Сварка чугуна
Чугун относится к группе материалов, обладающих плохой технологической сварива- емостью в связи с высокой склонностью к отбеливанию, т. е. появлению участков с выделе- ниями цементита той или иной формы, и образованию трещин в шве и околошовной зоне.
Кроме того, интенсивное газовыделение из сварочной ванны, которое продолжается и на стадии кристаллизации, может приводить к образованию пор в металле шва, а повышен- ная текучесть затрудняет удержание расплавленного металла от вытекания и формирование шва. Вследствие окисления кремния на поверхности сварочной ванны возможно образова- ние тугоплавких оксидов, что может приводить к непроварам.
Чугун можно сваривать дуговой сваркой металлическим или угольным электродом,
газовой сваркой, термитной сваркой, заливкой жидким чугуном, порошковой проволокой и т. д. В зависимости от температуры предварительного подогрева различают сварку с подо- гревом до высокой температуры (горячая сварка), с небольшим подогревом (полугорячая сварка) и без подогрева (холодная сварка).
Горячая сварка чугуна. Изделие подогревают до температуры 600–800 °C. Сварку выполняют на очень больших сварочных токах без перерывов до конца шва при большой сварочной ванне. Для электрода ∅8 мм требуется сварочный ток 600–700 А, при ∅10 мм –
750–800 А. С использованием угольного электрода на постоянном токе прямой полярности варят электродами ∅8 мм и более при токе от 280 А. Для защиты и раскисления ванны при- меняют флюсы на борной основе, чаще всего техническую безводную (прокаленную при температуре
400 °C) буру.
Основными недостатками горячей сварки чугуна являются значительная трудоемкость и тяжелые условия труда сварщиков. Правда, этим достигается высокое качество сварного шва.
Полугорячая сварка. Подогрев свариваемой детали до 300–400 °C способствует замедленному охлаждению металла шва и прилежащих к нему зон после сварки. Детали перед сваркой нагревают в термических печах, горнах или с помощью газовых горелок аце- тиленокислородным пламенем. При подогреве газовой горелкой необходимо следить за рав- номерностью нагрева подогреваемой поверхности.
Полугорячую сварку чугуна можно осуществлять низкоуглеродистыми стальными электродами с покрытиями типа МР-3, УОНИ-13, стальными электродами со специальным покрытием, чугунными электродами и ацетиленокислородным пламенем с применением чугунных присадочных прутков. При сварке сквозных трещин или при заварке дефектов,
находящихся на краю деталей, необходимо применять графитовые формы, предотвращаю- щие вытекание жидкого металла из сварочной ванны. Во время сварки следует непрерывно поддерживать значительный объем расплавленного металла в сварочной ванне и тщательно его перемешивать концом электрода или присадочного стержня. Для замедленного охлажде- ния заваренные детали засыпают мелким древесным углем или сухим песком.
Холодная сварка. Этот тип сварки имеет несколько разновидностей: стальными элек- тродами, стальными электродами со специальными покрытиями, чугунными, медными и прочими электродами.
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
75
Сварку стальными электродами применяют при ремонте неответственных чугунных изделий небольших размеров с малым объемом наплавки, не требующих после сварки меха- нической обработки. Сварное соединение неоднородно по структуре, часто не обладает достаточной плотностью и имеет низкую прочность.
Сварку электродами с защитно-легирующими покрытиями выполняют с V– или
Х-образной разделкой кромок. Для устранения неравномерного разогрева детали сваривают отдельными участками вразбивку. Длина отдельных наплавленных участков сварного шва не должна превышать 100–120 мм. После наплавки отдельных участков им дают возмож- ность остыть до температуры 60–80 °C.
Наилучшие результаты получают при сварке электродами с покрытием УОНИ-13/45 на постоянном токе обратной полярности. Также для сварки чугуна получили распространение медно-железные, медно-никелевые и железно-никелевые электроды.
