6. Пайка, сварка и склеивание кузовных деталей

6.2.4. Аргонодуговая сварка

Аргонодуговая сварка применяется при ремонте деталей кузова из алюминиевых сплавов (поддоны кондиционеров, радиаторы, кронштейны, отдельные детали кузова и др.). Сварка алюминия — сложный процесс, и это связано с химическими особенностями алюминия. При его нагреве и взаимодействии с кислородом на поверхности металла образуется оксидная пленка, не позволяющая применять при работе с ним обыкновенную электродуговую сварку. Эта пленка препятствует процессу сплавления отдельных частиц металла. Дело в том, что оксид алюминия плавится при температуре 2050 °С, а сам алюминий — при температуре 658 °С. Для того чтобы преодолеть эту технологическую трудность, применяют ряд специальных способов. Для предотвращения контакта нагретого металла с содержащимся в воздухе кислородом используют инертный газ — аргон. Для самой сварки применяют неплавящиеся вольфрамовые электроды (рис. 6.11).

Рис. 6.11. Схема процесса аргонодуговой сварки неплавящимся электродом:
1 — свариваемая деталь; 2 — дуга; 3 — аргон; 4 — электрод; 5 — горелка; 6 — осциллятор

Электрод окружен керамическим соплом, из которого под высоким давлением поступает аргон. Этот инертный газ химически не взаимодействует с металлом и не растворяется в нем. Инертные газы обеспечивают защиту дуги и свариваемого металла, не оказывая на него металлургического воздействия. Газообразный чистый аргон производится трех сортов: высшего, первого и второго. Содержание аргона — соответственно 99,99; 99,98 и 99,95 % . Примеси — кислород (< 0,005), азот (< 0,004), влага (< 0,003).

Аргон способствует образованию в области сварки бескислородной среды, позволяющей поддерживать постоянную электрическую дугу между деталью и окончанием неплавящегося электрода. Основное назначение этой дуги — плавка детали и присадочной проволоки. При данном способе сварки электрическая дуга горит между неплавящимся вольфрамовым электродом и деталью.

Режим сварки определяется двумя основными параметрами — диаметром электрода и силой тока. Диаметр вольфрамового электрода — 4...10 мм, сила тока — 100...500 А.

Аргонодуговая сварка может выполняться на постоянном либо переменном токе, в обычном или импульсном режиме.

Большинство металлов, кроме алюминия и его сплавов, сваривают при постоянном токе прямой полярности.

Осциллятор для зажигания дуги подает на электрод высокочастотные высоковольтные импульсы, которые ионизируют дуговой промежуток и обеспечивают зажигание дуги после включения сварочного тока. Если аргонная сварка производится на переменном токе, то осциллятор после зажигания дуги переходит в режим стабилизатора и подает импульсы на дугу в момент смены полярности, чтобы предотвратить деионизацию дугового промежутка и обеспечить устойчивое горение дуги.

Сварка может быть ручной, когда горелка и присадочный пруток находятся в руках сварщика, и автоматической, когда горелка и присадочная проволока перемещаются без непосредственного участия сварщика.

Аргонодуговая сварка — достаточно сложный технологический процесс, и для качественного результата необходим высококвалифицированный специалист с большим опытом работы. Технология аргонодуговой сварки алюминия имеет ряд особенностей.

Первое и важное условие — подготовка к сварке. Соединяемые детали должны быть обязательно обезжирены; при этом уже имеющаяся на поверхности пленка оксида алюминия удаляется. Присадочную проволоку обрабатывают таким же способом. Электродные стержни перед нанесением на них покрытия также очищают. Металл на ширине 80...100 мм от кромки обезжиривают растворителями (авиационным бензином, техническим ацетоном), а затем путем механической зачистки или химического травления удаляют оксидную пленку.

Удаление пленки оксидов включает следующие операции:

травление в течение 0,5...1 мин (состав — раствор едкого натра (50 г) и фторида натрия (40 г) на 1 л воды);
промывка в проточной воде, осветление в течение 1... 2 мин в 30%-м растворе азотной кислоты для алюминия и сплавов типа АМц или в 25%-м растворе ортофосфорной кислоты для сплавов типа АМг;
промывка в проточной, а затем горячей воде;
сушка до полного удаления влаги.

Обезжиривание и травление рекомендуется выполнять не более чем за 2...4 ч до сварки.

Электроды непосредственно перед сваркой надо просушить в течение 2 ч при температуре 200 °С.

Поскольку алюминиевый электрод плавится в 2-3 раза быстрее стального, скорость сварки алюминия должка быть соответственно выше. Сварку следует выполнять непрерывно в пределах одного электрода, так как пленка шлака на кратере и конце электрода препятствует повторному зажиганию дуги. Для обеспечения устойчивого процесса при минимальных потерях на разбрызгивание рекомендуется принимать сварочный ток из расчета не более 60 А на 1 мм диаметра электрода.

