАМг6 безпористі шви легше отримати при використанні газових сумішей: для сплава АДО 25-30% Ar+75-70% He, а для сплава АМг6 – 55-45% Ar +45-55% He.

Критерієм визначення схильності до пороутворення є також і витрата захисного газу і його мінімальний тиск при якому пористість відсутня.

Для полегшення виходу газових пухирів використовують попередній і супутній підігрів: для сплава АДО-180-200°С, для сплава АМг6 – не більше 100°С.

Швидкість охолодження залежить від вмісту магнію в сплаві: так для чистого алюмінія вона повинна бути меншою за 50°С/с, а для сплава АМг6 навпаки більшою за 50°С/с, тому що при великому часі існування зварювальної ванни зростає об’єм β- фази, що приводить до утворення пухкостей і несуцільностей.

Як і в разі боротьби з оксидною плівкою, краще використовувати пульсуючу дугу асиметрично різнополярного струму прямокутної форми, тоді також створюються умови для інтенсивного переміщування зварювальної ванни і своєчасного зародження, зростання і вилучення пухирів.

Наявність внутрішніх дефектів в зварних швах, наприклад, сплавів серії 1400 розміром 1-2% від площі робочого перерізу знижує показники міцності: оксидні плени на 10-15%, пори на 3-10%, тому у зварних швах допускаються дефекти у вигляді пор – не більше 5%, а у вигляді оксидних плен – не більше 3 %.

При зниженні температури у приміщенні збільшується відносна вологість повітря, утворюється конденсат на поверхні метала, тому збирально-зварювальні роботи можна виконувати тільки при температурі не нижче 10⁰С при відсутності протягів і потоків повітря, погіршуючих захист плавильного простору. Суттєво знизити схильність до пороутворення можна при зменшенні погонної енергії, особливо за рахунок підвищення тривалості зварювання і електромагнітного перемішування рідкої зварювальної ванни.

При зварювання алюмінію і його сплавів можливо утворення гарячих і холодних тріщин. Перші можуть виникати внаслідок конструкційних (технологічних) і металургійних факторів. Останнє пов’язується із сумісним впливом вмісту заліза і кремнію, утворенням евтектик в високолегованих сплавах, при зварюванні різнойменних алюмінієвих сплавів і т. і.

Гарячі тріщини виникають при температурі нижче солідусної у верхній частині ефективного інтервалу кристалізації внаслідок дії нормальних напружень. Зароджуються тріщини в чистому алюмінії по границям вторинних кришталів, а в його сплавах в зонах зростання первинних кришталітів і границям дендритів за рахунок локалізації деформації у вузьких приграничних зонах.

В них накопичуються легуючи елементи і шкідливі примішки, протікають структурні перетворення, виникають міжзеренні розшарування, що обумовлює високий ступінь обмеженості пластичної деформації.

Гарячі тріщини можуть виникати не тільки посередині зварного шва і в зоні сплавлення з основним металом, але і безпосередньо в біляшовній зоні останнього, підверженій термічному впливу. Вони утворюються у вигляді мікропухкостей в місцях оплавлень пограничних виділень і окремих грубих включень інтерметалідів при подальшій кристалізації розплава в замкнених об’ємах.

Останнє характерно для сплавів серії 1400.

Для попередження утворення гарячих тріщин при зварюванні низьколегованих сплавів, наприклад, марки АМг2 використовують дріт з підвищеним вмістом магнію типа СвАМг5. Із збільшенням вмісту магнія у зварювальному дроті зменшується неоднорідність його розподілу і схильність до утворення тріщин. З’єднання з легованих алюмінієвих сплавів типу АМг6 малосхильні до утворення гарячих тріщин, але у низькотехнологічних конструкціях з великою кількістю пересікаючихся зварних швів можлива їх поява.

В такому разі слід вжити дріт марки АМг63 з низьким до 0,1-0,15% сумарним вмістом кремнію і заліза і співвідношення (більше одиниці) заліза до кремнію.

Взагалі схильність до гарячих тріщин знижується при збільшенні вмісту магнію у присадному дроті.

Так кількість примішок заліза, кремнія і міді, як і співвідношення Fe/Si треба всіляко знижувати, а в сплавах серії 1400 зменшувати вміст магнія і літія, які в полуфабрикатах утворюють евтектики і лікваційну неоднорідність з дільницями, збагаченими Mg і Li.

Ефективним способом боротьби з гарячими тріщинами і підвищенням пластичних властивостей зварного шва є введення у зварювальну ванну елементів модифікаторів – цирконія, титана, а також сумісно Тi+Bе і Ti+Zr і, особливо, скандія. Вони обмежують або виключають низькотемпературний етап кристалізації зварного шва, знижують кількість грубих інтерметаллідних фаз, зменшують протягненість міжкришталевих тріщин, подрібнюють структуру.

Дуже корисним може бути і використання спеціальних флюсових композицій, у поєднанні з дією зовнішнього магнітного поля. Флюсові композиції складаються з суміши очищаючого флюсу, наприклад ТФА-5, і модифікуючих компонентів – фторбората калія і фторцирконата калія при їх співвідношенні з 2:1 до 5:1. Композицію наносять у вигляді пасти на лицьовій і тильний бік зварюваних пластин. Зовнішнє магнітне поле утворюється за допомогою електромагнітної котушки з величиною індукції до 20мТл. Завдяки сумісній дії модифікаторів і зовнішнього магнітного поля забезпечується утворення рівноосностовпчастої структури.

Аналогічний ефект може бути досягнений здійсненням коливань зварювальної ванни при зварюванні неплавким електродом з подачею у плавильний простір присадного дроту, який є струмоведучим і може живитися постійним або змінним струмом. В результаті взаємодій магнітних полів, утворюваних цими складовими, дуга відхиляється від вертикального положення, що викликає коливання розплавленого метала і сприяє формуванню більш однорідної дрібно - кришталевої структури, що, в свою чергу, припиняє розповсюдження тріщин.

При виготовленні поковок із сплавів серії 1400 необхідно використовувати схему поперечно-поздовжнього кування, що підвищує структурну однорідність і покращує зварюваність, на заміну варіанта подвійної зміни осадки і протяжки.

Для покращення зварюваності алюміній-літієвих сплавів розроблений спеціальний сплав 1423 (Li 1,8-2,2%, Mg 3,2-4,2%, Zr 0,06-0,10%, Sc 0,10-0,20%,Al -решта) а також зварювальний дріт Св – 01597, що містить до 0,5% Sc.

Домішки 0,2-0,4 % Sc в алюмінієвий сплав В96 дозволяють забезпечити пластичні властивості зони термічного впливу завдяки утворенню дрібних інтерметалідних виділень зміцнюючих часток, гальмуючих окрихлення евтектичного прошарку в умовах відпалу при Т=360ºС і коагуляцію неметалевих включень.

Це дозволяє майже втричі зменшити схильність до гарячого тріщиноутворення , а сумісне легування скандієм основного метала і присадного дроту підвищує міцність метала шва на 20%.

Для зварювання сплавів 1440, 1450, 1460 рекомендується застосовувати дріт марки Св 1217, а для сплавів 1430, 1470 – дріт марки Св 1177.

Таким чином шляхом покращення структурного стану границь кришталітів і зерен можна уникнути утворення крихких дільниць і реально керувати міцністю і в’язкістю зварних з’єднань із сплавів серії 1400. Крім того рекомендується використання для захисту плавильного простору Ar-He сумішей, флюсів для захисту проплаву і зони сплавлення, спеціальних сопл і піддувів, виконувати автоматичне зварювання асиметричним різнополярним струмом.

Сплав 1224 – це покращена модифікація сплава 1420 за рахунок додаткового легування цинком та скандієм при одночасному зменшенні змісту літія і магнія має кращу зварюваність; його зварюють дротами систем Al-Mg-Sc (Св1597) і Al-Mg-Sc-РЗМ (Св 1598).

Міцність зварного шва сягає 0,75-0,98 цього показника для основного метала при високому рівні пластичності. Додаткова термічна обробка (гартування + штучне старіння) підвищує міцність до рівня 0,95 основного метала.

Підварювання зварних швів на виробах із сплава 1420 веде до структурних перетворень в зоні сплавлення. Під впливом вторинних нагрівів по границям зерен утворюється сітка з крихких фаз. Частка наплавленого метала в підварювальному шві не повинна перевищувати 20%. Сплави серії 1400 краще зварювати автоматичними способами, а невідповідальні вузли і підварювальні роботи – вручну вольфрамовим електродом в аргоні. При зварюванні елементів складної просторової конфігурації краще використовувати автоматичний процес зі скануючою дугою. Якість зварного шва завжди буде кращою при зварюванні з накладанням імпульсів і асиметричним струмом; при плазмовому зварюванні значно зменшується тепловкладення.

Для зниження схильності до тріщиноутворення термічнооброблювані сплави треба зварювати у відпаленому стані, а повну термічну обробку здійснювати після зварювання.

Тим не менше не зважаючи на всі перелічені методи підвищення якості зварних з’єднань сплави АМг6, 1201, 1420 мають більш низький рівень опору руйнування порівняно с основним металом в початковому стані: слабким місцем є зона термічного впливу.

Вторинні алюмінієві сплави, сумарний вміст в яких заліза і кремнія не перевищує 2,7% при відношенні Fe/Si < 2 мають задовільну зварюваність. Інколи виникає необхідність у виготовленні конструкцій із різнойменних, у тому числі і литодеформованих сплавів.

Кращим комплексом властивостей і найменшою схильністю до утворення гарячих тріщин мають такі комбінації сплавів: ВАЛ16+АМг6, ВАЛ16+1420, ВАЛ8+АМг6, ВАЛ14+АМг6, АЛ2+АМг6, АЛ2+АМг3, 1420+АМг6, ВАЛ16+01570, ВАЛ19+АМг6, ВАЛ19+1420, ВАЛ19+01570.

Міцність таких з’єднань становить 80% від міцності метала литва, висока якість якого досягається при відливці у металеві форми.

При зварюванні сплавів з різною системою легування, наприклад, ВАЛ16+1420 слабким місцем з’єднання є високотемпературна область зони термічного впливу з боку відливки, в ній порушується герметичність внаслідок виділення спадкоємних газів через несуцільністі. Причиною є протікання динамічних процесів течії газів і рідкої фази із зони термічного впливу в метал шва. Для запобігання цього явища треба використовувати сопла з більшим діаметром на зрізі, що зменшує вірогідність окислення поверхневих шарів зони термічного впливу. В захисний газ аргон треба додавати 1-5 % примішок сіркового газа або 0,5-3% гексафторида сірки. Ці примішки забезпечують утворення захисного шару оксидів, перешкоджаючих виниканню підповерхневих сітчатих газоусадочних пухкостей, через які і здійснюється витіснення газів і рідкого метала у зварювальну ванну.

З метою уникнення утворення гарячих тріщин необхідно керувати складом зварного шва і змінювати його у благоприємний бік, користуючись відомими з практики рекомендаціями.

Вибір тієї чи іншої марки дроту залежить від наявності додаткових вимог (пластичність з’єднань, корозійна стійкість, міцність,тощо) (табл. 1.2).

Таблиця 1.2. Марки дротів для зварювання різнойменних алюмінієвих сплавів

Зварювані сплави

1201

1915

АД33

АД31

АВ

АМг6

АМг5

АМг3

АМцС

АДО

ВАЛ-16

1420

ВАЛ-8

1207

А99

СвАК5

СвАК5

СвАК5

СвАК5

СвАК5

СвАМг6 СвАК5

СвАМг5

СвАМг5

СвАМц

СвА5

АДО

СвАК5

СвАК5

СвАК5

СвАК5

СвАК5

СвАМг6

СвАМг5

СвАМг5

СвАМц

АМцС

Св1201

СвАМг5

СвАК5

СвАК5

СвАК5

СвАМг6

СвАМг5

СвАМг5

АМг3

СвАК5

СвАМг5

СвАМг5

СвАМг5

СвАМг5

СвАМг6

СвАМг5

АМг5

СвАК5

СвАМг5

СвАМг6

СвАМг6

СвАМг6

СвАМг6

АМг6

СвАК5

СвАМг6

СвАМг6

СвАМг6

СвАМг6

Св АМГ63

АВ

СвАК5

СвАМг6

СвАК5

СвАК5

АД31

СвАК5

СвАМг6

1915

СвАК5

Св1557

ВАЛ-16

АМг63

1420

Св АМг6

Св01597 СвАМг63

СвАМг6

1201

Св1207

ВАЛ-8

Св1201

СвАМг6

ВАЛ-14

СвАМг6

АЛ-2

СвАМг6 СвАК5

СвАМг3 СвАК5

1460

Св1207

Холодні тріщини можуть виникати при температурах менших за 200⁰С. Вони утворюються при зварюванні деформуємих і ливарних термічно зміцнюваних сплавів із складними системами легування. Ці тріщини мають транскришталітну направленість і виникають у сплавів з малим запасом пластичності, коли вплив усадочних і зварювальних напружень стає значним в процесі охолодження зварних швів. Тому бажано ці напруження виносити в зону, яка не підвержена високим навантаженням, покращувати якість збирання (мінімальні зазори, по можливості, без прихваток, натяг в зоні стика забезпечить стискаючі напруження). Корисним буде попередній чи проміжковий відпал; при виконанні двох близьких конструкційних швів рекомендується спочатку виконати внутрішній шов з повним охолодженням, а потім зовнішній.

При ремонті крупних відливок слід використовувати тільки загальний попередній або супутній підігрів, який забезпечує зниження рівня і градієнта напружень.

Деякі сплави системи Al-Zn-Mg схильні до довільного затриманого руйнування через певний проміжок часу (години, дні, місяці) незалежно від наявності агресивного середовища, причому падіння пластичності є поступовим.

Зварні вироби із сплава 1420 здатні змінювати свої розміри впродовж часу внаслідок розпаду перенасиченого розчину водню в цирконії в результаті термічного циклу, питома вага якого більше питомої ваги самого сплава. Виникаючи при цьому напруження знижують міцність конструкції.

Міри боротьби подібні тим, які ведуться з явищем руйнування корозією під напруженням зварних з’єднань.

Бажано, щоб структура зварного шва була дрібнозерниста, а структура ЗТВ не сильно відрізнялась порівняно з основним металом , і при цьому досягалась менша ступінь структурної і хімічної неоднорідності дільниці сплавлення.

Внаслідок високої теплопровідності і коефіцієнта лінійного розширення при зварюванні слід використовувати висококонцентровані джерела нагрівання і спеціальні заходи щодо зменшення деформацій зварюваних конструкцій.

Збирання конструкцій по можливості треба виконувати без прихваток в жорстких кондукторах, центраторах і подібних пристроях.

Недостатня теплова потужність стає очевидною при зварюванні метала товщиною більшою за 8-10мм, особливо при великогабаритній конструкції, посилюючій тепловідвід. Тому потребується попередній підігрів до 250-300⁰С .

