Документ Microsoft Word. Газовая сварка цветных металлов и сплавов Содержание страницы
 Скачать 0.61 Mb.
|
|
Обработка соединений после сварки. Проковку шва применяют в промышленной практике для уплотнения металла шва и его поверхностного упрочнения ручным алюминиевым молотком или пневмомолотком. При этом повышается предел выносливости сварных соединений при циклических нагрузках. Латуни, содержащие менее 60 % меди ((α + β)-латуни), можно проковать при температуре 650 °С; латуни, содержащие более 60 % меди (α-латуни), подвергают проковке в холодном состоянии; при этом выпуклость (усиление) шва заглаживают заподлицо с основным металлом, металл шва упрочняется наклепом. Низкотемпературным отжигом (при температуре 270 … 300 °С) снимают остаточные напряжения, возникающие в процессе изготовления латунных сварных конструкций, не изменяя структуры металла. Такой отжиг предохраняет латунь от последующего коррозионного растрескивания. Швы после сварки зачищают химическим или механическим (зубилом, механической щеткой) способом в основном для улучшения внешнего вида изделия. Кроме того, в отдельных случаях остатки флюса могут вызывать коррозию металла, потому их удаляют с поверхности шва. Шлаки, образующиеся на сварном соединении после сварки с флюсом БМ-1, смывают водой. Окалину после отжига удаляют травлением в растворе следующего состава: 50 г серной кислоты и 140 г хромпика на 1 л воды. После травления сварное изделие промывают раствором соды (при температуре 40 … 60 °С), а затем водой. 3. Сварка бронзы Бронза — это медный сплав, в котором основными легирующими компонентами являются олово, алюминий, марганец, кремний, бериллий, железо и другие элементы. Бронзу подразделяют на оловянную, в которой преобладающим легирующим компонентом является олово, и безоловянную, не содержащую олова в качестве легирующего компонента. Свойства бронзы, в том числе свариваемость, обусловлены основными легирующими добавками. Оловянная бронза — это сплав меди с оловом, а также более сложный медно-оловянный сплав с добавками фосфора, цинка, никеля и других элементов. В технических сплавах содержится 3 … 14 %, реже — до 20 % олова. Для обработки давлением применяют сплавы, содержащие до 8 % олова. Для уменьшения или полного устранения сварочных напряжений и деформаций необходим местный или общий нагрев литой бронзы до температуры 500 … 600 °С. Общий нагрев осуществляют в специальных жаровнях, горнах или печах, местный — пламенем сварочной горелки. Сваривать рекомендуется ацетиленокислородным пламенем, которое должно быть мягким, с низким давлением кислорода. Для уменьшения угара олова основной металл и сварочную ванну необходимо нагревать, отступая от ядра пламени на 7 … 10 мм. Мощность горелки, т. е. расход ацетилена, дм3/ч: Vа = (70 … 120)s. (6.5) Пламя должно быть нормальным; избыток в нем кислорода способствует выгоранию олова, а избыток ацетилена приводит к газовой пористости в наплавленном металле. При наличии трещин и крупных раковин с поверхности необходимо удалить остатки формовочной смеси и шлака до появления чистого металла. Рекомендуется V-образная разделка кромок. В зависимости от глубины дефекта угол раскрытия составляет 60 … 90°. При наличии сквозных трещин скос кромок выполняют с притуплением 3 … 4 мм. В качестве присадочных прутков используют бронзу, состав которой близок к составу основного металла. Выпускают тянутые или прессованные прутки диаметром 5 … 12 мм. В отдельных случаях, когда допускается разнородность по цвету и свойствам наплавленного и основного металлов, можно применять латунные присадочные прутки (табл. 8). В процессе сварки олово окисляется, поэтому в присадочной проволоке его должно быть на 1 … 2 % больше, чем в основном металле. В качестве присадочного материала рекомендуется бронза БрОФ6,5-0,4. Для сварки оловяной бронзы применяют те же флюсы, что и при сварке меди. Для улучшения свойств сварного соединения рекомендуется отжиг отливок. Безоловянная бронза (алюминиевая, кремниевая) редко подвергается газовой сварке. Алюминиевая бронза содержит обычно до 10 % алюминия, дополнительно легируют железом, марганцем и никелем. Алюминиевая бронза имеет высокие антифрикционные свойства, морозостойкая, немагнитна, отличается пониженной свариваемостью. Основные трудности при сварке алюминиевой бронзы, особенно при содержании более 5 % алюминия, связаны с образованием тугоплавкого оксида алюминия А12О3, оседающего при сварке на дно жидкой ванны. Газовая сварка не дает устойчивых результатов, поэтому ее редко применяют. Предварительный нагрев детали до температуры 350 … 400 °С намного облегчает и ускоряет ее сварку. В качестве присадочного материала применяют прутки того же состава, что и основной металл, с пониженным содержанием алюминия (менее 5 %). Можно применять флюсы, рекомендуемые для сварки меди.
