Особенности точечной контактной сварки изделий из алюминиевых сплавов

Размещено на http://www.allbest.ru/

КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана

Особенности точечной контактной сварки изделий из алюминиевых сплавов

С.С. Парамонов

Н.Н. Максимов

В последние годы наблюдается устойчивая тенденция к увеличению объема использования алюминия и его сплавов в различных отраслях промышленности, особенно в тех случаях, когда важны стойкость к коррозии и высокое соотношение прочность/вес для металлических конструкций. Возрастает потребность в технологиях, обеспечивающих качественные сварные соединения изделий из данных материалов.

Одним из распространённых способов получения неразъемных соединений алюминиевых деталей является точечная контактная сварка. Она обеспечивает высокую производительность, стабильное качество получения сварных соединений, малую себестоимость за счет низкого расхода вспомогательных материалов и высокую экологичность процесса. Также следует отметить широкие возможности механизации и автоматизации процесса. Машины контактной сварки или их рабочие узлы могут сравнительно легко встраиваться в поточные сборочно-сварочные линии.

Однако сварку алюминия и его сплавов осложняют его химическая активность и высокая теплопроводность.

Пленка окиси, образующаяся на поверхности заготовки, имеет температуру плавления более 2000 градусов, что превышает температуру плавления алюминия и его сплавов. Окислы алюминия являются стойкими химическими соединения, имеющими нейтральные качества [1]. Поэтому получающаяся пленка практически не поддается воздействию флюсов. Кроме того, ее тугоплавкость препятствует формированию литой зоны сварного соединения. антенный излучатель алюминиевый сплав

Перед тем как сварить алюминий точечной сваркой, необходимо подготовить его поверхность. Подготовка поверхности алюминия может выполняться механическим или химическим способами.

Механическая очистка может выполняться вручную или при помощи специальных устройств, что более эффективно. Очистка в основном осуществляется при помощи вращающихся металлических щеток, при зачистке вручную чаще всего применяют наждачную бумагу.

Химическая очистка является наиболее эффективным методом. Травление алюминия может осуществляться в растворах каустической соды или ортофосфорной кислоты. Перед обработкой заготовки должны быть обезжирены. После травления допускается хранения алюминия на складе до 3 дней (сварка переменной энергией) или 1 сутки (сварка аккумулированной энергией).

Высокие теплофизические свойства алюминия затрудняют тепловыделение в зоне соединения при точечной контактной сварке. Поэтому для повышения тепловыделения в зоне сварки и уменьшения влияния теплоотвода в электроды и массу деталей сварку ведут на жестких режимах. Эти особенности в значительной мере усложняют процесс контактной сварки сложных конструкций из алюминиевых сплавов.

В данной работе рассматриваются пути решения проблемы качества сварных соединений на примере антенного излучателя, выполненного из сплава АМц.

Излучатель (Рис. 1) представляет собой конструкцию, состоящую из желоба и 11 бобышек.

Рис. 1 Антенный излучатель. 1 - Желоб; 2 - Бобышка

При сварке желоба с бобышкой происходит шунтирование тока через желоб (Рис. 2).

Кроме фактора шунтирования возникает еще одно затруднение - формирование одновременно двух сварных точек.

В совокупности физико-химических свойств и конструктивных особенностей изделия возникают проблемы получения стабильного качества сварных соединений, основными из которых являются: прилипание электродов к поверхности изделия в процессе сварки; формирование требуемых прочностных характеристик полученного соединения; глубина отпечатка от электрода на поверхности желоба.

Предлагаются следующие решения для получения качественного сварного соединения:

1. Применение рельефов на свариваемых поверхностях бобышек, позволяющих повысить начальное тепловыделение в зоне формирования литых ядер.

2. Применение жесткого сварочного импульса.

3. Уменьшение теплоотвода в электроды за счет применения молибденовой прокладки.

4. Применение малоинерционного привода системы сжатия контактной машины для снижения влияния теплового расширения материала во время сварки и уменьшения глубины электродных отпечатков.