При зварюванні тонкостінних невеликих виробів важко контролювати визначення границь холодного і нагрітого метала, тому збільшується можливість пропалів і провалів внаслідок різкої втрати міцності при нагріві вище 400⁰С зварюваного метала (при зварюванні «на вазі»). В цьому випадку треба збільшити швидкість зварювання і подачі присадного метала або зменшити зварювальний струм. При ручному зварюванні проблема вирішується шляхом підвищення кваліфікації зварника, при механізованій – точним настроюванням параметрів режима, зварюванням по відбортовці, використанням формуючих зворотний бік шва пристроїв, тощо.

Від геометрії зварного шва особливо форми на початку і в кінці шва залежить багато властивостей зварного з’єднання. Так, при малоцикловому навантаженні з’єднання потрібно використовувати шви з підсиленням і знятим проплавом, при роботі з’єднання в умовах втоми шви повинні бути без підсилення і проплава з оптимальним оформленням початку і кінця шва.

З другого боку вилучення механічною обробкою підсилення шва з двох боків інколи приводить до збільшення корозійного руйнування метала шва і зони сплавлення.

Для збільшення опору малоцикловій втомі стикових з’єднань рекомендується збільшувати коефіцієнт форми підсилення шва шляхом підвищення швидкості зварювання при мінімальному об’ємі наплавленого метала.

З метою підвищення втомної міцності корисним може вважатися високочастотне кування зварних швів в зонах переходу на основний метал, яке треба виконувати з меншою інтенсивністю наклепа порівняно с цією процедурою для сталі. Рекомендується при знакозмінному навантаженні конструкції використовувати бійки діаметром 5 мм, а при однозначних напруженнях бійки діаметром 2 мм.

Газове зварювання виконується при неможливості застосування електродугових способів.

В залежності від марки алюмінієвих сплавів використовують присадні матеріали відповідних складів (табл. 1.3).

Для зварювання деяких сплавів використовують зварювальні дроти, які не увійшли до ГОСТ 7871-75, наприклад: сплав 1151 зварюється дротом Св 1177; сплав 01570 зварюється дротами Св 01597, Св 01570; сплави 1460, 01460-1 зварюються дротами Св 1207.

Метал, який наплавлений деякими дротами згідно з ГОСТ 7871-75 модифікований берилієм і цирконієм; в закордонних дротах з тією ж метою використовують хром, але в усіх випадках кількість домішок заліза і кремнія не перевищує 0,6% і 0,4% відповідно при співвідношенні першого до другого елемента ≥ 1.

Як флюси, використовують різні склади з фтористих і хлористих солей лужноземельних металів у вигляді порошку або паст (суміш флюсу з водою) (табл. 1.4).

Таблиця 1.4 – Флюси для газового зварювання алюмінієвих сплавів

№ флюса	Склад, % (по масі)
	KCl	NaCl	LiCl	KF	Na2SO4	Na3AlF6	CaCl2	NaF
1	45	30	15	7	3	-	-	-
2	45	30	15	10	-	-	-	-
3	50	15	-	-	-	35	-	-
4	50	30	-	-	-	20	-	-
5	45	20	-	-	-	-	20	15
6	50	28	14	-	-	-	-	8

Найбільш розповсюджений є флюс №6, відомий під маркою АФ-4^а.

В залежності від зварюваної товщини металу підготовлюються кромки деталей, а при їх збиранні треба витримати величини зазору, відстані між прихватками та їх розмірами (табл. 1.5).

Таблиця 1.5 – Параметри підготовки кромок і збирання деталей з алюмінія і його сплавів

Вид з’єднання	Товщина деталей, мм	Притуплення, мм	Зазор, мм	Кут скосу кромок, α°	Прихватки, мм
					відстань	висота	довжина
Стикове	1,5-3,0	-	1-2	-	20-50	1,5-2,5	4-6
	3,0-5,0 і більше	1,5-2,0	1,5-5,0	60-70	80-300	4-20	8-60
Кутове	до 1,5	-	0,3-0,5	-	20-30	1,5	2-4
	3,0-1,5 і більше	1,0-1,5	1,0-2,0	50-60	80-250	4-20	8-60
Таврове	до 1,5	-	0,3-0,5	-	20-30	1,5	2-4
	3,0-1,5 і більше	1,0-2,0	1,0-2,0	40-60	80-250	4-20	8-60

Таблиця 1.3 – Дроти для зварювання алюмінія та алюмінієвих сплавів

Марка сплава	Хімічний склад, % мас							Тип чи система зварюваного матеріала
	Основний компонент
	Алюміній	Магній	Марганець	Залізо	Кремній	Титан	Хром
згідно з ГОСТ 7871-75 1
СвА97	Не менше 99,97	-	-	-	-	-	-		АД0, АД1
СвА85Т	Решта	-	-	-	-	0,2-0,5	-		АД1, АМц
СвА5	Не менше 99,5	-	-	0,2-0,35	0,10-0,25	-	-		АД1, АМц
СвАМц	Решта	-	1,0-1,5	0,3-0,5	0,2-0,4	-	-		АМц, АМцМ
СвАМг3	Те ж	3,2-3,8	0,3-0,6	-	0,5-0,8	-	-		АМг3, АМг2М
СвАМг4	”	4,0-4,8	0,5-0,8	-	-	0,05-0,15	0,05-0,25		АМг4
СвАМг5	”	4,8-5,8	0,5-0,8	-	-	0,1-0,2	-		АМг5
Св1557	”	4,5-5,5	0,2-0,6	-	-	-	0,07-0,15		АМг6, 1915, 01320, 1920
СвАМг6	”	5,8-6,8	0,5-0,8	-	-	0,1-0,2	-		АМг6, 1915, 1920, АМг3, АМг5
СвАМг63	”	5,8-6,8	0,5-0,8	-	-	-	-		1420, АМг6М, АМг6, АМг4М, ВАЛ-16 01430, 01570, 1915, 1920, 1421, 1423
СвАМг61	”	5,5-6,5	0,8-1,1	-	-	-	-		В1341
СвАК5	”	-	-	-	4,5-6,0	0,1-0,2	-		АД31, АД33, АД35, АК5М7, АЛ3, АЛ5, АЛ9
СвАК10	”	-	-	-	7,0-10,0	-	-
Св1201	”	Мідь 6,0-6,8	0,2-0,4	-	Ванадій 0,05-0,15	0,1-0,2	-		АД0, АД1, 1201, 1460, 01460-1, АК5М7, АЛ7, АЛ19, АЛ33
згідно з DIN 1732, Швейцарія 2
ALUFIL Al99,5Ti	”	-	-	-	-	0,1-0,2	-		АД0, АД1
ALUFIL AlSi5	”	-	-	-	4,5-5,5	-	-		Al-Si5-Mg, Al-Mg-Si0,5
ALUFIL AlMg3	”	2,6-3,6	0,1-0,6	-	-	-	0-0,30		Al-Mg, Al-Mg-Mn

Продовження таблиці 1.3

ALUFIL AlMg5	”	4,5-5,6	0,1-0,5	-	-	-	0-0,30	Al-Mg5, Al-Mg3
ALUFIL AlMg4,5Mn	”	4,3-5,2	0,6-1,0	-	-	-	0,05-0,25	Al-Mg3-Si, Al-Mg10, Al-Mg5-Si
згідно стандарта фірми ESAB, Швеція 3
OK Autrod 1070	”	-	0,03	-	-	-	-	АД1, АМц; аналог дротів СвА97, СвА85, СвАМц
OK Autrod 4043	”	-	0,05	-	5,0	0,15	-	АД31, АД33, АД35; аналог дроту АК5
OK Autrod 1450	”	-	0,05	-	-	-	-	АД0; аналог дроту Св1201
OK Autrod 5356	”	5,0	0,15	-	-	0,11	0,13	АМг3, АМг4, АМг5, АМг6; аналог дроту АМг3
OK Autrod 5183	”	4,8	0,80	-	-	-	-	Al-Mg, A-Mn; аналог дроту СвАМг5
OK Autrod 5556	”	5,3	-	-	-	0,13	0,13	Al-Mg для таврових з’єднань
OK Tigrod 1070	”	-	-	-	-	0,03	-	АД1, АМц; аналог дротів СвА97, СвА85, СвАМц
OK Tigrod 4043	”	-	0,05	0,60	5,0	0,15	0,50	Al-Si, Al-Si-Mg, АД31, АД33, АД35; аналог дроту СвАК5
OK Tigrod 1450	”	-	-	-	-	0,15	-	АД0, АД1; аналог дроту Св1201
OK Tigrod 5356	”	5,0	0,15	-	-	0,11	0,13	Al-Mg; аналог дроту СвАМг3

Продовження таблиці 1.3

OK Tigrod 5183	”	4,8	0,8	-	-	0,15	0,15	Al-Mg; аналог дроту СвАМг5
OK Tigrod 5556	”	5,2	0,7	-	-	-	-	Al-Mg для таврових з’єднань

Примітки: 1. Діаметри дротів і прутів 0,8-12,5 мм.

2. Діаметр дротів 0,8-1,6 мм, прутів 2,4-4,0 мм.

3. Діаметр дротів марок Autrod 0,8-2,4 мм.

Діаметр прутів марок Tigrod 1,6-5,0 мм.

4. Дріт на котушках 6,0-7,0 кг.

5. Довжина прутів – 1000 мм в пачках 2,5-10 кг.

Треба мати на увазі, що основним видом з’єднань при газовому зварюванні алюмінія і його сплавів є стикове, а таврове і внапустку використовують рідше внаслідок затрудненого вилучення залишків флюса і шлаків.

Зварювання ведеться на параметрах режиму, наведених в табл. 1.6.

Таблиця 1.6 – Орієнтовні параметри режима газового зварювання алюмінія і його сплавів

Товщина метала, мм	№ наконечника пальника	Діаметр присадного дроту, мм	Тиск кисню, МПа	Витрата ацетилену, л/год	Спосіб зварювання
до 1,5	0-1	1,5-2,5	0,15	50-100	лівий
1,5-3,0	1-2	2,5-3,0	0,20	100-200	“
3,0-5,0	2-3	3,0-4,0	0,20-0,25	200-400	“
5,0-10,0	3-5	4,0-6,0	0,25-0,30	100-700	правий
10,0-15,0	3-6	5,0-8,0	0,30-0,35	700-1200	“
15,0-25,0	5-6	5,0-8,0	0,35-0,40	900-1200	“
більше 25,0	5-6	8,09-10,0	0,40-0,60	900-1200	“

Найчастіше воно здійснюється за допомогою ацетилену м’яким нормальним полум’ям. Надлишок ацетилену сприяє пористості, а вживання окислювального полум’я приводить до утворення оксидної плівки. Зварювання ведеться у нижньому положенні, по можливості, за один прохід (до 4 мм товщини), швидко. Зварювання пластин слід починати, відступивши на 80-100 мм від краю, і вести процес зворотно-поступовим методом, тобто пропущену ділянку заварювати у зворотному напрямку. Деталі товщиною більше 10 мм треба підігрівати до 300-350 °С. Після зварювання рекомендується легке проковування шва у холодному стані.

Газове заварювання дефектів шва і литва з сілуміна – (тріщини, усадочні і газові раковини, рихлоти, відколи і т. і.) один з поширених універсальних методів ремонтних робіт.

Після розчищення дефекта під заварювання за допомогою свердел, пневмозубил, шарошок і т. і. під V подібне з’єднання з кутом розкриття 90° і заоваленням одержаної канавки необхідно засвердлити кінці тріщини свердлом діаметром 6-8 мм на всю глибину при наскрізній тріщині, а при ненаскрізній – на 2-3 мм більше глибини тріщини. Обов’язковою вимогою є загальний нагрів всього виробу до температури 200-250°С полум’ям пальника (малогабаритні деталі) або в електричних печах (крупногабаритні відливки). Розплавляти кромки треба таким чином, щоб ядро полум’я знаходилось на відстані 3-5 мм від поверхні розплавленого метала, в який зануряється присадний пруток. Кут нахилу мундштука пальника до поверхні має бути 40-60° при товщині деталі до 5 мм і 60-80° при більшій товщині, а присадний пруток треба подавати у зону зварювання під кутом 40-60°. Заварювати дефект треба від середини до країв ділянками довжиною 60-70 мм почергово в один і другий бік. Після заварювання треба забезпечити повільне охолодження відливки, закривши її азбестом і гарячим піском. Потім здійснити проковування наплавленого металу сумісно з відпалом відливки при температурі 300-350 °С, витримати її в печі впродовж 2-5 годин для зняття залишкових напружень і покращення механічних властивостей зварного з’єднання. Після зварювання треба вилучити залишки флюса і шлака для забезпечення корозійної стійкості зварного з’єднання. Це здійснюється не пізніше однієї години після зварювання сталевою щіткою і подальшою промивкою 2% водним розчином хромової кислоти при 80°С, потім водою і просушкою. Загалом механічні властивості зварних з’єднань при газовому зварюванні нижчі, ніж у основного метала.

Ручне дугове зварювання графітовим електродом використовують при поєднанні алюмінієвих шин, електричних вводів і т. і. Метал товщиною до 2,5 мм зварюють без розчищення або з одбортовкою кромок, більші товщини потребують розчищення з кутом 70-90°. Присадний метал вибирають згідно з табл. 1.3, як флюс, використовують той же, що і при газовому зварюванні – марки АФ-4^а, а процес ведуть на параметрах режима, наведених в табл. 1.7.

Таблиця 1.7 – Орієнтовні параметри режима зварювання алюмінія графітовим електродом

Товщина метала, мм	dе, мм	dприс, мм	Iзв, А
3-4	8	4-5	120-200
4-7	10	4-5	200-280
7-10	15	6-8	280-370
10-15	15	8-12	370-500

При цьому на достатньому рівні забезпечуються необхідні міцностні і електропровідні якості зварного з’єднання.

Ручне дугове зварювання покритим електродом використовується, в основному, при виготовленні малонавантажених конструкцій з технічного алюмінія і його сплавів типа АМг і АМц у монтажних умовах, а також при заварюванні дефектів литва з силуміна. Метал товщиною до 12 мм не потребує розчищення кромок. Стики збираються з зазором 0,5-1 мм, для більших товщин рекомендується V-подібне розчищення з кутом 70-90°, притупленням 3-5 мм і зазором 1,5-2 мм. Таврові і кутові з’єднання необхідно збирати і зварювати без зазору, по можливості, “човником”.

Стрижень електрода виготовлений з дроту відповідного до сплаву складу (табл. 1.3), а на його поверхню нанесено покриття методом занурення чи опресовкою з фтористих і хлористих солей лужноземельних металів. Вони схильні до вологонасичення, тому їх потрібно зберігати у герметичній тарі, а перед використанням просушувати в печі при температурі 140-180°С протягом 1,5-2 годин.

Зварювання виконують на постійному струмі зворотної полярності на сталевих підкладках з використанням електродів марок 0ЗА-1*, ОК 96.10*, ОК 96.20**, УАНА-1***, (для алюмінія і сплавів АМг і АМц) і 0ЗА*-2, ОК 96.40**, ОК 96.50**, УАНА-2***, (для силумінового литва (табл.. 1.8)) на режимах, наведених в табл. 1.9.