При повышенном содержании алюминия применяют флюсы, используемые при сварке алюминия: АФ-4А либо флюс, состоящий из одной трети АФ-4А и двух третей смеси 45%-ной борной кислоты и 55%-ной буры (прокаленной). Сварку бронзы ведут нормальным пламенем, соблюдая отношение β = 1,2 … 1,3. Пламя должно быть мягким. Мощность горелки, дм3/ч, при сварке с подогревом V = (100 … 150)s, при сварке без подогрева V = (125 … 175)s. Режимы газовой сварки бронзы приведены в табл. 9. 4. Сварка алюминия и его сплавов Свойства и классификация алюминиевых сплавов. Алюминиевые сплавы при малой плотности обладают большой удельной прочностью, высокими механическими свойствами, теплопроводностью, электрической проводимостью, коррозионной стойкостью и хорошими технологическими свойствами. Высоких механических свойств достигают введением в алюминиевые сплавы легирующих элементов, например марганца, меди, магния, кремния, цинка, хрома, никеля и др. Большинство легирующих элементов образуют с алюминием ограниченные твердые растворы. Алюминиевые сплавы подразделяют на две основные группы: деформируемые и литейные. К деформируемым относят сплавы, подвергаемые обработке давлением различными методами: ковкой, штамповкой, прокаткой, прессованием, волочением. Сплавы этой группы можно подразделить на не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой. В промышленности применяют деформируемые двойные сплавы алюминия с медью, магнием, кремнием и марганцем; тройные сплавы алюминия с медью и магнием, медью и никелем, магнием и кремнием, магнием и марганцем; многокомпонентные сплавы алюминия (например, дуралюмины). Наиболее распространенными деформируемыми сплавами алюминия, не упрочняемыми термической обработкой, являются его сплавы с марганцем (АМц), а также с магнием (АМг, АМг3, АМг5 и др.). Большинство этих сплавов отличается высокими пластичностью, коррозионной стойкостью и хорошей (АМц, АМг3) или удовлетворительной (AMг1, АМг5, АМг6) свариваемостью при газовой сварке. Однако их прочность сравнительно невелика. Каждый из сплавов может быть мягким (отожженным), полунагартованным и нагартованным. К деформируемым сплавам, упрочняемым термической обработкой, относят дуралюмины (Д1, Д16), а также сплавы АВ, АК и В95. Основным видом термической обработки является закалка с последующим естественным или искусственным старением. При закалке сплавы нагревают до температуры, соответствующей структуре однородного твердого раствора (480 … 530 °С), выдерживают в течение 0,5 … 2 ч и фиксируют структуру охлаждением в холодной воде. Естественное старение осуществляют путем выдержки при комнатной температуре в течение 5 сут, а искусственное — при температуре 100 … 200 °С в течение нескольких часов. В результате старения прочность и твердость сплава повышаются. Литейные сплавы используют для изготовления фасонных деталей, часто имеющих сложную конфигурацию. Естественно, они должны обладать высокими литейными свойствами. Наиболее распространены сплавы на основе алюминия и кремния, алюминия и магния, алюминия и меди, а также тройные — на основе алюминия, кремния и меди, алюминия, кремния и магния, алюминия, меди и цинка, алюминия, меди и никеля и др. Большинство литейных алюминиевых сплавов упрочняют термической обработкой на различных режимах. Наибольшее распространение среди литейных сплавов получили сплавы на основе алюминия и кремния (4 … 13 %) — силумины, обладающие высокими технологическими свойствами и удовлетворительной коррозионной стойкостью. Силумины имеют сравнительно низкие показатели пластичности; для их повышения силумины модифицируют, после чего они приобретают мелкозернистую структуру. Свойства алюминиевых сплавов, определяющие их свариваемость. К особенностям алюминиевых сплавов можно отнести сравнительно низкую температуру плавления при высокой теплопроводности. В связи с этим возникают