RU2625145C1 - Method of electrolytetic-plasma welding of aluminium and its alloys - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: preliminary combining the weld zone in the welded products. The negative potential is applied to them and the weld zone is immersed in the electrolyte. A conductive plate is also immersed into the electrolyte, onto which a positive potential is applied. A voltage is established between the cathode, which is the welded articles or materials, and the anode, which is the electrolyte, in the range 50≤U≤1000 V and discharge current in the range from 1≤I≤500 A. The discharge is ignited between the welded products. The welding time is set for at least 1 second. As electrolyte, aqueous solutions of salts or acids or alkalis with a hydrogen index in the range of 2≤pH≤11.

EFFECT: ensuring the welding of products from aluminium and its alloys in a non-inert environment without reducing the technological parameters of aluminium.

3 dwg

Description

Изобретение относится к способам сварки соединений из алюминия и алюминиевых сплавов и может быть использовано при производстве металлоконструкций в различных отраслях промышленности.The invention relates to methods for welding compounds of aluminum and aluminum alloys and can be used in the manufacture of metal structures in various industries.

Из существующего уровня техники известен способ лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом стыковых соединений из алюминиевых сплавов (Патент РФ RU 2572671 C1, опубликованный 20.01.2016). Способ характеризуется тем, что сварку деталей осуществляют при одновременном воздействии лазерного луча и дуги на одну сварочную ванну в среде инертного газа. Лазерный луч и дуговую горелку наклоняют в противоположные стороны относительно нормали к поверхности свариваемых деталей.The prior art method for laser-arc welding with a consumable electrode of butt joints of aluminum alloys is known (RF Patent RU 2572671 C1, published January 20, 2016). The method is characterized in that the welding of parts is carried out with the simultaneous action of a laser beam and an arc on one weld pool in an inert gas environment. The laser beam and the arc torch are tilted in opposite directions relative to the normal to the surface of the parts to be welded.

Недостатком данного технического решения является то, что данный способ не позволяет сварить изделия сложной геометрической формы, с развитой внешней и внутренней поверхностью, в том числе пористые изделия из-за сложности подвода лазерного луча.The disadvantage of this technical solution is that this method does not allow to weld products of complex geometric shapes, with developed external and internal surfaces, including porous products due to the complexity of the laser beam.

Также известен способ сварки и наплавки металлического изделия из алюминия способом дуговой сварки металлическим электродом в среде инертного газа с импульсным током и импульсивной подачи проволоки (Патент РФ RU 2014117036 А, опубликован 10.11.2015). Способ характеризуется тем, что наплавка осуществляется посредством проволоки присадочного металла, состав которого по своей природе идентичен составу алюминиевого сплава детали для наплавления, причем импульсная подача металлической проволоки и скорость наплавки металлической детали турбомашины адаптированы таким образом, что наплавку осуществляют без горячего растрескивания.Also known is a method of welding and surfacing a metal product from aluminum by the method of arc welding with a metal electrode in an inert gas medium with pulsed current and impulsive wire feed (RF Patent RU 2014117036 A, published 10.11.2015). The method is characterized in that the deposition is carried out by means of a filler metal wire, the composition of which is identical in nature to the composition of the aluminum alloy of the deposition part, moreover, the pulsed feed of the metal wire and the surfacing speed of the metal part of the turbomachine are adapted so that the deposition is carried out without hot cracking.

Недостатками способа являются необходимость наличия добавочной проволоки для сварки, защитного инертного газа, низкая энергетическая эффективность нагрева и плавления сварочной проволоки, а также поверхность алюминиевых сплавов. В результате данный способ требует дополнительных затрат и обладает низкой производительностью сварки.The disadvantages of the method are the need for an additional wire for welding, protective inert gas, low energy efficiency of heating and melting of the welding wire, as well as the surface of aluminum alloys. As a result, this method requires additional costs and has a low welding productivity.

Также известен способ точечной электроконтактной сварки алюминия и его сплавов (Патент РФ RU 2374049 C1, опубликован 27.11.2009). Способ характеризуется тем, что включает применение жестких режимов сварки при плотности тока, достигающих 1600 А/мм², и удельных давлениях до 150 МПа с предварительной очисткой свариваемых поверхностей от пленки окиси алюминия.Also known is the method of spot welding of aluminum and its alloys (RF Patent RU 2374049 C1, published November 27, 2009). The method is characterized in that it involves the use of hard welding conditions at current densities reaching 1600 A / mm ² and specific pressures up to 150 MPa with preliminary cleaning of the surfaces to be welded of the aluminum oxide film.

Недостатками способа являются необходимость предварительной очистки поверхности от пленки окиси алюминия, а также сложность обеспечения герметичности сварочных швов.The disadvantages of the method are the need for preliminary cleaning of the surface of the film of aluminum oxide, as well as the difficulty of ensuring the tightness of the welds.