Таблиця 1.8 Електроди для ручного дугового зварювання алюмінія та його сплавів

Марка	ТУ чи стандарт	Вміст елементів, % по масі, решта Al				Механічні властивості
		Fe	Si	Mn	Ti		σВ, МПа	δ, %
03А-1	ТУ 14-4-614-75	0,20-0,35	0,10-0,25	-	-		80	28
03А-2	ТУ 14-4-509-74	-	4,5-6,0	-	0,1-0,2		180	-
ОК 96.10	DIN 1732	0,4	0,3	-	-		60-80	25-30
ОК 96.20	DIN 1732	0,4	0,3	1,3	-		100	30
ОК 96.40	DIN 1732	0,4	0,5	-	-		160	-
ОК 96.50	DIN 1732	0,5	12,0	-	-		160	-
УАНА-1	-	0,3	0,17	-	-		75	-
УАНА-2	-	-	5,2	-	0,15		200	-

Примітка: Температура прогартовування електродів 150-200°С протягом 1-1,5 год., термін вживання – не пізніше 24 год.

__________________________

*Виріб фірми «Спецэлектрод», Росія

** Виріб фірми ESAB, Швеція

*** Виріб ІЕЗ ім. Є.О. Патона, Україна

Таблиця 1.9 – Орієнтовні параметри режима зварювання стикових швів алюмінія і його сплавів вручну покритими електродами

Вид підготовки кромок	Товщина метала, мм	dе, мм	Iзв, А	Температура попереднього підігріву, °С	Число шарів
Без розчищення	3-5 4-10 8-14	3,2 4 5	80-100 100-130 130-160	100 150 200	1 2-3 3-4
V-подібне розчищення	14-18	6-8	200-400	250-300	2-3
V-подібне або Х-подібне розчищення	20-25 35-40	8 8	450-650 500-650	300-350 350-400	3-5 6-8

Прихватку кромок виконують з попереднім підігріванням до 200-250 °С, а при зварюванні температуру треба підвищити до рівня 300-400 °С. При оптимальному підігріві дуга горить м’яко і розбризкування зменшується. При зварюванні довгих швів підігрів здійснюють на 100-200 мм поперед дуги одним або кількома газовими пальниками. При невеликих розмірах конструкції підігрів необхідний тільки перед початком зварювання.

Оскільки алюмінієвий електрод розплавляється в 2-3 рази швидше сталевого, швидкість зварювання повинна бути також збільшена. При обривах дуги кратер шва покривається шлаком, як і торець електрода, що затрудняє повторне запалювання дуги, тому зварювання треба вести безперервно електродом до кінця. Під час зварювання електрод тримають майже перпендикулярно до поверхні деталі, а саме зварювання ведуть у нижньому і напіввертикальному положеннях. Перший прохід виконують без поперечних коливань, а подальші – з ними. Довжина дуги лежить в межах від 3 мм до величини діаметра електрода.

Для запобігання від бризок основний метал вздовж шва треба захищати крейдовою обмазкою або асбестовою стрічкою.

Прихватки і нижчележачи шари треба зачищати від шлаку особливо ретельно, а після зварювання рештки шлака змивати теплою водою, після чого проводити травлення 5-10% розчином азотної кислоти.

Іноді для підвищення корозійної стійкості швів і всієї конструкції виконують її пасивацію: обробляють 0,5% розчином їдкого натра протягом 3-5 годин, після чого промивають водою і освітлюють 5% розчином азотної кислоти протягом декількох годин. Потім конструкція промивається водою і заповнюється робочим продуктом зниженої концентрації, розбавленого дистильованою водою. В продукті розчинюють спеціальні речовини – інгібітори, які сповільнюють корозію. При цьому утворюється особливо міцна захисна плівка оксидів, яка підвищує стійкість конструкції проти дії концентрованого агресивного середовища. Пасивацію здійснюють як методом налива, так і методом зрошування – розпиленням робочих розчинів спеціальними пристроями.

Ручне дугове зварювання вольфрамовим електродом ведеться, в основному, струмом промислової частоти і пульсуючим струмом прямокутної форми, останній забезпечує змінювання амплітуди імпульсів «прямого» і «зворотного» струму, а також їх тривалість.

Дія пульсуючого струму проявляється в періодичному поглибленні зварювальної ванни, інтенсивному перемішуванні потока рідкого метала в її нижній частині, подрібненню оксидних плівок (їх протягненість зменшується втричі), і винесенню їх на поверхню, де вони руйнуються під дією дуги, що суттєво впливає, як на процеси дегазації, так і кристалізації зварного шва.

Пульсація дуги забезпечується при асиметрії змінного струму завдяки низькочастотній модуляції зварювального струму або шляхом зміни амплітуди імпульсів на прямій полярності.

Ручне дугове зварювання є доцільним при виготовленні металоконструкцій з алюмінію і його сплавів з товщиною стінки до 10-12 мм. Метал товщиною до 3 мм зварюється за один прохід на сталевій підкладці; при товщині 4-6 мм зварювання виконують з двох боків, а починаючи з 6-7 мм використовують V або Х – подібне розчищення кромок з параметрами згідно ГОСТ 14806-80. Зварювання виконується вольфрамовим електродом на змінному струмі (табл. 1.10, 1.11) .

Таблиця 1.10 – Марки і номінальні розміри вольфрамових електродів згідно з ГОСТ 23949-80

Марка	Присадки у вольфрамі, %	Діаметр, мм	Кольор маркировки
ЭВЧ	Без присадок	0,5 1; 1,6; 2; 2,5 3; 4; 5; 6; 8; 10	-
ЭВЛ	1,1-1,4 оксиду лантану	1; 1,6; 2; 2,5 3; 4; 5; 6; 8; 10	чорний
ЭВИ-1	1,5 – 2,3 оксиду ітрію	2; 3; 4; 5; 6; 8; 10	синій
ЭВИ-2	2-3 оксиду ітрію	2; 3; 4; 5; 6; 8; 10	фіолетовий
ЭВИ-3	2,5 – 3,5 оксиду ітрію, 0,01 танталу	2; 3; 4; 5; 6; 8; 10	зелений
ЭВТ-15	1,5 – 2 оксиду торію	2; 3; 4; 5; 6; 8; 10	червоний

Таблиця 1.11 – Максимальні сили струму для вольфрамових електродів різних марок, А

Діаметр електрода, мм	Постійний струм, пряма полярність				Змінний струм, А
	ЭВЛ	ЭВИ	ЭВТ	ЭВЧ		ЭВЛ	ЭВИ
2	80	180	120	-		-	-
3	230	380	300	150		150	180
4	500	620	590	180		170	220
5	720	920	810	210		210	270
6	900	1500	1000	250		250	340
8	-	-	-	360		380	480
10	-	-	-	450		520	650

Найбільш широко застосовують лантановані та ітрійовані електроди, вони менш токсичні, ніж торійовані. При роботі на постійному струмі всі електроди слід заточувати на конус, на змінному струмі електроди марок ЭВИ і ЭВЛ повинні мати плоску заточку, а марки ЭВЧ – заточку під сферу.

Підвищити ерозійну стійкість вольфрамового електрода і глибину провара метала можна за рахунок придання торцю електрода тороідальної форми (у повздовжньому перерізі це фігура на півтора). Така досить складна форма робочої поверхні електрода сприяє електромагнітному стисненню і самофокусуванню плазми дуги.

Для підвищення стійкості вольфрамового електрода і кращої стабілізації анодної плями зварювання також ведуть складеним електродом, в якому вольфрамова вставка заглиблена в мідному наконечнику, а її торець має конічну заточку з кутом 90-120°.

Використання таких біметалевих композиційних електродів Сu-W при зварюванні змінним струмом з імпульсами прямокутної форми дозволяє одержувати дугу, яка може горіти як з зосередженою катодною плямою, так і з розсередженою плямою, що дозволяє керувати проплавною здатністю дуги при зварюванні і наплавленні.

Домішки оксидів рідкоземельних металів забезпечують кращу стабільність горіння дуги.

В якості захисного середовища використовують чистий аргон або суміші аргона і гелія різних складів (табл. 1.12).

Витікання газового струменя повинно мати ламінарний характер; при турбулентному можливий підсос повітря у плавильний простір. Швидкість витікання при заданій витраті газу залежить від діаметра сопла , а останнє у свою чергу визначається діаметром електрода:

d_we, мм 2-3 4 5 6

d_сопла, мм 10-12 12-16 14-18 16-22

Для забезпечення рівномірної течії газа по всьому перерізу сопла мундштук притоплюють в пальнику, а внутрішню порожнину сопла виконують параболічною або конічною з циліндричною частиною на вході. Найкращий характер витікання газового струменя забезпечують сопла з циліндричною формою вихідного отвору: при довжині сопла, дорівнюючій діаметру вихідного отвору, при наявності газових линз – пористих перегородок, розміщених на виході струменя та в разі відсутності закруглень внутрішніх кромок сопла. Завихрення газового струменя може виникати внаслідок бризок метала, осівших з середини сопла, невірного розташування присадного прутка (кут між ним і поверхнею металу має бути не більше 20-30°)

Таблиця 1.12 – Захисні гази і суміші для зварювання кольорових металів

Найменування, ГОСТ чи ТУ	Марка та сорт	Об’ємна частка основного продукту, не менше, %	Призначення
Азот газоподібний і рідкий (ГОСТ 9293-91)	Особливої чистоти, газоподібний і рідкий Технічний, газоподібний вищого сорту Технічний, газоподібний і рідкий: Сорт 1 Сорт 2 Сорт 3	99,996 99,994 99,5 99,0 97,0	Плазмове різання
Азот газоподібний і рідкий технічний, підвищеної чистоти (ТУ 6-21-27-77)	Сорт 1 Сорт 2	99,99 99,95	Те саме
Аргон газоподібний і рідкий (ГОСТ 10157-98)	Вищий сорт Сорт1	99,992 99,987	Те саме. Зварювання плавким та неплавким електродом високоактивних металів і сплавів в інертній атмосфері
Аргон високої чистоти (ТУ 6-21-12-79)	Рідкий: Сорт 1 Сорт 2 Газоподібний	99,998 99,995 99,995	Те саме
Продовження таблиці 1.12
Водень технічний (ГОСТ 3022-80)	Марка А Марка Б: Сорт вищий Сорт 1 Марка В: Сорт вищий Сорт 1 Сорт 2	99,99 99,95 99,8 98,5 97,5 95,0	Створювання відновлюваної атмосфери при відпалі
Гелій газоподібний (ГОСТ 20461-75)	Особливої чистоти Високої чистоти Технічний	99,995 99,985 99,8	Зварювання плавким і неплавким електродом високоактивних металів в інертній атмосфері
Суміш аргонокиснева (ТУ 6-21-10-74)	Кисень Аргон	21-23 79-77	Те саме
Суміш аргоноазотна (аргон технічний) (ТУ 6-21-20-76)	Вищий сорт: Аргон Азот Сорт1: Аргон Азот Сорт 2: Аргон Азот	88-66 12-14 88-66 12-14 88-66 12-14	Плазмове різання
Argon R, HR*1 Helium R Inark He 30, He 50	I1 I2 I3	100 100 He>0-95, Ar-решта	Зварювання плавким і неплавким електродом високоактивних металів і сплавів в інертній атмосфері
Inark H2, Н6, Н10 Inark H20, H35	- -	H2 > 0-15, Ar-решта H2 > 15-35, Ar-решта	Зварювання неплавким електродом у відновлюваній атмосфері, плазмове різання

*¹ Тут і далі – позначення газів сумішей згідно зі стандартом якості фірми «Air Liquide Group», Швейцарія

При зварюванні кінець присадного дроту не повинен виходити з зони газового захисту. При цьому відстань від нижнього краю сопла до поверхні метала повинна бути у межах 5-10 мм, а виліт вольфрамового електрода – 1-5 мм. Характер розтікання захисного газового струменя залежить від форми зварного з’єднання.

Зварювання тонкостінних пресованих профілів можна вести без присадки, внапустку вольфрамовим електродом кутом вперед, так щоб його торець знаходився на кромці технологічного стовщення, яке і буде повністю розплавляться. Величина зазору не повинна бути більшою 0,1 мм. Кутові шви таврових з’єднань і внапустку, виконані вольфрамовим електродом з присадкою, часто мають непровари і включення оксидних плен. Їх поява по місцю первинного розташування торцевої поверхні кромки верхньої деталі (з’єднання внапустку) пов’язано з окислюванням місць контакту, які знаходяться у твердо-рідинному стані кінця зварювального дроту або місць натікання розплавленого метала зварювальної ванни при зварюванні без дроту. Наявність шва опуклої форми і нерозплавленої торцевої поверхні кромок верхньої деталі в головній частині зварювальної ванни, погано захищеної інертним газом і закритою зверху розплавленим металом, перешкоджає його обробку дугою. Кількість плен і непроварів при зварюванні без присадки менша.

Дріт треба подавати на відстані більше ніж 1 мм від торцевої поверхні і під кутом 10-30° до неї. При зварюванні без нього кут нахилу пальника збільшується до 30-40°, а шов формується послаблений з увігнутою формою. При скосі кромки верхньої деталі зменшується площа контакта поверхонь дроту і торця і напливання рідкого метала на дріт. Корисно використовувати накладання короткочасних імпульсів струму, збільшуючи частоту прямувань імпульсів різнополярного струму з перевищенням тривалості періода струму на зворотній полярності, коли ширина зони катодного очищення зростає.

Повторне зварювання на малих струмах і подальші косметичні проходи дозволяють покращити механічні властивості до бездефектних при незначному знеміцненню біляшовної зони.

Зменшити утворення плен можна, використовуючи спеціальні очищаючі флюси або флюсо-пасти: МАТИ-6 (32% LiF, 27% AlF₃, 17% CaF₂, 14% K₂ZrF₆, 10% KBF₄), ФА1-Т (24% LiF, 24% CaF₂, 24% MgF₂, 4% титанового порошку), ТФА-5 (29% LiF, 14% CaF₂, 21% MgF₂, 23% BF₂). Їх наносять замість шабрення у корень шва і на бокові поверхні. Введення фторбората калія і фторцирконата калія, модифікуючих і рафінуючих компонентів, забезпечує повне вилучення оксидних плівок, зменшує пористість і вміст газів в металі шва.

Флюси можуть зберігатися в герметичній тарі протягом одного року. Перед застосуванням їх розводять 4-5% спиртовим розчином у співвідношенні 1:1, (термін зберігання суспензії не більше 25 діб). У такому вигляді їх наносять кистю на зворотний бік стика; розрив часу між нанесенням і зварюванням – не більше 8 годин. Після зварювання не пізніше 8 год. рештки флюса вилучаються промиванням у підігрітій до 40-50°С воді. Саме зварювання треба виконувати за два чи більше проходи: перший – без присадки або з малою її кількістю, який забезпечує увігнуту (прослаблену) форму шва, і з використанням очищаючих флюсів; другий і подальші – з присадним дротом для забезпечення потрібної геометрії шва.

