Плавящийся электрод применяют при дуговой сварке алюминиевых сплавов толщиной более 3 мм. Для более тонкого металла не удается добиться устойчивого горения дуги при мелкокапельном струйном переносе металла.
В связи с недостаточно высокой жесткостью алюминиевой проволоки сварка проволокой диаметром менее 1,2-1,5 мм затруднена. Устойчивое горение дуги с применением проволоки этих диаметров и обеспечением струйного переноса металла оказывается возможным при силе тока выше 130 А, позволяющей сваривать металл толщиной более 4-5 мм. Для питания дуги пр сварке плавящимся электродом необходимы источники постоян ного тока с жесткой или пологопадающей внешней вольт-амперной характеристикой.
При сварке на обратной полярности обеспечивается надежн разрушение оксидной пленки на кромках за счет катодного рас пыления и нормальное формирование швов. При сварке на пря мой полярности наблюдается чрезмерно быстрое плавление электрода и неудовлетворительное соединение наплавленного металла с основным. Процесс автоматической сварки плавящимся электродом большей частью ведут на подкладках с формирующими канавками.
Преимущества процесса сварки плавящимся электродом — хорошее перемешивание ванны, меньшая вероятность получения в металле швов крупных оксидных включений, а также высокая производительность, особенно сварки металла большей толщины.
При сварке плавящимся электродом важнейшим процессом, определяющим его стабильность и качество формирования шва, является процесс формирования капель на электроде и перенос их в ванну. К сожалению, при обычном процессе плавящимся электродом управлять процессом плавления электрода довольно трудно.
В ИЭС им. Е. О. Патона разработан весьма перспективный процесс сварки плавящимся электродом с импульсным режимом питания дуги. Теплота, выделяемая основной дугой, горящей в перерыве между импульсами, сравнительно невелика и недостаточна для плавления электродной проволоки с заданной скоростью. Под действием импульса сварочного тока происходит ускоренное плавление электрода, и образовавшаяся на его конце капля сбрасывается в ванну.
При таком процессе появляется возможность регулировать плавление электродного металла, задавать определенный размер капель, контролировать время пребывания их в дуге и в конечном итоге задавать ход металлургических реакций при сварке с целью получения требуемого состава и свойств шва.
Импульсное изменение тока оказывает воздействие на ванну жидкого металла, способствуя получению более мелкой структуры металла шва, плавных очертаний валиков швов с мелкочешуйчатым строением. По-видимому, импульсное воздействие дуги на ванну должно способствовать лучшему дроблению оксидных пленок и более полному протеканию реакций взаимодействия поверхностной влаги, имеющейся на электродной проволоке, с металлом на стадии формирования капли. Эти особенности импульсной сварки плавящимся электродом очень важны с точки зрения сокращения пористости в металле швов и предупреждения дефектов, вызванных оксидными пленками.
Пульсация дуги и перенос присадочного металла в виде отдельных капель, отрывающихся от электрода по заданной программе, открывают возможности для сварки в различных пространственных положениях. При импульсной сварке легко решается проблема удержания сварочной ванны от стекания и обеспечивается перенос капель присадочного металла с электрода в сварочную ванну при выполнении швов в вертикальном, потолочном и горизонтальном положениях.
Импульсная сварка алюминиевых сплавов может осуществляться от тех же источников, которые применяют при сварке непрерывно горящей дугой при совместном включении с генератором импульсов.
Для сварки алюминия и его сплавов перспективна сжатая дуга. Однако применение сварки сжатой дугой алюминиевых сплавов сопряжено с некоторыми трудностями. До недавнего времени основное применение имели сжатые дуги на постоянном токе прямой полярности, при которой не удавалось обеспечить нормальной очистки поверхности металла за счет катодного распыления. Были сделаны попытки применения для сварки алюминиевых сплавов сжатых дуг с обратной полярностью. К недостаткам такого процесса относятся низкая допустимая нагрузка по току на электроде, недостаточная стойкость вольфрамового электрода и загрязнение шва включениями вольфрама.
Разработана технология сварки алюминиево-магниевых сплавов сжатой дугой переменного тока промышленной частоты, обеспечивающая нормальную очистку металла при сохранении достаточно высокой стойкости вольфрамового электрода. Преимущество сварки сжатой дугой — значительное сокращение зоны теплового влияния, высокая стабильность процесса и жесткость дуги, благодаря чему отпадает необходимость строгого контроля длины дуги. Последнее обстоятельство значительно облегчает процесс ручной сварки.
Использование трехфазной дуги при той же стойкости вольфрамовых электродов позволяет повысить мощность теплового потока в 1,5—2 раза. Регулирование теплового потока при сварке трехфазной дугой возможно в результате различного расположения вольфрамовых электродов относительно стыка, изменения ш а метра электродов и угла между ними. Широкие возможности регулирования теплового потока трехфазной дугой открывают перспективы для сварки алюминия и его сплавов в довольно широком шаиазоне толщин. При сварке металла толщиной более 10 мм целесообразно расположение электродов вдоль стыка. При лом желательно, чтобы задний электрод был выше переднего на 3-4 мм.
Такое расположение электродов обеспечивает наибольшую глубину иропллиленни и наиболее благоприятные условия кристализации металла шил. Тепловой ноток от приподнятого заднего электрода распространяется в большей степени над поверхностью листов, уменьшая скорость кристаллизации хвостовой части ванны.
Наибольшее проплавление стыка при сохранении достаточной устойчивости горения дуги достигается при отношении тока межд электродами к току между электродами и деталями, равном 1,5 1,7. При трехфазной сварке удается сваривать металл толщино до 30 мм при сохранении высоких показателей механически свойств. Высокое качество соединений, получаемых при сварке трехфазной дугой, в значительной степени определяется хорошим перемешиванием металла в сварочной ванне и дроблением оксидных пленок.
Для сварки трехфазной дугой требуются специализированные источники и горелки. Горелки должны быть рассчитаны на длительную работу при силе тока 100—700 А, иметь водяное охлаждение и плавную регулировку электродов по высоте.
В последние годы для сварки алюминиевых сплавов больших толщин начинает использоваться процесс сварки вольфрамовым электродом на прямой полярности в атмосфере гелия. При скорости сварки 5—7 м/ч и силе тока 1000—1200 А без разделки кромок удается сваривать металл толщиной до 50 мм. Недостатком процесса является большой расход гелия. Этот недостаток устраняется при использовании горелок конструкции МАТИ, в которых используется кольцевая защита аргоном и подача гелия только в зону дуги. Расход гелия при этом снижается в 5— 6 раз по сравнению с обычным.
