Оксид алюминия

Оксид алюминия Кислород

Основные модификации оксида алюминия

В природе можно встретить только тригональную α-модификацию оксида алюминия в виде минерала корунда и его редких драгоценных разновидностей (рубин, сапфир и т. д.). Она является единственной термодинамически стабильной формой Al2O3.

При термообработке гидроксидов алюминия около 400 °С получают кубическую γ-форму. При 1100—1200 °С с γ-модификацией происходит необратимое превращение в α-Al2O3, однако скорость этого процесса невелика, и для завершения фазового перехода необходимо либо наличие минерализаторов, либо повышение температуры обработки до 1400—1450 °С.

Известны также следующие кристаллические модификации оксида алюминия: кубическая η-фаза, моноклинная θ-фаза, гексагональная χ-фаза, орторомбическая κ-фаза.

Вещество, иногда описываемое как β-Al2O3, на самом деле представляет собой не чистый оксид алюминия, а ряд алюминатов щелочных и щёлочноземельных металлов со следующими общими формулами: MeO·6Al2O3 и Me2O·11Al2O3, где MeO — это оксиды кальция, бария, стронция и т. д.

, а ME2O — оксиды натрия, калия, лития и других щелочных металлов. При 1600—1700 °С β-модификация разлагается на α-Al2O3 и оксид соответствующего металла, который выделяется в виде пара.

Взаимодействие алюминия и его сплавов с кислородом

Оксид алюминия

Характер взаимодействия металлов с газами в условиях сварки во многом определяет природу пор.

Алюминий обладает большим сродством к кислороду. Растворимость кислорода в жидком алюминии ничтожно мала (не более 0,0003%) и характерным для процесса взаимодействия алюминия и его сплавов с кислородом является образование оксидов. Оксид алюминия образует несколько кристаллический модификаций, существование которых и переход одной в другую определяется температурой, временем выдержки и составом окружающей среды.

Скорость протекания диффузионных процессов и химических реакций, определяющих кинетический закон окисления, в данном случае соизмеримы.

Следует отметить, что температура, при которой начинается ин­тенсивное химическое взаимодействие металлов с парами воды, тем ниже, чем больше развита поверхность металла. Термическая прочность оксида Al2O3 чрезвычайно велика. Некоторые свойства оксида: температура плавления 2310-2320 К; температура кипения 2500-3800 К; плотность при температуре плавления 3,01 г/см3, в жидком состоянии – 2,5 г/см3; теплота плавления 110 кДж/моль, теплота испарения 485 кДж/моль; плотность при 20˚С 3,96 г/см3; плотность плёнки (отношение молекулярного объёма плёнки к атомному объёму металла) 1,25; коэффициент расширения 6,58×10-6 К-1; электросопротивление 1×107 Ом/см.

Окисление алюминия протекает с большой скоростью при ничтожно малом парциальном давлении кислорода или кислородосодержащих сложных газов и с повышением температуры ещё более возрастает.

На начальном этапе окисления алюминия формируется компактная аморфная плёнка Al2O3 барьерного типа, не проницаемая для окружающего воздуха. Дальнейший рост оксидной плёнки возможен в результате взаимной диффузии катионов металла и анионов кислорода через слой образовавшегося оксида. Диффузионный этап роста оксида носит эндотермический характер, т.е. является термоактивируемым процессом.

На практике окисление алюминия происходит в присутствии влаги, содержание которой в воздухе доходит до 4%. В этих условиях на поверхность алюминия в первую очередь адсорбируются молекулы воды, так как, в отличие от неполярных молекул азота, кислорода и водорода, они являются диполями, обладающими значительно большей адсорбционной способностью.

После физической адсорбции, характеризующейся слабым взаимодействием сил Ван-дер-Ваальса, начинается вторая стадия – хемосорбция:

2Al 3Н2О → 6Н Al2O3

Выделяющийся атомарный водород легко диффундирует в плёнку и решётку

алюминия, где часто ионизируется. Образующаяся оксидная плёнка обладает высокой адсорбирующей способностью и адсорбирует на свою поверхность влагу, кислород и другие газы. Далее кислород диссоциирует на атомы,

проникает в неупорядоченную структуру плёнки и может образовывать с

метастабильной фазой Al2O3 и водородом моногидоксид AlOOH, который в дальнейшем превращается в тригидроксид Al(OH)3.