Сварка алюминия и его сплавовСварка алюминия и его сплавов затруднена тем, что на поверхности расплавленного металла постоянно образуется тугоплавкая пленка оксида алюминия Al2O3, препятствую- щая сплавлению между собой частиц металла. Высокая температура плавления оксида алю- миния (2050 °C) и низкая температура плавления алюминия (658 °C) крайне затрудняют управление процессом сварки.
Высокая теплопроводность алюминия и его сплавов требует применения специальных технологических приемов, а при массивных деталях – предварительного подогрева.
Независимо от способа сварки алюминиевые изделия перед сваркой должны прохо- дить специальную подготовку, заключающуюся в обезжиривании металла и удалении с его поверхности пленки оксида алюминия. Поверхность металла обезжиривают растворите- лями (авиационным бензином, техническим ацетоном), затем механической зачисткой или химическим травлением удаляют оксидную пленку.
Химический способ удаления состоит из следующих операций:
– травление в течение 0,5–1 мин раствором 45–55 г едкого натра и 40–50 г фтористого натрия на 1 л воды;
– промывка в проточной воде; нейтрализация в 25–30 % растворе азотной кислоты в течение 1–2 мин;
— промывка в проточной, а затем в горячей воде;
— сушка до полного удаления влаги.
Обезжиривание и травление рекомендуется делать не более чем за 2–4 ч до сварки.
Ручную сварку угольным электродом на постоянном токе прямой полярности используют только для неответственных изделий. Сварку металла толщиной до 2 мм
ведут без присадки и без разделки кромок, металл толщиной свыше 2 мм сваривают с зазором
0,5–0,7 толщины свариваемых листов или с разделкой кромок. Оксидную пленку удаляют с помощью флюса АФ-4А.
Ручную сварку покрытыми электродами применяют в основном при изготовлении малонагруженных конструкций из технического алюминия, сплавов типа АМц и АМг, силу- мина.
Использование постоянного тока обратной полярности с предварительным подогре- вом (для средних толщин – 250–300 °C, для больших толщин – до 400 °C) обеспечивает требуемое проплавление при умеренных сварочных токах. В связи с тем, что алюминиевый электрод плавится в 2–3 раза быстрее стального, скорость сварки алюминия должна быть соответственно выше.
Сварку рекомендуется выполнять непрерывно в пределах одного электрода, так как пленка шлака на кратере и конце электрода препятствует повторному зажиганию дуги. Для
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
76
обеспечения устойчивого процесса при минимальных потерях на разбрызгивание рекомен- дуется принимать сварочный ток из расчета не более 60 А на 1 мм диаметра электрода. Перед сваркой электроды просушивают при температуре 150–200 °C в течение 2 ч.
Электроды ОЗА-1, ОЗА-2 с покрытием типа ЭА-1 позволяют получать сварные соеди- нения с удовлетворительными механическими и другими эксплуатационными свойствами.
Ручную аргонодуговую сварку выполняют неплавящимся вольфрамовым электро- дом в осушенном от влаги аргоне высшего или 1-го сорта на переменном токе. Для металла толщиной до 5–6 мм используют электроды ∅1,5–5 мм.
Особые требования предъявляют к технике сварки. Угол между присадочной прово- локой и электродом должен составлять 90°. Присадку следует подавать короткими воз- вратно-поступательными движениями. Недопустимы поперечные колебания вольфрамо- вого электрода. Обеспечение эффективной защиты для каждого режима сварки достигается оптимальным расходом газа (см. табл. 10). Для уменьшения опасности окисления размеры сварочной ванны должны быть минимальными. Сварку алюминия толщиной до 10 мм обычно ведут справа налево – левым способом, который позволяет снизить перегрев свари- ваемого металла.