Добрі умови захисту забезпечуються при зварюванні таврових з’єднань «човником» (рис.1.1, а), задовільний при зварюванні стикових з’єднань (рис.1.1, б) і погані при зварюванні з’єднань типу в-д (рис.1.1).

Рисунок 1.1 – Вплив форми зварного з’єднання на ефективність газового захисту

Захист можна покращити за рахунок збільшення витрати газу або використовуючи спеціальні відбиттєві екрани (рис.1.2).

Рисунок 1.2 – Відбиттєві екрани для покращення газового захисту

При зварюванні стиків труб використовують кільцеві або секторні камери, куди додатково подається захисний газ, а при зварюванні відповідальних трубопроводів у внутрішній простір подається захисний газ для захисту кореня шва і вилучаючий підсос повітря.

Параметри режиму ручного дугового зварювання алюмінію і його сплавів наведені в таблиці 1.13.

Таблиця 1.13 – Орієнтовні параметри режиму ручного дугового зварювання алюмінія і його сплавів неплавким електродом в аргоні і гелії

Тип з’єднання	Тов-щина металу, мм	dw е, мм	dприс., мм	Аргон		Гелій		Число прохо-дів
				Iзв, А	Q, л/хв	Iзв, А	Q, л/хв
Стикове з відбортовкою кромок	1 1,5 2	1,0 1,0-2,0 1,0-2,0	- - -	45-55 50-70 70-85	4-5 5-6 7-8	35-45 50-60 -	5-7 8-10 -	1 1 1
Стикове без розчищення однобічне	2 3 4	1,5-2,0 3,0-4,0 3,0-4,0	1,0-2,0 2,0-3,0 2,0-3,0	55-75 100-120 120-150	5-6 7-8 8-10	50-60 80-100 90-120	18-20 24-30 26-31	1 1 1
Те ж саме двобічне	4 5 6	3,0-4,0 4,0-5,0 4,0-5,0	3,0-4,0 3,0-4,0 3,0-4,0	120-180 200-250 240-270	7-8 8-10 8-10	100-160 160-200 200-240	20-26 22-28 22-28	2 2 2
Стикове з розчищенням	6 8 10	4,0-5,0 4,0-5,0 5,0-6,0	3,0-4,0 4,0-5,0 4,0-5,0	220-280 270-300 270-300	7-8 9-12 9-12	180-240 250-280 250-280	20-26 27-35 27-35	3 3 5
Таврове, кутове, внапустку	2-4 4-8 10	2,0-4,0 4,0-5,0 5,0-6,0	1,5-4,0 3,0-4,0 4,0-5,0	100-200 200-300 270-320	5-7 7-8 9-10	80-60 180-250 250-300	16-18 20-24 25-28	1-2 2-4 2-4

Зварювання вручну виконується при розташуванні електрода “кутом вперед” з загальним напрямом руху пальника справа наліво; при цьому зменшується перегрів зварюваного метала. Вольфрамовий електрод відхиляють на 10-30⁰ від нормалі до зварюваного метала, а кут між електродом і присадним дротом має бути близьким до 90⁰. Подачу захисного газа вмикають за 3-5 с до збудження дуги (для продувки системи від повітря) і вимикають через 5-7 с після обриву дуги (для захисту остиваючої зварювальної ванни і шва).

Починають зварювання на технологічній планці. Запалювання дуги здійснюють за допомогою осцилятора або на графітовій пластині. При нерухомому положенні пальника утворюють зварювальну ванну на основному металі і тільки після цього починають рівномірно пересувати пальник вздовж з’єднання без поперечних коливань. З початку пересування пальника необхідно також рівномірно або короткими поштовхами подавати присадний дріт у зварювальну ванну, слідкуючи, щоб кінець дрота не торкався вольфрамового електрода і не виходив із зони газового захисту.

В залежності від розчищення і товщини зварюваного метала рухи кінця дроту можуть бути різними: серпоподібними для великих товщин металу з V-подібним розчищенням кромок, рівномірними або зворотно-поступальними для середніх і малих товщин, так щоб дріт розплавлявся крапля по краплі, переходячи у зварювальну ванну. Присадний дріт не можна вводити безпосередньо в стовп дуги під вольфрамовий електрод: це може призвести до закорочування дуги, миттєвому розплавленню і розбризкуванню присадного дроту і до порушення процеса зварювання. Кінець дроту треба вводити в зварювальну ванну на відстані 2-4 мм від стовпа дуги. Занурюючи дріт у зварювальну ванну, треба одночасно потроху відводити від нього кінець вольфрамового електрода. Гасіння дуги здійснюють її плавним подовженням. Продовження зварювання здійснюють, запалюючи дугу на шві на відстані 10-20 мм від його кінця. При необхідності зупинки процесса в межах незакінченного шва неприпустимо залишати кратер, бо в ньому утворюють дефекти – тріщини, свищі і т. і.

Не зупиняючи процеса, його треба ретельно заварити, зупинивши пальник і подаючи присадку у зварювальну ванну до утворення завищеного підсилення. Якщо кратер все ж таки утворився внаслідок випадкового обриву дуги, його підрубують, зачищають дротяною щіткою і продовжують зварювання, перекриваючи дільницю з дефектами. Закінчують зварювання також на технологічній планці або на припуску, якщо він є не менше 50мм.

При виконанні замкнутого з’єднання треба замикати шов на раніш виконаній дільниці з попереднім її підрубанням і зачищенням.

В багатопрохідних швах кожний подальший валик необхідно накладати тільки після ретельної зачистки поверхні попередніх валиків сталевою щіткою. При зварюванні термічно зміцнених сплавів типа АМг61Н і подібних, накладання кожного подальшого валика виконується тільки після охолодження виробу до 50⁰С.

Особливу увагу треба приділяти на забезпечення провару кромок деталей і раніше виконаних валиків шва, не допускати натеків рідкого метала на поверхню швів, на кромки і прилягаючу поверхню деталей. Необхідно забезпечувати і плавний перехід від підсилення до основного метала. Таврові з’єднання бажано зварювати “човником”.

Стикові з’єднання рекомендується зварювати з двох боків. Після кантування виробу перед накладанням шва з протилежного боку необхідно вилучити корінь шва першого валика і прихватки до чистого метала рубкою, фрезеруванням або струганням. При двобічному зварюванні термічно незміцнених сплавів допускається виконувати перший прохід шва сплавленням кромок без присадного метала для більш глибокого проплавлення кореня шва.

Для метала товщиною до 10 мм можна використовувати зварювання на тимчасовій (зйомній) підкладці з нержавіючої сталі товщиною 3-8 мм шириною 30-50 мм з канавкою трапецеподібного перерізу глибиною 0,8-1,0 мм. Такий спосіб не потребує кантування виробу або стельового підварювання, виключає підрубку кореня шва і підварювання із зворотного боку.

Однобічне зварювання “на вазі” з глибоким проплавленням кромок рекомендується для листів товщиною до 5 мм. Підсилення внаслідок проплавлення із зворотного боку має бути не менше половини товщини зварюваних листів; воно вилучається після зварювання механічним шляхом, з подальшим шліфуванням врівень з основним металом.

Це дозволяє підвищити продуктивність виготовлення конструкцій, тому що не потребується кантування і підварювання із зворотного боку (при зварюванні термічно не зміцнених сплавів); при цьому зменшується короблення тонколистових конструкцій, знижується об’єм правки.

Існує і більш простий і ефективний спосіб боротьби з несплавленням в корені шва – закруглення перед збиранням і зварюванням гострих кромок листів в корені шва. При такій підготовці утворюється велике підсилення зворотного боку шва без слідів несплавлення внаслідок збільшення сили поверхневого натягнення плівки оксидів на розплавленому металі, яка нібито витягує оксиди з кореня.

При використанні захисної суміші Ar + He різних складів при тому ж зварювальному струмі зростає потужність зварювальної дуги за рахунок підвищеної напруги. Це дозволяє підвищити швидкість зварювання без зниження якості зварного з’єднання.

На більшій швидкості зварювання здійснюють виконання вертикальних зварних швів на тонколистових конструкціях способом “ зверху – вниз” при одночасному зменшенні зварюваних деформацій.

При зварюванні у вертикальному і стельовому положеннях використовують присадний дріт меншого діаметра. При товщині метала до 3 мм зварювання ведуть зверху – вниз, при більших товщинах знизу – вверх.

При зварюванні стикових з’єднань з відбортовкою кромок вісь вольфрамового електрода має бути розташована під кутом 30-45⁰ до площини виробу з нахилом у бік, протилежний напрямку зварювання, дуга повинна бути як найкоротшою, а кінець електрода розташовують нижче верхньої грані відбортовки.

Необхідна довжина дуги визначається практичним шляхом в залежності від типу зварного з’єднання, діаметра електрода, сили струму і швидкості зварювання. Показником є величина напруги на дузі, яка при зварюванні в аргоні становить 11-15В, а в гелії – 16-22В.

Швидкість ручного зварювання залежить від кваліфікації зварника і лежить у межах 6-15 м/год., хоча і не регламентується.

При зварюванні криволінійних контурів ось вольфрамового електрода розташовується під кутом 70-80⁰ по дотичній до поверхні виробу і на деякій відстані від точки зеніта у бік, протилежний напрямку руху деталі.

При зварюванні таврових і кутових з’єднань елементів однакової товщини поздовжня вісь вольфрамового електрода повинна співпадати з бісектрисою кута між стінкою і полкою.

При різній товщині елементів вісь електрода відхиляється від бісектриси кута у бік деталі більшої товщини для рівномірного проплавлення обох деталей. Вольфрамовий електрод і присадний дріт повинні завжди знаходитись в одній площині.

За допомогою цього способу зварювання можна виконувати точкові з’єднання тонкостінних конструкцій, причому величина зварювального струму залежить від сумарної товщини метала:

δ, мм 3 4 5 6

І_зв, А 180 215 255 280

Діаметр вольфрамового електрода вибирається згідно з табл. 1.11 витрата аргону-5-6 л/хв. Зварювання з присадкою ведеться змінним асиметричним струмом при його частоті при зварюванні 6-8 Гц (коефіцієнт асиметрії – по тривалості імпульсу 0,9-0,93), довжині дуги 1-1,5 мм і швидкістю наростання струму 220-350 А/с. Момент подачи дроту співпадає з початком заварювання кратера: довжина дуги збільшується до 3-5 мм, частота збільшується – до 20-40 Гц (коефіцієнт асиметрії тривалості імпульсу зменшується до 0,5-0,7), а швидкість спаду струму становить 30-60 А/с. В результаті такої дії зварювального струму зростає циркуляція метала у ванні, оксидні плівки спливають на поверхню, де і руйнуються.

Величина зазору між деталями не повинна перевищувати 0,1 мм, а напустки не більше 8 товщин верхнього листа.

При механізованому зварюванні неплавким електродом залишаються тіж самі основні положення, що і при ручному зварюванні. Додатково висувають більш жорсткі вимоги щодо очищення присадного дроту, точності збирання деталей, щільності прилягання підкладних штабів; зварювання виконують на ретельно відрегульованих автоматах, які можуть рухатись як по нерухомому виробу, або останній може переміщуватись відносно нерухомого апарата (зварювання обечаєк, стиків труб в обертаючихся центраторах).

Збирання конструкцій і трубопроводів з алюмінію треба здійснювати без прихваток в жорстких кондукторах, центраторах і інших спеціальних пристроях. В тих випадках, коли без прихваток обійтись неможливо, їх виконують довжиною 10-20мм з кроком 50-200мм в залежності від товщини металу; труби прихвачують в трьох - шести місцях. Висота прихваток має бути мінімальною для можливості їх переплавлення при зварюванні; якщо вони надто високі - залишковий метал зрубують. При наявності в ній тріщин прихватку повністю вирубують і заварюють знову.

Механізоване зварювання ведеться на більшому змінному струмі порівняно з ручним; інші параметри режиму наведенні в табл. 1.14-1.17.

Таблиця 1.14 – Орієнтовні параметри режиму однопрохідного автоматичного аргонодугового зварювання алюмінія неплавким електродом.

Тип з’єднання	Товщина метала, мм	dwе, мм	dприс, мм	Iзв, А	Vзв, м/год	QAr, л/хв
Стикове без присадки	1 2 3	2 3 4	- - -	40-70 80-100 150-200	25-50 20-40 15-30	5-6 7-8 8-9
Стикове без розчищення кромок	1 2 3	2 3 4	1 1,5 1,5	60-100 120-140 160-210	40-80 30-60 20-40	5-6 7-8 8-9
Стикове, з V-подібним розчищенням кромок	6	4	2,5	240-260	20-30	12-15

Таблиця 1.15 – Орієнтовні параметри режиму автоматичного зварювання стикових з’єднань сплава АМг 6 неплавким електродом.

Товщина метала, мм	dwе, мм	Iзв, А	Vподачі дроту, м/год	Vзв, м/год	QAr, л/хв
4 6 8 10 12 14 14	5 5 6 8 10 10 10	220-260 280-300 320-360 420-480 460-520 550-6000 620-660	102-108 93-97 83-88 64-72 52-56 48-55 38-42	12-14 12-14 10-12 8-10 6-8 6-8 6-8	14-16 14-16 14-16 16-20 25-30 25-30 25-30

Таблиця 1.16 – Орієнтовні параметри режиму автоматичного зварювання алюмінія і його сплавів неплавким електродом

Спосіб виконання шва	Товщина метала, мм	dwе, мм	dприс, мм	Iзв, А	Vзв, м/год	QAr, л/хв	Число проходів
Двобічне без розчищення	2-4	3-5	2	120-220	15-20	8-18	2
Двобічне з розчищенням	4-6 8-10	4-6 7-8	2-3 2-3	150-300 370-400	12-18 10-16	10-18 16-20	2 2
Однобічне з підкладкою	2-4 6	3-4 6	2 2-3	150-280 280-320	15-20 15-20	6-15 10-15	1 1
Двобічне з підкладкою	8-10	7-8	2-3	370-420	10-15	15-20	2

Примітка: Напруга дуги 10-15 В.