Также известен способ лазерно-дуговой сварки алюминия и алюминиевых сплавов (Патент РФ RU 2440221 C1, опубликованный 20.01.2012). Способ характеризуется тем, что в среде инертного газа одновременно воздействуют лазерным лучом и дугой в одной сварочной ванне. При сварке дуговую горелку располагают перед лазерным лучом по ходу его движения. Направляют сварочную проволоку в точку пересечения лазерного луча с поверхностью свариваемых деталей. Лазерный луч наклоняют на 10-20 градусов, а дуговую горелку на 30-40 градусов в противоположные стороны относительно нормали к поверхности свариваемых деталей. Техническим результатом является повышение качества сварного соединения.Also known is a method of laser-arc welding of aluminum and aluminum alloys (RF Patent RU 2440221 C1, published January 20, 2012). The method is characterized in that in an inert gas environment they are simultaneously exposed to a laser beam and an arc in a single weld pool. When welding, an arc torch is placed in front of the laser beam in the direction of its movement. The welding wire is directed to the point of intersection of the laser beam with the surface of the parts to be welded. The laser beam is tilted by 10-20 degrees, and the arc torch by 30-40 degrees in opposite directions relative to the normal to the surface of the parts being welded. The technical result is to improve the quality of the welded joint.

Недостатком данного технического решения является то, что данный способ не позволяет сварить изделия сложной геометрической формы, с развитой внешней и внутренней поверхностью, в том числе пористых изделий из-за сложности подвода лазерного луча, а также необходимость в применении сложного оборудования, ведущая к увеличению трудоемкости при сварке. Основным недостатком сварки алюминия с использованием инертных газов и дуговой сварки является высокая температура процесса, температура плавления окисной пленки достигает Т=2044°C, в то время как температура плавления самого алюминия около Т=660°C, при таких температурах положительные технологические свойства дюраля понижаются.The disadvantage of this technical solution is that this method does not allow to weld products of complex geometric shapes, with developed external and internal surfaces, including porous products due to the complexity of the laser beam, and the need for complex equipment, leading to an increase in labor input when welding. The main disadvantage of aluminum welding using inert gases and arc welding is the high process temperature, the melting temperature of the oxide film reaches T = 2044 ° C, while the melting temperature of aluminum itself is about T = 660 ° C, at such temperatures the positive technological properties of duralumin are reduced .

Решаемой технической задачей (технический результат), на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение сварки изделий из алюминия или его сплава в неинертной (парогазовой) среде, без снижения технологических параметров алюминия.The technical problem to be solved (technical result), to the solution of which the claimed invention is directed, is to ensure the welding of products from aluminum or its alloy in a non-inert (gas-vapor) environment, without reducing the technological parameters of aluminum.

Технический результат в предлагаемом способе электролитно-плазменной сварки изделий из алюминия или его сплава достигается тем, что предварительно совмещают свариваемые изделия зонами сваривания, подают на них отрицательный потенциал и погружают зоны сваривания в электролит, при этом в электролит погружают проводящую пластину, на которую подают положительный потенциал, устанавливают напряжение 50 ≤ U ≤ 1000 В между катодом, которым являются свариваемые изделия, и анодом, которым является электролит, и ток разряда 1 ≤ I ≤ 500 А, зажигают разряд между свариваемыми изделиями и осуществляют сварку в течение не менее 1 с, причем в качестве электролита используют водные растворы солей, или кислот, или щелочей с водородным показателем 2 ≤ pH ≤ 11.The technical result in the proposed method of electrolyte-plasma welding of aluminum products or its alloy is achieved by pre-combining the products to be welded with welding zones, applying negative potential to them and immersing the welding zones in the electrolyte, while the conductive plate is immersed in the electrolyte, onto which a positive potential, a voltage of 50 ≤ U ≤ 1000 V is established between the cathode, which is the welded product, and the anode, which is the electrolyte, and the discharge current 1 ≤ I ≤ 500 A, ignite times poison between the welded articles and welding is carried out for at least 1, wherein as the electrolyte, aqueous solutions of salts or acids or alkalis with pH value 2 ≤ pH ≤ 11.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, в которой осуществляют способ электролитно-плазменной сварки изделий из алюминия или его сплава. Устройство состоит из: 1 - источник питания; 2 - свариваемые изделия из алюминия или его сплава; 3 - зона сваривания; 4 - электролит; 5 - пластина для подвода положительного потенциала; 6 -электролитическая ванна.In FIG. 1 is a functional diagram of a device in which the method of electrolyte-plasma welding of products from aluminum or its alloy is carried out. The device consists of: 1 - power supply; 2 - welded products from aluminum or its alloy; 3 - welding zone; 4 - electrolyte; 5 - plate for supplying a positive potential; 6 - electrolytic bath.

На фиг. 2 представлено изображение изделий до сварки.In FIG. 2 shows the image of products before welding.

