Гибридная плазменно-дуговая сварка тонкостенных панелей из алюминиевого сплава

Abstract

Актуальность данной работы связана с необходимостью разработки доступной высокопроизводительной технологии сварки тонкостенных судовых панелей из сплавов системы Al–Mg, которая позволит минимизировать характерный для традиционных дуговых способов сварки эффект ухудшения прочностных характеристик получаемых соединений, а также уменьшать ширину сварных швов и погонную энергию их сварки без существенного увеличения стоимости сварочного оборудования. На основании проведенных автором исследований предложена технология гибридной плазменно-дуговой сварки плавящимся электродом с осевой подачей проволоки через полый кольцевой электрод, позволяющая получать соединения тонкостенных (5...8 мм) судовых панелей из алюминиевых сплавов системы Al–Mg, с прочностью свыше 80 % прочности основного металла и на 3...6 % выше прочности, обеспечиваемой импульсно-дуговой сваркой плавящимся электродом. Р азработанная технология позволяет повышать производительность изготовления судовых панелей толщиной 5...8 мм по сравнению с применяемой в настоящее время импульсно-дуговой сваркой плавящимся электродом за счет повышения скорости сварки на 25...40 % и устранения необходимости в выполнении разделки кромок. Показано, что использование гибридной плазменно-дуговой сварки по сравнению с традиционной сваркой дугой с плавящимся электродом при одинаковой скорости ведения процесса позволяет уменьшить ширину шва примерно на 20 % и снизить на 10...15 % количество используемой для формирования шва проволоки. При этом на 20...30 % уменьшается величина погонной энергии сварки, что способствует повышению прочностных характеристик и уменьшению ширины зоны разупрочнения основного металла под воздействием тепла сварочной дуги.

Актуальність даної роботи пов’язана з необхідністю розробки доступної високопродуктивної технології зварювання тонкостінних суднових панелей зі сплавів системи Al–Mg, яка дозволить мінімізувати характерний для традиційних дугових способів зварювання ефект погіршення міцності отриманих з’єднань, а також зменшувати ширину зварних швів і погонну енергію їх зварювання без істотного збільшення вартості зварювального устаткування. На підставі проведених автором досліджень запропоновано технологію гібридного плазмово-дугового зварювання плавким електродом з осьовою подачею дроту через порожнистий кільцевий електрод, що дозволяє отримувати з’єднання тонкостінних (5...8 мм) суднових панелей із алюмінієвих сплавів системи Al–Mg, з міцністю понад 80 % міцності основного металу і на 3...6 % вище міцності, яка забезпечується імпульсно-дуговим зварюванням плавким електродом. Р озроблена технологія дозволяє підвищувати продуктивність виготовлення суднових панелей товщиною 5...8 мм у порівнянні із застосовуваним на даний час імпульсно-дуговим зварюванням плавким електродом за рахунок підвищення швидкості зварюванням на 25...40 % і усунення необхідності у виконанні обробки кромок. Показано, що використання гібридного плазмово-дугового зварювання в порівнянні з традиційним зварюванням дугою з плавким електродом при однаковій швидкості ведення процесу дозволяє зменшити ширину шва приблизно на 20 % і знизити на 10...15 % кількість використовуваного для формування шва дроту. При цьому на 20...30 % зменшується величина погонної енергії зварювання, що сприяє підвищенню міцності і зменшенню ширини зони знеміцнювання основного металу під впливом тепла зварювальної дуги.

The urgency of this work is associated with the need to develop accessible highly efficient technology of welding thin-walled ship panels from Al-Mg system alloys, which will allow minimizing the effect of deterioration of strength characteristics of the produced joints, characteristic for traditional arc welding methods, as well as reducing weld width and welding heat input without any essential increase of welding equipment cost. Research performed by the author was the base to propose the technology of hybrid plasma-MIG welding with axial feed of wire through hollow circular electrode, allowing production of joints of thin-walled (5-8 mm) ship panels from aluminium alloys of Al-Mg system, with strength higher than 80% of that of base metal and by 3 – 6 % higher than strength provided by consumable electrode pulsed-arc welding. Developed technology allows improvement of the efficiency of manufacturing ship panels 5 – 8 mm thick, compared to currently applied consumable electrode pulsed-arc welding due to improvement of welding speed by 25 – 40% and elimination of the need for edge preparation. It is shown that application of hybrid plasma-arc welding, compared to traditional consumable electrode arc welding allows reducing weld width by approximately 20% and decreasing by 10 – 15% the quantity of wire used for weld formation. Here, welding heat input is reduced by 20 – 30% that promotes an improvement of strength characteristics and reduction of the width of base metal softening zone under the impact of welding arc heat.