Аргонодуговая сварка алюминиевых листов может осуществляться через отверстия (электрозаклепка), стыковым швом и угловым швом. Сварка электрозаклепкой. Такой способ сварки возможен при наличии отверстия в верхнем или в обоих листах (рис. 6.12).

Рис. 6.12. Варианты расположения свариваемых листов:
а — отверстие имеется только в верхнем листе; б — сквозное отверстие проходит через два листа

Диаметр отверстий должен быть равен 10 мм, в том числе и при удалении деформированной части кузова фрезерованием сварных точек.

После обезжирования края отверстий верхнего и нижнего листов для удаления оксидной пленки следует отшлифовать до металлического блеска (диаметр обработанных участков — 25 мм). Для лучшего прилегания листов следует отшлифовать и расположенные вокруг отверстий участки внутренних поверхностей: диаметр отшлифованных зон поверхности — около 15 мм.

Исходная точка сварки в среде защитного газа должна располагаться на расстоянии 10...15 мм от отверстия (исходная точка 2 на рис. 6.13). Благодаря такому внешнему зажиганию дуги осуществляется прогрев зоны сварки и обеспечивается хорошее проникновение материала электрода в исходной точке.

Рис. 6.13. Сварка и обработка алюминиевых листов электрозаклепкой:
1 — горелка для сварки в среде защитного газа; 2 — исходная точка сварного шва; 3 — валик сварного шва, выступающий с обратной стороны; 4 — внешняя сторона нижнего листа; 5 — верхний лист

При двухслойной сварке с отверстием только в верхнем листе необходимо, как только сварной шов достигнет края отверстия, сразу перейти к донышку, где выполняют сварной шов по всей окружности. На обратной стороне нижнего листа при хорошем качестве сварки должен выступать валик сварного шва высотой, равной 1/3...2/3 толщины листа.

При сквозном отверстии через несколько листов также применяют внешнее зажигание дуги. Когда сваривают два листа, то по достижении края отверстия сварочную горелку перемещают к месту смыкания листов внутри отверстия. Отверстие будет заполнено материалом электрода, если соответствующую окружность обойти сварочным швом 1,5 раза.

Далее сошлифовывают выступающий с обратной стороны сварной шов и дополнительно обрабатывают поверхность проволочной металлической щеткой. В заключение проваривают края отверстия нижнего листа с обратной стороны, располагая сварочную горелку перпендикулярно к поверхности.

Сварка стыковым швом. Алюминиевые листы толщиной до 3 мм могут быть сварены без снятия фасок стыкуемых кромок. Если толщина листов превышает 3 мм, то кромки необходимо выполнить под углом 30°, благодаря чему в месте стыка образуется канавка с углом 60°. Подлежащие свариванию листы следует состыковать так, чтобы их кромки примыкали друг к другу практически без зазора, а листы располагались в одной плоскости. Для устранения оксидной пленки следует отшлифовать края свариваемых листов (рис. 6.14). При этом ширина разделки шлифованием должна быть примерно равной ширине l кромки.

Рис. 6.14. Поверхность алюминиевого листа, подлежащая шлифованию

Поскольку алюминиевые листы при нагреве сильно расширяются, для уменьшения внутренних напряжений нужно прихватить соединяемые кромки сварными швами, соблюдая следующее правило: чем тоньше лист, тем меньше расстояние между двумя соседними прихватками и тем короче соответствующие сварные швы. По концам стыка прихваток быть не должно.

Прежде чем наложить очередной шов, следует тщательно обработать поверхность проволочной щеткой из нержавеющей стали. Кроме того, необходимо контролировать отсутствие раковин в швах. Если раковина обнаружена, ее надо тщательно заварить и только потом продолжить сварку. При окончательном проваривании стыка следует учитывать возможность коробления листов, обусловленного тепловым расширением алюминия. Чтобы избежать коробления, сварку рекомендуется производить короткими швами, а перемещаться при сварке — в направлении от середины стыка к его краям.

Сварка угловым швом. Перед сваркой угловым швом производится такая же подготовка поверхности, как и при предыдущих видах сварки. При таком способе необходимо достаточно плотно прижимать подлежащие свариванию листы друг к другу. Особенность сварки угловым швом состоит в том, что материал электрода лучше распределяется по вертикальной кромке верхнего листа, чем по горизонтальной поверхности нижнего листа, так как оксидная пленка плавится трудно.

Неоднородность распределения следует откорректировать за счет выбора соответствующего положения сварочной горелки (рис. 6.15). Толщина сварного шва должна быть больше толщины листа.

Рис. 6.15. Правильное угловое положение горелки при наложении углового шва в поперечном (а) и продольном (б) направлениях (1 — направление сварки)

Ручная дуговая сварка изделий из технически чистого алюминия производится электродами ОЗА-1, а сварка изделий из силуминов — электродами ОЗА-2. Разработаны новые электроды, которые по технологическим характеристикам существенно превосходят электроды серии ОЗА.