Таким образом, при окислении при температуре 18-20˚С в атмосфере воздуха, содержащего влагу, формируются тонкие оксидные плёнки защитного типа, имеющие сложный состав Al2O3→ AlOOH → Al(OH)3.

Дальнейшее окисление алюминия и рост оксидной плёнки возможны при повышенных температурах в результате диффузии катионов металла через плёнку к поверхности газ-оксид и, наоборот, диффузии анионов к границе оксидная плёнка-металл.

Скорость увеличения толщины оксидной плёнки возрастает с повышением температуры, а переход металла из твёрдого состояния в жидкое не вызывает изменения в этой тенденции. Поскольку кинетику окисления определяет диффузия катионов парциальное давление кислорода не должно существенно влиять на этот процесс.

На состав, структуру и, в целом, на механизм и кинетику окисления алюминия влияют легирующие элементы в его сплавах и примеси металлов. В качестве основных легирующих элементов в сплавах присутствуют медь, магний, марганец, кремний, цинк, литий. В ряде сплавов в небольших количествах вводят добавки титана, бериллия, хрома, никеля, кадмия, скандия и др. Суммарное содержание легирующих элементов в деформируемых сплавах алюминия обычно не превышает 10%.

Такие элементы как магний, бериллий, литий вследствие более высоких, чем у алюминия, отрицательных энергий образования оксидов могут окисляться в сплавах алюминия даже при очень малом содержании. Литий, натрий, магний в жидком алюминии играют роль поверхностно-активных элементов. Их концентрация в поверхностном слое выше средней концентрации в расплаве.

Свойства оксидной плёнки на алюминии, которые имеют большое значение в

определении природы и механизма образования пор при сварке:

1. Оксидная плёнка алюминия отличается высокими защитными свойствами и на определённом этапе окисления может предотвратить дальнейшее взаимодействие алюминия с газами.

2. Оксид алюминия имеет высокую температуру плавления и в условиях сварки не расплавляется. В связи с этим поверхностная плёнка сохраняется как внутри объёма сварочной ванны (плёнка, попавшая в ванну с обратной стороны кромок и их торцовых поверхностей), так и на её поверхности (плёнка внешней стороны свариваемых кромок), несмотря на большую плотность, чем плотность жидкого алюминия. В последнем случае плёнка удерживается на поверхности ванны силами поверхностного натяжения.

3. Оксид алюминия не растворяется ни в твёрдом, ни в жидком металле. Плёнка также отличается высокой механической прочностью.

4. Наличие в сплавах алюминия таких легирующих элементов как литий и магний, делают оксидную плёнку на алюминии более адсорбционно-способной и усиливает её роль потенциального источника газов.

5. Важным свойством оксидной плёнки на алюминии является её высокая адсорбционная способность к парам воды. Водяной пар, адсорбированный окисленной поверхностью алюминия, удерживается до высоких температур. Часть влаги имеющейся на поверхности алюминия сохраняется даже после выдержки металла в вакууме при температуре до 350˚С. Оставшаяся часть, очевидно, связанная в виде гидрата и находящаяся в глубоких микротрещинах на оксидной плёнке, удаляется при более высоких температурах и может реагировать с металлом с образованием водорода. Гидрат оксида алюминия удерживает некоторое количество воды вплоть до

1000˚С.


§

Оксид алюминия

Кристаллическая структура металла шва в значительной степени определяет

его механические свойства. Заметное улучшение кристаллической структуры сплава металла шва и повышение его механических свойств наблюдается при введении в металл шва модификатора 0,2-0,25 %Ti.

Для всех методов сварки характерно наличие больших скоростей охлаждения и направленного отвода теплоты. При кристаллизации в этих условиях развивается дендритная ликвация, что приводит к появлению в структуре металла эвтектики. Наличие эвтектики вызывает снижение пластичности и прочности металла и часто появление трещин в швах в процессе их кристаллизации.

В процессе кристаллизации металл шва подвергается растягивающим напряжениям, возникающим вследствие несвободной усадки шва и примыкающих к нему неравномерно нагретых участков основного металла. В связи с этим металл шва подвергается пластической деформации, и для того чтобы противостоять разрушению, он должен обладать определенным запасом пластичности.

