Главная → Статьи

Cварка цветных металлов и сплавов

Сварка меди. Трудность при сварке меди и ее сплавов ацетилено-кислородным пламенем, по сравнению со сваркой стали, обусловливается высокой теплопроводностью металла; интенсивным окислением в процессе сварки. Образующиеся окислы препятствуют сцеплению кристаллов, понижая прочность и пластичность шва. Чтобы нагреть медь до расплавления, пламя горелки должно быть более мощным, чем при сварке стали.

Учитывая большую жидкотекучесть меди, тонкие листы сваривают встык без зазора, а листы свыше 6— 8 мм сваривают на графитовых или угольных подкладках.

При сварке меди толщиной листа до 10 мм наконечник горелки выбирают из расхода 150 л ацетилена в час на 1 мм свариваемого металла, а при сварке более толстых листов —200 л/ч, в этом случае сваривать рекомендуется двумя горелками одновременно: одной для предварительного подогрева и регулирования температуры нагрева металла в месте сварки, а второй для сварки металла.

Горелка для подогрева должна находиться перед сварочной. Перед окончанием сварки подогревательную горелку тушат. Для уменьшения отвода тепла медные листы варят на асбестовой подкладке. При сварке больших толщин листы покрывают асбестовыми одеялами с таким расчетом, чтобы они не мешали процессу сварки.

Рис. 37. Схема сборки и сварки пластин из нержавеющей стали толщиной 1,5 мм

При сварке меди пламя горелки должно быть нормальным. При избытке кислорода может произойти сильное окисление меди, а при избытке ацетилена появляются поры и трещины.

Расплавлять медь следует восстановительной зоной пламени при расстоянии от конца ядра до поверхности металла 3—6 мм. В процессе сварки нагретый металл должен быть все время закрыт пламенем. Нельзя отводить пламя в сторону от свариваемого стыка, так как медь в нагретом состоянии усиленно окисляется, в результате чего прочность сварного соединения снижается в 2—3 раза. При перерывах в работе пламя необходимо отводить от шва медленно, делая при этом колебательные движения, пока шов не остынет до температуры около 300 °С.

В качестве присадочного материала применяют проволоку из чистой электротехнической меди, а при сварке меди толщиной более 3 мм — медную проволоку, содержащую 0,2% фосфора и 0,15—0,3% кремния, как раскислители.

В некоторых случаях применяют латунную проволоку с содержанием марганца 0,05—0,25% и железа 0,1— 0,5%, с температурой плавления 895 °С.

Для предохранения меди от окисления, а также для ее раскисления при сварке применяют флюсы.

Перед сваркой кромки зачищают до металлического блеска. Начинать сварку надо, отступив от начала стыка на 1/3 от всей длины стыка. При сборке под сварку не рекомендуется делать прихватки, так как в сварном шве в месте прихваток могут появиться трещины.

При сварке кромки основного металла плавят одновременно с присадочной проволокой. Однако желательно, чтобы проволока была нагрета до более высокой температуры, чем свариваемый металл. Если в процессе сварки флюса будет недостаточно, то металл ванны закипит и станет тугоплавким из-за появления окислов меди. Сварку в два прохода или подварку шва надо избегать, так как повторный нагрев приводит к появлению трещин в сварном шве. Чтобы в сварном шве не образовывались окислы меди, сварку следует вести быстро, без перерывов. Держа мундштук горелки под прямым углом к свариваемой поверхности, можно увеличить скорость сварки.

Для повышения качества и прочности сварного шва его нужно после сварки проковать и подвергнуть отжигу. Проковку сварного шва для листов толщиной до 5 мм производят в холодном состоянии, а при большей толщине в горячем состоянии, при температуре 200— 300 °С. Проковывать сварные швы при температуре выше 500 °С нельзя, так как сварное соединение при такой температуре будет непрочным. Прокованный шов отжигают при температуре 500—550 °С с быстрым охлаждением в воде. Сварное соединение нагревают газовой горелкой или в печи. После отжига металл шва становится вязким.

Сварка латуни осложняется тем, что механические свойства латуней резко изменяются при повышении температуры. Сварные детали или узлы из латуни желательно подвергать термической обработке при температуре 200° С, чтобы предотвратить саморастрескивание латуни. Латуни соединяют газовой сваркой, так как другим видам сварки они поддаются труднее. Чем больше цинка в сплаве, тем ниже температура плавления латуни и тем меньше температура пламени горелки. Теплопроводность латуни ниже, чем меди, и уменьшается с увеличением содержания цинка.

