Підготовка під зварювання деталей з алюмінію та його сплавів
При зварюванні деталей з алюмінію та його сплавів пред'являються особливі вимоги до підготовки деталей, матеріалів та устаткування. Серед зварювальників, що займаються виготовленням конструкцій з алюмінію, існує вираз: "Добре підготовлено — наполовину зварено".
Інші сторінки на тему
Підготовка під зварювання деталей з алюмінію
Є ряд рекомендацій щодо підготовки поверхонь алюмінієвих деталей та дроту, які відрізняються від рекомендацій для сталі. Наприклад, не допускається зачищати поверхню під зварювання абразивами, наждачним папером, дробоструминною обробкою і т. п. Крім механічної обробки кромок зварюваних деталей для надання їм раціональної форми, що полегшує виконання з'єднань, підготовка деталей під зварювання забруднень та оксидів.
Є велика кількість рецептів підготовки поверхні під дугову (променеву); під точкове (шовне) зварювання; для отримання клеєзварних з'єднань. Однак відмінності у підготовці невеликі.
Підготовка деталей під зварювання дугову (променеву) .
У виробничій практиці широкого поширення набув наступний процес підготовки алюмінієвих деталей та дроту до зварювання.
1. Насамперед їх поверхню очищають від мастила, що консервує, і забруднень, протираючи її ганчіркою, змоченою в бензині, уайт-спіриті або інших органічних розчинниках. У серійному виробництві деталі, що зварюються, зазвичай знежирюють у негарячому водному розчині, що містить 10 г/л NaOH, 40-50 г/л тринатрійфосфату Na3PO4 - 12Н2O, 5 г/л натрієвого рідкого скла Na2SiO3. Тривалість процесу знежирення залежить від ступеня забрудненості поверхні металу та від температури. При температурі розчину 60-70 ° С тривалістьзнежирення зазвичай не перевищує 3-5 хв.
2. Після знежирення деталі або дріт занурюють у 5% водний розчин лугу (NaOH або КОН), нагрітий до 60-70°С. Через війну взаємодії з лугом оксидна плівка стравлюється з поверхні протягом 2—3 хв. Після цього залишки лугу та продукти реакції змивають з поверхні деталей спочатку гарячою, а потім холодною водою, одночасно протираючи їх волосяними щітками.
3. Відразу ж після промивання деталі пасивують у 20%-ній азотній кислоті (HNO3), нагрітій до 60-70°С. За 5-7 хв перебування в розчині поверхня деталей покривається новим, щільнішим шаром оксиду алюмінію. Вилучені з азотної кислоти деталі промивають у холодній, а потім у гарячій воді і сушать підігрітим повітрям.
Знежирення та травлення поверхні дроту проводять за технологією, прийнятою для основного металу. Додаткова обробка може бути різною: вакуумне сушіння дроту; механічне зачищення поверхні у спеціальному пристосуванні; хімічне чи електрохімічне полірування поверхні.
Слід особливо зупинитися на підготовці поверхні деталей та дроту із алюміній-літієвих сплавів.
При ручному дуговому зварюванні деталей з тонколистових напівфабрикатів відзначається підвищена схильність з'єднань до утворення пір за межами шва, яка, знижуючи міцність зварного з'єднання при циклічних навантаженнях, суттєво обмежує сферу застосування цих перспективних сплавів.
Встановлено, що виникнення пористості пов'язане з окисленням поверхневих шарів при технологічних нагріваннях та наявністю в окисленому шарі гідридів літію та магнію, що дисоціюють при зварювальному нагріванні з виділенням атомарного водню, що потрапляє до розплавленого металу зварювальної ванни.
Аналізотриманих даних дозволяє зробити висновок про те, що шар оксидів на основі MgO і Li2O у листів, що піддаються нагріванню до температури не вище 400 ° С, має товщину 0,03-0,035 мм. Так як цей шар найбільш гігроскопічний, його видалення повинне призводити до зниження пористості металу зварних швів. Тому було запропоновано технологію підготовки кромок, що включає хімічне фрезерування (глибоке травлення) в розчині NaOH на глибину 0,04-0,05 мм.
Травлення на глибину 0,04-0,05 мм дозволило повністю виключити пористість на межі швів. Спостерігалися окремі розсіяні в металі шва пори розмірами 0,1-0,15 мм, що не перевищують допустимих за технічними умовами. Методом гідростатичного зважування встановлено високу якість зварних швів, одержаних після травлення зразків на глибину до 0,05 мм (табл. 1). Аналогічні результати отримані при автоматичному зварюванні.
Таблиця 1. Пористість швів на тонколистових напівфабрикатах.
| Підготовка під зварювання кромок, що зварюються. | Товщина шару, що видаляється, мм | Сумарний об'єм пор см 3 на 100г металу |
| Травлення в 15% розчині NaOH (80 o C, 15 хвилин) та в 15% розчині HNO3 (50 o C, 2 хвилини) | 0,01-0,02 | 0,2146-0,3318 |
| Хімічне фрезерування (глибоке травлення) розчині, що містить 200 г/л NaOH та 8 г/л Al (80 o C, 15 хвилин) | 0,04-0,05 | 0,0189-0,0245 |
Сумарний обсяг пір визначений методом гідростатичного зважування.
Підготовка деталей під зварювання точкове (шовне)
Основною метою підготовки поверхні під контактне точкове зварювання є досягнення мінімального та стабільного опору у зварювальному контакті електрод-деталь та стабільного невисокого опору вконтакт деталь-деталь. Поряд з цим необхідно забезпечити постановку більшої кількості зварних точок на деталі, що зварюється без зачистки робочої поверхні електродів.