В процессе кристаллизации сплавы проходят стадию твердожидкого состояния, характеризующуюся наличием наряду с твердой фазой некоторого количества незакристаллизовавшейся жидкости. А. А. Бочвар ввел понятие об эффективном интервале кристаллизации. Верхней температурной границей эффективного интервала кристаллизации является температура, при которой возникает жесткий скелет дендритов. Нижней границей эффективного интервала кристаллизации является температура солидуса. Хрупкое межкристаллитное разрушение металла (возникновение горячих трещин) наиболее вероятно именно в этом интервале температур.

В условиях аргонодуговой сварки возможно удаление оксидной пленки за счет катодного распыления. Катодное распыление обусловлено бомбардировкой поверхности катода положительно заряженными ионами.

Для устранения оксидных включений в металле швов рекомендуется различные технологические приемы, направленные на создание условий для

перемешивания металла сварочной ванны и дробление оксидных пленок.

Алюминий энергично реагирует со всеми газами, образуя нитриды, карбиды и оксиды. Однако образование карбидов и нитридов алюминия возможно в атмосфере, в которой отсутствуют кислород и кислородосодержащие элементы. При наличии в атмосфере кислорода в первую очередь образуется пленка оксидов, задерживающая дальнейший обмен с окружающей средой и образование соответствующих соединений.

Свойства сварного соединения определяются свойствами металла шва и зоны термического влияния. Свариваемость разделяют на металлургическую, относящуюся к процессам, протекающим в сварочной ванне и сварном шве, и тепловую, характеризующую поведение металла зоны термического влияния в условиях термического цикла сварки. Свойства алюминия и его сплавов отличаются от свойств сталей, поэтому их сварка имеет ряд особенностей. Алюминий имеет высокую теплопроводность (примерно в 5 раз выше, чем у рядовых сталей), поэтому тепло от места сварки интенсивно отводится в свариваемые детали. Это диктует необходимость повышенного тепловложения по сравнению со сваркой сталей. Из-за этого же рекомендуется предварительный подогрев массивных алюминиевых деталей. Алюминий характеризуется низкой температурой плавления, причем прочность его при нагреве резко снижается. Кроме того, он не меняет цвет при нагреве (что характерно для большинства металлов) и вследствие этого не «подсказывает» сварщику, что нагрет почти до температуры плавления. Таким образом, из-за специфических свойств алюминия (высокая теплопроводность и низкая температура плавления в сочетании со значительным уменьшением прочности при нагреве) вероятность «прожога» или даже расплавления детали при сварке алюминия значительно выше, чем при сварке стали. Алюминий имеет значительную литейную усадку (в 2 раза больше, чем у стали), поэтому при затвердевании металла сварочной ванны в нем развиваются значительные внутренние напряжения и деформации, могущие привести к образованию так называемых «горячих трещин».

Тщательная подготовка поверхности алюминиевых деталей к сварке — залог высокого качества сварной конструкции. Источником загрязнения поверхности деталей являются: оксидная пленка и соединения — источники водорода. Поверхность алюминиевой детали покрыта оксидной пленкой. Пленка тугоплавка и имеет большую плотность по сравнению с алюминием. Поэтому при сварке пленка тонет в жидком металле, загрязняя сварной шов неметаллическими включениями и в итоге снижая его механическую прочность. Существует два метода очистки поверхности детали от пленки: механический и химический. Наличие водорода в зоне сварки крайне нежелательно, поскольку растворимость его в жидком алюминии значительно выше, чем в твердом. Вследствие этого при затвердевании сварочной ванны шов становится пористым, с низкой механической прочностью. Источниками водорода являются смазывающе-охлаждающие жидкости, нефтепродукты и влага. Удалять их рекомендуется протиранием поверхности растворителем. Влага может быть удалена незначительным предварительном подогревом поверхности детали.

