Ликвидация трещины в алюминиевом поддоне автомобиля
Содержание
1.
Постановка задачи
2. Основные
трудности сварки алюминия и его сплавов
3. Сварка
вольфрамовым электродом переменным симметричным током
4.
Технология ремонта
5.
Оборудование для сварки
6. Контроль
сварного шва
Список
литературы
В процессе эксплуатации
автомобиля после удара поддоном о твердый предмет в поддоне образовалась прямая
трещина. Требуется немедленная ликвидации трещины (заварка), с целью
препятствия дальнейшего разрушения.
Поддон толщиной 4 мм. Материал
поддона сплав на основе алюминия АМГ3 (Mg = 3,2-3,8; Mn = 0,3-0,6; Si =0,5-0,8;
остальное Al), в сварных соединениях данный сплав способен сохранять до 95% от
прочности основного металла при высокой пластичности и высокой коррозионной
стойкости.
К ним относятся:
1. Наличие и возможность
образования тугоплавкого окисла Al2O3 (Tпл = 2050ºС) с плотностью больше,
чем у алюминия, затрудняет сплавление кромок соединения и способствует
загрязнению металла шва частичками этой пленки.
2. Резкое падение прочности при
высоких температурах может привести к разрушению (проваливанию) твердого
металла нерасплавившейся части кромок под действием веса сварочной ванны. В
связи с высокой жидкотекучестью, алюминий может вытекать через корень шва.
3. В связи с большой величиной
коэффициента линейного и низким модулем упругости сплав имеет повышенную
склонность к короблению. Уровень сварочных деформаций в 1,5-2 раза выше, чем у
аналогичных стальных конструкций.
4. Необходима самая тщательная
химическая очистка сварочной проволоки и механическая очистка и обезжиривание
свариваемых кромок. В связи с резким повышением растворимости газов в нагретом
металле и задержкой их в металле при его остывании возникает интенсивная
пористость, обусловленная водородом, приводящая к снижению прочности и
пластичности металла. Предварительный и сопутствующий подогрев замедляет
кристаллизацию металла сварочной ванны, что способствует более полному удалению
газов и снижению пористости.
5. Вследствие высокой
теплопроводности алюминия необходимо применение мощных источников теплоты. С
этой точки зрения в ряде случаев желательны подогрев начальных участков шва до
температуры 120-1500 0С или применение предварительного и
сопутствующего подогрева.
6. Металл шва склонен к
возникновению трещин в связи с грубой столбчатой структурой металла шва и
выделением по границам зерен легкосплавных эвтектик, а также развитием
значительных усадочных напряжений в результате высокой литейной усадки алюминия
(7%).
Окисная пленка на поверхности
алюминия и его сплавов затрудняет процесс сварки. Обладая высокой температурой
плавления (2050ºС) она не растворяется в жидком металле в процессе сварки.
Попадая в ванну, она затрудняет сплавление между собой частиц металла и ухудшает
формирование шва.
Для устранения окисных включений
в металле швов используют удаляемые подкладки из коррозионно-стойкой стали,
других металлов с повышенной температурой плавления, а также меди, благодаря ее
высокой теплопроводности.
Используют также остающиеся
подкладки из свариваемого алюминиевого сплава или разделку кромок с обратной
стороны шва, что обеспечивает удаление окисных включений из стыка в канавку
подкладки.
Рис.1 Форма поперечного сечения
канавки в подкладке, формирующей обратную сторону стыкового шва: а -
прямоугольная; б - квадратная со скругленными кромками; в - квадратная,
наклонная.
Подкладка, формирующая обратную
сторону стыкового шва, имеет канавку, различные формы которой представлены на рис.1
Чаще всего используют канавки прямоугольной формы (рис.1, а), которые
обеспечивают стабильные условия для формирования шва и удаления окисных пленок
при довольно значительных смещениях линии стыка и дуги от оси канавки
Рис.2 Схема удаления окисных
пленок из корня шва при односторонней сварке стыковых соединений на подкладке с
канавкой: 1 - электрод; 2 - свариваемый металл; 3 - расплавленный металл
сварочной ванны; 4 - окисные пленки на поверхности соединяемых кромок; 5 -
подкладка с канавкой; 6 - металл шва.
Вероятность полного удаления
окисных пленок с торцевых поверхностей свариваемых кромок повышается с
увеличением глубины канавки. В то же время слишком глубокая канавка требует
дополнительного расхода сварочной проволоки для ее заполнения, а чрезмерно
высокий валик на обратной стороне шва будет способствовать концентрации
напряжений в зоне сплавления. На практике обычно применяют подкладки с глубиной
канавки 1,2-2 мм.