Теплопроводность латуни по отношению к стали выше, но пламя горелки берется такой же мощности, как и при сварке стали (100—120 л/ч ацетилена на 1 мм толщины свариваемого металла).

Это необходимо для предупреждения перегрева сварочной ванны и усиленного испарения цинка, которое происходит при температуре 907 °С.

Пары цинка, соединяясь с кислородом воздуха, образуют окись цинка, которая в виде белого налета осаждается на поверхности свариваемого изделия. При наличии в пламени горелки водорода цинк испаряется сильнее, а следовательно, увеличивается пористость в сварном шве. Поэтому пламя надо регулировать так, чтобы оно было окислительным с избытком кислорода до 25—35%. Но наличие избытка кислорода в пламени приводит к усиленному окислению цинка. Для нейтрализации кислорода применяют присадочную проволоку с сильными рас-кислителями.

В качестве раскислнтеля применяют кремний, который восстанавливает имеющиеся в ванне расплавленного металла окислы, при этом образуется окись кремния, которая выводится флюсами в шлак.

ВНИИАвтогенмаш разработал самофлюсующую сварочную проволоку ЛКБ062-02-004-05 для сварки латуни Л62 и Л68, содержащей: меди 60,5—63,5%, кремния 0,15—0,2, бора 0,03—0,07%, олова 0,4—0,6%, цинка 39,92—35,63%.

Кремний и олово являются раскислителя.ми, а бор выполняет функцию флюса.

Кремнистая латунная проволока ЛК62-05 содержащая 60—63% меди и 0,3—0,7% кремния дает более плотный шов, а цинк выгорает в 5 раз меньше, чем при применении проволоки без кремния. При такой сварке прочность, пластичность и ударная вязкость сварного соединения повышаются.

Оловянистые латуни Л062-1 сваривают с присадочной проволокой Л062-1. Сварку этих латуней производят с таким же флюсом, как и при сварке меди. Перед сваркой флюс посыпают в разделку или на стык шва, около-ровную зону и ванну расплавленного металла вместе с присадочной проволокой.

Хорошее качество сварного шва получается при применении газообразного флюса БМ-2 на основе метилбо-ратов, добавляемого в пламя сварочной горелки из специального газификатора КГФ, разработанного ВНИИАв-тоген машем.

Перед сваркой кромки очищают до металлического блеска или протравливают в 10%-ном водном растворе азотной кислоты, с последующей промывкой в горячей воде, и протирают чистой ветошью насухо.

Сваривать латунь нужно быстро и за один проход. Многослойная сварка или подварка шва усиливают испарение цинка, что приводит к появлению трещин. Во время сварки следят за тем, чтобы конец ядра пламени был на расстоянии 7—10 мм от поверхности свариваемого металла.

При сварке латуни присадочной проволокой того же состава, что и основной металл, сварной шов проковывают, для того чтобы он был плотный и прочный.

Если меди в латуни содержится менее 60%, проковку сварного шва производят при температуре 700 °С. Если меди в латуни содержится более 60%, проковку ведут в холодном состоянии. Сварной шов после проковки отжигают при температуре 600—650 °С с последующим медленным охлаждением на воздухе.

После термической обработки металл шва становится пластичным, а структура — мелкозернистой. Если латунь после нагрева быстро охладить, то она станет хрупкой.

При использовании заменителей ацетилена для сварки латуни механические свойства сварного соединения не изменятся. Номер наконечника (при работе на керосине— номер мундштука) выбирают по расходу ацетилена, учитывая при этом коэффициент замены. Сварку производят окислительным пламенем.

Газовая сварка бронзы затруднена из-за выгорания некоторых компонентов, особенно олова. Олово из состава бронзы выделяется при температуре 500—600° С в виде шариков, которые сгорают и образуют окислы олова.

При сгорании олова на поверхности ванны расплавленного металла образуется пена, в результате чего шов получается пористый со снижением прочностных характеристик.

Бронза теряет вязкость и становится хрупкой при нагреве ее выше 500 °С. Появление больших внутренних напряжений и возникновение трещин может произойти от неравномерного нагрева литых изделий при сварке. Поэтому изделия из литых бронз перед сваркой подогревают до температуры 450° С.

Нельзя поворачивать и поднимать изделие в процессе сварки, так как в нагретом состоянии изделие может разрушиться.