трудности с дозированием количества теплоты, подводимой к месту сварки. Алюминий обладает высоким химическим сродством к кислороду. Это приводит к тому, что на поверхности свариваемых деталей образуется слой оксида алюминия. Это тонкий и прочный слой достаточно тугоплавкий: температура плавления примерно 2 050 °С. Плотность оксида алюминия почти в 1,5 раза больше плотности жидкого металла, поэтому при сварке он может тонуть в жидком металле, образуя в нем включения, снижающие качество металла шва. Даже после удаления механическим или химическим способом слой оксида вновь образуется за десятые доли секунды. Наличие слоя оксида алюминия препятствует процессу сварки. Алюминиевые сплавы отличаются высоким коэффициентом линейного расширения (примерно в 2 раза больше, чем у низкоуглеродистой стали). Это приводит к тому, что при сварке возникают значительные остаточные напряжения и деформации, которые в большей степени проявляются в угловых и тавровых соединениях. Алюминиевые сплавы, особенно литейные, обладают низкой прочностью при высоких температурах, что затрудняет получение надежных сварных соединений. В связи с этим необходимо тщательно выполнять сварочные операции (в частности, нельзя допускать перемещения деталей при сварке). Сварочная ванна жидкого металла при сварке алюминиевых сплавов находится в вязком состоянии. Это затрудняет правильное формирование сварного шва и ведение процесса сварки. При сварке алюминиевых сплавов возможно образование пористости в металле шва. Это вызвано тем, что при взаимодействии расплавленного алюминия с парами воды образуется атомарный водород, который хорошо растворяется в металле сварочной ванны: 2Аl + 3Н2О = Аl2О3 + 6Н (6) Столь же активно растворяется водород, выделяющийся в зоне сварки при разложении углеводородов. В процессе кристаллизации металла сварного шва часть растворенного водорода не успевает выделиться из него. При переходе алюминия из жидкого состояния в твердое происходят резкое изменение растворимости водорода и выделение большого количества его из раствора. Высокая скорость кристаллизации препятствует выходу газа в атмосферу и создает благоприятные условия для образования пор. При газовой сварке некоторых термически неупрочняемых сплавов (АМг5, АМг6), содержащих повышенное количество магния, в околошовной зоне вспучивается металл и образуется пористость. Предварительный нагрев свариваемых деталей и уменьшение скорости сварки позволяют уменьшить вероятность возникновения пористости. Технология сварки алюминиевых сплавов. В качестве горючего газа для газовой сварки алюминиевых сплавов чаще используют ацетилен. Однако из-за низкой температуры плавления допускается применение водорода и других газов-заменителей, например пропан-бутановой смеси. Применение водорода допускается при толщине материала до 2 мм. Следует учитывать, что расплавленный металл сварочной ванны активно поглощает водород. Этот процесс усиливается по мере повышения температуры. Поглощение водорода ухудшает качество металла шва, поэтому не следует допускать перегрева. Применение пропан-бутановой смеси при сварке, например, деталей из сплава АМц толщиной до 3 мм обеспечивает такие же производительность и качество получаемых соединений, как и при использовании ацетиленокислородного пламени. При сварке деталей толщиной 5…8 мм производительность на 15 … 20 % ниже, чем при применении ацетилена, при этом заметного снижения механических свойств свариваемых деталей не происходит. Ширина ЗТВ при сварке деталей из сплава АМц пропан-бутаном в 1,5 — 2 раза больше, чем при применении ацетилена. При выборе присадочного материала для газовой сварки алюминия желательно, чтобы его состав отличался от состава основного металла, исключение составляют лишь чистый алюминий и сплавы типа АМц. Применение присадочного материала с составом, аналогичным составу основного