Способ плазменной сварки алюминиевых сплавов

Изобретение относится к области сварки и может быть использовано при плазменной сварке металлов, имеющих тугоплавкую оксидную пленку, например, сплавов на основе алюминия.

Известен способ плазменной сварки, при котором используют дежурную и основную дуги (патент Франции №2232395, В 23 К 9/10, 1975). Дежурная дуга возбуждается между вольфрамовым электродом и плазмообразующим соплом. Основная дуга возникает между плазмообразующим соплом и свариваемой деталью. При этом основная дуга горит на обратной полярности, что способствует разрушению тугоплавкой оксидной пленки на поверхности свариваемой детали. Плазмообразующее сопло охлаждается в процессе сварки водой, что обеспечивает его высокую стойкость.

Существенным недостатком данного способа плазменной сварки является его низкая проплавляющая способность из-за большого диаметра основной дуги.

Технический эффект заявляемого способа сварки алюминиевых сплавов заключается в повышении проплавляющей способности основной дуги обратной полярности, горящей между соплом и деталью за счет эффекта газодинамического сжатия.

Сущность заявляемого способа плазменной сварки алюминиевых сплавов заключается в том, что дежурную дугу возбуждают между катодом и плазмообразующим соплом-анодом, а основную дугу постоянного тока обратной полярности - между деталью и соплом-анодом с образованием общего анодного пятна. При этом анодное пятно располагают на внутренней кромке канала плазмообразующего сопла путем подачи на дежурную и основную дугу токов в соотношении I_д/I₀=0,4-3,2.

Сущность заявляемого способа плазменной сварки алюминиевых сплавов поясняется чертежом, на котором изображена схема выполнения способа.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

Детали 1 устанавливают в сварочном приспособлении (на чертеже не показано). По оси выполняемого сварного соединения устанавливают плазмотрон с соплом-анодом 2 и катодом 3. При этом сопло-анод 2 выполняют с внутренним расширением (цилиндрическим или сферическим) с острой кромкой 4 на внутренней поверхности сопла-анода.

Источник питания 5 вспомогательной дуги с осциллятором 6 подключают к катоду 3 и соплу-аноду 2 (полярность подключения указана на чертеже), источник питания 7 основной дуги подключают к деталям 1 и соплу-аноду 2. Для охлаждения сопла-анода 2 в водяные каналы плазмотрона подается охлаждающая вода. В канал сопла-анода 2 подают плазмообразующий газ - аргон. Для защиты от окисления жидкого металла сварочной ванны в зону сварки подают защитный газ - аргон или гелий через защитное сопло 8. Установив необходимые параметры режима, производят сварку деталей 1, для чего возбуждают дежурную дугу между катодом 3 и соплом-анодом 2 от источника питания 5 с помощью осциллятора 6. Основная дуга между соплом-анодом 2 и деталями 1 возбуждается самопроизвольно при включении источника питания 7. В случае необходимости сварку можно осуществлять с подачей присадочной проволоки (на чертеже не показано) в переднюю часть сварочной ванны. По окончании процесса сварки для того, чтобы предотвратить блуждание основной дуги по поверхности сопла-анода и детали вначале отключают основную дугу, а затем дежурную или обе дуги отключают одновременно.

При соотношении I_д/I₀ меньше 0,4 проплавляющая способность основной дуги, которую оценивают как отношение глубины проплавления Н к ширине шва В, интенсивно снижается. Основная дуга характеризуется неустойчивостью из-за выхода анодного пятна на торец сопла-анода 2.

Увеличение соотношения I_д/I₀ больше 3,2 приводит к бесполезному расходованию электроэнергии, так как проплавляющая способность увеличивается в этом случае весьма незначительно.

При сварке алюминиевых сплавов малых толщин 0,5-1,5 мм на основную дугу ток может подаваться в виде импульсов с амплитудой (2,5-4,0)I₀, что обеспечивает хорошее формирование сварного шва.

Заявляемый способ плазменной сварки алюминиевых сплавов был опробован при сварке стыковых соединений алюминиевых сплавов В 1341 (толщиной 3 мм) и 1420 (толщиной 6 мм). Режимы сварки и параметры соединений приведены в таблице.

В процессе сварки изменяли ток дежурной дуги. При этом осуществляли визуальное наблюдение с помощью видеокамеры за характером горения основной дуги, направляя объектив видеокамеры на торец сопла-анода.

В результате видеосъемки установлено, что при соотношении токов дежурной и основной дуги I_д/I₀ больше 0,4 основная дуга устойчиво горит внутри канала сопла, а при соотношении I_д/I₀ меньше 0,35 анодное пятно основной дуги располагается на выходной кромке канала сопла-анода. При этом в диапазоне соотношения I_д/I₀=0,35-0,4 наблюдается нестабильное горение основной дуги - анодное пятно основной дуги может находиться как внутри канала сопла, так и на выходной кромке.

Использование заявляемого способа плазменной сварки позволяет получить сварные соединения высокого качества. Максимальная толщина листов алюминиевых сплавов, свариваемых за один проход встык без разделки кромок, увеличивается с 5 до 10 мм. Кроме того, появляется возможность получения тавровых сварных соединений ребристых панелей, свариваемых со сквозным проплавлением обшивки.

Способ плазменной сварки алюминиевых сплавов, при котором возбуждают дежурную дугу между катодом и соплом-анодом и основную дугу постоянного тока обратной полярности между деталью и соплом-анодом с образованием общего анодного пятна, а через канал сопла-анода подают плазмообразующий газ, отличающийся тем, что анодное пятно располагают на внутренней кромке канала сопла-анода путем подачи на дежурную и основную дугу токов в соотношении I_д/I₀=0,4-3,2.