В качестве присадочного материала берут проволоку или прутки того же состава, что и основной, или проволоку и прутки с добавками (в качестве раскислителя 0,4% кремния). Литые прутки применяют диаметром 5— 8 мм и длиной 400—500 мм.

Для предотвращения окисления олова в литые присадочные прутки добавляют фосфор до 0,4%. Прутки перед сваркой зачищают до металлического блеска.

Для защиты металла от окисления и удаления окислов из ванны расплавленного металла используют тот же флюс, что и при сварке меди. Для сварки алюминиевых бронз берут тот же флюс, что и для сварки алюминия: фтористый натрий— 15%, хлористый натрий —20%, хлористый барий —20%, хлористый калий —45%.

Мощность пламени выбирают из расчета 125—150 л/ч ацетилена на 1 мм свариваемой толщины металла. Разделку кромок производят под углом 90° и зачищают до металлического блеска. Сварку ведут быстро и без перерывов.

Для этого применяют вторую горелку, которая перемещается впереди сварочной горелки, подогревая металл. При этом мощность каждой горелки не должна превышать 100 л/ч ацетилена на 1 мм свариваемой толщины металла. Флюс в сварочную ванну вносят через присадочный пруток, который в процессе сварки периодически обмакивают в банку с флюсом. Ядро пламени сварочной горелки должно отстоять от поверхности расплавленного металла на 6—10 мм. По окончании сварки деталь подогревают до температуры 750° С с последующим охлаждением в воде.

Сварка алюминия и его сплавов. Алюминий является легким металлом с малым удельным весом (2,65— 2,85 г/см3) с низкой температурой плавления (658°С),

высокой теплопроводностью (примерно в три раза больше^ чем у железа) и высоким коэффициентом теплового расширения (в два раза больше, чем у железа).

Алюминиевые сплавы в зависимости от их назначения (по основным принципам легирования) делятся на деформируемые и литейные.

Деформируемые алюминиевые сплавы делятся на термически необрабатываемые и термически обрабатываемые. К термически необрабатываемым сплавам относятся: А00, АО, А2, АД (технический алюминий), АМц, АМг, АМгЗ, АМг5, АМг5В, АМгбТ. К термически обрабатываемым сплавам относятся: АВ, АК5, АК6, АК8, Д20, Д1, Д6, Д16, АК2, АК4 и силумины.

В этой связи сварные конструкции, изготовленные из деформируемого термически упрочняемого алюминиевого сплава, нашли слишком ограниченное применение.

Основной трудностью при сварке алюминия является образование на поверхности алюминия тугоплавкой окис-ной пленки А120з с температурой плавления 2060°С, которая затрудняет плавление металла и сплавление свариваемых кромок. Другая трудность заключается в том, что при нагреве алюминий не меняет своего цвета и поэтому трудно уловить момент начала его плавления. От сварщика требуется большой навык и опыт по сварке алюминия и его сплавов.

Особое значение имеет правильный выбор мощности пламени, зависящей от толщины свариваемого металла.

При сварке алюминия и его сплавов избыток кислорода не допускается, так как образуется при этом большое количество трудноудаляемой пленкн окиси алюминия. При избытке образуется большое количество пор з сварном шве. Расход ацетилена зависит от толщины свариваемого металла (табл. 13).

Наиболее целесообразно применять газовую сварку алюминия толщиной 1—5 мм.

Для удаления окислов алюминия из сварочной ванны, а также для облегчения разрушения окисной пленки на поверхности алюминия в околошовной зоне применяют флюсы, которые наносят на свариваемые кромки и нагретую сварочную проволоку в виде порошка или пасты, приготовленной на воде или на спирте.

Фтористые соединения применяемого флюса растворяют в расплавленном состоянии окись алюминия. Хлористые соли лития отнимают кислород от окиси алюминия. Все флюсы для сварки алюминия, особенно те, которые содержат хлористый литий, очень гигроскопичны, поэтому их хранят в герметически закрытых банках и открывают только перед употреблением. Ввиду большой активности флюса остатки его после сварки алюминия удаляют с поверхности слабым 2%-ным раствором, азотной кислоты с последующей промывкой в воде и просушкой.

Листы толщиной до 1,5 мм сваривают с отбортовкой без присадочного металла (высота отбортовки от двух До трех толщин листа). Листы толщиной до 5 мм сварива-

ются без разделки кромок, с зазором между свариваемыми кромками 0,5 мм. При толщине листа 5—15 мм дают V-образную разделку, а при толщине более 15 мм Х-об-разную с углом разделки 60—70°.