Таблиця 1.17 – Орієнтовні параметри режиму механізованого зварювання неплавким електродом алюмінієвих сплавів у нижньому положенні шва

Тип з’єднання, форма підготовлених кромок	Товщина метала, мм	dwе, мм	dприс, мм	Зварювальний струм, А	QAr, л/хв	Кількість проходів
Стикове, двобічне без розчищення	2 3 4	2 3 4	2,0-2,5 2,5-3,0 3,0-4,0	70-80 100-140 160-190	5-6 7-8 7-8	2 2 2
Стикове, однобічне на з’йомній підкладці без розчищення	2 3	3 3	2,5-3,0 2,5-3,0	80-100 120-140	5-6 7-8	1 1
Стикове, двобічне з V-подібним розчищенням	4 6 8 10	4 5 6 6-7	3,0-4,0 3,0-4,0 4,0-5,0 4,0-5,0	150-200 240-280 300-340 340-380	7-8 8-9 9-10 10-12	2 2-3 3-4 5-6
Стикове, однобічне на з’йомній підкладці з V-подібним розчищенням	4 6 8 10	4 5 6 7	3,0-4,0 3,0-4,0 4,0-5,0 4,0-5,0	200-230 240-280 300-340 380-420	8-10 10-12 12-14 16-18	2 2-3 4-5 4-6
Таврове, двобічне без розчищення	4 6	4 5	3,0-4,0 4,0	170-220 250-280	7-8 8-10	2 2
Таврове двобічне із скосом однієї кромки	5 10	4 6-7	3,0-4,0 4,0-5,0	180-230 340-380	8-10 10-12	2-3 4-6

Примітка: При виконанні швів у вертикальному, горизонтальному і стельовому положеннях зварювальний струм треба зменшити на 10-15%.

Неплавкий електрод розташовується вертикально, а присадний дріт, діаметром не більше 2,5 мм, подається так, щоб його кінець опирався на край зварюваної ванни.

Продуктивність зварювання неплавким електродом можна збільшити в 3-5 разів при використанні трьохфазної дуги. Дуги горять в одному факелі між двома ізольованими один від одного вольфрамовими електродами, а також між кожним з них і виробом, внаслідок чого зростає теплова потужність дуги і покращується її стабільність. Нею можна зварювати метал, товщиною до 30мм, за один прохід без розчищення кромок на сталевій підкладці (табл. 1.18).

Таблиця 1.18 – Орієнтовні параметри режиму механізованого зварювання алюмінія трьохфазною дугою

Товщина метала, мм	dе, мм		Iзв, А	Vзв, м/год
	вольфрамового	присадного дроту
14 20 30	10 10 10	2 2,5 2,5	500-540 520-550 620-650	13-15 7-8 4-6

При відстані між електродами (0,5-0,75)d_e можна регулювати формування шва: їх послідовне розташування вздовж зварного шва збільшує глибину провару і зменшує ширину шва і навпаки при поперечному розташуванні зменшується глибина провару і збільшується ширина шва. Живлення дуги здійснюється від двох стандартних однофазних трансформаторів, поєднаних відкритим трикутником або спеціальним трансформатором для трьохфазного зварювання.

Іншим різновидом цього способу є наплавлення трьохфазною дугою за допомогою двохелектродного пальника РГТ-6, який живиться від джерела УДГТ-315 .

У пальнику закріплені два вольфрамових електроди, а між ними подається плавкий електрод зі швидкістю і струмом, котрі можна змінювати в широкому діапазоні. Кінець плавкого дроту можна виводити в процесі зварювання зі зварювальної ванни, регулюючи тим самим тепловкладення і уникаючи пропалів тонкостінних листів товщиною до 1 мм. По суті йдеться про наплавлення косвеною дугою, ефективність якого підвищується в два рази на параметрах режиму, наведених в табл. 1.19.

Таблиця 1.19 Орієнтовні параметри режиму заварювання дефектів в тонкостінних конструкціях з алюмінієвих сплавів трьофазною дугою

Товщина металу, мм	Зазор, мм	dWe, мм	Струм, А			U, В	QAr, л/хв
			І1	І2	Ідр
0,3 0,4 0,6 0,8	0-0,10 0-0,15 0-0,20 0-0,20	1,2 1,5 1,5 1,5	19 25 30 30	20 30 35 35	30 45 50 52	10-12 12-14 12-13 12-13	6-8 8-10 9-10 9-10

Примітка: Діаметр присадки у всіх випадках 3 мм.

Плазмове зварювання алюмінія і його сплавів виконується стиснутою дугою змінного і постійного струму зворотної полярності.

Особливо перспективним є використання змінного асиметричного струму прямокутної форми: внаслідок скорочення тривалості струму на зворотній полярності зменшується тепловиділення на вольфрамовому електроді, завдяки чому можна зменшити габарити і вагу плазмотрона і підвищити його працеспроможність.

Плазмоутворюючим газом є аргон, а захисними газами є аргон, гелій та їх суміші. Формування зворотного боку шва здійснюється як на підкладці, так і «на вазі» при наскрізному проникненню дуги. Завдяки більш високій концентрації енергії порівняно зі звичайним аргоно-дуговим зварюванням зменшується необхідна погонна енергія, проплавлення збільшується удвічі, що дуже важливо для інтенсивного перемішування розплава по всьому об’єму зварювальної ванни, пришвидшується дегазація, скорочується на порядок кількість і протяжність грубих включень оксидних плен у швах; особливо продуктивне використання цього способу зварювання при виготовленні балок зі сплава АМг6 з товщиною стінки 6-20 мм, коли можна виконати зварні шви без розчищення кромок за один прохід. При цьому підвищується продуктивність на 50-70%, знижуються витрати аргону в 4-6 раз, а присадного дроту до 40%, покращується якість зварних швів. Стикові з’єднання товщиною до 8мм зварюються без розчищення кромок із зазором 1,5мм за один прохід на сталевій підкладці або з двох боків на вазі згідно з параметрами режима, наведеними в табл. 1.20, 1.21

Таблиця 1.20 – Орієнтовні параметри режиму плазмового зварювання стикових з’єднань сплава АМг 6 змінним струмом

Товщина метала, мм	Iзв, А	Uд, В	Vзв, м/год	QAr, л/хв
3-4 5-6 7-8	120-150 220-300 350-380	16 18 20	30-50 30 25	2-3 4-5 5-6

Таблиця 1.21 – Орієнтовні параметри режиму механізованого плазмового зварювання стикових з’єднань алюмінієвих сплавів.

Товщина метала, мм	Діаметр,мм			Iзв, А	Vзв, м/год	Qгаза, л/хв
	вольфрамо-вого електрода	внутріш-нього сопла	зовніш- нього сопла			плазмоутворюючого	захисного
2 3 4 5 6 8	3,5 3,5 3,5 3,5 4,0 6,0	3 3 3 3 4 6	33 33 33 33 33 33	60-70 100-110 120-130 190-200 230-240 290-300	20-22 15-18 15-18 15-18 15-18 15-18	1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5	10-12 10-12 10-12 10-12 10-12 12-14

Позитивні результати можна отримати при плазмовому зварюванні сплавів серії 1400, як на вазі, так і на підкладці на параметрах режиму: I_зв=180-200А, V_п.е.=123-142м/г, V_зв=36м/г, Q_пл=0,1-0,2л/хв. Структура метала шва однорідна, кількість крихких прошарків скорочується в 2-3 рази порівняно із звичайним аргонодуговим зварюванням.

Збирання полотнищ під механізованим зварювання виконується на спеціальному стенді без прихваток із нульовим зазором. Зміщення кромок зварюваних по висоті не повинне бути більшим: для листів товщиною до 5мм - 0,5мм, для листів товщиною 6-8мм – 1мм. Листи збираються так, щоб стик знаходився строго посередині формуючої канавки підкладки. Запалюється дуга на технологічній планці. Після прогріву і утворення зварювальної ванни включаються подача присадного дроту, потім рух каретки автомата. Зварювання листів товщиною 8мм краще виконувати за два проходи, причому перший прохід без подачі електродного дроту. Плазмотрон може бути установлений на стандартному обладнанні, наприклад, на тракторі ТС-17, АДСВ-2 і т.і.

Для зварювання металу товщиною до 0,2–1,5мм ефективне використання мікроплазмового процесу на змінному струмі 10–100А; плазмоутворюючий і захисний газ – аргон з витратою 0,25-0,3л/хв. і 2,5л/хв. відповідно. При цьому швидкість зварювання може сягати 60 м/год. Хоча для цього процесу потребується прецизійна технологічна оснастка, тонкостінна зварна конструкція буде зварена з меншими на 25-30% деформаціями порівняно із звичайним аргоно-дуговим зварюванням вольфрамовим електродом.

Такі ж самі товщини можна зварювати з використанням стиснутої трьохфазної дуги на режимах, наведених в табл. 1.22. Коефіцієнт міцності зварного з’єднання порівняно зі зварюванням звичайною відкритою трьохфазною дугою вище на 15-20%.

Таблиця 1.22 Орієнтовні параметри режиму автоматичного зварювання алюмінієвих сплавів стиснутою малоамперною трьохфазною дугою

Марка сплава	Товщина метала, мм	Ізв, А	Vзв, м/год	Витрата газа, л/хв.
				плазмоутворюючого	захисного
АМц	0,5 1,0	16-18 22-24	23-30 20-25	0,15-0,20 -	2-2,5 -
АМг6	1,0 1,5	22-24 26-28	20-25 15-20	0,2-0,3 02,-03	2,5-3,0 2,5-3,0

Механізоване зварювання алюмінію і його сплавів плавким електродом успішно застосовується при з’єднанні деталей завтовшки 4мм і більше. При цьому має місце добре перемішування метала зварюваної ванни, краще очищення її від оксидів, а також підвищена продуктивність, зменшення зварюваних деформацій. Недоліком є деяка втрата (до 15% для сплава АМг6) механічних властивостей внаслідок перегрівання електродного металу в більшій мірі, ніж при зварюванні неплавким електродом.

Всі способи і режими зварювання технічного алюмінія придатні і для термічно незміцнюваних сплавів типа АМц і АМг. При зварюванні високоміцних алюмінієвих сплавів і особливо термічно зміцнюваних треба в кожному конкретному випадку знаходити шляхи підвищення стійкості шва і біляшовної зони проти утворення тріщин (введення модифікаторів – цирконія, титана, бора, використання дротів із зниженим вмістом примішок (кремнія і т. і.) або дротів, відмінних за складом від основного метала, піддавати після зварювання вироби термічній обробці – гартуванню з подальшим старінням); підвищення стійкості з’єднання до втоми досягається зняттям підсилення зварного шва і т. і.

Зварювання ведеться на постійному струмі зворотної полярності від джерел з жорсткою зовнішньою характеристикою за допомогою автоматів або напівавтоматів з тягнучою або штовхаючо-тягнучою системою подачи алюмінієвого дроту. Зв’язок між діаметром дроту, зварювальним струмом і напругою на дузі та швидкістю подачи дроту наведений в табл. 1.23.

Таблиця 1.23 – Орієнтовні параметри режиму аргонодугового зварювання алюмінія плавким електродом

Параметри	Діаметр електродного дроту, мм
	1,2	1,6	2,0	2,5	3,0	4,0	5,0
Iзв, А	100-250	150-300	200-350	250-400	280-450	400-500	450-600
Uд, В	18-26	19-25	20-25	21-24	22-26	26-30	33-35
Vп.др, м/год	240-840	240-660	240-420	240-360	120-240	120-180	30-60

Захист дуги здійснюється інертними газами – аргоном, гелієм та їх сумішами, в яких вміст гелія може досягати 70%. Така суміш дуже ефективна при зварюванні метала товщиною більше як 15мм, при цьому підвищується і щільність метала шва.

Зараз взагалі існує тенденція замінювати аргон на гелій або аргоно-гелієву суміш із вмістом до 70% гелія при зварюванні алюмінієвих сплавів плавким електродом. Знайдено, що при цьому на 200-220°С знижується перегрівання крапель електродного метала і на 35-45°С збільшується температура зварювальної ванни, що дозволяє збільшити швидкість зварювання на 40-60%, зменшити ширину шва, скоротити на 30-40% витрату електродного дроту і знизити в 2-8 разів об’єм порожнеч в металі шва.

Так для зварювання сплава АДО вміст гелія в суміші має бути не менше 70%, а для сплавів АМг6 і АМг61 – не менше 50%, незалежно від зварювальних товщин, але із збільшенням товщин зростатиме загальна витрата суміші.

Можна вживати і аргоно-кисневу суміш Ar + (2-8%)О₂, що дозволяє одержати струминний переніс електродного метала без розбризкування і одночасно долати пористість.

Відстань від края сопла до виробу має дорівнювати 8-15мм; щоб зменшити забруднення внутрішньої поверхні сопла і не допустити погіршення газового захисту використовують мідні водоохолоджувальні сопла, які періодично треба зачищати від бризок. Оптимальні значення швидкості зварювання лежать у межах 10-25м/год. Збільшення цього параметра більше 30м/год призводить до пористості, погіршує захист і формування метала шва. Параметри режиму автоматичного аргонодугового зварювання стикових з’єднань алюмінія “на вазі” наведені в табл. 1.24, інші варіанти в табл. 1.25.

Таблиця 1.24 – Орієнтовні параметри режиму автоматичного зварювання стикових з’єднань

“ на вазі” плавким електродом

Тип підготовки кромок	Товщина метала, мм	dе, мм	Iзв, А	Uд, В	Vзв, м/год	QAr, л/хв	Кількість проходів
Без розчищення	4 6 8 10	1,2-1,6 1,2-1,6 1,6 2,0-2,5	140-150 170-200 220-250 300-320	19-21 20-22 22-24 22-24	30 30 20-25 20-25	10-12 12-14 1520 20-25	1 2 2 2
V-подібне розчищення	12 15 20	2,0-2,5 2,0-2,5 4,0	330-350 350-380 500-540	22-24 24-26 28-30	20-25 20-25 11-18	20-25 28-35 30-35	2 2 2

Таблиця 1.25 – Орієнтовні параметри режиму механізованого аргоно-дугового зварювання алюмінія і його сплавів плавким електродом

Тип з’єднання	Товщина метала, мм	dе, мм	Iзв, А	Uд, В	Vзв, м/год	QAr, л/хв	Число проходів
Напівавтоматичне зварювання
Стикове без розчищення	4-6 8-12	1,5–2,0 1,5-2,0	140-240 220-300	19-22 22-25	- -	6-10 8-12	2 2
Стикове з V-подібним розчищенням на підкладці	10-12	2,0	260-280	21-25	-	8-12	3-4
Стикове з Х-подібним розчищенням	12-16	2,0	280-360	24-28	-	10-12	2-4
Таврове, кутове і внапустку	4-6 8-16 20-30	1,5-2,0 2,0 2,0	200-260 270-330 330-360	18-22 24-26 26-28	- - -	6-10 8-12 12-15	1 2-6 8-14
Автоматичне зварювання
Стикове без розчищення	4-6 8-12	1,5–2,0 2,0	140-300 280-300	20-25 20-25	15-25 15-20	8-10 8-10	2 2
Стикове з V-подібним розчищенням на підкладці	6-10	2,0-2,5	240-460	25-29	15-20	8-10	1
Стикове з Х-подібним розчищенням	12-16 20-25 30-40	2,0-2,5 2,5-4,0 2,5-4,0	280-300 350-520 420-540	24-26 26-30 27-30	12-15 10-20 10-20	12-20 28-30 28-30	2-4 2-4 3-5
Таврове	4-6 8-12	1,5 2,0	200-260 270-300	18-22 24-26	20-30 20-25	6-10 8-12	1 1-2

Стикові листові з’єднання товщиною 2 мм з алюмінієвого сплава 1441 рекомендується зварювати дротом марки СвАМг63 діаметром 1,6 мм на параметрах режима: І_зв=55А; V_п.е.=105 м/г; U_д=17В; V_зв=30 м/г або неплавким електродом на параметрах режима: І_зв=150А; d_We=3мм; V_п.е.=75 м/г; V_зв=14 м/г. Міцність зварного шва становить 70% від міцності основного метала.