Сварка меди и ее сплавовСварка меди затрудняется ее высокой теплопроводностью, высокой текучестью, спо- собностью сильно окисляться в нагретом и особенно в расплавленном состоянии. На свари- ваемость меди оказывают большое влияние примеси, входящие в ее состав (кислород, вис- мут, свинец, сера, фосфор, сурьма, мышьяк); особенно отрицательно влияет висмут. При нагреве и расплавлении медь, окисляясь, образует монооксид меди Сu2О, который, реаги- руя с водородом, растворенным в металле, вызывает склонность меди к поверхностным тре- щинам (водородной болезни). Для предупреждения этого следует снижать количество водо- рода в зоне сварки (прокалка электродов и флюсов,
применение осушенных защитных газов;
особенно хорошо использовать азот). Наилучшую свариваемость имеет электролитическая медь, содержащая не более 0,05 % примесей.
Для меди и сплавов на ее основе могут быть использованы все основные способы сварки плавлением.
Ручная сварка угольным или графитовым электродом получила ограниченное применение преимущественно для малоответственных изделий. Электрод затачивают на конус на 1/3 его длины, сварку ведут постоянным током прямой полярности. Плотность тока на электроде обычно составляет 200–400 А/см2 (табл. 11).
Сварку ведут длинной дугой во избежание вредного влияния на сварочную ванну выде- ляющегося СО. С этой же целью, а также в связи с возможностью охлаждения ванны при- садочный материал не погружают в ванну, а держат под углом примерно 30° к изделию на расстоянии 5–6 мм от поверхности ванны. Угольный электрод держат под углом 75–90° к свариваемому изделию. Для защиты расплавленного металла от окисления применяют при- садочный материал с раскислителем – фосфором, а также флюс (94–96 % прокаленной буры,
4–6 % металлического магния). Флюс наносят на смоченную жидким стеклом поверхность прутка или на свариваемые кромки в виде пудры и просушивают на воздухе.
При толщине металла свыше 5 мм стыковое соединение сваривают с разделкой кромок под углом 70–90°. Сварку ведут на графитовой или асбестовой подкладке с зазором между свариваемыми кромками не более 0,5 мм, электрод наклоняют углом вперед на 10–20° к вертикали. После сварки рекомендуется проковка швов.
Ручную сварку покрытыми электродами выполняют на постоянном токе обратной полярности короткой дугой без поперечных колебаний (табл. 12). Лучшее формирование шва обеспечивает возвратно-поступательное движение электрода. Удлинение дуги ухудшает
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
77
формирование шва, увеличивает разбрызгивание, снижает механические свойства сварных соединений.
Медь толщиной до 4 мм сваривают без разделки кромок и подогрева. При толщине металла 5—10 мм необходимы предварительный подогрев до температуры 250–300 °C и односторонняя разделка кромок с углом 60–70° и притуплением кромок 1,5–3 мм. При зна- чительных толщинах рекомендуется X-образная разделка.
Медные электроды диаметром менее 3 мм применяют редко вследствие низкой меха- нической прочности стержня. Электроды марок АНЦ-1 и АНЦ-2 обеспечивают выполнение сварки без подогрева меди толщиной до 15 мм или с невысоким (250–400 °C) подогревом для металла больших толщин.
Ручную аргонодуговую сварку выполняют вольфрамовым электродом постоянным током прямой полярности в аргоне высокой чистоты, а также в среде гелия, азота или их смеси и водорода. Металл толщиной более 4 мм сваривают с предварительным подогре- вом до температуры 800 °C. В качестве присадки используют прутки из раскаленной меди,
медно-никелевого сплава (МНЖКТ-5-1-0,2–0,02), бронзы (БрКМцЗ-1, БрОЦ4-3), а также специальных сплавов, содержащих эффективные раскислители – редкоземельные металлы.
Для металла толщиной свыше 5–6 мм применяют V– или Х-образную разделку кромок с углом раскрытия 60–70°. Сварку ведут обычно справа налево при наклоне электрода по отно- шению к изделию углом вперед на 80–90°. Угол наклона присадочной проволоки 10–15°,
вылет электрода 5–7 мм.