Легирование алюминия увеличивает в первую очередь его прочность. Алюминий легируют в основном магнием, марганцем, медью, кремнием, цинком. Алюминиевые сплавы классифицируют по технологии изготовления (деформируемые и литейные), а также по способности к термической обработке (неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой). Сварные конструкции изготавливают из деформируемых сплавов, сведения о которых приведены в ГОСТ4784-74. Важнешим показателем свариваемости алюминиевых сплавов является способность не образовывать при сварке «горячих трещин». Сплавы, крайне чувствительные к горячему трещинообразованию, считаются несвариваемыми. Применение их в сварных конструкциях не рекомендуется. Сплавы, не упрочняемые термической обработкой, имеют низкий уровень легирования. Механическая их прочность относительно невысока, но они хорошо свариваются и являются коррозионно-стойкими. Это сплавы алюминий-марганец (отечественное обозначение АМц), алюминий-магний (АМг); к ним же можно отнести и технический алюминий. Заготовки из этих сплавов выпускаются в отожженном и холоднодеформированном (нагартованном) состоянии. Сплавы, упрочняемые термической обработкой (закалка с последующим старением), имеют обычно более высокую степень легирования. Прочность их выше, но они хуже свариваются (некоторые совсем не свариваются) и часто имеют низкую коррозионную стойкость. Это сплавы алюминий-магний-кремний (авиали, отечественное обозначение АД), алюминий-медь (большинство относятся к дюралюминам, отечественное обозначение Д), алюминий-цинк (с добавками других элементов).

Оксид алюминия

Авиали свариваются хорошо, однако с использованием присадочного материала; сваривать их сплавлением кромок не рекомендуется.

Дюралюмины относятся к несвариваемым сплавам. Единственный свариваемый алюминиево-медный сплав (сплав 1201) и его зарубежные аналоги. Тройные сплавы алюминия с цинком и магнием свариваются хорошо только в том случае, если содержание этих легируемых элементов в сумме не превышает 7 — 7,5%. К свариваемым относится отечественный сплав 1915 и его зарубежные аналоги. Применительно к литейным сплавам сварка применяется только в ремонтных целях, а также для исправления дефектов литья. Из всех литейных сплавов наибольшее распостранение получили сплавы алюминия с кремнием (силумины). Практически все они свариваются хорошо. Сплав 1420 хорошо сваривается аргонно-дуговой сваркой.

Тепловая свариваемость.

Тепловая свариваемость – это реакция металла на тепловое воздействие в принятых условиях сварки.

Для оценки тепловой свариваемости сплавов упрочняемых термообработкой целесообразно разбить околошовную зону (ОШЗ) на две области: высокотемпературную и низкотемпературную зоны термического влияния (ЗТВ).

Особенности поведения металла в высокотемпературной ЗТВ:

1.Рост зерна. В наибольшей мере к росту зерна при сварке подвергнуты чистые металлы. Сплавы в виде однородных твердых растворов росту зерна менее подвержены. Еще в меньшей степени росту зерна подвержены гетерогенные сплавы. Рост зерна не приводит к существенному снижению прочностных свойств. Но при сварке многих металлов и сплавов рост зерна приводит к снижению пластичности и ударной вязкости. С увеличением роста зерна повышается склонность металла к образованию трещин. С ростом зерна в ОШЗ связано образование крупнокристаллическое строение в металле шва. Уменьшение зерна достигается за счет снижения погонной энергии и при

применении жесткого режима.

2.Оплавление границ зерен и переход металла в температурный интервал хрупкости (ТИХ). При действии растягивающих напряжений образуются

горячие трещины.

Поведение металла в низкотемпературной ЗТВ характеризуется:

1) Распадом твердого раствора основного металла.

2) Коагуляцией упрочнителей.

Эти три фактора приводят к разупрочнению основного металла в низкотемпературной ЗТВ.

3.3 Изучение свойств металла околошовной зоны под воздействием термического цикла сварки: образования структурной и химической неоднородности.