На фиг. 3 представлено изображение изделий после сварки.In FIG. 3 shows the image of products after welding.

Рассмотрим осуществление предлагаемого способа электролитно-плазменной сварки изделий из алюминия или его сплава (фиг. 2) с использованием устройства на фиг. 1. Предварительно совмещают свариваемые изделия зонами сваривания 3, подают на них отрицательный потенциал и погружают зоны сваривания 3 в электролит 4, при этом в электролит погружают проводящую пластину 5, на которую подают положительный потенциал, устанавливают напряжение 50 ≤ U ≤ 1000 В между катодом, которым являются свариваемые изделия 2, и анодом, которым является электролит 4, и ток разряда 1 ≤ I ≤ 500 А, зажигают разряд между свариваемыми изделиями и осуществляют сварку в течение не менее 1 с, причем в качестве электролита используют водные растворы солей, или кислот, или щелочей с водородным показателем 2 ≤ pH ≤ 11.Consider the implementation of the proposed method of electrolyte-plasma welding of products from aluminum or its alloy (Fig. 2) using the device in Fig. 1. Pre-weld the welded products with welding zones 3, apply a negative potential to them and immerse the welding zones 3 in electrolyte 4, and immerse the conductive plate 5 in which the positive potential is applied, set the voltage to 50 ≤ U ≤ 1000 V between the cathode, which are the welded products 2, and the anode, which is the electrolyte 4, and the discharge current 1 ≤ I ≤ 500 A, ignite the discharge between the products to be welded and carry out welding for at least 1 s, moreover, water is used as the electrolyte solutions of salts, or acids, or alkalis with a hydrogen index of 2 ≤ pH ≤ 11.

Выбор конкретного значения напряжения, тока, состава и концентрации водного раствора электролита устанавливаются исходя из оптимальных условий для сварки изделий из алюминия или его сплава низкотемпературной плазмой парогазового разряда в электролите.The choice of a specific value of voltage, current, composition and concentration of an aqueous electrolyte solution is established on the basis of optimal conditions for welding products from aluminum or its alloy with a low-temperature vapor-gas plasma in an electrolyte.

Отличительной особенностью способа электролитно-плазменной сварки изделий из алюминия или его сплава является то, что происходит моментальное катодное распыление оксидной пленки в парогазовом разряде под действием ударов положительных ионов в неинертной (парогазовой) среде, при невысоких температурах электролита Т≈350°C. Тем самым исключается необходимость в доведении температуры свариваемой зоны до температуры плавления окисной пленки алюминия, что, в свою очередь, позволяет сохранить технологические параметры изделий. Предлагаемый способ позволяет сваривать изделия из алюминия или его сплава сложной геометрической формы, с развитой внешней и внутренней поверхностями, отсутствует необходимость в использовании инертных газов, а также проволоки присадочного металла для наплавления.A distinctive feature of the method of electrolyte-plasma welding of products made of aluminum or its alloy is that there is instant cathodic sputtering of the oxide film in a gas-vapor discharge under the influence of positive ion shocks in a non-inert (gas-vapor) medium at low electrolyte temperatures T≈350 ° C. This eliminates the need to bring the temperature of the welded zone to the melting temperature of the aluminum oxide film, which, in turn, allows you to save the technological parameters of the products. The proposed method allows you to weld products from aluminum or its alloy of complex geometric shapes, with developed external and internal surfaces, there is no need to use inert gases, as well as filler metal wire for welding.

Claims (1)

Способ электролитно-плазменной сварки изделий из алюминия или его сплава, характеризующийся тем, что предварительно совмещают свариваемые изделия зонами сваривания, подают на них отрицательный потенциал и погружают зоны сваривания в электролит, при этом в электролит погружают проводящую пластину, на которую подают положительный потенциал, устанавливают напряжение 50 ≤ U ≤ 1000 В между катодом, которым являются свариваемые изделия, и анодом, которым является электролит, и ток разряда 1 ≤ I ≤ 500 А, зажигают разряд между свариваемыми изделиями и осуществляют сварку в течение не менее 1 с, причем в качестве электролита используют водные растворы солей, или кислот, или щелочей с водородным показателем 2 ≤ pH ≤ 11.A method of electrolytic-plasma welding of products from aluminum or its alloy, characterized in that the products to be welded are pre-combined with welding zones, a negative potential is applied to them and the welding zones are immersed in the electrolyte, while a conductive plate is fed into the electrolyte, to which a positive potential is supplied, and voltage 50 ≤ U ≤ 1000 V between the cathode, which is the welded product, and the anode, which is the electrolyte, and the discharge current 1 ≤ I ≤ 500 A, ignite the discharge between the welded products and welding is carried out for at least 1, wherein as the electrolyte, aqueous solutions of salts or acids or alkalis with pH value 2 ≤ pH ≤ 11.

Images