Сварку алюминия процессом ТИГ ведут с присадочной ироволо - кой либо без нее. В настоящее время — эго один из наиболее востребованных технологических процессов, с помощью которого собирают металлоконструкции из алюминия и его сплавов. Ис­пользование сварки ТИГ позволяет получить гладкую поверхность шва с плавным переходом к основному металлу. Технологический процесс требует существенных затрат, связанных с подготовкой поверхности свариваемого металла и фиксацией кромок перед сваркой. Существенные проблемы возникают и при сварке. Они связаны с процессами, направленными на разрушение плотной и тугоплавкой пленки ЛІ2О3 (температура плавления 2050 °С), ко­торая оказывает основное влияние на образование характерных дефектов - неметаллических включений оксидной пленки в ме­талле шва, препятствующей также сплавлению наплавленного ме­талла с основным и между отдельных валиков при многослойной сварке. Высокое сродство алюминия с кислородом препятствует удалению пленки в процессе сварки путем его раскисления, поэто­му при сварке алюминия необходимы другие способы для ее раз­рушения и удаления.

Установлено, что оксидная пленка разрушается под действием тока обратной полярности, когда основной металл является като­дом. Однако в этом случае на электроде выделяется большее количество теплоты (60-75 %), чем па изделии, и в результате происходит его интенсивное расплавление, испарение и разру­шение. Поэтому сварку алюминиевых и магниевых сплавов не - плавящимся электродом выполняют синусоидальным током про­мышленной частоты от специализированных источников с ПВАХ. Когда электрод является анодом (обратная полуволна), оксидная пленка разрушается, а электрод «нагревается». Когда электрод является катодом (прямая полуволна), оксидная пленка не раз­рушается, но электрод «остывает».

Особенности горения дуги переменного тока обусловлены различными физическими свойствами электрода и изделия. В по - лупериодс, когда катодом является нагретый вольфрам, дуга вследствие значительной термоионной эмиссии возбуждается при низком напряжении. В следующий полупериод, когда катодом является холодный металл (например, алюминий) с минимальной термоионной эмиссией, возбуждение дуги требует значительного пика напряжения. В результате кривая напряжения имеет носим - метричную форму, что, в свою очередь, приводит к появлению в сварочной цепи постоянной составляющей тока. Наличие посто­янной составляющей изменяет рабочие характеристики трансфор­матора, поэтому для сварки на переменном токе используют специализированные источники питания.

При соблюдении всех перечисленных выше требований и стро­гого контроля электрических параметров дугового процесса тех­нология обеспечивает высокое качество швов.

Сварку ТИ Г алюминия и его сплавов можно выполнять пуль­сирующим сварочным током прямоугольной формы. Для этого используют специализированные источники, позволяющие неза­висимо регулировать параметры тока прямой и обратной поляр­ности, а также их длительность независимо друг от друга. Под действием пульсирующего тока периодически изменяется объем сварочной ванны, нарушается ламипарность потоков в ее нижней части, дробится оксидная пленка и выносится на поверхность сва­рочной ванны, где она подвергается катодному разрушению иод воздействием дуги.

Пульсация дуги может быть реализована также за счет асим­метрии переменного сварочного тока, его низкочастотной моду­ляции или изменением амплитуды импульсов тока прямой поляр­ности. Преобладание составляющей тока прямой полярности приводит к увеличению глубины проплавления и скорости сварки, а также к повышению стойкости вольфрамового электрода. Пре­обладание тока обратной полярности интенсифицирует очистку свариваемого металла от оксидной пленки и улучшает внешний вид шва. При переходе от синусоидальной формы тока к прямо­угольной длительность нарастания и падения тока сокращается. Это способствует более интенсивному катодному разрушению оксидных пленок в процессе сварки.

Применение асимметричного разнополярного тока прямоуголь­ной формы на режимах с преобладанием импульсов обратной полярности создает условия для лучшей дегазации сварочной ван­ны, что позволяет получить более плотный металл шва. Наиболее значимые результаты обеспечиваются, когда для сварки исполь­зуют ток низкочастотной модуляции частотой 1-8 Гн.

При асимметричном токе применяют те же горелки и техно­логические решения, что и при обычной аргонодуговой сварке переменным током.

Марку присадочной проволоки выбирают в зависимости от сос­тава свариваемого металла (табл. 4.26, 4.27). В качестве защит­ного газа применяют аргон, смесь аргона и гелия и гелий (За­щитный газ ДСТУ ISO 14175:2004-11, 12, ІЗ), в качестве непла - вятпегося электрода вольфрам, легированный торием, ланта­ном, иттрием или другими элементами. Допустимые максималь­ные значения переменного сварочного тока в зависимости от сос­тава и диаметра неплавящегося вольфрамового электрода пред­ставлены в табл. 4.28.