Значительное влияние содержания вредных примесей на показатели горячеломкости и пластичности сварных соединений можно объяснить особенностями строения зоны термического влияния полуфабрикатов. В результате сварочного нагрева значительная часть включений интерметаллидных фаз превращается в оплавленные скопления и прослойки эвтектики, имеющие переменный состав. Проведенный микрорентгеноструктурный анализ зоны термического влияния показал, что в оплавленных скоплениях интерметаллидных фаз и прослойках эвтектики количество примесей на порядок выше, чем их среднее содержание в сплаве. Следовательно, примеси распределяются в структурных составляющих сварного соединения ( по линии сплавления и в зоне термического влияния) неравномерно. Например, эвтектические прослойки в сплаве 01460 технической чистоты содержат до 4-7% железа и кремния (каждого) при среднем содержании их в сплаве 0,25-0,35%. Для сплава 1420 газопламенной выплавки в оплавленных интерметаллидных фазах содержатся до 3-7% железа и кремния при среднем содержании каждого компонента в сплаве на уровне 0,35%. Во всех сплавах повышенной чистоты содержание вредных примесей в эвтектических прослойках и оплавленных выделениях примерно в 3-7 раз меньше, чем в аналогичных сплавах промышленной чистоты, что и обуславливает снижение склонности к образованию горячих трещин и повышение пластичности. Разрушение сварных соединений, как правило, происходит по линии сплавления со стороны основного металла при испытании образцов с усилением шва и проплавом. Результаты металлографических исследований при увеличении до 500 раз и методы капиллярного контроля показали, что в зоне термического контроля показали, что в зоне термического влияния наблюдается ориентированная микропористость. Расположение микропор напрямую связано с интерметаллидной структурой полуфабрикатов. Поры образуются внутри интерметаллидных составляющих или на границе раздела между ними и матрицей сплава. Неблагоприятное строчечное расположение интерметаллидных фаз и ориентированная микропористость в зоне термического влияния приводят к значительному снижению прочности сварных соединений, так как хрупкие интерметаллидные частицы при нагружении легко отделяются от матрицы и уменьшают энергию, необходимую для распространения трещин. Толщина эвтектических прослоек и выделений зависит от размера удельной межзернной поверхности. Поэтому механические свойства сварных соединений определяются размером и формой зерен конкретного полуфабриката и их ориентацией относительно сварного шва. С понижением температуры испытаний отрицательное влияние интерметаллидных фаз и прослоек по границам зерен возрастает. Для соединений с крупнозернистой структурой свариваемых полуфабрикатов прочность при -253°C заметно ниже, чем при

-196°C и ниже, чем при 20°C. При изготовлении и эксплуатации первых сварных конструкций каркасного типа с частыми ручными прихватками (через 50-90 мм) из сплава 1420 газопламенной выплавки и по способу «триплекс-процесс» были обнаружены холодные трещины. Анализ разрушений, происшедших как в процессе производства, так и при эксплуатации, показал, что холодные трещины, возникшие с течением времени, и трещины от однократных статических и динамических нагрузок носят практически идентичный характер. Разрушение происходит под действием остаточных напряжений, сформировавшихся на различных стадиях изготовления сварных конструкций каркасного типа, причем большое влияние на уровень остаточных напряжений оказывает качество и последовательность сборки под сварку. Особенно высокие напряжения возникают при каркасной схеме организации сборки, когда исходная депланация кромок превышает 40-100%, а зазоры в стыке достигают 1,5-3,0 мм. Устранение таких депланаций перед сваркой требовало приложения больших сосредоточенных усилий, которые в конечном счете суммировались с остаточными сварочными напряжениями. Уровень остаточных напряжений определяли методом тензометрирования на образцах. Установлено, что наибольшие остаточные сварочные напряжения на образцах 185-235 МПа (продольные растягивающие напряжения) и 60-85 МПа (поперечные напряжения) (рис. 6).

Оксид алюминия

Рис. №6. Эпюры распределения остаточных напряжений при различной последовательности операций сварки и термической обработки сварных соединений сплава 1420: 1-закалка искусственное старение сварка; 2- закалка искусственное старение сварка искусственное старение; 3- закалка искусственное старение сварка закалка искусственное старение.

В то же время на полуфабрикатах, полученных из слитков газопламенной выплавки или способу «триплекс – процесс», в основном металле и сварных соединениях обнаруживаются флюсовые включения, скопления интерметаллидов, оксидных пленок, что в конечном счете приводит к резкому снижению механических свойств, например, предел прочности при растяжении уменьшается до 225-275 МПа.

4.Выбор способа сварки, типов сварных соединений, расчёт режимов сварки.

Из выбранного материала и конструкции крышки бака я выбрал сварку автоматическую в защитных газах неплавящимся электродом – однофазную. Шов – односторонний на съемной подкладке с присадочной проволкой.