Вплив природних плівок на виділення теплоти при контактному точковому зварюванні тонких деталей з алюмінієвих сплавів значно більший, ніж при зварюванні товстіших, що вносить додаткові технологічні складності. Зовнішня поверхня деталей, що зварюються, підплавляється з утворенням зовнішніх виплесків, пропалів, а робоча поверхня зварювального електрода після постановки вже декількох перших точок вихолить з ладу.
Дослідженнями встановлено та виробничим досвідом підтверджено, що об'єктивною характеристикою якості підготовки поверхні, наприклад, алюмінієвих сплавів типу Д16 під контактне точкове зварювання є контактний опір ділянки зварювання. Допустимий опір обмежується значенням 150 мкОм. Крім того, при підготовці поверхні необхідно забезпечити збереження плакуючого шару листів, що зварюються, особливо малих товщин. Ці вимоги виконуються при хімічній підготовці, яка є найбільш зручним та надійним способом забезпечення задовільної якості поверхні.
Наприклад, технологічний процес хімічної підготовки листів зі сплаву Д16Т товщиною 0,5-0,6 мм включає наступні операції:
1. Знежирення деталей у 2%-ному водному розчині миючого препарату при температурі 60-70 ° С протягом 2-3 хв.
2. Промивання деталей у теплій (35-50 ° С) проточній воді багаторазовим зануренням (5-8 разів).
3. Травлення деталей у водному розчині NaOH (концентрація 40-60 г/л, температура 35-45 ° С, тривалість травлення 30-60 с).
4. Промивання деталей у теплій (35-50 ° С) проточній воді багаторазовим зануренням(5-8 разів); зміна води - з розрахунку 15 л на 1 м 2 поверхні деталі.
5. Промивання деталей у холодній проточній воді багаторазовим зануренням (5-8 разів); зміна води - з розрахунку 25 л на 1 м2.
6. Освітлення деталей у водному розчині азотної кислоти (концентрація 200-250 г/л, температура 16-30 ° С, 2-5 хв).
7. Промивання в проточній воді багаторазовим зануренням (5-8 разів); зміна води - з розрахунку 25 л на 1 м2.
8. Пасування деталей у водному розчині ортофосфорної кислоти (Н3РО4) та калієвого хромпіку (К2Сr2O7): концентрація H3PO4 - 50-120 г/л, К2Сr2O7 - 0,5-1,2 г/л; температура 26-34 ° С, тривалість травлення 15 - 20 хв; відношення Н3РO4 до K2Cr2O7 підтримується лише на рівні 100:1.
9. Промивання деталей у холодній проточній воді багаторазовим зануренням (5-8 разів); зміна води із розрахунку 25 л на 1 м 2 .
10. Сушіння деталей у підігрітому до 40-60 ° С повітрі.
11. Перевірку контактного опору зразків і деталей, що зварюються (контактний опір повинен мати мінімальні значення і бути стабільним).
Пресовані профілі, механічно оброблені деталі та неплаковані листи перед травленням в ортофосфорній кислоті обробляють (травлять) у розчині азотної кислоти 25-30%-ної концентрації протягом 1-1,5 год при температурі 15-25°С з подальшим промиванням в холодній проточці воді. Травлення в азотній кислоті застосовують для отримання на поверхні деталей шару чистого алюмінію (не більше 3% товщини деталі), при утворенні якого покращуються умови формування зварного шва (зменшується кількість зовнішніх виплесків і збільшується проміжок часу до зачистки електродів).
Травлені деталі ретельно промивають у холодній проточній воді та протирають жорсткими волосяними щітками або бавовняними.серветками, потім сушать у камерах при температурі до 75°С або на повітрі, а після сушіння зберігають закритими від пилу, вологи та забруднень.
Підготовка поверхонь під склеювання
Стан поверхні металів, що склеюються, відіграє істотну роль, і основною вимогою, що пред'являються до поверхні під склеювання, є забезпечення високого і стабільного рівня адгезійних сил на межі розділу клей-метал.
Для досягнення підвищеної міцності адгезійної клейового з'єднання при підготовці поверхні під склеювання використовуються різні методи, що забезпечують оптимальне змочування поверхні металу клеєм і його розтікання. Найбільш висока міцність на зсув клейових з'єднань з алюмінієвих сплавів досягається у разі анодування, найменша - у разі зачистки наждачним папером.
У вітчизняній практиці основним способом підготовки поверхонь деталей, що склеюються, з алюмінієвих сплавів є анодування в сірчаній і хромовій кислотах. Другий варіант досконаліший: при анодуванні в хромовій кислоті анодна плівка, як правило, не відшаровується від металу. Існують інші способи підготовки поверхні деталей з алюмінієвих сплавів під склеювання. Один із них — хімічне травлення у суміші сірчаної та хромової кислот, так званий піклінг-процес. Спочатку деталі обробляють у парах трихлоретилену (5 хв), потім перешкодять рідкий трихлоретилен (15-20 хв) і після промивання в холодній воді обробляють у розчині сірчаної кислоти (22,5 мас. ч.), біхромату натрію (7,5 мас ч.) і води (70 мас ч.). Травлення здійснюється при температурі 60-65 ° С протягом 20-30 хв. Після промивання деталі піддаються сушінню повітря при температурі не вище 65°С. Оброблені цим способом деталі придатні для склеювання протягом 7 діб.
Для підвищення адгезійної міцності та стабілізації рівня адгезії композицій застосовують адгезійний ґрунт, який наноситься на підготовлену поверхню та піддається сушінню при температурі 20°С протягом 30 хв. Після цього на поверхні деталей, що склеюються, наносять клей і отверждают його.
Адгезійний ґрунт дозволяє забезпечити захист підготовленої до склеювання поверхні металу, зберегти її активність та підвищити адгезійну міцність клейового з'єднання при його експлуатації в умовах підвищеної вологості при температурі 50-70°С.