Соединений внахлестку следует избегать, так как флюс, затекающий в зазор между листами, приводит к коррозии сварного соединения, что в процессе эксплуатации может вызвать разрушение соединения.

Кромки свариваемых листов и присадочную проволоку перед сваркой тщательно очищают от всевозможных загрязнений и окисной пленки механической зачисткой (металлической щеткой) с последующим обезжириванием в щелочном растворе или в чистом бензине. Лучшие результаты дает гальваническая очистка.

Свариваемые кромки и присадочную проволоку промывают в течение 10 мин в щелочном растворе, составленном из 20—25 г едкого натра и 20—30 г углекислого натрия на 1 дм3 воды с температурой 65° С, с последующей промывкой в проточной воде, после чего кромки и присадочную проволоку травят в течение 2 мин в 25%-ном растворе ортофосфорной кислоты или в 15%-ном растворе азотной кислоты.

После травления листы и присадочную проволоку промывают в горячей, а потом в холодной воде и протирают сухой и чистой ветошью. Металл, подготовленный под сварку, может лежать не более 8 ч после его подготовки.

Нельзя во время сварки пламя отводить в сторону, так как это приведет к окислению расплавленного металла сварочной ванны. При перерывах пламя надо отводить медленно, тем самым дать застыть металлу под газовой защитой сварочного пламени. ^

Флюс с поверхности изделия удаляют путем промывки изделия в горячей воде, а затем в 5%-ном растворе азотной кислоты с добавлением 2% хромпика с последующей промывкой в холодной воде и сушкой.

При сварке алюминиевого литья требуется предварительный подогрев всего изделия до температуры 200— 250° С. Для контроля температуры подогрева термокарандашами или термокрасками наносят несколько полос на подогреваемое изделие. Изменение цвета нанесенных полос покажет, что металл нагрет до требуемой температуры. Контролировать температуру подогрева можно спичкой или сосновой щепочкой.

Натерев ими поверхность металла, продолжают нагрев до появления темных линий, указывающих на то, что нагрев произведен до заданной температуры.

Свар ка магния и его сплавов. Магниевые сплавы как конструкционный материал обладают рядом серьезных преимуществ по сравнению с алюминиевыми сплавами. Важнейшим из них является небольшой удельный вес магния и сплавов на его основе. Магний примерно в 1,5 раза легче алюминия, в 2,5 раза легче титана и в 4,5 раза легче стали.

В качестве легирующих добавок в магниевых сплавах встречаются алюминий, марганец, цинк, цирконий и некоторые редкоземельные элементы.

Алюминий и цинк повышают прочностные характеристики магния. Марганец повышает коррозионную стойкость и измельчает их зерно. В состав некоторых магниевых сплавов вводят бериллий для улучшения защитных свойств окисной пленки, титан (0,2—0,4%) и селен (до 0,5%) для повышения пластичности и измельчения зерна.

При сварке магния и его сплавов возникает необходимость удаления пленки в процессе сварки и очень тщательной защиты ванны от взаимодействия с кислородом, азотом воздуха и парами воды. Для удаления окисной пленки и защиты металла ванны от взаимодействия с атмосферой воздуха при газовой сварке применяют специальные флюсы.

Флюсы для сварки магниевых сплавов построены на основе хлористых и фтористых солей и способны вызывать коррозию металла после сварки. Так как магниевые сплавы имеют повышенную склонность к коррозии (в связи с плохими защитными свойствами окисной пленки), вопрос последующей обработки соединений от остатков флюсов и их обработки для защиты от коррозии приобретает исключительно важное значение. Хорошие результаты дает обработка швов раствором следующего состава (в %):

В данном растворе, нагретом до 60—70 °С, сварное изделие выдерживается 5 мин, после чего его промывают в проточной воде и сушат. Сварное соединение из магния и его сплавов можно промывать в горячей воде с протиркой (в процессе промывки) волосяной щеткой.

Магниевые сплавы толщиной 0,8—1,5 мм сваривают’ без разделки кромок при зазоре между свариваемыми кромками от 0 до 1 мм. Металл толщиной 3—5 мм сваривают с V-образной разделкой кромок, равной 60—70°, с притуплеиием 1,5—2 мм и зазором 1,5—3 мм. Сварка внахлестку не рекомендуется из-за сложности удаления остатков флюса. Тавровые соединения различной длины допускаются при толщине свариваемого металла 1—3 мм. При сварке таврового соединения толщиной листа более 3 мм делают разделку кромок на вертикальной стенке под углом 60° при зазоре 0,5—1 мм и притуплении 1,5—2,5 мм.