Расчёт сварочного тока и скорости подачи присадочной проволоки

Для однопроходной электросварки стыковых соединений величину сварочного тока можно определить по формуле:

I=(γ* Vсв* Fш*hпл)/ hи*ht*U , где:

1. γ – плотность металла, кг/м3 * 103

2. Vсв – скорость сварки, м/с

3. Fш – площадь сечения шва, м2

4. hпл – теплосодержание расплавленного металла сварочной ванны, Дж/кг

5. hи –эффективный КПД процесса нагрева

6. ht – термический КПД процесса нагрева

7. U – напряжение дуги, В

Fш = Fр Fн , [м2]

Fр=0,5*(e e1)*S-b*S, [м2]

Fн=b*S 0,75*(eg e1g1), [м2]

Рассчитывается теплосодержание расплавленного металла в сварочной ванне:

hпл= C*Tпл Lпл C*Tпр , где:

1. С- удельная теплоемкость, Дж/кг*К

2. Tпл – температура плавления, ˚С

3. L – скрытая теплота плавления, Дж/кг

4. Tпр – температура перегрева сварочной ванны принимается равной 20% от Tпл, ˚С

5. dпр – диаметр сварочной проволоки, мм

Vпр=1,27*(Fн*Vсв)/d2пр

1. γ=2.84*103 кг/м36.С= 820Дж/кг*К

2. Vсв =0.008 м/с 7.Tпл= 620˚С

3. hи=0.7 8.L= 398

4. ht=0.32 9.Tпр= 124˚С

5. U=15 В 10.dпр= 2мм

Конструктивные размеры сварных соединений при односторонней сварке на подкладке, мм

Табл. № 5

Метод сварки S b e e1 g g1
Неплавящимся электродом в среде аргона с присадочной проволкой 0.8 0.5

hпл=820*(620) 398000 820*124=1008080 Дж/кг

Fр=0,5*(11 5)*3-1*3=21*10-5 м2

Fн=1*3 0,75*(11*0.8 5*0,5)=11.475*10-5 м2

Fш =21*10-5 11.475*10-5=32.475*10-5 м2

Vпр=1,27*(11.475*10-5*0.008)/22= 0.029 м/с

Оксид алюминия

I=(2.84*103*0.008*32.475*10-5*1008080)/(0.7*0.32*15)=221А


§

Оксид алюминия

В качестве источника питания следует использовать универсальный источник питания ТИР-300Д для дуговой сварки изделий неплавящимся электродом в среде аргона постоянным или переменным током прямоугольной формы. Источник обеспечивает сварку всех металлов, включая алюминий и магний, а также сплавов на их основе.

Источник ТИР-300Д имеет внешние характеристики крутопадающей формы .

Оксид алюминия

Рис. 5 Внешние вольт – амперные характеристики ТИР-300Д

ТИР-300Д является источником питания параметрического типа и не имеет внешних обратных связей. В состав ТИР-300Д входят следующие узлы: силовой трансформатор с малым магнитным рассеянием, обладающий жесткой магнитной характеристикой; регулятор тока, представляющий дроссель насыщения нового типа, работающий в режиме вынужденного намагничивания и имеющий разделенные рабочие обмотки, коммутируемые тиристорами; импульсный стабилизатор горения дуги переменного тока;

осциллятор; регулятор спада сварочного тока в конце сварки; элементы

управления, индикации и охлаждения. Регулирование сварочного тока ступенчато-плавное. Плавное регулирование сварочного тока в пределах

каждой из двух ступеней осуществляется дистанционно посредством ручного или педального пульта. Сварочная дуга при питании от источника ТИР-300Д обладает высокой стабильностью горения, как в установившемся, так и в переходном режимах. Источник ТИР-300Д поддерживает заданное значение сварочного тока в пределах рабочего участка внешней характеристики с точностью, определяемой крутизной характеристики, при относительно медленных изменяющихся возмущениях, как со стороны дуги, так и со стороны изменений напряжения питающей сети. При возбуждении дуги касанием изделия или посредством осциллятора ток дуги плавно увеличивается с 5А до установленного значения за время около 0,4 с. Спад тока при гашении дуги происходит по линейному закону, что позволяет более равномерно снижать тепловложение в сварной шов. В источнике ТИР-300Д это реализовано достаточно простыми путями из-за малой мощности, затрачиваемой на управление сварочного тока в дросселе насыщения с разделенными рабочими обмотками, благодаря тому, что коэффициент усиления по мощности у дросселя насыщения, примененного в ТИР-300Д равен 2000.