Рис. 2 Схема протекания тока при точечной сварке антенного излучателя

В процессе точечной сварки максимальный нагрев, а, следовательно, и начало процесса плавления происходят в зоне с максимальным электрическим сопротивлением. Для того чтобы гарантировать начало плавления в требуемых зонах (места соединения бобышки и желоба) необходимо увеличить электрическое сопротивление между указанными элементами. Оптимальным способом достижения данной цели является уменьшение площади контактов за счет придания торцам бобышки сферической формы (рис. 3).

Источник питания контактной машины для сварки алюминиевых сплавов должен обеспечивать жесткие режимы сварки, характеризующиеся быстрым нагревом.

Инверторные источники питания являются одними из самых современных, имеют малые габаритные размеры, позволяют тонко регулировать импульс тока. Также важным фактором является большая скорость нарастания тока, что позволит снизить отрицательное влияние высокой теплопроводности материала.

Рис. 3 Конструкция с уменьшенной площадью контакта бобышки и желоба. 1 - желоб, 2 - бобышка.

В инверторных источниках питания осуществляется трехкратное преобразование энергии питающей сети. Повышение частоты в 10 раз позволяет, как это видно из формулы, определяющей сечение магнитопровода сварочного трансформатора Fс, уменьшить вес и габаритные размеры трансформатора также в 10 раз:

где В - магнитная индукция, Тл; К - коэффициент, учитывающий неплотность сборки листов трансформаторного железа и слой изоляции на листе, К = 0,9...0,2; f- частота тока, f= 50... 50Q Гц; U2max- вторичное напряжение, U2max=4...20 В; w2 - число витков вторичной обмотки.

Для повышения частоты питающей сети в таких источниках постоянного тока переменное напряжение трехфазной питающей сети с частотой 50 Гц сначала выпрямляется, а затем производится инвертирование (преобразование) постоянного напряжения в переменное частотой 500 Гц, которое подается на первичную. обмотку сварочного трансформатора, а на стороне вторичной обмотки трансформатора вновь выпрямляется до постоянного тока [2].

Отвод тепла в электроды, вызванный высокой теплопроводностью материалов изделия и электродов снижает тепловложение в зоне сварки. Для снижения теплоотвода могут применяться различные пластины из хромоникелевой стали или молибдена, которые позволяют снизить отвод тепла за счёт своей меньшей теплопроводности. Также возможно применение медных электродов с различными вставками (например, вольфрамовыми), которые не усложняют технологический процесс сварки.

Отпечаток электрода в месте сварки, отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах изделия. Причинами возникновения данного явления являются интенсивный отвод тепла из зоны сварки в деталь, вызванный высокой теплопроводностью материала, и высокая масса подвижной части контактной машины, препятствующая тепловому расширению материала в процессе сварки. Для уменьшения глубины отпечатка необходимо использовать малоинерционный механизм сжатия, который позволит металлу изделия расширяться в процессе нагрева. Наиболее приемлемым вариантом в данном случае является мембранный пневматический привод, отличающийся небольшой высотой и простотой устройства. Недостатком данного типа приводов является небольшой ход, но во многих случаях он вполне достаточен в качестве рабочего хода сварочной машины.

Рабочий диаметр мембраны обычно доходит до 500 мм. Но получаемую силу, если нужно, увеличивают, заставляя работать на один шток несколько мембран.

Применение различных технологических и конструктивных решений позволяет снизить влияние факторов, затрудняющих процесс точечной контактной сварки, и получать качественные и стабильные сварные соединения.

Список литературы

1. Арзамасов Б. Н., Макарова В.И., Мухин Г.Г. и др.; Материаловедение: Учебник для вузов /- 8-е изд., стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 648 с.

2. Банов М. Д. Технология и оборудование контактной сварки. -- 4-е изд., стер. -- М.: Издательский центр «Академия», 2009. -- 224 с.

3. Глебов Л. В. и др. Расчет и конструирование машин контактной сварки 2-е изд., перераб. и доп. -- Л.: Энергоиздат, 1981. -- 424 с.

Размещено на Allbest.ru