Подготовку кромок под сварку можно производить механическим путем (железной щеткой или наждачной бумагой), а также обработкой деталей в специальных растворах.

Детали обезжиривают в течение 4—5 сек в парах три-хлорэтилеиа или обрабатывают в кипящем щелочном растворе, содержащем на 1 л воды 16 г Na2C03 и 10 г NaOH. После этого детали промывают в горячей воде (50—60°С), а затем в проточной воде.

Пленку покрытия удаляют обработкой детали в 18%-ном растворе хромовой кислоты при температуре 90—100° С в течение 5 мин.

После травления детали промывают в воде при температуре 50—60° С, а затем в проточной воде. Промытые после травления детали сушат на воздухе. Протирать детали для ускорения сушки не рекомендуется, это приводит к увеличению толщины пленки.

При разделке кромок деталей из магниевых сплавов следят, чтобы не было заусенцев на кромках. Нельзя применять при сварке магниевых сплавов в качестве присадочного металла полоски основного металла, нарезанные в виде «лапши».

Как листовые конструкции, гак и литейные сваривают с помощью литых стержней диаметром 5—10 мм, одинаковых по химическому составу с основным металлом. Присадочный металл в процессе сварки должен быть все время погружен в сварочную ванну. Движение горелки должно быгь только поступательным, и лишь для толстого металла допускается применение колебаний. Для уменьшения окисления металла и во избежание его перегрева процесс сварки желательно вести без отрыва пламени и выполнять шов за один проход. В случае вынужденных перерывов в процессе сварки не следует допускать резкое охлаждение свариваемого металла. Детали с толщиной стенок более 5 мм рекомендуется сваривать предварительным общим подогревом до температуры 300—350 °С; для мелких деталей несложной конфигурации в отдельных случаях может быть допущен также и местный подогрев.

Сварка свинца. Свинец плавится при температуре 327 °С и в процессе нагрева легко окисляется, образуя окисную пленку, температура плавления которой 850 °С.

Свинец сваривают ацетилено-кислородным, ацетиле-но-воздушным, водородно-кислородным пламенем, а также газами-заменителями: пропан-бутаном, природным, городским газами, парами керосина. Листовой свинец толщиной до 1,5 мм сваривают встык с отбортовкой кромок, без присадочного металла; листы толщиной 1,5— 6 мм сваривают встык без разделки кромок; листы большей толщины сваривают с разделкой кромок под углом 30—35°. Мощность пламени 10—25 л/ч ацетилена на 1 мм толщины листа. Свинец можно сваривать в любом положении шва в пространстве.

Сварку в нижнем положении ведут встык и внахлестку. При сварке внахлестку величина перекрытия зависит от толщины свариваемого листа свинца. Величина нахлестки составляет 75—100 мм. Вертикальный нахлес-точный шов сваривают путем отгибания кромки листа, которая оплавляется и заполняет шов. Для сварки трубы внахлестку один ее конец разбортовывают и насаживают на неразбортованный конец другой трубы.

Перед сборкой под сварку зачищают соединение на расстояние 30—40 мм в обе стороны от шва. При сварке свинца в нижнем положении применяют мягкое пламя. При сварке в потолочном положении (внахлестку и встык) при большой толщине свинца для лучшего провара применяют жесткое пламя.

Присадочным материалом являются полоски, нарезанные из свинца, или же свинцовая проволока, диаметр которой зависит от толщины свариваемого свинца.

В качестве флюса при сварке свинца малой толщины применяют стеарин, которым натирают очищенные свариваемые кромки и присадочный материал.

При сварке свинца большой толщины применяют флюс, состоящий из равных долей канифоли и стеарина.

Тонколистовой свинец сваривают отдельными каплями с перекрытием предыдущей капли примерно на половину ее размера.

В отдельных случаях при сварке в нижнем положении применяют металлические подкладки.

При сварке вертикальных швов пользуются металлическим стальным прутком, поддерживающим первую ванну расплавленного металла. Когда первая ванна застынет, последующие порции расплавленного металла формируются на застывшем металле шва.

Ваш отзыв