Механизмы образования и методы устранения дефектов сварочным аппаратом магниевых и алюминиевых изделий

При дуговой сварке инверторными сварочными аппаратами сплавов на алюминиевой и магниевой основе образуется ряд дефектов. Бездефектное сваривание относится к области теоретических мечтаний, а не к реальной жизни, и «легкие» сплавы не являются исключением. Статистическое распределение основных видов сварных дефектов в Mg и Al изделиях выглядит так:

• Газовая пористость регистрируется чаще всего, примерно в 48 % случаев промышленной сварки;
• Пленки оксидов на готовых швах и стыках отмечаются причиной 30-32 % дефектных соединений;
• Включения в ЗТВ электродного вольфрама в количествах, ухудшающих качество соединений – порядка 12 % случаев;
• Образование горячих трещин, смещения кромок, участки несплавления, глубинный непровар и прочие проблемы – около 10 %.

Разумеется, возможны и комбинации перечисленных дефектов, но методы устранения принято классифицировать отдельно.

1. Газовая пористость в расплавах Mg и Al связана с высокой растворимостью атомарного водорода, причем в твердой фазе этих сплавов водород практически не присутствует. Например, для кристаллического алюминия содержание H не превышает 0.4 см³/1кг, и заметного значения достигает только при размягчении сплава (при T = 660 °С отмечается концентрация H до 6.9…7.2 см³/1кг и возрастает с увеличением давления и временем «газовой» экспозиции над расплавом). Для магния аналогичные значения «водородного присутствия» выражаются в 1.9 см³/100 г в твердой фазе и порядка 5 см³ на 100 грамм расплава. Присутствие олова, меди и кремния в ЗТВ снижает интенсивность поглощения водорода при сварке алюминия. Большинство же легирующих элементов, напротив, способствует этому неблагоприятному процессу. Присадки из никеля, марганца, железа, магния, хрома, титана и некоторых других металлов увеличивают растворимость водорода. Эта картина не зависит от бюджетного уровня используемых аппаратов и технологий, Брима качественное сварочное оборудование будет ничуть не предпочтительнее премиальных брендов по объективным причинам химического взаимодействия элементов.
   • Общие меры по соблюдению технологии работ – поддержание благоприятного микроклимата в производственных помещениях (температура воздуха 20…27 °С, влажность не более 75 %, запыленность по высокому классу чистоты, т.е. не ниже IV и т.п.).
   • Механическая, химическая и/или тепловая и обработка либо комбинация этих способов подготовки. Используется прогрев присадочной проволоки в аргоновой среде (в среднем при T = 250…300°С), различные виды химического травления кромок и их высокоточное механическое выравнивание – т.н. шабрение. Шероховатость Al и Mg после прохода шабера может составлять 40 микрон и меньше
   • Соблюдение правил хранения расходных материалов, особенно после предсварочной подготовки. Например, бухты электродной проволоки должны использовать не позднее 8 часов после травления специальными химикатами; если основной металл подвергается шабрению, то швы должны сформироваться не позднее 3 часов после этой операции.
   • Снижение роли поверхностных слоев электродного материала при наплаве – использование увеличенных диаметров проволоки, минимальное число проходов без снижения для надежности, соответствующая разделка кромок.
   • Дополнительное воздействие на сварочную вану – подогрев изделий непосредственно при сварке, трехфазная и/или двухдуговая обработка, перемешивание расплава посредством магнитных или ультразвуковых волн.
   
   
   • Общие меры по соблюдению технологии работ – поддержание благоприятного микроклимата в производственных помещениях (температура воздуха 20…27 °С, влажность не более 75 %, запыленность по высокому классу чистоты, т.е. не ниже IV и т.п.).
   • Механическая, химическая и/или тепловая и обработка либо комбинация этих способов подготовки. Используется прогрев присадочной проволоки в аргоновой среде (в среднем при T = 250…300°С), различные виды химического травления кромок и их высокоточное механическое выравнивание – т.н. шабрение. Шероховатость Al и Mg после прохода шабера может составлять 40 микрон и меньше
   • Соблюдение правил хранения расходных материалов, особенно после предсварочной подготовки. Например, бухты электродной проволоки должны использовать не позднее 8 часов после травления специальными химикатами; если основной металл подвергается шабрению, то швы должны сформироваться не позднее 3 часов после этой операции.
   • Снижение роли поверхностных слоев электродного материала при наплаве – использование увеличенных диаметров проволоки, минимальное число проходов без снижения для надежности, соответствующая разделка кромок.
   • Дополнительное воздействие на сварочную вану – подогрев изделий непосредственно при сварке, трехфазная и/или двухдуговая обработка, перемешивание расплава посредством магнитных или ультразвуковых волн.

Основными причинами газовых полостей и пористости при сварке Al и Mg является повышенная влажность – как самой газовой среды, так и обрабатываемых изделий, а также избыточная загазованность присадочного материала. Меры по устранению дефекта и повышения плотности расплавов магния и алюминия включают в себя:



2. Оксидные пленки. В большинстве промышленных сплавов алюминий и магний активно взаимодействуют с кислородом. В обычных условиях оксиды MgO и Al₂O₃ в виде плотных поверхностных пленок препятствуют свариванию, т.к. их температура плавления весьма высока – около 2.000°С для Al₂O₃ и порядка 2.800°С для MgO, не каждый сварочный аппарат способен проплавить такой стойкий поверхностный слой. Такие оксиды при интенсивной термообработке специализированными Linkoln-ами, EWM или Брима - качественное сварочное оборудование для магния и алюминия вовсе не редкость – не плавятся, но растворяются в расплаве. Хуже всего, что при этом пленочные оксиды поглощают влагу с дальнейшим распадом молекул воды на кислород и водород, что лавинообразно увеличивает пористость швов. Поэтому разрушения оксидных пленок относится к важным технологическим условиям качественного сваривания Al и Mg. Это осуществляется катодным распылением электродного материала при работе в среде Ar (при подключении оборудования обратной полярностью на постоянном токе или в режиме переменного тока). Если сварочный аппарат функционирует на прямой полярности постоянного тока, необходимая концентрация тепла в факеле предпочтительна в среде гелия, иначе пленки Al₂O₃ и MgO будут внедрены в расплав.


3. Вольфрамовые включения. Перегрев вольфрамового стержня приводит к его частичному разрушению, продукты распада проникают в ванну расплава. Минимизация вольфрамовых новообразований при сваривании магния и алюминия достигается различными способами:
   • Использование более стойких вольфрамовых электродов, с легированием иттрием или лантаном. У электродов марок СВИ, ВИ или ВЛ выше стойкость к температурной эрозии и большая устойчивость структуры к температуре дугового разряда
   • Уменьшение перегрева присадочного материала за счет качественной защиты инертным газом, его оптимального расхода, снижения времени проходов швов, предотвращения коротких замыканий.
   • Применение оптимальных режимов по подключению аппаратов. Максимальная эмиссия вольфрама происходит при обратной полярности постоянного тока, на переменном – заметно меньше, при прямой полярности постоянного тока она минимальна. Там, где возможны варианты подключения, следует сваривать Al и Mg оборудованием на постоянном токе и прямой полярности.

Информация предоставлена интернет-гипермаркетом сварочного оборудования Тиберис - tiberis.ru