Сварка титана и его сплавовТитан обладает высокой прочностью, вплоть до температур 450–500 °C, при низкой плотности и высокой коррозионной стойкостью. Технический титан содержит примеси, в том числе газы – кислород,
азот и водород, которые в разной степени повышают прочность и снижают пластичность и вязкость металла. В сварных швах они вызывают образование холодных трещин.
Особенности сварки титана в том, что зона сварки и обратная сторона корня шва нуж- даются в надежной защите от вредного воздействия атмосферного воздуха. Еще в процессе сварки необходимо стремиться, чтобы время нагрева свариваемых деталей было минималь- ным. Дополнительные затруднения при сварке создает высокая склонность титана к росту зерна при нагреве до температур выше 880 °C и парообразование.
Качество сварных соединений во многом определяется технологией подготовки кро- мок деталей и титановой проволоки под сварку. Оксидно-нитридную пленку, которая образу- ется после горячей обработки полуфабрикатов, удаляют механической обработкой и после- дующим травлением металла в течение 5—10 мин при 60 °C в смеси 350 мл соляной кислоты, 50 г фтористого натрия и 650 мл воды.
Ручную сварку вольфрамовым электродом выполняют постоянным током прямой полярности с использованием специальных приспособлений, позволяющих защитить зону сварки, остывающие участки шва и околошовную зону, а также корень шва. Защиту корня шва можно осуществить плотным поджатием кромок свариваемых деталей к медной или стальной подкладке, подачей инертного газа в подкладку с отверстиями или изготовленную из пористого материала.
Сварку ведут без колебательных движений горелки, на короткой дуге углом вперед.
Угол между электродом и присадочным материалом поддерживают в пределах 90°, подачу присадочной проволоки осуществляют непрерывно. После окончания сварки или обрыва дуги аргон должен подаваться до тех пор, пока металл не остынет примерно до 400 °C.
Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки титана вольфрамовым электродом приведены в табл. 13.
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
78
Для титана и его сплавов толщиной 0,5–2 мм применяют ручную и механизирован- ную импульсно-дуговую сварку неплавящимся электродом. Сварку выполняют импульсами постоянного тока прямой полярности.
Сварка никеля и его сплавовОсновная трудность при сварке никеля и его сплавов – высокая склонность к образо- ванию пор и кристаллизационных трещин, связанная с резким изменением растворимости кислорода, азота и водорода при переходе металла из твердого в жидкое состояние. Поэтому технология сварки должна обеспечивать надежную
защиту зоны сварки от атмосферного воздуха, хорошее раскисление сварочной ванны и дегазацию сварочной ванны.
Эффективная мера предотвращения пористости – сварка короткой дугой (до 1,5 мм),
при которой резко уменьшается подсос газов из атмосферы.
Для преодоления высокой склонности металла к образованию кристаллизационных трещин ограничивают содержание вредных примесей и вводят элементы, связывающие серу в более тугоплавкие соединения (до 5 % Мn и до 0,1 % Mg).
Для ограничения роста зерна сварку ведут на ограниченной погонной энергии и вводят в небольшом количестве в металл шва модификаторы (титан, алюминий, молибден), измель- чающие его структуру.
Ручную дуговую сварку применяют для листов толщиной свыше 1,5 мм и выполняют электродами с основным покрытием на постоянном токе обратной полярности. Для преду- преждения перегрева электрода и снижения напряжений в сварном соединении при сварке используют ток, пониженный по сравнению с током для сварки стали (табл. 14).
Сварку по возможности необходимо вести в нижнем положении со скоростью при- мерно на 15 % меньше скорости сварки сталей. Поперечные колебания электрода не должны превышать трех его диаметров. При смене электрода или случайных обрывах дуги ее воз- буждают, отступая на 5–6 мм от кратера назад на зачищенном от шлака шве. Рекомендуется вести сварку за один проход, зазор между кромками должен быть 2–3 мм. При больших тол- щинах, когда многопроходная сварка неизбежна, сваривать рекомендуется после остывания соединения и тщательной очистки предыдущего слоя от шлака и брызг.
Для сварки никеля используют электроды, изготовленные из никелевой проволоки
НП1 (Н-10, Н-37, «Прогресс-50» и др.). Для сварки никеля и медно-никелевых сплавов используют электроды с покрытием УОНИ-13/45. Для сварки хромоникелевых (ХН78Т)
сплавов используют электроды ЦТ-28, а для сплавов типа ХН80ТБЮ – электроды ИМЕТ-4,
ИМЕТ-7, ИМЕТ-4П, ВЧ-2-6. Для снятия напряжений после сварки рекомендуется термооб- работка.
Ручную аргонодуговую сварку проводят постоянным током прямой полярности при надежной защите сварочной ванны от окисления струей аргона. Предупреждение пористо- сти при этом способе достигается добавкой к аргону до 20 % водорода и использованием проволоки с добавками титана, алюминия, ниобия, которые связывают газы. Швы рекомен- дуется накладывать с минимальными поперечными колебаниями электрода, угол наклона горелки к оси шва должен быть 45–60°, вылет вольфрамового электрода – 12–15 мм, приса- дочный материал подают под углом 20–30° к оси шва. Многослойное соединение выполняют после полного охлаждения металла, зачистки и обезжиривания предыдущих швов. Защита аргоном рекомендуется также со стороны подкладки.
Дуговая резка металловИнтенсивный нагрев металла электрической дугой успешно используют в технике не только для сварки, но и для резки металла. Применяются следующие способы дуговой резки:
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
79
ручная дуговая резка неплавящимся и плавящимся электродами,
используемыми при сварке;
воздушно-дуговая резка; кислородно-дуговая резка; резка сжатой дугой.
При дуговой резке неплавящимся электродом применяют угольные и графитовые элек- троды на переменном или постоянном токе прямой полярности («—» на электроде) при силе тока 400–800 А (табл. 15).
Этот способ имеет ограниченное применение, используется в основном при разделке крупногабаритного металлического лома, разборке старых металлоконструкций, прожига- нии отверстий или выжигании заклепок. В то же время резка обеспечивается за счет выплав- ления металла из зоны реза, а не за счет его сгорания в струе кислорода, как при газовой резке. Поэтому благодаря высокой температуре нагрева можно разрезать материалы, не под- вергающиеся кислородной резке (чугун, высоколегированные стали, цветные металлы). Для этого способа характерна очень малая точность и чистота реза: разрез получается широким с очень неровными кромками. Несколько лучшие результаты дают электроды прямоуголь- ного сечения.
При дуговой сварке плавящимся электродом (рис. 29) рез получается более чистый и узкий, чем предыдущим способом. Суть метода заключается в том, что металл в месте реза проплавляют электрической дугой методом опирания. Силу тока при резке металли- ческим электродом принимают на 20–30 % больше, чем при сварке электродами такого же диаметра. Металлическим электродом можно резать чугун, коррозионно-стойкие стали и цветные металлы, которые не поддаются обычной кислородной резке.
Рис. 29. Схема ручной дуговой резки металла плавящимся электродом
При дуговой резке в быту часто пользуются обычными сварочными электродами,
однако лучше использовать специализированные электроды с покрытиями, способствую- щими улучшению процесса резки. Такие покрытия повышают устойчивость дуги, замед-
ляют плавление стержня электрода, изолируют его от стенок реза и ускоряют резку благодаря окислению расплавленного металла компонентами покрытия. Металлические электроды для резки изготовляют из проволоки марок Св-08 или Св-08А по ГОСТ 2246-70
∅3—12 мм и длиной не более 250–300 мм. Толщина слоя покрытия 1–1,5 мм на сторону.
Сила тока выбирается примерно из расчета 55–65 А на 1 мм диаметра электрода (табл. 16).
Недостатки этого способа – низкая производительность и плохое качество реза, кото- рый характеризуется большими неровностями и натеками металла с обратной стороны.
Скачать 6.42 Mb.