Технология сварки ТИГ имеет существенные преимущества перед сваркой алюминия покрытым электродом или газовой свар­кой, так как может быть использована для создания любых типов сварных соединений. При ее выполнении отсутствует шлак, ко­торый может вызвать дальнейшее коррозионное разрушение ме­таллоконструкции. Наиболее слабым участком сварных соедине­ний термически упрочненных и иагартованных алюминиевых сплавов является околошовная зона, разупрочняющаяся под воз­действием термического цикла сварки. Прочностные свойства сварных соединений термически упрочненных и иагартованных сплавов становятся практически такими же, как и у отожженных ил и горя ч скатан ы х.

Перед началом сварки дугу зажигают на технологической пластине. После достаточного нагрева конца вольфрамового элек­трода, не перерывая горения дуги ее переносят на изделие. Длина выступающего из сопла конца вольфрамового электрода должна составлять 3-8 мм. При сварке стыковых швов следует уменьшать вылет электрода до минимально возможного значения.

Перед началом сварки необходимо в течение 20-30 с продуть газовый шланг инертным газом для удаления скопившегося в нем воздуха и паров воды. Сварку алюминия и его сплавов толщиной 1-10 мм в нижнем положении выполняют «левым способом».

Сварку термически упрочненных и нагартованных сплавов сле­дует проводить с максимально возможной скоростью при мини­мальной поверхности сварочной ванны. Вольфрамовый электрод необходимо располагать под углом 60-80° к свариваемому изде­лию. Угол между вольфрамовым электродом и присадочным прут­ком должен составлять 80-90°. При сварке металла толщиной 7-10 мм и более места прихваток рекомендуется предварительно подогреть пламенем газовой горелки в зависимости от материала до температуры 350 °С (А99, АД00, АД0), до 200-250 °С (АМцС) идо 100 °С (AMrl, АМг2, АМгЗ, ЛМг5). Выполненные прихватки перед сваркой должны быть зачищены шабером. Поры и трещины в прихватках не допускаются. При сварке металла толщиной более 10 мм рекомендован сопутствующий подогрев до температуры 300-350 °С для А99, 200-250 °С для сплава АМцС и 100 °С для сплавов типа ЛМг.

Сварку следует вести без резких обрывов дуги и перерывов. Если же он произошел, то следует перекрывать ранее выполнен­ный шов на 10-20 мм. Для предотвращения образования трещин в кратерах необходимо закапчивать шов с интенсивной подачей в сварочную ванну присадочной проволоки до образования в кра­тере утолщения. Заплавлять кратер но окончании сварки необ­ходимо плавным увеличением длины дугового промежутка. После сварки лишний наплавленный металл удаляют механическим спо­собом.

После обрыва дуги при окончании сварки подачу защитного газа прекращают через 5-15 с только после остывания вольфра­мового электрода.

При большом количестве сварных швов в изделии необходимо соблюдать следующую последовательность:

• вначале выполнять более длинные швы большего сечения, затем более короткие швы меньшего сечения;

• при сварке близкорасположенных швов второй шов выполнять после того, как остынет первый.

При сварке алюминия и его сплавов режимы сварки могут быть дамы лишь ориентировочно, так как вследствие большой теплоп­роводности на режим сварки, кроме толщины, значительное влияние оказывают конфигурация и размеры изделия.

Средние показатели режима при выполнении однопроходных стыковых швов в случае сварки ТИГ алюминия в аргоне приве­дены в табл. 4.29.

Необходимо обеспечить надежную газовую защиту зоны горе­ния дуги. При повышенной скорости сварки защитный газовый поток отклоняется и в зону горения дуги попадает воздух, вызывая ускоренное окисление вольфрамового электрода и металла сва­рочной ванны.

При сварке в гелии, которую выполняют короткой дугой, ду­говой процесс характеризуется высокой концентрацией энергии, что приводит к увеличению глубины проплавления и скорости сварки. Сварку, как правило, выполняют в автоматическом режи­ме от специализированных источников питания, снабженных системой автоматического регулирования напряжения дут. Тем­пературно-временной режим процесса способствует меньшему разупрочнению основного металла и формированию более узких швов по сравнению со швами, полученными сваркой в аргоне. Прочность соединений при этом на 10-15 % выше, чем при арго­нодуговой сварке. Расход газа при сварке в гелии увеличивается в 1,8-2,2 раза но сравнению с технологией сварки в аргоне.

Сварка алюминия ТИГ обеспечивает наиболее высокие механи­ческие показатели металла шва. Так, при сварке сплава типа АМгб предел прочности сварного соединения достигает 85-95 % проч­ности основного металла. Применение в качестве присадочных материалов современных сплавов, легированных скандием, повы­шает прочность металла швов на 20-30 МПа.