Застосування способу зварювання цього сплава тертям з перемішуванням на параметрах режима n=2880 об/хв., d _{бурта інструмента}=12мм; V_зв =14 м/г забезпечує менше знеміцнення порівняно з дуговими способами зварювання.

Значної продуктивності зварювання алюмінія плавким електродом можна досягти застосуванням імпульсно-дугового процесу: суттєво зменшується нижня межа зварювального струму і розмір крапель, стабілізується тепловкладення на струмах до 70А при зварюванні напівфабрикатів товщиною 1-2 мм (d_е=0,8-1,0 мм, зварювання з імпульсами частотою 25-40 Гц і тривалістю 1,4-2,5 мс) і завдяки цьому розширюються діапазони робочих струмів з керованим дрібнокрапельним переносом метала, покращується стабільність горіння дуги і формування швів, що дозволяє використовувати цей вид зварювання у всіх просторових положеннях, має місце зменшення пористості, зниження деформації тонколистових конструкцій (товщиною 2-4мм). Імпульсне підігрівання біляшовної зони сприяє подрібненню її структури, а підвищення частоти модуляції і тривалості пауз зварювального струму значно покращує структуру шва.

Особливо ефективно використовувати імпульсно-дугове зварювання плавким електродом при поєднання метала товщиною до 3 мм, яке звичайно виконується за допомогою підкладних формуючих елементів.

Завдяки можливості вживання модуляції основних параметрів режима процеса при використанні джерел живлення TPS (Trans Puls Synergic), можна керувати тепловкаладанням, швидкістю кристалізації зварювальної ванни і одержувати надійне формування кореня шва при зварюванні «на вазі» без підкладних формуючих пристроїв. Для забезпечення якісного шва діаметр електродного дроту при зварюванні метала товщиною 2,5-3 мм має бути 1,2 мм, а для товщин менше 2 мм відповідно не більше 1 мм.

Наведені в табл. 1.26 параметри режиму напівавтоматичного зварювання призначені для нижнього положення, для інших положень зварювальний струм треба зменшити на 10-15%.

Таблиця 1.26 – Орієнтовні параметри режиму імпульсно-дугового механізованого зварювання плавким електродом алюмінієвих сплавів при частоті імпульсів 100Гц.

Типи з’єднання, форма підготовлених кромок	Товщина метала, мм	dе, мм	Iзв, А	Uд, В	Vзв, м/год	QAr, л/хв	Кількість проходів
Напівавтоматичне зварювання
Стикове, двобічне без розчищення кромок	3 4 6	1,25–1,6 1,4-1,6 1,6	90-110 120-140 160-180	17-18 18-20 20-22	- - -	8-9 10-12 13-14	2 2 2
Стикове, двобічне з V-подібним розчищенням кромок	6 8 10-12	1,6 1,6-2,0 2,0	130-160 170-200 220-280	19-21 20-22 22-24	- - -	10-12 13-14 14-16	2 2 3
Стикове, двобічне з Х-подібним розчищенням кромок	14-16 18-20	2,0-2,5 2,0-2,5	240-280 250-300	22-24 22-24	- -	14-16 14-16	4 4-6
Таврове, двобічне без розчищення кромок	3 4 6-8 10-12	1,4-1,6 1,6 1,6-2,0 2,0	130-160 150-180 190-240 230-280	19-20 20-21 21-22 21-23	- - - -	9-11 10-12 12-14 12-16	2 2 2-4 2-4
Автоматичне зварювання
Стикове, двобічне з V-подібним розчищенням кромок	10-12 14-16 18-20	4,0 4,0 4,0	320-400 420-480 460-500	24-26 26-28 27-30	16-20 12-18 16-20	25-28 28-32 30-35	2 2 2
Продовження табл. 1.26
Стикове, двобічне з Х-подібним розчищенням кромок	25-30 35-40	4,0-5,0 4,0-5,0	480-520 480-520	28-32 28-32	16-20 14-18	30-35 30-35	4-6 6-8

При зварюванні з використанням звичайних джерел живлення дуги (без імпульсів) сила струму може бути збільшена на 15%. При автоматичному імпульсно-дуговому зварюванні виробів товщиною менше 10мм і при використанні дроту діаметром 1,4 - 2,5мм потрібно вживати режими, рекомендовані для напівавтоматичного зварювання.

Особливо ефективне імпульсно-дугове зварювання з використанням гелій-аргонових сумішей алюмінія високої чистоти і сплавів алюмінія з літієм, маючих високу схильність до утворення пор (табл. 1.27).

Таблиця 1.27- Орієнтовні параметри режиму однопрохідного імпульсно-дугового зварювання в гелій-аргонових сумішах стикових з’єднань алюмінієвих сплавів дротом діаметром 1,6 мм.

Марка сплава	Товщина метала, мм	Марка дроту	Ізв, А	Uд, В	Частота імпуль- сів, Гц	Vп.е, м/год	Vзв, м/год	Q газа л/хв
								Ar	He
АД1	6	СвА5	260-270	32-33	175-185	330-340	28-30	13	37
АД33Т1	6	СвАК5	240-250	28-29	150-155	340-350	28-30	25	25
АМг6	4	СвАМг6	250-260	29-30	165-170	360-370	33-35	25	25
1420Т1	4	СвАМг6	165-175	25-26	105-110	280-290	38-40	20	20
1201Т1	6	СвАМг63	165-175	25-26	105-110	280-290	38-40	20	20
1460Т1	6	Св1201	220-230	27-28	155-160	350-360	33-35	25	25

Для метала товщиною 4 мм струм в імпульсі при його тривалості 2,8-3мс складає 510-535А при базовому струмі 105-115А, а для метала товщиною 6 мм відповідно 3-3,3мс, 475-505А і 190-210А.

Імпульсно-дугове зварювання модульованим струмом також дозволяє одержати якісне зварне з’єднання (табл. 1.28).

Таблиця 1.28 Орієнтовні параметри режиму автоматичного однобічного імпульсно-дугового зварювання плавким електродом стикових з’єднань виробів із сплава АМг6 без розчищення кромок.

Товщина метала, мм	Умови виконання шва	dе, мм	Ізв, А	Uд, В	Vп.е., м/г	Vзв, м/г	QAr, л/хв	U2, В
6+6	на зйомній підкладці, зазор 0-1 мм	2,0	180-200	20	260	25	12-14	105
8+8	те ж саме	2,0	240-260	23	335	21	13-15	105
6+6	на зйомній підкладці, без зазора	2,5	260-280	22	189	32	12-14	105
8+8	те ж саме перевищення кромок 1 мм	2,5	270-280	24	204	26	13-15	105
Продовження табл. 1.28
6+8	на підклад ці, що зали шується, зазор 2-3 мм	2,5	300-310	24	221	26	12-14	87
8+10	те ж саме, зазор 3 мм	2,5	310-320	25	239	26	13-15	105

Примітки: 1. Частота прямувань імпульсів 100 Гц, ступінь дроселя в устрою ИУП-1-друга (U₂)

2. Марка зварювального дроту СвАМг6.

Для підвищення якості цього прогресивного способу зварювання вживається низькочастотна модуляція зварювального струму, завдяки якій формуються пачки імпульсів. В результаті розплавлений метал витісняється в хвостову частину ванни, збільшуючи провар. В період пауз відбувається охолодження зварювальної ванни і її кристалізація, що виключає пропали, підтікання металу під нижню частину зварюваних кромок. Амплітуда і тривалість імпульсів струму протягом пауз і пачки імпульсів забезпечує керований переніс метала, як під час пауз, так і імпульсів, що гарантує високу стабільність процеса (табл. 1.29).

Таблиця 1.29- Орієнтовні параметри режиму імпульсно-дугового зварювання плавким електродом з низькочастотною модуляцією струму в середовищі аргона кільцевих і поздовжних швів виробів із алюмінієвого сплава АМг6.

Товщи на метала, мм	Вид шва	Параметри модуляції						U2, В		Vп.е., м/г		Vзв, м/г		QAr, л/хв
		імпульс			пауза
		Iд, А	Uд, В	τ∙ 10 -3, с	Iд, А	Uд, В	τ∙ 10 -3, с
8+8	Кільцевий без розчищення	315	21	140	255	20	630		79		216		20		10-12
8+8	Кільцевий з розчищенням	295	21	140	235	20	630		79		196		19		10-12
8+8	Поздовжний без розчищення	320	21	160	280	20	740		80		198		18		12-14
8+8	Поздовжний з розчищенням	310	20	160	260	19	740		80		184		20		12-14
10+10	Поздовжний з розчищенням	320	21	160	280	20	740		80		198		18		12-14
6+6	Поздовжний без розчищення	290	20	160	240	19	740		80		176		26		12-14

Примітка: Марка зварювального дроту СвАМг6.

Дуже ефективне поєднання імпульсно-дугового зварювання плавким електродом із захисним середовищем гелія, при якому забезпечується висока концентрація теплової енергії і висока швидкість процеса, кількість дефектів знижується на 30-40%, а продуктивність зростає в 4-5 разів.

Зварювання цим способом потребує вузького розчищення кромок (рис. 1.3, а). Для зниження рівня кутової деформації після перших чотирьох проходів (параметри режиму зварювання окремих проходів наведені в табл. 1.30) виріб кантується на 180°, спеціальною фрезою вибирається корень шва з проплавом і виконується п’ять проходів із зворотного боку, потім нове кантування і остаточне заповнення розчищення з двох боків – всього за 12 проходів (рис. 1.3, б) при звичайному ручному аргонодуговому зварюванні знадобилося б 50 проходів).

Рис. 1.3 Підготовка кромок до зварювання (а) і порядок накладання шарів (б).

Таблиця 1.30 Орієнтовні параметри автоматичного імпульсно-дугового зварювання сплава АМг6 плавким електродом в середовищі гелія

№ проходу	Ізв (серед), А	Uд, В	Vп.е., м/г	Характеристика імпульсів
				Частота, Гц	Тривалість, мс
1	170	24	200	80	2,1
2	230	28	250	155	1,7
3-12	270	30	260	200	1,7

Примітка. В усіх випадках d_е=2,5 мм, V_зв=42 м/г, Q_He=80-90 л/хв

Підвищити продуктивність імпульсно-дугового зварювання можна, використовуючи спеціальне обладнання для ведення процеса одночасно двома дугами. Зварювальні дроти діаметром 1,2 мм подаються у спеціальний пальник, конструкція якого дозволяє змінювати відстань між дротами, подавати для кожної дуги свій захисний газ і зварювати імпульсною чи стаціонарною дугою на струмах 20-250 А. Сопло має овальну форму, відстань між ним і зварювальною поверхнею 8-12 мм, між дротами на виході-13 мм, а в зоні плавлення 5-12 мм.

При цьому з’являється можливість керування складом зварювальної ванни шляхом вживання стандартних зварювальних дротів різних систем легування. Спосіб можна використовувати для усунення пропалів при зварюванні тонколистових конструкцій, як стикових, так і замкових з’єднань, таврових з’єднань і внапустку. Для підвищення продуктивності при багатопрохідному зварюванні у V-подібне розчищення і наплавленні можна розвертати пальник навколо вісі на 45-90°.

Існує спосіб, СМТ - cold metal transfer, передбачаючий імпульсне подавання зварювального дроту вперед-назад з високою частотою. Дріт подається вперед і при виникненні короткого замкнення одразу автоматично відводиться назад. В період фази запалювання дуги виділяється тепло на короткий момент, потім його введення скорочується, так що в зварювальну ванну фактично переноситься холодний, мало перегрітий метал. В результаті крапля електродного метала переходить у зварювальну ванну в момент короткого замкнення без бризок, тому що струм короткого замкнення малий. Це дозволяє зварювати встик надтонкі листи до 0,3 мм без підкладок.

Напівавтоматичне зварювання ведуть “кутом вперед” з нахилом вісі пальника під кутом 10 – 30⁰ до нормалі, направленої до поверхні вироба. Струмопідводячий мундштук не повинен виступати з газового сопла і має бути на відстані 3-5мм від його зрізу.

Зварювальну дугу запалюють шляхом замикання електродного дроту на виріб з подальшим ввімкненям механізма подачи дроту і джерела живлення. Починають зварювання шва і закінчують на технологічних планках. При неможливості їх установки (на кільцевих або замкнених з’єднаннях) допустимо закінчувати шов на вже виконаній дільниці з попередньою підрубкою його і зачисткою.

Зварювальну дугу ведуть вздовж з’єднання з рівномірною швидкістю без поперечних коливань, що суттєво необхідно для надійного проварення кореня шва при першому проході, але при подальшому накладенні валиків багатопроходного шва такі коливання допустимі.

При виконанні шва в нижньому положенні пальник треба легкими рівномірними зворотно-поступальними рухами переміщувати вперед по спіралі. При русі пальника вперед розплавляють і очищують корень шва, а повертаючись, заповнюють розплавлену частину шва. При виконанні швів таврових і кутових з’єднань вісь електродного дроту потрібно направляти по бісектрисі кута, утвореного зварюваними деталями. Зварювання таких дрібних вузлів і виробів бажано виконувати з установкою їх “човником”. У разі різних товщин деталей таврових з’єднань зварювальну дугу слід направляти на більш товсту деталь.

Необхідно ретельно зачищати дротяною щіткою поверхню раніш накладених валиків при зварюванні багатопрохідних швів. При напівавтоматичному зварюванні швів великої протягненості їх розбивають на короткі дільниці довжиною 100-300мм, причому для більших товщин ці дільниці довші, для менших – коротші, а зварюють їх зворотно-ступенчастим способом.

Зварювання товстолистового метала з алюмінієвого сплава 1201 товщиною 50-60 мм пропонується виконувати у два прийоми: першим проходом неплавким електродом в середовищі гелія проварюється технологічне притуплення кромок 5-8 мм на постійному струмі прямої полярності на режимі: d_We=3-4 мм; І_зв=300-350А; V_зв=15 м/год. Подальшими проходами заповнюється розчищення вже плавким електродом також в середовищі гелія на режимі; d_е=1,6 мм; І_зв=250-300А, V_зв=30 м/год. Інша технологія зварювання плавким електродом в середовищі гелія стикових з’єднань алюмінієвих плит сплава 1201 у вузьке розчищення виконується на режимі, що забезпечує формування шва за один прохід вишиною 5 мм з увігнутим меніском: d_е=1,2 мм; І_зв= 200А; U_д=30В; V_зв= 28 м/год.

В залежності від товщини метала пропонуються такі варіанти ведення процесу і послідовності накладання валиків (рис. 1.4).

Рис. 1.4 Послідовність накладання валиків у стиковому товстостінному з’єднанні.