металла, при сварке алюминиевых сплавов повышенной прочности приводит к получению соединений, которые не обладают достаточно высокой прочностью и могут иметь трещины и пористость. Обычно применяют присадочный материал в виде тянутой или прессованной проволоки, литых прутков длиной 600 … 650 мм, диаметр которых должен соответствовать толщине свариваемых деталей. Поверхность присадочного материала должна быть гладкой и чистой, без плен, трещин, закатов, вмятин, заусенцев, расслоений и резких перегибов. Тянутую проволоку поставляют в нагартованном состоянии в бухтах, горячепрессованную — в бухтах или в виде прутков длиной не менее 3 м. Следы масел, грязи должны быть удалены обезжириванием и травлением (технология обезжиривания и травления присадки та же, что и для основного металла). При отсутствии присадочной проволоки требуемой марки (табл. 10) допускается использовать полосы, нарезанные из листов или бракованных деталей того же состава. Ширина полос обычно в 2 раза больше их толщины. По возможности полосы калибруют, придавая их сечению округлость путем волочения через простейшие фильеры. При этом заостренный конец полосы закрепляют в суппорте, а фильеры — в патроне токарного станка.
Для сварки алюминия, содержащего до 0,6 % железа и до 0,6 % кремния, можно применять присадочный материал того же состава или (лучше) сплавы АК5 и АМц. Для сварки сплавов системы алюминий — марганец применяют присадочный материал из сплава той же системы или из сплава АК5. При сварке деталей малой толщины (около 1 мм) применение этого присадочного материала обеспечивает соединение, соответствующее по прочности основному металлу. Для сварки сплавов системы алюминий — магний в качестве присадочного материала используют сплав АМг той же системы с повышенным содержанием магния, обеспечивающим снижение температуры плавления. Для сплава с 2 … 7 % магния обычно применяют присадочный материал, содержащий 5 % магния. Увеличение содержания магния в присадке до 7 % повышает прочность металла шва. Применение присадочной проволоки СвАК5 для сварки термически не обрабатываемых сплавов этой системы, например сплава АМг5, не допускается, так как при этом образуется хрупкое соединение — силицид магния Mg2Si, которое располагается по границам зерен и способствует образованию трещин в металле шва. При сварке сплава АМг6 хорошие результаты дает применение присадочной проволоки марки СвАМг61 взамен СвАМг6. Присадочная проволока марки СвАМг61 содержит цирконий, который вызывает модифицирование металла шва, в результате чего более чем в 1,5 раза уменьшается количество трещин в шве по сравнению с количеством трещин при применении присадочной проволоки СвАМг6. Сплавы системы алюминий — магний — кремний при сварке склонны к образованию кристаллизационных трещин, поэтому в качестве присадочного материала рекомендуется применять сплав системы алюминий— кремний. Газовая сварка высокопрочных алюминиевых сплавов типа Д16 и В95 не дает удовлетворительных результатов из-за низкой прочности получаемых сварных соединений, составляющей лишь 50…60 % прочности основного металла. Резкое уменьшение прочности объясняется перегревом металла шва и выделением по границам зерен в околошовной зоне хрупких прослоек из соединения СuАl2. При сварке деталей из разнородных алюминиевых сплавов, если в сочетаниях отсутствуют сплавы АМг, АМг3 и АМг5, обычно применяют присадочную проволоку марки СвАК5. При сочетании сплавов АМц с АМг3, а также АЛ13 с АМг3 применяют присадочную проволоку марки СвАМг3. Дефекты в отливках из алюминиевых сплавов заваривают присадочным материалом того же состава, что и основной металл. Широкое распространение получила присадочная проволока марки СвАК12 из модифицированного силумина, содержащая 11,5 … 13,5 % кремния и присадочная проволока марки СвАК5. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||