Процессы сварки

Газовая сварка. Подробное описание газовой сварки дается в справочнике Британской ассоциации по исследованиям в области сварки (BWRA). Ввиду того что этот способ в настоящее время применяется довольно широко, в настоящем разделе приводятся некоторые сведения по технологии и оборудованию для газовой сварки.
Сварочное оборудование. В качестве устройства для сварки используют кислородо-ацетиленовые горелки. Газ подают из стандартных баллонов, снабженных регулятором расхода газа.
Приготовление образцов для сварки. Плоскости соединения зачищают от заусенцев и очищают с обеих сторон стальной щеткой на расстоянии 9,5 мм от кромок, которые должны свариваться. Таким способом может быть удалена любая хроматная пленка с поверхности свариваемого образца. Сварочный пруток также нужно очистить стальной щеткой. Процесс химической очистки описан в справочнике сварщика.
Соединяемые поверхности устанавливают с определенным зазором, чтобы облегчить плавление металла (1,6—0,8 мм в зависимости от размера). Если сваривают образцы различной толщины, то более толстый должен быть обточен на конус до толщины более тонкого образца.
Флюсы. Для сварки магния требуются специальные флюсы. Поставляемые в форме порошка они должны быть свежеприготовленными, смешанными с водой до консистенции крема. При сварке листов флюс наносят под свариваемую поверхность и на сварочный пруток. В некоторых случаях покрывают флюсом верхнюю поверхность листа. Проблемы флюса, связанные с газовой сваркой, рассматриваются ниже.
Технология сварки. Пламя газовой горелки, которое должно быть нейтрально, используют для предварительного нагрева поверхности в зоне, где предполагается начать сварку или прихватку — предпочтительно подальше от кромки, чтобы свести до минимума растрескивание. Когда флюс расплавился, подают газ таким образом, чтобы длина внутреннего конуса пламени составляла 3,2—1,6 мм. По мере того как края начинают плавиться, подают сварочную проволоку. Газовую горелку держат в правой руке и направляют пламя под углом ~45° к образцу, в то время как сварочную проволоку держат в левой руке под меньшим углом наклона. Газовая горелка и сварочная проволока поэтому оказываются примерно под прямым утлом и в вертикальной плоскости. Сварку выполняют левым способом предпочтительно в одном направлении, хотя длинные прямые швы рекомендуется начинать с точки на некотором расстоянии от конца стыка и сваривать от этой точки вначале более длинный шов.
Когда применяют сварку стыка с прихватками, все прихватки проплавляют целиком, чтобы уменьшить попадание флюса. Повторную сварку производят на 12,7—9,4 мм ниже конца первого шва. Следует обращать внимание на то, чтобы не занести флюс на последнюю точку. Прихватки лучше избегать и в особенности для сплава АМ503, который может быть зажат совершенно жестко. Конструкции, однако, часто зажимают, чтобы затем легче сваривать.
Очистка после сварки. Очистку лучше производить сразу же после сварки Сварные соединения должны быть очищены проволочной щеткой в теплой проточной воде и погружены на несколько часов в ванну, содержащую 2—5% дихромата калия или дихромата натрия при 90—100°С. Для сплава AZM рекомендуется промежуточная обработка, заключающаяся в погружении на 10—15 сек в 5—10%-ную азотную кислоту или на 15 мин в 5%-ный горячий раствор каустической соды и в последующем медленном кипячении в дихроматном растворе. Такая промежуточная обработка предотвращает окрашивание поверхности при последующем погружении сплава AZM, сваренного газовой сваркой, в дихроматный раствор. Стандартная хроматная глубокая обработка (т. е. обработка в кислом хромате ДТД9ПС) должна следовать сразу, если только сварное соединение не подвергают ковке. После хроматной обработки желательно тщательно просушить сварное соединение при температурах выше 100°С для удаления остатка влаги с поверхностных пор перед проведением какой-либо окончательной обработки.
Перед окончательной хроматной обработкой может быть проведена горячая ковка сварных соединений из сплава АМ503, которую в дополнение к выпрямлению сварных соединений применяют для повышения их механических свойств и формирования наплавленного валика. Температура обработки не должна быть ниже 250° С во избежание растрескивания.

Оборудование. Горелка состоит из вольфрамового электрода, окруженного кожухом, через который пропускают аргон. Электрод может быть охлажден водой. В США используют, кроме аргона, гелий. Чистота аргона не является критической, поскольку она превышает 98% (обычно промышленность поставляет аргон 99,95%-ной чистоты). Пористость сварных соединений вызвана, однако, наличием влаги в количестве около 0,3 мг/м3. Pacход газа контролируют ротаметром. Расположение оборудования при аргоно-дуговой сварке показано на рис. 215. Более полное описание оборудования и технологии аргоно-дуговой сварки дается в работах. Обычно для сварки этого типа используют переменный ток, так как он дает большую глубину плавления, меньшую мощность нагрева и более легкий контроль, чем постоянный ток с обратной полярностью. Осциллятор или генератор импульсов, перекрывающий основную сварочную цепь, дает возможность зажигать электрическую дугу без соприкосновения с рабочим образцом. Для материала с тонким сечением желательно применять генератор импульсов и очень небольшую горелку. Дуга постоянного тока с прямой полярностью обладает большей проплавляющей способностью, чем дуга переменного тока, но не обеспечивает катодного обезжиривания, что заставляет принимать необходимые меры для предварительной очистки.