Питание дуги осуществляется
переменным током от источников с падающими внешними характеристиками. Существует
справедливое мнение, что аргонодуговую сварку необходимо производить на
штыковых или крутопадающих внешних вольтамперных характеристиках. Это
обусловлено тем, что в указанном случае минимален пусковой бросок тока, что
резко улучшает свойства сварного соединения. Переменный ток дуги при сварке
алюминия обеспечивает разрушение окисной пленки. Для повышения стабильности
горения электрической дуги и эффективного разрушения окисной пленки, кроме
падающей внешней характеристики источника и постоянной работы осциллятора
используют дополнительную индуктивность (дроссель) в цепи дуги (обеспечивает
дополнительную ЭДС самоиндукции и не позволяет погаснуть электрической дуге). Осцилляторы
выполняют две функции - бесконтактное зажигание электрической дуги и
стабилизацию сварочного тока в момент прохождения через ноль специальными
стабилизаторами, синхронизированными со сварочным током и включенными, как
правило, параллельно электрической дуге. Последние устройства обычно совмещают
с осцилляторами. Электрическая дуга горит между изделием и неплавящимся
вольфрамовым электродом. Для повышения стабильности горения электрической дуги
рекомендуется тщательно затачивать конец вольфрамового электрода. Симметричность
тока обеспечивает равную проплавляющую и очищающую способность электрической
дуги. Это самый простой и распространенный способ аргонодуговой сварки.
Снять поддон, очистить от грязи
и масла, промыть, просушить.
2. Механическая зачистка
с помощью металлических щеток (вручную или с помощью УШМ).
3. Обезжирить место
сварки в водном растворе следующего состава: 40-50 г/л тринатрийфосфата (Na3PO4.12H2O),
35-50 г/л кальцинированной соды (Na2CO3) и 25-30 г/л жидкого стекла (Na2SiO3). Время
обезжиривания примерно 5 минут, температура раствора 60-700С.
4. Далее свариваемые детали и
проволоку подвергнуть травлению в течении 1-3 мин в 5% растворе щелочи
NaOH или KOH.
5. После этого остатки щелочи и
продукты реакции смыть сначала горячей, а потом холодной водой.
6. После промывки детали
пассивировать 20% азотной кислотой (HNO3), нагретой до температуры 600С. Извлеченные
из азотной кислоты детали промывают холодной, затем горячей водой и сушат.
7. Предварительный подогрев:
Сплав
|
Толщина металла, мм
|
Температура, 0С
|
Продолжительность нагрева, мин
|
АМг3, АМг4, АМг5
|
< 12
|
30 - 10
|
8. Для
сварки использовать ручную дуговую сварку неплавящимся электродом на
переменном токе. В качестве защитного газа применить аргон чистотой не менее
99,9% (по ГОСТ 10157-73, сорта: высший, первый и второй) или смеси аргона с
гелием.
Использовать
вольфрамовые электроды и присадочную проволоку диаметром 2-2,5 мм.
Ток 110-130
А, расход газа 8-9 литров.
С
обратной стороны подложить подкладку с впадиной прямоугольной формы
глубиной 2 мм, материал Сталь 20.
Требования
к квалификации сварщика: не ниже 4-го разряда.
Режимы для сварки сплава АМГ3
|
Сварочный ток (А)
|
Диам. Проволоки (мм)
|
Марка
Проволоки
(присадка)
|
Вид защитного газа
|
Расход газа (л/мин)
|
Способ сварки
|
110-130
|
2-2,5
|
СвАМГ3
|
Аргон, либо смесь аргона и гелия
|
8-9
|
Установки УДГ для сварки
изделий из легких сплавов.
Установки УДГ-301 и УДГ-501
рассчитаны на повторно-кратковременный режим работы при принудительном
воздушном охлаждении. Сварка производится однофазным переменным током
неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона. Техническая характеристика
установки УДГ-301 и УДГ-501 приведена в табл., а горелок установок УДГ - в табл.2.
Для заварки трещины в поддоне
выбрана установка УДГ-301, которая соответствует всем требованиям и режимам,
необходимым для проведения данной работы.
Таблица 1. Характеристика
установок для сварки легкоплавких сплавов.
Таблица 2. Горелка для установки
УДГ-301.
Т.к. изделие (поддон) относится
к 3-ей категории сварных соединений (ответственное), то следует для контроля
сварного соединения применить визуальный осмотр (100%).
Примечание:
Все режимы и параметры,
приведенные в данной работе, подобраны согласно справочникам.
1.
Николаев "Сварка в машиностроении. Том 2", М.: Машиностроение,
1978 г.
2.
Волченко "Сварка и свариваемые материалы" М.: Машиностроение,
1991 г.