При изготовлении сварных конструкций из алюминиевых сплавов в аэрокосмической технике наибольшее распространение получил способ дуговой сварки неплавящимся вольфрамовым электродом на переменном токе в защитном газе аргоне.

Этот способ обладает целым рядом преимуществ. Прежде всего это надежная защита свариваемого металла от взаимодействия с воздушной атмосферой.

Однако он имеет и ряд существенных недостатков, в том числе - малую проплавляющую способность дуги и незначительную подвижность жидкого металла сварочной ванны. Это снижает скорость протекания диффузионных процессов вблизи фронта кристаллизации и способствует возникновению значительной химической неоднородности металла шва и границы сплавления, а следовательно, снижению механических свойств сварных соединений. Кроме того, при аргонодуговой сварке происходит значительное испарение легколетучих легирующих элементов сплавов: лития, магния, скандия, что также приводит к снижению прочности шва.

С применением импульсного тока не происходит существенного изменения гидродинамических процессов, протекающих в сварочной ванне, и снижения испарения легколетучих легирующих элементов сплавов. Использование в качестве защитных газов гелия или смесей аргона с гелием приводит, преимущественно, к увеличению ширины шва, размеров первичного зерна и количества паров компонентов алюминиевых сплавов.

В целях устранения недостатков, присущих традиционным методам сварки, разработан, исследован и получил применение в промышленности новый экономичный способ газоэлектрической сварки неплавящимся электродом с дискретно-попеременной подачей по заданной программе двух защитных газов - аргона и гелия - в зону сварочной дуги. Вследствие разности потенциалов ионизации аргона и гелия и периодического изменения состава защитной газовой атмосферы изменяются температура столба дуги и активных пятен, электрические и газодинамические параметры сварочной дуги, а также гидродинамические характеристики процессов, протекающих в сварочной ванне.

Как показали исследования, значения сварочного тока и напряжения на дуге периодически изменяются, а именно: при поступлении аргона в дуговой промежуток происходит увеличение тока при одновременном снижении напряжения на дуге, а при поступлении гелия, наоборот, при снижении сварочного тока напряжение увеличивается. При этом величину энергетических параметров дуги можно изменять в широких пределах в зависимости от расхода и дискретности подачи защитных газов.

Для получения требуемой глубины и площади проплавления погонная энергия может быть снижена не менее чем на 20 %. Это преимущество обусловлено изменением температуры сварочной ванны при изменении состава защитной среды. А именно: при поступлении порции аргона расплавленный металл сварочной ванны имеет более низкую температуру, чем при поступлении в зону дуги порции гелия. Температура жидкого металла сварочной ванны колеблется с частотой изменения защитной среды. Не происходит чрезмерной сосредоточенности дугового разряда в активных пятнах вследствие сравнительно малого изменения энергетических параметров режима сварки и размеров активных пятен.

Периодические изменения состава защитного газа и параметров режима сварки вследствие изменения потенциала ионизации дугового промежутка приводят к периодическому изменению сил поверхностного натяжения расплавленного металла, газодинамического давления сварочной дуги, температуры жидкого металла сварочной ванны, а также изменению скорости протекания диффузионных процессов. Что, в свою очередь, обеспечивает значительное уменьшение испарения легирующих элементов сплавов и химической неоднородности металла шва и зоны сплавления, снижение количества вредных аэрозолей. Такие преимущества нового способа сварки позволяют получить мелкозернистую структуру шва, улучшить форму шва и, тем самым, снизить уровень остаточных сварочных напряжений, уменьшить деформацию сварных конструкций, а также повысить производительность процесса сварки.

Способ сварки с дискретно-попеременной подачей аргона и гелия - наиболее эффективный способ измельчения структуры металла шва и достаточно простой по осуществлению. Периодическая смена состава и давления защитного газа в области плавления и кристаллизации, приводящая к изменению состава защитных газов, потенциала ионизации и давления сварочной дуги вследствие изменения величины сварочного тока, сил поверхностного натяжения жидкого металла сварочной ванны, введения кратковременных импульсов тепла и увеличения подвижности расплавленного металла, обеспечивает получение мелкозернистой структуры.

Новый способ сварки с периодическим изменением состава защитного газа способствует уменьшению сил поверхностного натяжения расплавленного металла, повышению его подвижности, снижению вероятности образования пористости. Результаты измерений по методике гидростатического взвешивания свидетельствуют о значительном повышении плотности металла швов, получаемых способом с дискретно-попеременной подачей аргона и гелия.

Производительность процесса сварки, а также прочность и пластичность сварных соединений повышаются на 30-50% по сравнению с существующими технологиями сварки.

Улучшаются и санитарно-гигиенические условия работы сварщиков и обслуживающего персонала вследствие значительного сокращения выделений вредных аэрозолей и озона. При сварке алюминиевых сплавов, легированных литием и скандием, не требуется применения специальных мер защиты для обеспечения безопасной работы.