По першому варіанту зварювання ведеться від нижньої до верхньої поверхні плит, якісне зварне з’єднання можна отримати при товщині плит до 30 мм, при більших товщина виникає розтріскування в корені зварного шва.

По другому варіанту зварювання ведеться від середини товщини плит до верхньої кромки, потім виріб кантується і йде заповнення другої половини. Зварювання може виконуватись у будь-якому просторі з одним переходом на бік, але при цьому з’являється кутова деформація, уникнути якої можна, зробивши несиметричне розчищення кромок по глибині з урахуванням товщини виробу, усадки шва і кутової деформації при заповненні розчищення кромок з першого боку. Така технологія найбільш прийнятна для товщин 30-150 мм.

По третьому варіанту зварювання ведеться, починаючи від середини товщини почергового або одночасно з двох боків, краще у вертикальному положенні, тоді сумарна кутова деформація майже відсутня і немає необхідності кантувати виріб.

Таким способом можна зварювати великі товщини при ретельному дотриманні технологічних рекомендацій (режим зварювання, вилучення концентраторів напружень - несплавлень, напливів, підрізів механічним шляхом), забезпечення надійного зустрічного проплавлення кореневих валиків і т.і.

Для зменшення внутрішніх напружень при зварюванні метала великої товщини використовується зварювання блоками, а заповнення розчищення виконується шарами, скорочуючи час між зварюванням кожного шару.

Зварювання блоками починається на початку стика з його середини і продовжується до заповнення розчищення, так щоб кожний подальший шар блока наплавлявся на ще гарячий попередній шар. При цьому не допускається перегрівання основного металу, особливо при зварюванні термічно зміцнених і зміцнених нагартуванням сплавів: кожний подальший валик треба накладати тільки після охолодження виробу до температури 50⁰С. При зварюванні вертикальних швів рекомендуються поперечні коливання електродного дроту, а сам процес треба вести знизу – уверх. В процесі зварювання не можна допускати коротких замкнень електродного дроту на поверхню ванни або виробу, тому що при цьому відбувається вибух, метал випліскується з ванни, і в цих місцях утворюються пори. У таких випадках зварювання припиняється, поверхня метала зачищається, а забруднена ділянка шва вирубується. Кінець електродного дроту треба відкусювати кусачками; це потрібно робити перед кожним запалюванням дуги. При перерві в процесі зварювання захисний струмень аргону можна вимикати тільки через декілька секунд. По закінченні зварювання кратер треба виводити на планку або на менш напружений елемент і в останньому разі заварювати шляхом заповнення електродним металом при нерухомому положенні пальника. Після неупередженого обриву дуги зварювання починається на відстані 25-40мм до місця обриву з намаганням звести до мінімуму підсилення шва; таким же чином потрібно переплавляти і прихватки. При виконанні переривчастих швів тонким електродним дротом на початку і в кінці шва необхідна додаткова подача електродного дроту до утворення невеликої бобишки. Прихватки перед зварюванням не вирубуються, а тільки зачищаються від окисної плівки.

Треба мати на увазі, що при напівавтоматичному зварюванні плавким електродом кількість дефектів збільшується, зовні шов виглядає гірше, ніж при ручному зварюванні вольфрамовим електродом, а для його виконання потрібен зварник більш високої кваліфікації.

Автоматичне зварювання плавким електродом в захисних газах використовується тільки у нижньому положенні і в основному для стикових з’єднань великих товщин.

Накопичений виробничий досвід по зварюванню алюмінієвих конструкцій на ПО «Азовмаш» дозволив скласти номограму для вибору параметрів режиму автоматичного зварювання великогабаритних товстостінних виробів з алюмінієвих сплавів (рис. 1.5). Виходячи з марки сплава і товщини зварюваного метала можна без попередніх досліджень визначити вісім основних параметрів режима двобічного зварювання стикових з’єднань без розчищення кромок у нижньому положенні. При цьому треба мати на увазі, що відстань від торця сопла до зварюваного метала не повинна бути більшою за 9-10 мм (І_зв<500А) і 6-8 мм (І_зв >500А), а відстань від мундштука струмопідводячої трубки до торця сопла повинна бути у межах 8-12 мм. Допускається збільшення вміст гелія в суміші і загальна її витрата на 5-10 л/хв при струмі більшим за 500А, якщо зварювання ведеться на відкритих ділянках при температурі повітря нижче 10°С. За номограмою можна призначати параметри режима зварювання плит з розчищенням кромок на глибину до 20% товщини метала з кожного боку. При цьому треба збільшувати швидкість зварювання.

Вибрані згідно номограми параметри режиму забезпечують гарантоване перекриття швів.

Рис. 1.5 Номограма для вибору параметрів режиму автоматичного дугового зварювання плавким електродом в гелій-аргоновій суміші стикових з’єднань алюмінієвих сплавів товщиною 8-32 мм:

U_д – напруга дуги, В; V_зв – швидкість зварювання, м/г; V_п.е. – швидкість подачи дроту, м/г; Q_г- витрата газа, л/хв.; d_с – діаметр сопла, мм; V_зв – швидкість зварювання, м/г; Не – вміст гелія в гелій-аргоновій суміші, %; Mg_о.м. – вміст магнія в основному металі, % (-------- Mg_о.м.≈0,1%, - - - - Mg_о.м.≈ 6,0%).

Автоматичне зварювання здійснюється на спеціальних плоских стендах і плитах з використанням притискних устроїв для закріплення зварюваних плоских полотнищ. На початку і в кінці з’єднання обов’язково установлюють і приварюють технологічні планки, на яких починають і закінчують кожний валик шва. Ці планки мають однакову зі зварюваними листами товщину і підготовку кромок. Зварювання рекомендується вести трохи на підйом (з кутом нахилу 2-3⁰) для кращого проплавлення. Пальник автомата нахиляється при цьому “кутом вперед” (вісь пальника відхилена на 5-20⁰ від вертикалі). Зварювання на спуск використовують при виконанні кільцевих швів. В цьому разі електрод зміщають із зенита проти обертання деталі, що збільшує ширину шва, покращує його формування і якість зварювання. Струмопідводячий наконечник (мундштук) пальника повинен бути розташованим вище зрізу газового сопла на 10-15мм, а останнє повинно бути не далі 10-15мм від поверхні з’єднання. Після кожного проходу шва необхідно вилучати з газового сопла наліти бризок і оксидів.

Автоматичне зварювання виконується з двох боків, тому підварювання зворотного боку шва виконується після кантівки полотнища і обов’язкового вилучення кореня шва підрубкою, фрезеруванням і т. і. до чистого метала. Автоматичним однобічним зварюванням плавким електродом на тимчасовій підкладці у вигляді полоси з нержавіючої сталі з канавкою можна зварювати деталі товщиною більше 10мм на спеціальному стенді з притисненням зварюваних елементів по всій довжині. При використанні суміші захисних газів аргона і гелія можна підвищити швидкість зварювання за рахунок зростання потужності дуги (напруга на дузі вища на 20-25%).

Зварювання обичаєк котлів з алюмінієвого сплава АДО виконується на параметрах режима, наведених в табл. 1.31.

Таблиця 1.31- Орієнтовні параметри режиму автоматичного зварювання плавким електродом марки СвА5 діаметром 3, 15 мм алюмінія марки АДО в геліво-аргоновій суміші.

Товщина метала, мм	Ізв, А	Uд, В	Vп.е, м/год	Vзв, м/год	Витрата газа, л/хв
					Ar	He
14-16	410-420	30-32	200-220	20-22	20-25	45-55
25	480-520	32-34	230-250	15-17	20-25	55-70
28	520-560	33-35	250-270	13-15	20-25	55-70

Примітка. Зварювання ведеться за допомогою трактора ТС-56.

Якісне формування внутрішніх кільцевих швів забезпечується використанням гнучкої еластичної підкладки у вигляді безкінечної стрічки, яка притискується до виробу за допомогою спеціального пристрою. Підкладка шириною 112 мм і товщиною 8 мм сплетена з тонкого мідного дроту і жорстко скріплена по всій довжині дротовими діаметром 1,6 мм скобами до безкінечного резино-тканевого ременя шириною 130 мм і товщиною 8 мм. Між стрічкою і ременем розміщена теплоізоляція з шести шарів склотканини, так що загальна товщина їх складає 20 мм.

Підкладка переміщується синхронно з обертанням обичайки і витримує дію зварювального струму до 600А. В процесі зварювання стрічка постійно змінює зону контакта і кожен раз у контакт вступає вже охолоджена ділянка, що покращує тепловідвід.

Зварювання необертаємих стиків алюмінієвих труб починається і закінчується звичайно у стельовому положенні, щоб уникнути провалів в кінці процеса. Якісне формування кутових швів при зварювані таврових з’єднань (приварювання ребер жорсткості до плоского полотнища) забезпечується оптимальною напругою на дузі. Таким показником слугує монотонний звук, утворюємий дугою з незначним потріскуванням, яке свідчить про окремі короткі замикання дугового проміжку. Автоматичне слідкування по стику кутового шва здійснюється механічним пристроєм – копіювальним роликом, жорстко пов’язаним зі зварювальною головкою автомата. Зусилля притиску цього ролика до вертикального елементу таврового з’єднання регулюється зміненням відстані між ведучими колесами візка і поперечним переміщенням заднього опорного ролика автомата. Для рівномірного руху автомата з заданою швидкістю зусилля притиску має бути мінімальним. Струмопідводячий мундштук не повинен виступати з газового сопла, а відстань між їх нижніми зрізами має бути при діаметрі електродного дроту до 2мм виключно 3-5мм, а при діаметрі 2-2,5мм – 5-10мм. Відстань між нижнім зрізом сопла і поверхневого валика має дорівнювати 3-10мм. Внутрішню поверхню сопла пальника треба періодично, після зварювання швів довжиною 25-30м, по мірі забруднення, очищати від бризок, сажі і металевого конденсата.

При поєднанні тонколистових алюмінієвих конструкцій, як і при наплавленні точкових рельєфів, може бути використано імпульсно-дугове зварювання за допомогою спеціального обладнання. Пальник із спеціальною насадкою забезпечує постійну відстань між соплом і верхнім листом поєднуваних деталей, а також притиснення верхнього листа до нижнього, так щоб зазор між ними не перебільшував 0,8 мм. Виліт дроту становить 14-16 мм, для однорядного шва відстань між точками становить 34 мм, а величина напустки - 60 мм. Отвори у верхньому листі виконуються у вигляді зрізаного конусу для гарантованого проплавлення і зменшення опуклості зварної точки. Параметри режиму установлюються автоматично мікропроцесором в залежності від швидкості подачи електрода і довжини дуги (табл. 1.32).

Таблиця 1.32 Орієнтовні параметри режиму імпульсно-дугового точкового зварювання плавким електродом в аргоні сплавів АД33 і АМг6 у нижньому положенні.

Товщина метала, мм	dе, мм	Діаметр отвору, мм	Iзв, А	Uд, В	fімп, Гц	τі, С	τ азвар. кратера, С	Vп.е, м/г
2+2	1,2	- 5-6	230-240 200-210	24-25 23-24	200-210 180-190	1,2-1,4 1,1-1,3	0,1-0,2 0,1-0,2	78-80 66-68
3+3	1,6	- 6-7	320-330 300-310	28-29 27-28	200-210 180-190	1,9-2,1 1,8-2,0	0,2-0,3 0,2-0,3	60-62 58-60
4+4	1,6	- 7-8	350-360 330-340	30-31 29-30	220-230 200-210	1,9-2,1 1,8-2,0	0,2-0,3 0,2-0,3	65-67 61-63

Примітка: При зварювання в гелії величини І_зв і τ_зв треба зменшити відповідно на 20-30 А і 0,02-0,03 с, а при зварюванні у вертикальному положенні на 30-40 А і 0,01-0,02 с.

Оптимальна величина міцності досягається між лише при рівнянні зусиль на зрізання зварної точки і розрива основного метала, що визначається розміром ядра зварної точки, а це залежить від відстані між швами і від товщини листів. Наявність отворів збільшує ядро точки і знижує на 15-20% тепловкладення в основний метал. Заміна аргона на гелій збільшує на 20-40% діаметр ядра і в 1,5-2 рази глибину проплавлення, зменшує кількість і розмір пор на поверхні і в перерізі шва, підвищує міцність з’єднання.

Для зниження деформації верхнього листа необхідно вести зварювання на максимальних струмах при мінімальній тривалості їх протікання.

Інша технологія передбачає покращення цього процесу за допомогою короткочасних локальних нагрівань і крапельного дозування присадного метала, заданих розмірів крапель і їх температури (рис. 1.6).

Рис. 1.6 Схема процесу дугового точкового зварювання:

1- сопло; 2-тепловідводячий мундштук; 3-опорна втулка.

Нагрівання зварюваних елементів виконується дугою на постійному струмі зворотної полярності в аргоні. З метою локалізації нагрівання і зниження витрати газа діаметр вихідного отвору сопла 1 вибирається близьким до діаметра зварної точки, а отвір сопла завдяки опорній втулці підводиться щільно до поверхні. Кожна крапля вагою 90-100 мг формується на ділянці вильоту електрода Le, розташованого біля кінця масивного тепловиводячого мундштука 2. При формуванні краплі і розігріві деталі електрод і мундштук нерухомі.

Після формування краплі подальше горіння дуги використовується для нагрівання деталі; маса краплі не змінюється, а її величина залежить від діаметра дроту і вильота. Діаметр дроту вибирається в залежності від товщини зварюваного метала і для товщин 0,8-1,2 мм він становить 1,6 мм, для товщин 1,2-1,6 мм – 2 мм. Зварювання ведеться за спеціальною програмою (рис. 1.7).

Рис. 1.7 Циклограма зварювального струму при формуванні і перенесенні краплі:

І_ч.д.- струм чергуючої дуги; І_о.д – струм основної дуги; t_ч.д. – час існування чергуючої дуги;; t_в.к. – момент відрива краплі; t_о.д. – час існування основної дуги; t_з.о.д – час затримки основної дуги; t_сп.- час спада струма.

На початку циклу іде запалювання дуги, на невеликому струмі І ч.д., потім струм збільшується до величини І о.д. при застосуванні імпульсів однополярного струму з частотою 150 Гц. при цьому регулюється час горіння чергуючої дуги, час горіння основної дуги, час затримки силового струму після відриву краплі і час спада струму до значення І ч.д. Таким чином весь процес зварювання автоматизований, що дозволяє використовувати зварників невисокої кваліфікації для виконання зварювання як на вазі, так і на зйомній підкладці стикових з’єднань внапустку з отворами у верхньому листі із сплавів марок АМц, АМг, АК та інш.

Автоматичне зварювання з використанням флюсу застовується для одержання з’єднань товщиною від 10 до 60мм. На цей час існує дві технології зварювання алюмінія і його сплавів. Перша носить назву зварювання по шару флюса або напіввідкритою дугою. Вона пов’язана з тим, що до складу флюсів вводяться хлористі і фтористі солі лужноземельних металів (табл. 1.33), які мають електронну провідність у твердому стані, внаслідок чого шлак може зашунтувати дугу і порушити процес.