Технические характеристики источника ТИР-300Д

нижняя температура окружающей среды 5ºC
режим работы продолжительный; номинальный сварочный ток 300А
Пределы регулирования сварочного тока — первая ступень 10-150А
вторая ступень 40-300А
номинальное рабочее напряжение 30В
напряжение холостого хода 65В
первичная мощность 25кВА
напряжение сети 380А
КПД =75%
коэффициент мощности 0,5
время гашения дуги
габаритные размеры 1230×620×1000 мм
масса 480 кг

Аппараты для дуговой автоматической сварки в защитных газах обеспечивает выполнение следующих операций:

1. зажигание дуги в начале сварки;

2. подачу электрода (или присадочного материала) в зону дуги по мере его оплавления;

3. регулирование параметров дуги;

4. передвижение дуги вдоль свариваемых кромок;

5. защиту зоны дуги и сварочной ванны от воздействия воздуха;

6. направление электрода по шву;

7. прекращение процесса сварки с совмещением операций заварки

кратера и прекращения подачи защитного газа через определенный интервал

времени.

Конструкция аппаратов для автоматической сварки должна обеспечивать стабильность процесса сварки, быструю переналадку режима сварки, надежность, удобство обслуживания, безопасность работы. Аппараты должны быть малогабаритными, небольшой массы и отвечать требованиям промышленной эстетики.

Автомат АРК-2 для дуговой сварки в среде аргона неплавящимся и плавящимся электродом радиально-консольного типа; выпускается двенадцати модификаций, которые служат для сварки изделий из жаропрочных, коррозионно-стойких сталей, алюминиевых и титановых сплавов. В зависимости от типа сварочной головки и соответствующего источника питания автоматы обеспечивают сварку постоянно горящей дугой постоянного тока и переменного тока. Колонна автомата крепится на основании и может поворачиваться от механического привода на 360º. На колонне имеются направляющие для перемещения (вверх и вниз) специальной самоходной каретки, в которой смонтирована консоль автомата. Консоль может выдвигаться от специального привода с плавным изменением скорости выдвижения. На конце консоли имеется фланец для крепления сварочной головки.

Техническая характеристика автомата модификации АРК-2: Табл. № 6

Параметры Значение
тип сварочной головки АСГВ-4
длина продольного шва 2500мм
габаритные размеры 3325×2700×4080мм
Масса 2150 кг
Техническая характеристика сварочной головки АСГВ-4:
номинальный сварочный ток 300А
диаметр вольфрамового электрода 1-5мм
диаметр присадочной проволоки 0,8-2мм
скорость подачи присадочной проволоки (2,1-3,3)10³м/с
Установочные перемещения головки:
поперек шва ±50мм
по вертикали ±50мм
поворот вокруг вертикальной оси отсутствует
поворот вокруг горизонтальной оси ±90º
габаритные размеры головки 310×385×675мм
габаритные размеры шкафа управления 1075×500×675мм
масса головки 27кг
масса шкафа 342кг

Сварочная головка оснащена системами слежения за стыком и автоматического поддержания дугового промежутка.

Наиболее важным узлом любого сварочного аппарата является горелка. С помощью горелки возбуждается сварочная дуга и осуществляется формирование и направление струи защитного газа. В горелке закреплен электрод. Горелка — сменный инструмент и от ее конструкции во многом

зависит работоспособность сварочного аппарата в целом.

При сварке с присадочной проволокой, последняя подается по гибкому шлангу — направляющему каналу так, как это имеет место в шланговых полуавтоматах для плавящегося электрода.

Проволока электрически изолирована от сварочного напряжения дуги. Скорость подачи проволоки выбирают в соответствии с ее диаметром и мощностью дуги. Поскольку проволока поступает в ванну по касательной к поверхности свариваемых деталей, желательно режим сварки выбрать таким образом, чтобы скорость сварки и скорость подачи присадочной проволоки были равными. В этом случае оператор как бы опирается на конец подаваемой проволоки, контролируя при этом скорость движения горелки.

Оксид алюминия

В данном технологическом процессе при автоматической сварке перемещаются (вращаются) сами детали и для их вращения используется манипулятор марки МАС-1.