Приготовление рабочих образцов. Поверхности мест соединения и сварочной проволоки должны быть свободны от жира и очищены путем блестящего травления кислотой или стальной щеткой перед самой сваркой. Пленка хромата, остающаяся на другой стороне рабочей поверхности, может содействовать проникновению основного металла; с другой стороны, выделяющиеся из пленки газы могут увеличивать пористость. Плоскости соединения приводят в соприкосновение. При толщинах, не превышающих стандартный сортамент проволоки, снятие кромок не применяют. При использовании дуги постоянного тока с прямой полярностью могут быть сварены листы толщиной 6,3 мм.
Технология сварки. Длина рабочей дуги составляет около 1,6 мм. Сварку осуществляют левым способом. Электрод держат в правой руке, слегка поодаль от вертикального направления, наклоняя назад, а сварочная проволока почти лежит вдоль соединения, которое должно быть сделано (рис. 216).
Необходимо очень небольшое передвижение сварочной проволоки, чтобы горелка двигалась медленно вдоль соединения, при этом не требуется поперечных колебаний для материалов (с толщиной до 3,2 мм).

Эксплуатационные данные. Приблизительные эксплуатационные данные приведены в технических публикациях Dow и MEL. В табл. 58 приведены параметры режимов аргонодуговой сварки магниевых сплавов, основанные на рекомендациях MEL. Опытный сварщик может с успехом использовать более высокие токи, чем те, которые приведены в данной таблице, и тем самым достигнуть более высоких скоростей сварки.
Автоматическая аргоно-дуговая сварка осуществляется легко и допускает скорости, равные нескольким десяткам метров в минуту с 0,25 м/мин (при ручной аргоно-дуговой сварке V = 0,25 м/мин).

Процесс сварки плавящимся электродом (саморегулируемая дуга). Важное исследование процесса дуговой сварки магния металлическим (плавящимся) электродом в среде инертного газа (MIG) было проведено Клэйном. Потенциальные преимущества этого метода состоят в ускорении процесса сварки в несколько раз и в возможности сварки толстых сечений.
Существует несколько типов перемещения металла в зависимости от силы тока и скорости подачи проволоки (рис. 217). Для толщин до 4,76 мм используют короткую дугу, в то время как мелкокапельный перенос металла употребляют при сварке более толстых сечений. В последнем случае плита толщиной 15,9 мм должна быть сварена в один проход со скоростью 7,6 см/мин. Аргон предпочитают гелию и желательно в качестве источника тока использовать постоянный ток с обратной полярностью (положительный электрод). Источник питания должен иметь увеличивающуюся или пологую внешнюю характеристику.

Процесс дуговой сварки с переносом металла путем коротких замыканий или пульсации, недавно разработанный для сварки стали в среде углекислого газа, оказался пригодным и для магния. При наличии соответствующих источников мощности он может стать стандартным методом дуговой сварки металлическим (плавящимся) электродом в среде инертного газа. Матузески и Киш использовали этот метод дуговой сварки для плит из сплава AZ31 толщиной до 127 мм, в последнем случае количество проходов было около 20 с каждой стороны. Скорость сварки составляла 38—76 см/ман при скорости подачи сварочной проволоки свыше 178 см/мин. Предварительный подогрев применяли при 150° С Дополнительною сведения по использованию метода дуговой сварки плавящимся электродом даны Сиблейем.
Точечная сварка. Процесс пригоден для детален, работающих при небольших или средних напряжениях, не подвергнутых значительной вибрации. По усталостной прочности соединения, полученные точечной сваркой, имеют несколько худшие свойства по сравнению с заклепочными соединениями и значительно уступают соединениям, полученным сваркой плавлением. Точечная сварка используется для толщин до 4,76 мм.
Аппараты. Машины для точечной сварки переменного и постоянного тока, используемые для сварки алюминия, в основном являются пригодными и для сварки магниевых сплавов. Желательно использовать механизм с пневматическим управлением давления, чтобы обеспечить быстрое передвижение электрода.
Предварительная очистка. Для большого числа сварных соединений используют химическую очистку, которая в то же время пассивирует поверхность.
Блестящее травление или предварительная обработка в хромовосероводородной кислоте является также пригодным. Механическая очистка должна осуществляться щеткой из нержавеющей стали во избежание загрязнения сварного соединения частицами железа. Механически очищенные поверхности являются химически реакционноспособными, поэтому сварные соединения должны подвергаться сварке без промедления.
Условия работы. Параметры сварки — усилие между электродами, электрическая настройка и время сварки — должны быть отрегулированы таким образом, чтобы получить одинаковое проплавление без выплеска или растрескивания (для чувствительных сплавов) или вмятин на поверхности. Сферический электрод является пригодным при соответствующей толщине сечения Материалы с неодинаковой толщиной требуют применения большей поверхности контакта электрода по отношению к более толстому материалу При сварке различных материалов одного и того же размера требуются различные размеры наконечников в том случае, если эффективная тепловая мощность, необходимая для расплавления, заметно отличается Некоторые эксплуатационные данные для свариваемых точечной сваркой сплавов, представляющих интерес для ядерной техники, приведены в табл. 59.
Налипание ограничивает число сварных точек, которые могут быть осуществлены без очистки рабочей части электрода. При использовании постоянного тока налипание может вызвать смещение сварной точки в направлении более горячего (положительного) электрода.

Очистка от налипшей меди в зоне сварки может быть произведена с помощью абразивных материалов или на полировальных кругах. Образец затем подвергают хромовому травлению или обработке в дихроматных растворах. Кроме того, налипание меди можно предотвратить, если необходимо, например, для целей ядерной техники, с помощью дисков толщиной 0,07 мм из углеродистой стали, помещенных между электродом и рабочим образцом. В случае необходимости точечную сварку проводят в присутствии изолирующих материалов. Это обеспечивает защиту от коррозии соединяемых поверхностей.