Таблиця 1.33 – Флюси для автоматичного зварювання алюмінія і його сплавів

Марка флюса	Вміст компонентів, % по масі								Зварюваний метал
	NaCl	KCl	Na3AlF6	LiCl	NaF	BaCl2	SiO2
По шару флюса
АН-А1 МАТИ-1а МАТИ-10 УРОК-А1	20 - - 30	50 47 30 40	30 3 3 30	- 8 - -	- 42 - -	- - 68 -	- - - -	Алюміній і сплави АМц Сплави АМц Сплави АМг6 Алюміній і його сплави
Під шаром флюса
ЖА-64 ЖА-64А	17 15	43 38	36 43	- -	- CaF2-3	- -	4 1	Алюміній Алюміній особливо чистий
Електрошлакове
АН-301 АН-302 АН-304	-	20-60	-	10-40	LiF 2-20	5-30	-	Алюміній і слави АМц, АМг6

При зварюванні по шару флюса, який насипається попереду дуги певної висоти і ширини за допомогою спеціального дозатора, дуга тільки наполовину горить під флюсом. Ванна розплавленого метала захищена тонким шаром рідкого шлака, який сприяє доброму газовилученню, але зварник змушений захищатися від випромінювання маскою чи щитком. Завдяки високій концентрації енергії при зварюванні по флюсу забезпечується глибоке проплавлення основного метала, внаслідок чого не потребується розчищення кромок при зварюванні метала товщиною 20-25мм і більше.

Перша технологія використовується при виготовленні цистерн, котлів, інших ємностей з технічного алюмінія і сплава АМц товщиною 10-30мм без попереднього підігрівання. Зварювання ведуться одним дротом (табл. 1.34) на сталевих підкладках двобічними швами.

Таблиця 1.34 – Орієнтовні параметри режима автоматичного зварювання по флюсу

Товщина метала, мм	dе, мм	Iзв, А	Vзв, м/год	Шар флюса, мм
				висота	ширина
10-12 14-18 20-25	1,6-1,8 2-2,8 3-3,5	220-280 300-450 450-550	18-19 15-17 13-14	9-10 11-12 14-16	27 30-42 40-46

Зварювання також можна вести двома дротами, підключеними до одного джерела живлення – розщепленою дугою. При цьому дуга блукає між дротами, розсіюючи теплову потужність, завдяки чому зменшуються вимоги до точності збирання і підтиску до підкладок: зварювання можна проводити на флюсовій подушці однобічним швом на постійному струмі зворотної полярності згідно з даними табл.1.35

Таблиця 1.35 – Орієнтовні параметри режиму автоматичного зварювання алюмінія по флюсу розщепленою дугою.

Товщина метала, мм	dе, мм	Відстань між осями дротів, мм	Iзв, А	Uд, В	Vзв, м/год	Шар флюса, мм
						висота	ширина
12 16 20	1,6 2 2,5	7-9 8-10 9-12	320-340 400-450 460-500	34-36 38-40 38-40	17-18 15-16 12-14	11 12 16	30 42 46

Розподіл енергії по перерізу шва більш рівномірний, і вірогідність пропалів метала різко знижується.

Для цього способу розроблений спеціальний зварювальний трактор ТС-33, який має бункер із спеціальним дозатором висоти і ширини флюса, подавальний механізм тягнучого типа, спеціальний мундштук і газовідсмоктуючий пристрій.

Спосіб зварювання по флюсу можна успішно використати при виготовленні електротехнічних шин великого перерізу товщиною до 70 мм. Алюмінієві плити із сплава А5 розміром 70Х650 мм довжиною до 1000 мм можна зварити встик, зібравши їх без зазору на листовому асбесті, укладеному на графітовому блоці, на торці якого закріплені графітові планки товщиною 70 мм також ізольовані в зоні прилягання асбестом. Зварювання ведється дротом СвА5 по шару флюса марки ВАМИ висотою 15-20 мм і шириною 140-150 мм при силі струму 1750-1800 А, напрузі на дузі 70-72 В, швидкістю 8 м/г. Техніка його виконання така. Спочатку на торці стикового з’єднання збуджується дуга, а потім через 15-20 с вмикається самохід автомата, і коли відстань між віссю електрода і вихідною графітовою планкою стає рівною 20-25 мм у зварювальну ванну безпосередньо під дугу вручну подається присадний метал у вигляді алюмінієвого литого прутка перерізом 150-200 мм² для забезпечення заповнення зварювальної ванни врівень з основним металом. Зварювання під флюсом (закритою дугою) виконується при великій щільності струму, завдяки чому досягається глибоке проплавлення і не потребується розчищення кромок.

Розроблені керамічні флюси для цього процесу мають невелику електропровідність завдяки наявності кварцового піску та фтористого кальцію (табл. 1.33), які входяться до флюсу, як стабілізатори, перешкоджаючи перетворенню дугового процесу в електрошлаковий. При значній їх кількості це призведе до окислення поверхні метала шва до чорного кольору.

Зварювання проводиться розщепленою дугорю на змінному або постійному струмі зворотної полярності на режимах, вказаних в табл.1.36.

Таблиця 1.36 – Орієнтовні параметри режиму автоматичного зварювання під флюсом алюмінія при швидкості зварювання 13м/год

Товщина метала, мм	dе, мм	Iзв, А	Uд, В
14 34 40 50	3 2,5 3 3	550-620 1100-1200 1400-1500 1800-1900	28-34 32-36 34-38 36-38

Цей спосіб зварювання покращує умови праці зварників і підвищує продуктивність.

В усіх випадках, як присадку, вживають дроти марок згідно табл.1.2 відповідно до складу зварюваних сплавів, так що якість зварних швів незалежно від різновиду зварювання цілком задовільна.

Електрошлакове зварювання алюмінієвих сплавів виконується пластинчастими електродами великого перерізу і плавлячимися мундштуками – з подачою в зону зварювання стрічки або дроту по каналах мундштука в поєднанні із спеціальними флюсами, наведеними в табл. 1.33. Так при зварюванні алюмінієвих шин розміром 650х70 початкова ділянка підігрівається за допомогою графітового електрода теплом шлакової ванни (флюс АН-301) без подачі електродного дроту; підігрів і зварювання здійснюються від одного джерела живлення на режимі: d_е =9 мм; I_зв =1,5-2,5 кА; U_ш.в. =32-46 В; V_зв = 5,5 м/г. Формування шва здійснюється мідними водоохолоджувальними повзунами або графітовими кристалізаторами. Використання останніх не впливає на якість зварного шва, а вживання графітових електродів на початковій стадії процесу для підігрівання зварюваних кромок корисне, поки не почалося формування шва.

Тип і розташування можливих дефектів на зростання електричного опору шини не впливають, а зменшення робочого перерізу провідника на 10% збільшує загальний опір тільки на 1%, що допустимо правилами його експлуатації.

Параметри режиму електрошлакового зварювання забезпечують високу продуктивність зварювальних робіт порівняно з аргоно-дуговим зварюванням, інколи на 2 порядки.

Електроннопроменеве зварювання створює благоприємні умови для руйнування і вилучення оксидної плівки внаслідок механічної дії на плівку пари метала, а також розкладу оксиду алюмінія в процесі контакту алюмінія з плівкою при остаточному (залишковому) тиску не більше 0,13 Па і температурі 1450⁰С.

Вакуум сприяє вилученню з металу шва водню і азота і зменшує його схильність до пористості. Метал шва перебуває у твердорідкому стані короткий проміжок часу, так що тимчасові внутрішні напруження не встигають викликати утворення кристалізаційних тріщин. Внаслідок мінімального термічного впливу при високих швидкостях зварювання можна запобігти незміцненню метала в біляшовній зоні у високоміцних алюмінієвих сплавів. Пари металів і розчинені в них гази при переході метала з рідкого стану в тверде сприяють виникненню дефектів - пор, раковин, кореневих вад у вигляді усадкових мікротрещин. Поява останніх пов’язується з порушенням гідродинамічної сталості процесу переносу метала в кореневій частині зварювальної ванни. Тому необхідно стабілізувати умови переносу метала скануванням променя. Крім того зварювання ведеться на вазі без формуючих устроїв і підкладок, що забезпечує двобічний вихід газів і пари метала з канала проплавлення. Сприяє газовилученню і просторове положення шва (вертикальне, горизонтальне). На параметрах режима, наведених в табл. 1.37 можна виконувати різноманітні шви: стикові, внапустку, кутові, прорізні і т.і.

Таблиця 1.37- Орієнтовні параметри режиму електронно-променевого стикового зварювання алюмінієвих сплавів

Марка сплава	Товщина метала,мм	Прискорююча напруга, кВ	Струм променя, мА	Vзв, м/год.	Просторове положення
АМг 6	0,5 2 5 10 30 100 300	24 16 20 22 30 60 100	15 60 85 120 210 350 800	60 90 70 72 35 15 15	нижнє нижнє нижнє нижнє горизонтальне горизонтальне горизонтальне
АМг 6Н	2 14 30	15 27 30	60 160 350	90 50 50	нижнє нижнє горизонтальне
Продовження табл.. 1.37
1201	2 5 10 16 40 100 150 250 350	14 45 45 60 60 60 60 105 110	70 60 100 120 300 500 700 1000 1000	60 70 70 70 70 20 20 20 12	нижнє горизонтальне горизонтальне горизонтальне горизонтальне горизонтальне вертикальне вертикальне вертикальне
01420	5 10 15	13 20 27	55 130 130	55 55 45	нижнє нижнє нижнє
В 95	10	22	185	9	нижнє
В 93	35	28	300	25	нижнє
АД 0, АД 1	10	25	250	70	нижнє
АК 4	18	28	250	60	горизонтальне

Стикові з’єднання товщиною до 20 мм краще виконувати “на вазі” за один прохід, більші товщини краще зварювати з двох боків.

Із збільшенням струму променя глибина, ширина проплавлення зростають, при підвищенні прискорюючої напруги глибина проплавлення також зростає, при збільшенні швидкості зварювання з 20 до 80 м/год ширина проплавлення зменшується в 1,3-1,5 рази; одночасно зменшується і глибина провару. При електроннопроменевому зварюванні метал шва має меншу схильність до крихкості при низьких температурах, ніж основний в загартованому і штучно підданому старінню стані. Термічна обробка, виконана після зварювання, сприяє покращенню якості зварних з’єднань.

Ефективним способом зменшенням зони термічного впливу при зварюванні сплава АМг6НН є використання оплавляємих накладок, які розташовані над стиком з боку променя і притиснуті до зварюваних пластин сталевими притискачами. Такі накладки не тільки відводять тепло, але і служать екраном для периферійних електронів, завдяки чому зменшується розігрів ділянок, прилягаючих до зони термічного впливу. Ці ж накладки одночасно слугують і присадним металом. Ведення процесу зварювання з програмованим тепловкладенням дозволяє керувати геометрією зони проплавлення. Траєкторія сканування переміщення променя може бути кругом, еліпсом, напівеліпсом і т.і. з частотою 750-1000 Гц і амплітудою розвертки 1-3 мм. Завдяки цьому можна уникнути структурної шаруватої неоднорідності, здрібнювати структуру шва і підвищувати його щільність. Це досягається дискретною розверткою з регульованим часом затримки пучка в точці його зупинки в межах вибраної траєкторії у вигляді різних кривих другого порядку або їх комбінацій в межах сталих значень погонної енергії. Наприклад, уникнути утворення дефектів в кореневих зварних швах можна забезпеченням проплавлення з якомога більшим радіусом закруглення в кореневій частині шва, що досягається круговою розверткою променя і його фокусуванням на ділянці замикання шва, вибором оптимальної частоти кругової розвертки пучка і збільшенням кута відхилення розвертки. Для сплава АМг6 це досягається на таких параметрах режима: І_п=340 мА; U_пр=28 кВ; V_зв=24 м/г, частота розвертки 170 кГц; кут відхилення – 0,07-0,08 рад. Таврові з’єднання із нагартованого сплава АМг6НПП (листи 2000х500х8 мм зварювалися з ребрами жорсткості 40Х5 мм при виготовленні ребристих панелей) виконували на параметрах режима: І_п=55-65 мА; U_пр=60 кВ; V_зв=57 м/г; частота розвертки 800-1000 Гц; амплітуда розвертки 0,6-0,8 мм.

Аналогічні таврові з’єднання стрингерних панелей товщиною 2,2 і 2,8 мм із сплавів 1423, 1430, 1460 зварювали поступово двома кутовими швами з двох боків ребра при куті нахилу пучка 25-30° і мінімальному проплавленні листа панелі або однобічним швом з повним проплавленням ребра на всю товщину за один прохід при куті нахилу пучка 20°. Параметри режима: U_пр=60 кВ; V_зв=60 м/г, сканування траєкторії розвертки – круг з більшим тепловкладенням по боках шва, частота 1000 Гц, амплітуда 2-2,5 мм.

Гибридне зварювання – це сучасний спосіб поєднання деталей за допомогою подвійної дії джерел тепла.

Сутність його полягає в тому, що зварювальна дуга і лазерний промінь створюють дію на виробі на певній відстані одне від одного, але обидва джерела тепла працюють в межах загальної зварювальної ванни (рис.1.8).

При цьому співвідношення потужностей лазерного випромінювання і дуги лежить у межах від 1/1 до1/1,5 відповідно. Взаємодія лазерного випромінювання з дугою плавкого електрода призводить до резонансних явищ в зварювальній ванні, за рахунок чого можна значно підвищити проплавну здатність лазерної складової при збільшенні її поглинальної частки завдяки дуговому підігріванню, регулювати термічний цикл процеса, підвищити швидкість зварювання в декілька разів. З метою зменшення екранування випромінювання і, як наслідок, зменшення глибини проплавлення захист зварювальної ванн треба здійснювати сумішшю Ar+He або He і використовувати імпульсну модуляцію лазерного випромінювання. Розплавлений дугою метал поглинає лазерне випромінювання значно інтенсивніше, ніж твердий, що сприяє зниженню витрат потужності порівняно з лазерним зварюванням.

Закінчується процес вимкненням імпульсної дуги плавкого електрода, а через 1-2 с і лазерного випромінювання, що дозволяє точно визначити положення сфокусованого лазерного проміня відносно зони дії імпульсної дуги; найбільша глибина проплавлення досягається при L=2-4 мм.

Сплав Д16 з використанням дротів Св АМг6 і СвАК5 зварюють на параметрах режима: I_зв=185-200А; U_д=21-22В; P=4кВт.

Рис.1.8 Схема гібридного лазерно –дугового зварювання алюмінієвих сплавів: 1- лазерне випромінювання потужністю Р; 2- фокусуючий об’єктив з фокусною відстанню F; 3- захисне сопло; 4- присадний дріт; 5 – мідний струмопідводячий мундштук; 6 – деталь; ΔF- заглиблення горловини каустики випромінювання відносно поверхні деталі; L- відстань між кінцем плавкого електрода і віссю лазерного випромінювання.