Технические характеристики манипулятора МАС-1: Табл. № 7

Грузоподъемность 1,0т
допустимый момент относительно опорной плоскости планшайбы 400кгс м
допустимый момент на оси вращения планшайбы 250кгс м
диаметр свариваемых швов 300-1700мм
наибольшие размеры свариваемых изделий 1400×1400×1000мм
наибольший угол наклона планшайбы 135º
частота вращения планшайбы 0,04-1,01об/мин
мощность электродвигателя:  
привода вращения планшайбы 1,5кВт
наклона стола 1,7кВт
Длина 1690мм
Ширина 1550мм
Высота 950мм
Масса 1,755т

Для сварки кольцевого шва к манипулятору прибавляют заднюю вращательную балку, и получается так называемый вращательный стенд.


Гидроксид алюминия

Гидроксид алюминия получают в ходе реакций обмена между растворимыми солями алюминия и щелочами. В результате гидролиза солей алюминия
часто выпадает белый осадок — гидроксид алюминия.


AlBr3 LiOH → Al(OH)3↓ LiBr

Al2S3 H2O → Al(OH)3↓ H2S↑

Проявляет амфотерные свойства. Реагирует и с кислотами, и с основаниями. Вследствие нерастворимости гидроксид алюминия не реагирует с солями.

Al(OH)3 H2SO4 → Al2(SO4)3 H2O


Al(OH)3 LiOH → Li[Al(OH)4] (при избытке щелочи будет верным написание — Li3[Al(OH)6] —
гексагидроксоалюминат лития)

Оксид алюминия

Оксид алюминия получают в ходе взаимодействия с кислородом — на воздухе алюминий покрывается оксидной пленкой. При нагревании гидроксид
алюминия, как нерастворимое основание, легко разлагается на оксид и воду.

Al O2 → Al2O3

Al(OH)3 → (t) Al2O3 H2O↑


Проявляет амфотерные свойства: реагирует и с кислотами, и с основаниями.

Al2O3 H2SO4 → Al2(SO4)3 H2O

Al2O3 NaOH H2O → Na[Al(OH)4] (тетрагидроксоалюминат натрия)


Al2O3 NaOH → (t) NaAlO2 H2O (алюминат натрия)

Al2O3 Na2O → (t) NaAlO2

Получение

Получают из бокситов, нефелинов, каолина, алунитов алюминатным или хлоридным методом. Сырьё в производстве алюминия, катализатор, адсорбент, огнеупорный и абразивный материал.

 3Cu2O 2Al →1000∘C   6Cu Al2O3
 2Al(OH)3Al2O3 3H2O

Плёнки оксида алюминия на поверхности алюминия получают электрохимическими или химическими методами. Так, например, получают диэлектрический слой в алюминиевых электролитических конденсаторах. В микроэлектронике также применяется эпитаксия оксида алюминия, которая многими учёными считается перспективной, например, в изоляции затворов полевых транзисторов.

Применение

Оксид алюминия (Al2O3), как минерал, называется корунд. Крупные прозрачные кристаллы корунда используются как драгоценные камни. Из-за примесей корунд бывает окрашен в разные цвета: красный корунд (содержащий примеси хрома) называется рубином, синий, традиционно — сапфиром.

Согласно принятым в ювелирном деле правилам, сапфиром называют кристаллический α-оксид алюминия любой окраски, кроме красной. В настоящее время кристаллы ювелирного корунда выращивают искусственно, но природные камни всё равно ценятся выше, хотя по виду не отличаются.

Керамика на основе оксида алюминия обладает высокой твёрдостью, огнеупорностью и антифрикционными свойствами, а также является хорошим изолятором. Она используется в горелках газоразрядных ламп, подложек интегральных схем, в запорных элементах керамических трубопроводных кранов, в зубных протезах и т. д.

Так называемый β-оксид алюминия в действительности представляет собой смешанный оксид алюминия и натрия. Он и соединения с его структурой вызывают большой научный интерес в качестве металлопроводящего твёрдого электролита.

γ-Модификации оксида алюминия применяются в качестве носителя катализаторов, сырья для производства смешанных катализаторов, осушителя в различных процессах химических, нефтехимических производств (ГОСТ 8136-85).

Свойства

Бесцветные нерастворимые в воде кристаллы. Амфотерный оксид. Практически не растворим в кислотах. Растворяется в горячих растворах и расплавах щелочей. Является диэлектриком, но некоторые исследователи считают его полупроводником n-типа. Диэлектрическая проницаемость 9,5—10. Электрическая прочность 10 кВ/мм.

Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий